ข้อดีของการกลั่นแบบเศษส่วน

การกลั่นเป็นวิธีการแยกส่วนประกอบออกจากของผสมของเหลวโดยใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของจุดเดือด เป็นการแยกก๊าซของเหลวและเกี่ยวข้องกับการกลายเป็นไอและการควบแน่นของของเหลวแต่ละชนิดในภายหลัง มีประโยชน์บางประการของการกลั่นแบบเศษส่วนมากกว่าการกลั่นแบบธรรมดา

การกลั่นแบบทั่วไปคือการกลั่นแบบธรรมดา การกลั่นแบบเศษส่วน การกลั่นแบบสุญญากาศ และการกลั่นด้วยไอน้ำ แตกต่างกันในการตั้งค่าอุปกรณ์และการใช้งานเป็นหลัก

การกลั่นแบบเศษส่วนมีประสิทธิภาพมากกว่าการแยกส่วนแบบธรรมดาเนื่องจากมีแผ่นตามทฤษฎีจำนวนมาก เป็นกระบวนการที่สำคัญในด้านเคมี อุตสาหกรรม และวิทยาศาสตร์การอาหาร การใช้การกลั่นแบบเศษส่วนรวมถึงกระบวนการต่างๆ เช่น การกลั่นน้ำทะเล การกลั่นน้ำมันดิบ และการทำให้บริสุทธิ์ด้วยสารเคมี

การกลั่นอย่างง่ายมีผลกับของเหลวที่มีจุดเดือดต่างกันมากกว่า 30°C เท่านั้น ในทางตรงกันข้าม การกลั่นแบบเศษส่วนเหมาะสำหรับการแยกสารที่มีความท้าทายมากขึ้น โดยที่จุดเดือดต่างกันน้อยกว่า 30 °C

เพื่อให้เข้าใจว่าการกลั่นแบบเศษส่วนทำงานอย่างไร เราต้องรู้ กฎของราอูลท์ซึ่งระบุความดันไอของสารละลายขึ้นอยู่กับความดันไอของแต่ละส่วนประกอบและเศษส่วนของโมลของส่วนประกอบในสารละลาย ในขณะที่รักษาความดันให้คงที่ เราสามารถสร้าง a

•••แก้ไขจากเทคนิคห้องปฏิบัติการในเคมีอินทรีย์ (ฉบับที่สี่, 2014): หน้า 173-206

สำหรับของผสมเพนเทน-เฮกเซนที่ความดันบรรยากาศหนึ่ง ส่วนผสมของเหลวเริ่มต้น (L₁) ของเฮกเซน (bp = 69°C) และเพนเทน (bp = 36°C) เดือดที่ 48 °C เพื่อสร้างไอ V₁ซึ่งควบแน่นเป็น L₂. หลังจากการกลั่นตัวเป็นไอ-การควบแน่นครั้งแรก เปอร์เซ็นต์ของเพนเทนเพิ่มขึ้นจาก 48 เปอร์เซ็นต์เป็น 73 เปอร์เซ็นต์

หลี่₂ แล้วระเหยกลายเป็น V₂ส่งผลให้มีการเสริมสมรรถนะในเพนเทนมากขึ้น หลี่₅ซึ่งเป็นของเหลวที่ได้รับหลังจากสี่รอบ เกือบจะเป็นเพนเทนบริสุทธิ์ แต่ละรอบการกลายเป็นไอ-การควบแน่น เรียกอีกอย่างว่า แผ่นทฤษฎีให้ผลการแก้ปัญหาที่บริสุทธิ์กว่าของส่วนประกอบที่มีความผันผวนมากกว่า

ในการตั้งค่าการกลั่นแบบเศษส่วน โดยทั่วไปคอลัมน์การแยกส่วนจะถูกวางไว้ระหว่างขวดกลั่นและส่วนหัวเพื่อเพิ่มการแยกของเหลวออกจากส่วนผสม คอลัมน์เหล่านี้มีพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นซึ่งสภาวะสมดุลของไอของเหลวสามารถเกิดขึ้นได้ ดังนั้น แผ่นทฤษฎีเพิ่มเติม. ตัวอย่างของคอลัมน์การแยกส่วนคือคอลัมน์ Vigreux และลูกปัดแก้วซึ่งมีแผ่นตามทฤษฎีหกถึงแปดแผ่น

ในการกลั่นอย่างง่าย คอลัมน์การแยกส่วนจะไม่ถูกใช้ และไอจากขวดกลั่นจะเข้าสู่การควบแน่นโดยตรง มีแผ่นตามทฤษฎีเพียงหนึ่งหรือสองแผ่น ดังนั้นจึงไม่มีประสิทธิภาพสำหรับการแยกสารผสมเช่น L₁ซึ่งต้องใช้รอบการระเหย-ควบแน่นมากกว่าสี่รอบเพื่อทำให้บริสุทธิ์

ใช้การกลั่นแบบเศษส่วนใน โรงกลั่นน้ำมัน เพื่อแยกน้ำมันดิบออกเป็นไฮโดรคาร์บอนซึ่งมีเลขคาร์บอน จุดเดือด และการใช้งานต่างกัน ผลิตภัณฑ์ที่แยกได้บางส่วน ได้แก่ น้ำมันเบนซิน ดีเซล น้ำมันและขี้ผึ้ง วิธีนี้ยังใช้ในโรงงานเคมี การแปรรูปก๊าซธรรมชาติ และโรงแยกอากาศด้วยความเย็น

การกลั่นแบบเศษส่วนยังเป็นa เทคนิคทั่วไปในห้องปฏิบัติการเคมีอินทรีย์. ตัวอย่างเช่น ไซโคลเพนทาเดียนมักจะขายเป็นไดไซโคลเพนทาดีน เนื่องจากไซโคลเพนทาเดียนสามารถทำให้เป็นไดเมอร์ได้เองเพื่อสร้างไดไซโคลเพนทาดีน การกลั่นแบบเศษส่วนมักใช้เพื่อเปลี่ยนไดไซโคลเพนทาดีนกลับเป็นไซโคลเพนทาดีน

การกลั่นแบบเศษส่วนเพียงอย่างเดียวไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม อันที่จริง การกลั่นแบบเศษส่วนจะแปลงน้ำมันดิบ ซึ่งไม่เช่นนั้นจะใช้ไม่ได้ให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่ามากกว่า อย่างไรก็ตาม โรงกลั่นน้ำมันปิโตรเลียมซึ่งมีการกลั่นน้ำมันดิบแบบแยกส่วน อาจเป็นแหล่งของมลพิษได้หากผลิตภัณฑ์ข้างเคียงไม่ได้รับการรักษาอย่างถูกต้องตามระเบียบข้อบังคับ

โรงกลั่นเป็นแหล่งสำคัญของมลพิษทางอากาศ เช่น ฝุ่นละออง ไนโตรเจนออกไซด์ และคาร์บอนมอนอกไซด์ น้ำเสียจากโรงกลั่นยังทำให้เกิดมลพิษทางน้ำและทางบกเมื่อตกลงมาในชั้นหินอุ้มน้ำ ดิน และน้ำใต้ดิน