การกลั่นแบบเศษส่วนทำงานอย่างไร

การกลั่นเป็นกระบวนการแยกของเหลวตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปตามความแตกต่างของจุดเดือด เมื่อจุดเดือดของของเหลวใกล้เคียงกันมาก การแยกโดยการกลั่นแบบปกติจะไม่ได้ผลหรือเป็นไปไม่ได้ การกลั่นแบบเศษส่วนเป็นกระบวนการกลั่นแบบดัดแปลงที่ช่วยให้สามารถแยกของเหลวที่มีจุดเดือดใกล้เคียงกันได้

จุดเดือดของของเหลวคืออุณหภูมิที่เปลี่ยนเป็นไอ ของเหลวยังคงมีจุดเดือดเฉพาะแม้เมื่อผสมกับของเหลวอื่นๆ นี่แสดงถึงหลักการพื้นฐานของการกลั่นที่ของเหลวสามารถแยกออกได้โดยการแปลงของเหลวด้วย จุดเดือดต่ำสุดเป็นไอ จากนั้นเปลี่ยนไอนั้นกลับเป็นสถานะของเหลวหลังจากที่มันถ่ายโอนไปยังที่แยกจากกัน ภาชนะ

ในกระบวนการกลั่น ส่วนผสมของของเหลวจะถูกวางในขวดเดือด ซึ่งเชื่อมต่อกับคอลัมน์ทำความเย็นที่เรียกว่าคอนเดนเซอร์ ซึ่งปลายด้านตรงข้ามจะเชื่อมต่อกับขวดรับ คอนเดนเซอร์อยู่ในแนวนอนโดยมีความลาดเอียงลงเล็กน้อย เพื่อให้สามารถเก็บไอระเหยที่ไปถึงคอนเดนเซอร์และเปลี่ยนกลับเป็นของเหลวในขวดรับได้ แผนกเคมีที่ Wake Forest College มีไดอะแกรมของการตั้งค่า เมื่อเสร็จสิ้นการกลั่น ของเหลวที่เดือดต่ำสุดจะสิ้นสุดลงในขวดรับ (และเรียกว่า "กลั่น") และของเหลวที่เดือดที่สูงขึ้นจะยังคงอยู่ในขวดที่เดือด

การตั้งค่าการกลั่นแบบเศษส่วนประกอบด้วยคอลัมน์เพิ่มเติมที่วางในแนวตั้งที่ด้านบนของขวดเดือดและเชื่อมต่อกับคอนเดนเซอร์ จุดประสงค์คือเพื่อเพิ่มระยะทางที่ไอจะต้องเดินทางไปถึงคอนเดนเซอร์ คอลัมน์มักจะบรรจุด้วยลูกปัดแก้วหรือชิ้นส่วนของเซรามิกเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวที่ไอจะต้องสัมผัสเมื่อส่งผ่านไปยังคอนเดนเซอร์

ในระหว่างการกลั่นแบบปกติ ของเหลวที่มีจุดเดือดสูงจำนวนมากจะระเหยกลายเป็นไอและขนส่งไปยังขวดสำหรับเก็บรวบรวม ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะกลายเป็นสิ่งเจือปนในผลิตภัณฑ์กลั่น นี่เป็นปัญหาโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อของเหลวที่แยกออกมามีจุดเดือดใกล้เคียงกัน ยิ่งพื้นที่ผิวสัมผัสของเหลวเดือดสูงขึ้นไปพร้อมกัน ก็ยิ่งมีโอกาสเกิดการควบแน่นกลับเป็นของเหลวและกลับคืนสู่ขวดเดือด การกลั่นแบบเศษส่วนใช้พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นนี้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการกลั่น

การใช้งานหลักสองประการของการกลั่นแบบเศษส่วนคือการกลั่นน้ำมันดิบและการผลิตสุรา (เครื่องดื่มแอลกอฮอล์)

น้ำมันดิบประกอบด้วยสารเคมีหลายชนิด หลายชนิดมีจุดเดือดใกล้เคียงกัน โรงกลั่นแยกสารเคมีเหล่านี้โดยจุดเดือดเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ เศษส่วนเดือดล่างกลายเป็นก๊าซปิโตรเลียมหรือน้ำมันเบนซิน เศษส่วนเดือดปานกลาง กลายเป็นน้ำมันเตา น้ำมันดีเซล หรือน้ำมันก๊าด และเศษส่วนที่เดือดสูงสุดกลายเป็นขี้ผึ้งพาราฟินหรือ ยางมะตอย.

การหมักน้ำตาลในแอลกอฮอล์จะหยุดลงเมื่อปริมาณแอลกอฮอล์เข้าใกล้ 13 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากยีสต์ไม่สามารถอยู่รอดได้เมื่อความเข้มข้นของแอลกอฮอล์สูงขึ้น จุดเดือดของแอลกอฮอล์ (78.5 องศาเซลเซียส) และน้ำ (100 องศาเซลเซียส) ก็ใกล้เคียงกันนั่นเอง โรงกลั่นต้องใช้การกลั่นแบบเศษส่วนเพื่อให้แอลกอฮอล์เข้มข้นถึงประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ (ซึ่งต่อไปจะเรียกว่า "วิญญาณ")

กระบวนการกลั่นที่โรงกลั่นน้ำมันใช้พลังงานน้ำมัน 2 บาร์เรลต่อน้ำมันกลั่นทุกๆ 100 บาร์เรล