Fördelarna med fraktionerad destillation

Destillation är en metod för att separera komponenter från en flytande blandning genom att utnyttja deras kokpunktsskillnader. Det är en vätske-gas-separation och involverar förångning och efterföljande kondensation av varje vätska. Det finns vissa fördelar med fraktionerad destillation jämfört med enkel destillation.

Vanliga typer av destillation är enkel destillation, fraktionerad destillation, vakuumdestillation och ångdestillation. De skiljer sig huvudsakligen vad gäller apparater och applikationer.

Fraktionerad destillation är effektivare än enkel destillation vid separation på grund av ett stort antal teoretiska plattor. Det är en viktig process inom kemi, industri och livsmedelsvetenskap. Användning av fraktionerad destillation inkluderar processer såsom avsaltning, råoljeraffinering och kemisk rening.

Enkel destillation är effektiv endast för vätskor vars kokpunkter skiljer sig mer än 30 ° C. Tvärtom är fraktionerad destillation lämplig för mer utmanande separationer, där kokpunktens skillnad är mindre än 30 ° C.

För att förstå hur fraktionerad destillation fungerar måste man veta Raoults lag, som anger ångtrycket i en lösning är beroende av ångtrycket hos varje komponent och molfraktionen av komponenten i lösningen. Medan man håller trycket konstant kan man generera en temperatur-komposition diagram.

•••Modifierad från laboratorieteknik i organisk kemi (fjärde upplagan, 2014): sidorna 173-206

För en pentan-hexanblandning vid ett atmosfärstryck bör en initial vätskeblandning (L₁(hexan (kp = 69 ° C) och pentan (kp = 36 ° C) kokar vid 48 ° C för att ge ånga V₁, som kondenserar för att bilda L₂. Efter den första förångnings-kondensationscykeln har andelen pentan ökat från 48 procent till 73 procent.

L₂ förångas sedan till V.₂vilket resulterar i en ytterligare anrikning i pentan. L₅, som är vätskan erhållen efter fyra cykler, är nästan ren pentan. Varje förångnings-kondensationscykel, även kallad teoretisk platta, ger en renare lösning av den mer flyktiga komponenten.

I en fraktionerad destillationsinstallation placeras en fraktioneringskolonn typiskt mellan destillationskolven och huvudet för att öka separationen av vätskor från blandningen. Dessa kolumner har en större yta där vätska-ånga-jämvikter kan förekomma och därmed mer teoretiska plattor. Exempel på fraktioneringskolonner är Vigreux- och glaspärlkolonner, som har sex till åtta teoretiska plattor.

I en enkel destillation används inte en fraktioneringskolonn och ånga från destillationskolven går rakt i kondens. Den har bara en eller två teoretiska plattor, så det skulle inte vara effektivt för separering av blandningar som L₁, som kräver mer än fyra förångnings-kondensationscykler för att rena.

Fraktionerad destillation används i oljeraffinaderier för att separera råolja i kolväten, som har olika kolantal, kokpunkter och applikationer. Några av de isolerade produkterna inkluderar bensin, diesel, oljor och vaxer. Denna metod används också i kemiska anläggningar, naturgasbearbetning och kryogena luftseparationsanläggningar.

Fraktionerad destillation är också en vanlig teknik i organiska kemilaboratorier. Exempelvis säljs cyklopentadien vanligtvis som dicyklopentadien eftersom cyklopentadien spontant kan dimeriseras för att bilda dicyklopentadien. Fraktionerad destillation används ofta för att återställa dicyklopentadien till cyklopentadien.

Fraktionerad destillation ensam är inte skadlig för miljön. Faktum är att fraktionerad destillation omvandlar råolja, annars oanvändbar, till mer värdefulla produkter. Petroleumsraffinaderier, där fraktionerad destillation av råolja utförs, kan dock vara en föroreningskälla om biprodukterna inte behandlas ordentligt enligt föreskrifterna.

Raffinaderier är en viktig källa till luftföroreningar såsom partiklar, kväveoxider och kolmonoxid. Avloppsvatten från raffinaderierna orsakar också vatten- och markföroreningar när det sätter sig i vatten, jord och grundvatten.