Definicja destylacji frakcyjnej i przykłady

Destylacja frakcyjna to proces, w którym składniki substancji chemicznej mieszanina są podzielone na różne części (zwane frakcjami) zgodnie z ich różnymi punkty wrzenia. Destylacja frakcyjna służy do oczyszczania chemikaliów i do rozdzielania mieszanin w celu uzyskania ich składników.

Technikę stosuje się w laboratoriach i przemyśle, gdzie proces ma ogromne znaczenie komercyjne. Przemysł chemiczny i naftowy polega na destylacji frakcyjnej.

Pary od wrzenie roztwór przepuszcza się wzdłuż wysokiej kolumny, zwanej kolumną frakcjonującą. Kolumna jest wypełniona plastikowymi lub szklanymi koralikami, aby poprawić separację poprzez zapewnienie większej powierzchni dla kondensacji i parowania. Temperatura kolumny stopniowo maleje wzdłuż 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 perełek lub płytek poprawia separację, ale dodanie płytek zwiększa również czas i energię wymaganą do zakończenia destylacji.

Benzyna i wiele innych chemikaliów wytwarzanych jest z ropy naftowej metodą destylacji frakcyjnej. Ropa naftowa jest podgrzewana, aż odparuje. Różne frakcje kondensują w określonych zakresach temperatur. Substancje chemiczne w pewnej frakcji to węglowodory o porównywalnej liczbie atomów węgla. Od gorącego do zimnego (od największych węglowodorów do najmniejszych), frakcje mogą stanowić pozostałości (używane do produkcji bitumu), olej opałowy, olej napędowy, nafta, benzyna ciężka, benzyna i gaz rafineryjny.

Destylacja frakcyjna nie może całkowicie oddzielić składników mieszaniny etanolu i wody pomimo różnych temperatur wrzenia obu chemikaliów. Woda wrze w 100 stopniach Celsjusza, podczas gdy etanol wrze w 78,4 stopniach Celsjusza. Jeśli gotuje się mieszaninę alkohol-woda, etanol skoncentruje się w oparach, ale tylko do pewnego stopnia, 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 frakcyjna różni się od prostej destylacja ponieważ kolumna frakcjonująca naturalnie oddziela związki na podstawie ich temperatur wrzenia. Możliwe jest izolowanie chemikaliów za pomocą prostej destylacji, ale wymaga starannej kontroli temperatury, ponieważ tylko jedna „frakcja” może być izolowana jednocześnie.

Skąd wiesz, czy do oddzielenia mieszaniny zastosować zwykłą destylację czy destylację frakcyjną? Prosta destylacja jest szybsza, prostsza i zużywa mniej energii, ale naprawdę jest przydatna tylko wtedy, gdy jest jest duża różnica między temperaturami wrzenia pożądanych frakcji (ponad 70 stopni Celcius). Jeśli między frakcjami jest tylko niewielka różnica temperatur, najlepszym rozwiązaniem jest destylacja frakcyjna.

Oto podział różnic między destylacją prostą a frakcyjną: