Hvordan forklare enkle vs. Fraksjonert destillasjon

Verdifulle naturlige stoffer forekommer ofte som blandinger som inneholder både ønskelige og uønskede komponenter. For eksempel inkluderer råolje forskjellige typer hydrokarboner som er egnet for forskjellige drivstoff bruksområder, har havvann et høyt saltinnhold og jernmalm inneholder også mineralforurensninger brukbart jern. Gjennom århundrene har folk utviklet mange måter å raffinere eller rense naturlige materialer på. Enkel destillasjon og brøkdestillasjon er to variasjoner på en grunnleggende teknikk for å skille forskjellige komponenter i en væske.

Forholdet mellom temperatur og fordampning er viktig for å forstå både enkel og brøkdestillasjon. Når en væske er i en åpen beholder, utøver atmosfæren et nedadgående trykk på væskeoverflaten. Dette atmosfæretrykket motvirker væskens damptrykk, som dannes av den kinetiske energien til molekyler som fordamper fra væskeoverflaten. Når temperaturen på væsken øker, øker også den gjennomsnittlige molekylære kinetiske energien; flere molekyler fordamper, noe som fører til høyere damptrykk. Koking oppstår når molekyler kan fordampe fritt fordi væsken har nådd en temperatur der damptrykket er lik atmosfæretrykket.

Ulike forbindelser har forskjellige koketemperaturer. Tilsvarende vil forskjellige forbindelser ved en gitt temperatur ha forskjellige damptrykk. Hvis en flytende blanding av forskjellige forbindelser blir oppvarmet i en lukket beholder, vil sammensetningen av dampen som er fanget over væsken gjenspeile disse forskjellene. Dampen vil inneholde flere molekyler av forbindelser med høyere damptrykk og færre molekyler av forbindelser med lavere damptrykk. En forbindelse med svært høy koketemperatur i forhold til de andre forbindelsene i blandingen vil være nesten fraværende fra dampen, og ikke-flyktige oppløste faste stoffer, som salt, vil forbli som sediment i det oppvarmede container. Enkel destillasjon er prosessen med å samle opp denne dampen og avkjøle den slik at den kondenserer tilbake til en væske. Enkel destillasjon skiller komponentene i en væskeblanding fordi den kondenserte væsken inneholder en større andel forbindelser med høyere damptrykk og den opprinnelige væsken inneholder en høyere andel forbindelser med lavere damp press.

Én enkel destillasjon endrer andelen forbindelser i de to endelige væskene, men den oppnår ikke fullstendig separasjon. Prosessen kan gjentas for å oppnå gradvis høyere separasjonsgrader, men dette er også bortkastet fordi under hver destillasjonsprosedyre rømmer noen molekyler ut i atmosfæren, og noen blir igjen som rest i destillasjonen utstyr. Fraksjonell destillasjon adresserer dette dilemmaet - forbedrer enkel destillasjon ved å oppnå høyere separasjonsgrader i bare en destillasjonsprosedyre.

Den primære forskjellen mellom brøkdestillasjon og enkel destillasjon er tilsetningen av en fraksjoneringskolonne mellom den oppvarmede beholderen og stedet der dampen kondenserer. Denne kolonnen er fylt med materialer, som tynne metalltråder eller glassperler, som oppmuntrer til kondens fordi de har høyt overflateareal. Når damper stiger gjennom fraksjoneringskolonnen, kondenseres de til væske på de kjøligere overflatene til disse materialene. Varme damper som stiger nedenfra får denne væsken til å fordampe, så kondenserer den igjen, så fordamper den igjen og så videre. Hver fordampning resulterer i damp med en høyere andel molekyler med høyere damptrykk. Dermed oppnår fraksjonell destillasjon overlegen separasjon med mindre materialtap fordi en prosedyre tilsvarer flere runder med enkel destillasjon.