Definicja i przykłady destylacji frakcyjnej

Destylacja frakcyjna służy do oczyszczania chemikaliów i rozdzielania mieszanin

Surasak Petchang / Getty Images

Destylacja frakcyjna to proces, w którym składniki substancji chemicznej mieszanina są podzielone na różne części (tzw. frakcje) według ich różnych punkty wrzenia . Destylacja frakcyjna służy do oczyszczania chemikaliów i rozdzielania mieszanin w celu uzyskania ich składników.

Technika ta jest stosowana w laboratoriach i przemyśle, gdzie proces ma ogromne znaczenie handlowe. Przemysł chemiczny i naftowy polega na destylacji frakcyjnej.

Jak to działa

Paryod wrzenie roztwór przepuszcza się wzdłuż wysokiej kolumny, zwanej kolumną frakcjonującą. Kolumna jest wypełniona plastikowymi lub szklanymi kulkami, aby poprawić separację, zapewniając większą powierzchnię do kondensacji i odparowania. Temperatura kolumny stopniowo spada na jej długości. Składniki o wyższej temperaturze wrzenia kondensują na kolumnie i wracają do rozwiązanie ; składniki o niższej temperaturze wrzenia (więcej lotny ) przechodzą przez kolumnę i są zbierane u góry.

Teoretycznie posiadanie większej liczby kulek lub płytek poprawia rozdział, ale dodanie płytek zwiększa również czas i energię wymaganą do zakończenia destylacji.

Ropa naftowa

Benzyna i wiele innych chemikaliów wytwarza się z ropy naftowej przy użyciu destylacji frakcyjnej. Ropa naftowa jest podgrzewana, aż wyparuje. Różne frakcje ulegają kondensacji w określonych zakresach temperatur. Substancje chemiczne w pewnej frakcji to węglowodory o porównywalnej liczbie atomów węgla. Od gorących do zimnych (od największych do najmniejszych węglowodorów), frakcjami mogą być pozostałości (używane do produkcji bitumu), olej opałowy, olej napędowy, nafta, benzyna, benzyna i gaz rafineryjny.

Etanol

Destylacja frakcyjna nie może całkowicie oddzielić składników mieszaniny etanolu i wody pomimo różnych temperatur wrzenia tych dwóch chemikaliów. Woda wrze w 100 stopniach Celsjusza, a etanol w 78,4 stopniach Celsjusza. Jeśli zagotuje się mieszankę alkoholu i wody, etanol będzie się zagęszczał w parze, ale tylko do pewnego momentu, ponieważ alkohol i woda tworzą azeotrop . Gdy mieszanina osiągnie punkt, w którym składa się z 96% etanolu i 4% wody, mieszanina jest bardziej lotna (wrze w 78,2 stopniach Celsjusza) niż etanol.

Destylacja prosta a destylacja frakcyjna

Destylacja frakcyjna różni się od prostej destylacja ponieważ kolumna frakcjonująca naturalnie oddziela związki na podstawie ich temperatur wrzenia. Możliwe jest wyizolowanie chemikaliów za pomocą prostej destylacji, ale wymaga to dokładnej kontroli temperatury, ponieważ na raz można wyizolować tylko jedną „frakcję”.

Skąd wiesz, czy użyć prostej destylacji, czy destylacji frakcyjnej do oddzielenia mieszaniny? Prosta destylacja jest szybsza, prostsza i zużywa mniej energii, ale jest naprawdę przydatna tylko wtedy, gdy istnieje duża różnica między temperaturami wrzenia pożądanych frakcji (ponad 70 stopni Celsjusza). Jeśli między frakcjami występuje tylko niewielka różnica temperatur, najlepszym rozwiązaniem jest destylacja frakcyjna.

Oto zestawienie różnic między destylacją prostą i frakcyjną:

	Prosta destylacja	Destylacja frakcyjna
Zastosowania	Oddzielanie stosunkowo czystych cieczy, które mają duże różnice w temperaturze wrzenia. Również oddzielanie cieczy od zanieczyszczeń stałych.	Izolowanie składników złożonych mieszanin o niewielkich różnicach temperatury wrzenia.
Zalety	Szybciej Wymaga mniejszego wkładu energii Prostszy, tańszy sprzęt	Lepsza separacja cieczy Lepiej oczyszczają płyny zawierające wiele różnych składników
Niedogodności	Przydatne tylko w przypadku stosunkowo czystych cieczy Wymaga dużej różnicy temperatur wrzenia między składnikami Nie rozdziela frakcji tak czysto	Wolniej Wymaga więcej energii Bardziej skomplikowana i kosztowna konfiguracja