Дистилляция - это метод отделения компонентов жидкой смеси за счет разницы в их точках кипения. Это разделение жидкости и газа, которое включает испарение и последующую конденсацию каждой жидкости. Есть некоторые преимущества фракционной перегонки по сравнению с простой перегонкой.
Распространенными типами перегонки являются простая перегонка, фракционная перегонка, вакуумная перегонка и перегонка с водяным паром. Они различаются в основном устройством и сферой применения.
Фракционная перегонка более эффективна, чем простая перегонка при разделении, благодаря большому количеству теоретических тарелок. Это важный процесс в химии, промышленности и пищевой науке. Использование фракционной перегонки включает такие процессы, как опреснение, переработка сырой нефти и химическая очистка.
Типы дистилляции
Простая перегонка эффективна только для жидкостей, температура кипения которых отличается более чем на 30 ° C. Напротив, фракционная перегонка подходит для более сложных разделений, когда разница температур кипения составляет менее 30 ° C.
Теория фракционной перегонки
Чтобы понять, как работает фракционная перегонка, нужно знать Закон Рауля, в котором говорится, что давление пара раствора зависит от давления пара каждого компонента и мольной доли компонента в растворе. Сохраняя постоянное давление, можно создать диаграмма температура-состав.
•••Изменено из лабораторной техники в органической химии (четвертое издание, 2014 г.): страницы 173-206
Для смеси пентан-гексан при одном атмосферном давлении исходная жидкая смесь (л1) гексана (точка кипения = 69 ° C) и пентана (точка кипения = 36 ° C) кипит при 48 ° C с образованием пара V1, который конденсируется с образованием L2. После первого цикла испарения-конденсации процентное содержание пентана увеличилось с 48 до 73 процентов.
L2 затем испаряется в V2, что приводит к дальнейшему обогащению пентаном. L5, представляющая собой жидкость, полученную после четырех циклов, представляет собой почти чистый пентан. Каждый цикл испарения-конденсации, также называемый теоретическая тарелка, дает более чистый раствор более летучего компонента.
Преимущества фракционной перегонки перед простой перегонкой
В установке для фракционной перегонки ректификационная колонна обычно размещается между перегонной колбой и головкой для увеличения отделения жидкостей от смеси. Эти колонны имеют большую площадь поверхности, на которой может происходить равновесие жидкость-пар, и, следовательно, больше теоретических тарелок. Примерами фракционирующих колонн являются колонки Вигре и стеклянные шарики, которые имеют от шести до восьми теоретических тарелок.
При простой перегонке ректификационная колонна не используется, и пар из перегонной колбы идет прямо на конденсацию. Он имеет только одну или две теоретические тарелки, поэтому он не будет эффективен для разделения смесей, таких как L1, для очистки которого требуется более четырех циклов испарения-конденсации.
Использование фракционной перегонки
Фракционная перегонка применяется в нефтеперерабатывающие заводы для разделения сырой нефти на углеводороды с различным числом атомов углерода, температурой кипения и областями применения. Некоторые из изолированных продуктов включают бензин, дизельное топливо, масла и воски. Этот метод также используется на химических предприятиях, заводах по переработке природного газа и криогенного разделения воздуха.
Фракционная перегонка - тоже распространенный метод в лабораториях органической химии. Например, циклопентадиен обычно продается как дициклопентадиен, потому что циклопентадиен может спонтанно димеризоваться с образованием дициклопентадиена. Для превращения дициклопентадиена обратно в циклопентадиен часто используется фракционная перегонка.
Влияние фракционной перегонки на окружающую среду
Сама по себе фракционная перегонка не вредит окружающей среде. Фактически, фракционная перегонка превращает сырую нефть, в противном случае непригодную для использования, в более ценные продукты. Однако нефтеперерабатывающие заводы, на которых выполняется фракционная перегонка сырой нефти, могут быть источником загрязнения, если побочные продукты не обрабатываются должным образом в соответствии с правилами.
Нефтеперерабатывающие заводы являются основным источником загрязнителей воздуха, таких как твердые частицы, оксиды азота и оксид углерода. Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов также вызывают загрязнение воды и земли, так как оседают в водоносных горизонтах, почве и грунтовых водах.
