Fordelene med brøkdestillasjon

Destillasjon er en metode for å skille komponenter fra en flytende blanding ved å dra nytte av deres kokepunktsforskjeller. Det er en væske-gasseparasjon og involverer fordampning og påfølgende kondensering av hver væske. Det er noen fordeler med brøkdestillasjon fremfor enkel destillasjon.

Vanlige typer destillasjon er enkel destillasjon, brøkdestillasjon, vakuumdestillasjon og dampdestillasjon. De skiller seg hovedsakelig i apparatoppsettet og deres applikasjoner.

Fraksjonell destillasjon er mer effektiv enn enkel destillasjon i separasjon på grunn av et høyt antall teoretiske plater. Det er en viktig prosess innen kjemi, industri og matvitenskap. Bruk av brøkdestillasjon inkluderer prosesser som avsaltning, raffinering av råolje og kjemisk rensing.

Enkel destillasjon er bare effektiv for væsker der kokepunktene varierer med mer enn 30 ° C. Tvert imot er fraksjonell destillasjon egnet for mer utfordrende separasjoner, hvor kokepunktforskjellen er mindre enn 30 ° C.

For å forstå hvordan brøkdestillasjon fungerer, må man vite Raoults lov, som sier at damptrykket til en løsning er avhengig av damptrykket til hver komponent og molfraksjonen av komponenten i løsningen. Mens man holder trykket konstant, kan man generere en temperatur-komposisjonsdiagram.

•••Modifisert fra laboratorieteknikk i organisk kjemi (fjerde utgave, 2014): side 173-206

For en pentan-heksanblanding ved ett atmosfærisk trykk, en innledende væskeblanding (L₁) av heksan (kp = 69 ° C) og pentan (kp = 36 ° C) koker ved 48 ° C for å produsere damp V₁, som kondenserer for å danne L₂. Etter den første fordampningskondensasjonssyklusen har prosentandelen av pentan økt fra 48 prosent til 73 prosent.

L₂ fordamper deretter til V₂, noe som resulterer i en ytterligere anrikning i pentan. L₅, som er væsken oppnådd etter fire sykluser, er nesten ren pentan. Hver fordampningskondensasjonssyklus, også kalt teoretisk plate, gir en renere løsning av den mer flyktige komponenten.

I en fraksjonert destillasjonsoppsett blir en fraksjoneringskolonne vanligvis plassert mellom destillasjonskolben og hodet for å øke separasjonen av væsker fra blandingen. Disse kolonnene har et større overflateareal som væske-damp-likevekt kan forekomme og dermed mer teoretiske plater. Eksempler på fraksjoneringskolonner er Vigreux- og glassperlekolonner, som har seks til åtte teoretiske plater.

I en enkel destillasjon brukes ikke en fraksjoneringskolonne, og damp fra destillasjonskolben går rett i kondens. Den har bare en eller to teoretiske plater, så det ville ikke være effektivt for separering av blandinger som L₁, som krever mer enn fire fordampningskondensasjonssykluser for å rense.

Fraksjonell destillasjon brukes i oljeraffinerier å skille råolje i hydrokarboner, som har forskjellige karbonantall, kokepunkter og anvendelser. Noen av de isolerte produktene inkluderer bensin, diesel, oljer og voks. Denne metoden brukes også i kjemiske anlegg, prosessering av naturgass og kryogene luftsepareringsanlegg.

Brøkdestillasjon er også en vanlig teknikk i organiske kjemilaboratorier. For eksempel selges cyklopentadien vanligvis som dicyklopentadien fordi cyklopentadien spontant kan dimeriseres for å danne dicyklopentadien. Fraksjonell destillasjon brukes ofte for å sette dicyklopentadien tilbake til cyklopentadien.

Fraksjonell destillasjon alene er ikke skadelig for miljøet. Faktisk omdanner brøkdestillasjon råolje, ellers ubrukelig, til mer verdifulle produkter. Imidlertid kan petroleumsraffinerier, der det utføres fraksjonell destillasjon av råolje, være en kilde til forurensning hvis biproduktene ikke behandles riktig i henhold til regelverket.

Raffinerier er en viktig kilde til luftforurensende stoffer som partikler, nitrogenoksider og karbonmonoksid. Avløpsvann fra raffineriene forårsaker også forurensning av vann og land når det legger seg i akviferer, jord og grunnvann.