Содержание
Дистилляция - это процесс разделения двух или более жидкостей, основанный на различиях их температур кипения. Однако, когда точки кипения жидкостей очень похожи, разделение обычной дистилляцией становится неэффективным или невозможным. Фракционная перегонка - это модифицированный процесс перегонки, который позволяет разделять жидкости с одинаковыми температурами кипения.
Точки кипения
Температура кипения жидкости - это температура, при которой она превращается в пар. Жидкости сохраняют свою характерную температуру кипения даже при смешивании с другими жидкостями. Это представляет основополагающий принцип дистилляции - то, что жидкости могут быть разделены путем преобразования жидкости с самой низкой температурой кипения в пар, а затем преобразования этого пара обратно в жидкое состояние после его перемещения в отдельный контейнер.
дистилляция
В процессе перегонки жидкую смесь помещают в кипящую колбу, которая соединена с охлаждающей колонной, называемой конденсатором, противоположный конец которой соединен с приемной колбой. Конденсатор расположен горизонтально с небольшим наклоном вниз, так что пар, который достигает конденсатора и превращается обратно в жидкость, может быть собран в приемной колбе. Отдел химии в Колледже Уэйк Форест предоставляет схему установки. По завершении дистилляции низкокипящая жидкость попадает в приемную колбу (и называется «дистиллят»), а высококипящая жидкость остается в кипящей колбе.
Фракционная дистилляция
Установка фракционной перегонки включает дополнительную колонну, которая расположена вертикально над кипящей колбой и к которой подключен конденсатор. Его цель - увеличить расстояние, которое пар должен пройти, чтобы достичь конденсатора. Колонны, как правило, заполнены стеклянными шариками или кусочками керамики, чтобы увеличить площадь поверхности, с которой пар должен вступать в контакт при его транспортировке в конденсатор.
Во время обычной дистилляции значительное количество высококипящей жидкости также будет испаряться и транспортироваться в колбу для сбора, по существу становясь примесью в дистиллированном продукте. Это особенно проблематично, когда разделяемые жидкости имеют одинаковые точки кипения. Чем больше площадь поверхности, чем выше кипящая жидкость контактирует в процессе, тем больше вероятность того, что она снова конденсируется в жидкость и возвращается в кипящую колбу. Фракционная перегонка использует эту увеличенную площадь поверхности для повышения эффективности перегонки.
Пользы
Двумя основными применениями фракционной перегонки являются переработка сырой нефти и производство спиртных напитков (алкогольных напитков).
Сырая нефть содержит множество различных химических веществ, многие из которых имеют одинаковые точки кипения. Нефтеперерабатывающие заводы разделяют эти химические вещества по температуре кипения на различные продукты. Низкокипящие фракции превращаются в нефтяной газ или бензин, промежуточнокипящие фракции превращаются в мазут, дизельное топливо или керосин, а высококипящие фракции превращаются в парафиновый воск или асфальт.
Ферментация сахаров в алкоголь прекращается, когда содержание алкоголя приближается к 13 процентам, потому что дрожжи не могут выжить при более высоких концентрациях алкоголя. Точки кипения спирта (78,5 градусов по Цельсию) и воды (100 градусов по Цельсию) достаточно похожи, так что ликеро-водочные заводы должны использовать фракционную дистилляцию, чтобы сконцентрировать спирт примерно до 50 процентов (который затем называют «спиртными напитками»).
Интересный факт
Процесс перегонки на нефтеперерабатывающем заводе потребляет 2 барреля нефти в энергии на каждые 100 баррелей рафинированного масла.