Cum funcționează distilarea fracționată?

Distilarea este procesul de separare a două sau mai multe lichide pe baza diferențelor dintre punctele lor de fierbere. Când punctele de fierbere ale lichidelor sunt foarte similare, totuși, separarea prin distilare normală devine ineficientă sau imposibilă. Distilarea fracționată este un proces de distilare modificat care permite separarea lichidelor cu puncte de fierbere similare.

Punctul de fierbere al unui lichid este temperatura la care se transformă în vapori. Lichidele își păstrează punctul de fierbere caracteristic chiar și atunci când sunt amestecate cu alte lichide. Acesta reprezintă principiul de bază al distilării că lichidele pot fi separate prin conversia lichidului cu cel mai scăzut punct de fierbere în vapori, apoi transformând vaporii înapoi în stare lichidă după ce a fost transferat într-un alt container.

În procesul de distilare, amestecul lichid este plasat într-un balon de fierbere, care este conectat la o coloană de răcire numită condensator, al cărui capăt opus este conectat la un balon de primire. Condensatorul se așează orizontal, cu o ușoară pantă descendentă, astfel încât vaporii care ajung în condensator și să fie transformați înapoi în lichid să poată fi colectați în balonul de recepție. Departamentul de chimie de la Wake Forest College oferă o diagramă a configurării. La finalizarea distilării, cel mai mic lichid de fierbere ajunge în balonul de primire (și se numește „distilat”), iar lichidul de fierbere mai mare rămâne în balonul de fierbere.

Un set de distilare fracționată include o coloană suplimentară care se așează vertical deasupra balonului de fierbere și la care este conectat condensatorul. Scopul său este de a crește distanța pe care vaporii trebuie să o parcurgă pentru a ajunge la condensator. Coloanele sunt de obicei ambalate cu margele de sticlă sau bucăți de ceramică pentru a crește suprafața cu care vaporii trebuie să intre în contact pe măsură ce se transportă la condensator.

În timpul distilării normale, o cantitate substanțială de lichid cu fierbere mai mare se va vaporiza și se va transporta la balonul de colectare, devenind în esență o impuritate în produsul distilat. Acest lucru este deosebit de problematic atunci când lichidele care sunt separate au puncte de fierbere similare. Cu cât suprafața este mai mare, cu atât contactele lichidului cu fierbere mai mare sunt mai mari, cu atât este mai probabil să se condenseze înapoi la un lichid și să se întoarcă în balonul de fierbere. Distilarea fracționată utilizează această suprafață crescută pentru a îmbunătăți eficiența distilării.

Cele două aplicații principale ale distilării fracționate sunt rafinarea țițeiului și fabricarea băuturilor spirtoase (băuturi alcoolice).

Petrolul conține numeroase substanțe chimice diferite, dintre care multe au puncte de fierbere similare. Rafinăriile separă aceste substanțe chimice prin punctul de fierbere în diferite produse. Fracțiile cu fierbere inferioară devin gaz petrolier sau benzină, fracțiunile cu fierbere intermediară devin păcură, motorină sau kerosen, iar fracțiunile cu cea mai mare fierbere devin parafină sau asfalt.

Fermentarea zaharurilor în alcool se oprește atunci când conținutul de alcool se apropie de 13%, deoarece drojdia nu poate supraviețui la concentrații mai mari de alcool. Punctele de fierbere ale alcoolului (78,5 grade Celsius) și ale apei (100 grade Celsius) sunt suficient de similare încât distileriile trebuie să utilizeze distilarea fracționată pentru a concentra alcoolul la aproximativ 50% (care se numește apoi „Spirite”).

Procesul de distilare la o rafinărie de petrol consumă 2 barili de petrol în energie pentru fiecare 100 de barili de petrol rafinat.