Destylacja to proces rozdzielania dwóch lub więcej cieczy na podstawie różnic w ich temperaturach wrzenia. Kiedy jednak temperatury wrzenia cieczy są bardzo podobne, rozdzielanie przez normalną destylację staje się nieskuteczne lub niemożliwe. Destylacja frakcyjna to zmodyfikowany proces destylacji, który umożliwia oddzielenie cieczy o podobnych temperaturach wrzenia.
Punkty wrzenia
Temperatura wrzenia cieczy to temperatura, w której przechodzi w parę. Ciecze zachowują swoją charakterystyczną temperaturę wrzenia nawet po zmieszaniu z innymi cieczami. Reprezentuje to podstawową zasadę destylacji, że ciecze można oddzielić, przekształcając ciecz za pomocą najniższa temperatura wrzenia w parę, a następnie przekształcenie tej pary z powrotem w stan ciekły po przeniesieniu jej do oddzielnego pojemnik.
Destylacja
W procesie destylacji ciekłą mieszaninę umieszcza się we wrzącej kolbie, która jest połączona z kolumną chłodzącą zwaną skraplaczem, której przeciwny koniec jest połączony z kolbą odbiorczą. Skraplacz jest ustawiony poziomo z lekkim nachyleniem w dół, dzięki czemu para, która dociera do skraplacza i jest przekształcana z powrotem w ciecz, może zostać zebrana w kolbie odbierającej. Wydział chemii w Wake Forest College udostępnia schemat instalacji. Po zakończeniu destylacji najniżej wrząca ciecz trafia do kolby odbierającej (i nazywana jest „destylatem”), a wyżej wrząca ciecz pozostaje we wrzącej kolbie.
Destylacja frakcyjna
Zestaw do destylacji frakcyjnej obejmuje dodatkową kolumnę, która jest umieszczona pionowo na szczycie kolby wrzącej i do której podłączony jest skraplacz. Jego celem jest zwiększenie odległości, jaką para musi pokonać, aby dotrzeć do skraplacza. Kolumny są zazwyczaj wypełnione kulkami szklanymi lub kawałkami ceramiki w celu zwiększenia powierzchni, z którą para musi wejść w kontakt podczas transportu do skraplacza.
Podczas normalnej destylacji znaczna ilość wyżej wrzącej cieczy również odparuje i przeniesie się do kolby zbiorczej, zasadniczo stając się zanieczyszczeniem w destylowanym produkcie. Jest to szczególnie problematyczne, gdy oddzielane ciecze mają podobne temperatury wrzenia. Im większa powierzchnia styka się z wyżej wrzącą cieczą, tym większe prawdopodobieństwo, że skondensuje się z powrotem do cieczy i powróci do wrzącej kolby. Destylacja frakcyjna wykorzystuje tę zwiększoną powierzchnię do poprawy wydajności destylacji.
Zastosowania
Dwa podstawowe zastosowania destylacji frakcyjnej to rafinacja ropy naftowej i produkcja spirytusu (napojów alkoholowych).
Ropa naftowa zawiera wiele różnych chemikaliów, z których wiele ma podobne temperatury wrzenia. Rafinerie rozdzielają te chemikalia według temperatury wrzenia na różne produkty. Frakcje niskowrzące stają się gazem naftowym lub benzyną, frakcje średniowrzące stają się olejem opałowym, olejem napędowym lub naftą, a najwyżej wrzące frakcje stają się woskiem parafinowym lub asfalt.
Fermentacja cukrów do alkoholu zatrzymuje się, gdy zawartość alkoholu zbliża się do 13%, ponieważ drożdże nie mogą przetrwać przy wyższych stężeniach alkoholu. Temperatura wrzenia alkoholu (78,5 stopni Celsjusza) i wody (100 stopni Celsjusza) jest na tyle podobna, że destylarnie muszą stosować destylację frakcyjną, aby skoncentrować alkohol do około 50 procent (co wtedy nazywa się „duchy”).
Śmieszny fakt
Proces destylacji w rafinerii ropy naftowej zużywa 2 baryłki ropy w energii na każde 100 baryłek ropy rafinowanej.