Värdefulla naturliga ämnen förekommer ofta som blandningar som innehåller både önskvärda och oönskade komponenter. Till exempel innehåller råolja olika typer av kolväten som är lämpliga för olika bränslen applikationer har havsvatten en hög salthalt och järnmalm innehåller mineralföroreningar utöver användbart järn. Under århundradena har människor utvecklat många sätt att förfina eller rena naturmaterial. Enkel destillation och fraktionerad destillation är två variationer på en grundläggande teknik för att separera olika vätskekomponenter.
Ångor och avdunstning
Förhållandet mellan temperatur och avdunstning är viktigt för att förstå både enkel och fraktionerad destillation. När en vätska är i en öppen behållare utövar atmosfären ett nedåtryck på vätskans yta. Detta atmosfärstryck motverkar vätskans ångtryck, vilket skapas av den kinetiska energin hos molekyler som avdunstar från vätskans yta. När vätskans temperatur ökar ökar också den genomsnittliga molekylära kinetiska energin; fler molekyler avdunstar, vilket leder till högre ångtryck. Kokning sker när molekyler kan avdunsta fritt eftersom vätskan har nått en temperatur vid vilken ångtrycket är lika med atmosfärstrycket.
Enkel separering
Olika föreningar har olika koktemperaturer. På liknande sätt har olika föreningar vid varje given temperatur olika ångtryck. Om en flytande blandning av olika föreningar upphettas i en sluten behållare, kommer sammansättningen av ångan som fångas ovanför vätskan att återspegla dessa skillnader. Ångan kommer att innehålla fler molekyler av föreningar med högre ångtryck och färre molekyler av föreningar med lägre ångtryck. En förening med mycket hög koktemperatur relativt de andra föreningarna i blandningen kommer att vara nästan frånvaro av ångan och icke-flyktiga lösta fasta ämnen, såsom salt, kommer att förbli som sediment i det uppvärmda behållare. Enkel destillation är processen att samla in denna ånga och kyla den så att den kondenserar tillbaka till en vätska. Enkel destillation separerar komponenterna i en vätskeblandning eftersom den kondenserade vätskan innehåller en högre andel föreningar med högre ångtryck och den ursprungliga vätskan innehåller en högre andel föreningar med lägre ånga tryck.
Destillationsdilemma
En enkel destillation ändrar andelen föreningar i de två slutliga vätskorna, men den uppnår inte fullständig separation. Processen kan upprepas för att uppnå gradvis högre separationsgrader, men detta är också slösaktigt eftersom under varje destillationsprocedur flyr vissa molekyler ut i atmosfären och andra förblir som rest i destilleringen Utrustning. Fraktionerad destillation adresserar detta dilemma - förbättras med enkel destillation genom att uppnå högre grader av separation i endast ett destillationsförfarande.
En kolumn, flera avdunstningar
Den primära skillnaden mellan fraktionerad destillation och enkel destillation är tillsatsen av en fraktioneringskolonn mellan den uppvärmda behållaren och platsen där ångan kondenserar. Denna kolonn är fylld med material, såsom tunna metalltrådar eller glaspärlor, som uppmuntrar kondens eftersom de har hög yta. När ångorna stiger genom fraktioneringskolonnen kondenseras de till vätska på de svalare ytorna av dessa material. Heta ångor som stiger nedifrån får denna vätska att avdunsta, sedan kondenserar den igen, sedan avdunstar den igen och så vidare. Varje avdunstning resulterar i ånga med en högre andel molekyler med högre ångtryck. Således uppnår fraktionerad destillation överlägsen separation med mindre materialförlust eftersom en procedur motsvarar flera omgångar av enkel destillation.