Переваги дробової дистиляції

Дистиляція - це спосіб відокремлення компонентів від рідкої суміші, використовуючи переваги їх різниці температур кипіння. Це поділ рідина-газ і передбачає випаровування та подальшу конденсацію кожної рідини. Є деякі переваги фракційної перегонки перед простою перегонкою.

Поширеними видами дистиляції є проста дистиляція, фракційна дистиляція, вакуумна дистиляція та дистиляція парою. Вони відрізняються головним чином налаштуванням апарату та їх застосуванням.

Фракційна дистиляція є більш ефективною, ніж проста дистиляція в сепарації завдяки великій кількості теоретичних пластин. Це важливий процес у хімії, промисловості та харчовій науці. Використання фракційної перегонки включає такі процеси, як опріснення, переробка сирої нафти та хімічне очищення.

Проста дистиляція ефективна лише для рідин, точки кипіння яких відрізняються більш ніж на 30 ° C. Навпаки, фракційна дистиляція підходить для більш складних сепарацій, де різниця температур кипіння менше 30 ° C.

Щоб зрозуміти, як працює дробова дистиляція, потрібно знати Закон Рауля, в якому зазначено, що тиск пари розчину залежить від тиску пари кожного компонента та мольної частки компонента в розчині. Підтримуючи постійний тиск, можна отримати a діаграма температури і складу.

•••Змінено з Лабораторної техніки в органічній хімії (четверте видання, 2014): сторінки 173-206

Для суміші пентан-гексан при одному атмосферному тиску вихідна рідка суміш (L₁) гексану (bp = 69 ° C) і пентану (bp = 36 ° C) закипає при 48 ° C з утворенням пари V₁, який конденсується, утворюючи L₂. Після першого циклу випаровування-конденсації відсоток пентану зріс з 48 до 73 відсотків.

L₂ потім випаровується у V₂, що призводить до подальшого збагачення пентаном. L₅, що є рідиною, отриманою після чотирьох циклів, є майже чистим пентаном. Кожен цикл випаровування-конденсації також називається теоретична табличка, отримує більш чистий розчин більш леткого компонента.

У установці фракційної дистиляції фракціонуюча колонка, як правило, розміщується між дистиляційною колбою і головкою для збільшення відділення рідин від суміші. Ці колони мають більшу площу поверхні, на якій, таким чином, можуть виникати рівноваги пара рідина-пара більш теоретичні таблички. Прикладами фракціонуючих колон є колони Vigreux та скляні намистини, які мають шість-вісім теоретичних пластин.

При простій перегонці фракціонуюча колонка не використовується, і пара з перегонної колби надходить прямо в конденсат. Він має лише одну або дві теоретичні пластини, тому він не буде ефективним для поділу таких сумішей, як L₁, для очищення якого потрібно більше чотирьох циклів випаровування-конденсації.

Фракційна дистиляція використовується в нафтопереробні заводи розділити сиру нафту на вуглеводні, які мають різну кількість вуглецю, температуру кипіння та застосування. Деякі із ізольованих продуктів включають бензин, дизель, масла та віск. Цей метод також застосовується на хімічних заводах, заводах з переробки природного газу та кріогенних відділеннях повітря.

Фракційна дистиляція також є поширена техніка в лабораторіях органічної хімії. Наприклад, циклопентадієн зазвичай продається як дициклопентадієн, оскільки циклопентадієн може мимовільно димеризуватися, утворюючи дициклопентадієн. Фракційна дистиляція часто використовується для повернення дициклопентадієну назад до циклопентадієну.

Фракційна дистиляція сама по собі не шкідлива для навколишнього середовища. Насправді фракційна дистиляція перетворює сиру нафту, яка в іншому випадку непридатна, на більш цінні продукти. Однак нафтопереробні заводи, де проводиться фракційна перегонка сирої нафти, можуть стати джерелом забруднення, якщо побічні продукти не обробляються належним чином відповідно до норм.

НПЗ є основним джерелом забруднювачів повітря, таких як тверді частинки, оксиди азоту та чадний газ. Стічні води з нафтопереробних заводів також спричиняють забруднення води та земель, оскільки осідають у водоносних шарах, грунті та підземних водах.