Destilácia je metóda na oddeľovanie zložiek z kvapalnej zmesi využitím rozdielov ich bodu varu. Jedná sa o separáciu kvapalina-plyn a zahŕňa odparovanie a následnú kondenzáciu každej kvapaliny. Frakčná destilácia má oproti jednoduchej destilácii určité výhody.
Bežné typy destilácie sú jednoduchá destilácia, frakčná destilácia, vákuová destilácia a parná destilácia. Líšia sa hlavne nastavením prístroja a jeho aplikáciami.
Frakčná destilácia je pri separácii účinnejšia ako jednoduchá destilácia kvôli vysokému počtu teoretických poschodí. Je to dôležitý proces v chémii, priemysle a potravinárstve. Medzi použitia frakčnej destilácie patria procesy ako odsoľovanie, rafinácia ropy a chemické čistenie.
Druhy destilácie
Jednoduchá destilácia je účinná iba pre kvapaliny, ktorých teploty varu sa líšia o viac ako 30 ° C. Naopak, frakčná destilácia je vhodná pre náročnejšie separácie, kde je rozdiel bodu varu menší ako 30 ° C.
Teória frakčnej destilácie
Aby sme pochopili, ako funguje frakčná destilácia, je potrebné vedieť
Raoultov zákon, ktorý udáva tlak pár roztoku, závisí od tlaku pár každej zložky a molárneho podielu zložky v roztoku. Pri udržovaní konštantného tlaku je možné vytvoriť a diagram zloženia teploty.
•••Upravené z Laboratory Technique in Organic Chemistry (štvrté vydanie, 2014): strany 173-206
Pre zmes pentán-hexán pri jednom atmosférickom tlaku sa použije počiatočná kvapalná zmes (liter1) hexánu (bp = 69 ° C) a pentánu (bp = 36 ° C) varí pri 48 ° C za vzniku pary V1, ktorý kondenzuje za vzniku L2. Po prvom cykle odparovania a kondenzácie sa percento pentánu zvýšilo zo 48 percent na 73 percent.
Ľ2 potom sa odparí na V2, čo má za následok ďalšie obohatenie o pentán. Ľ5, čo je kvapalina získaná po štyroch cykloch, je takmer čistý pentán. Každý cyklus odparovania a kondenzácie, nazývaný tiež teoretická doska, poskytne čistejší roztok prchavejšej zložky.
Výhody frakčnej destilácie oproti jednoduchej destilácii
V zariadení na frakčnú destiláciu je frakcionačná kolóna typicky umiestnená medzi destilačnú banku a hlavu, aby sa zvýšila separácia kvapalín zo zmesi. Tieto kolóny majú väčšiu plochu, na ktorej môžu nastávať rovnováhy kvapalina-para a teda viac teoretických dosiek. Príklady frakcionačných kolón sú Vigreux a kolóny zo sklenených guľôčok, ktoré majú šesť až osem teoretických poschodí.
Pri jednoduchej destilácii sa frakčná kolóna nepoužíva a pary z destilačnej banky idú priamo do kondenzácie. Má iba jednu alebo dve teoretické platne, takže by nebolo efektívne na separáciu zmesí ako L1, ktorého čistenie si vyžaduje viac ako štyri odparovacie-kondenzačné cykly.
Využitie frakčnej destilácie
Frakčná destilácia sa používa v ropné rafinérie na separáciu ropy na uhľovodíky, ktoré majú rôzne počty uhlíkov, teploty varu a použitia. Niektoré z izolovaných produktov zahŕňajú benzín, naftu, oleje a vosky. Táto metóda sa používa aj v chemických závodoch, v zariadeniach na spracovanie zemného plynu a v zariadeniach na kryogénnu separáciu vzduchu.
Frakčná destilácia je tiež a bežná technika v laboratóriách organickej chémie. Napríklad cyklopentadién sa obvykle predáva ako dicyklopentadién, pretože cyklopentadién môže spontánne dimerizovať za vzniku dicyklopentadiénu. Frakčná destilácia sa často používa na vrátenie dicyklopentadiénu späť do cyklopentadiénu.
Dopad frakčnej destilácie na životné prostredie
Samotná frakčná destilácia nie je škodlivá pre životné prostredie. Frakčná destilácia v skutočnosti premieňa ropu, inak nepoužiteľnú, na hodnotnejšie produkty. Ropné rafinérie, kde sa vykonáva frakčná destilácia ropy, však môžu byť zdrojom znečistenia, ak sa s vedľajšími produktmi nezaobchádza správne podľa predpisov.
Rafinérie sú hlavným zdrojom znečisťujúcich látok v ovzduší, ako sú pevné častice, oxidy dusíka a oxid uhoľnatý. Odpadová voda z rafinérií tiež spôsobuje znečistenie vody a pôdy, keď sa usadzuje vo vodonosných vrstvách, pôde a podzemných vodách.