Tartalom
Az értékes természetes anyagok gyakran keverékek formájában fordulnak elő, amelyek mind kívánatos, mind nem kívánatos komponenseket tartalmaznak. Például a nyersolaj különféle típusú szénhidrogéneket tartalmaz, amelyek különböző üzemanyag-felhasználásokra alkalmasak, az óceánvíz magas sótartalommal rendelkezik, és a vasérc az alkalmazható vas mellett ásványi szennyeződéseket is tartalmaz. Az évszázadok során az emberek számos módszert fejlesztettek ki a természetes anyagok finomítására vagy tisztítására. Az egyszerű desztilláció és a frakcionált desztilláció két változat egy alapvető módszerrel a folyadék különböző alkotóelemeinek szétválasztására.
Gőzök és párolgás
A hőmérséklet és a párolgás közötti kapcsolat elengedhetetlen az egyszerű és a frakcionált desztilláció megértéséhez. Amikor egy folyadék nyitott tartályban van, a légkör lefelé nyomást gyakorol a folyadék felületére. Ez a légköri nyomás ellensúlyozza a folyadékok gőznyomását, amelyet a folyadék felületéről párolgó molekulák kinetikus energiája hoz létre. Ahogy a folyadék hőmérséklete megemelkedik, az átlagos molekuláris kinetikai energia is növekszik; több molekula elpárolog, ami magasabb gőznyomást eredményez. Forrás akkor fordul elő, amikor a molekulák szabadon elpárologhatnak, mivel a folyadék elérte a hőmérsékletet, amelyen a gőznyomás megegyezik a légköri nyomással.
Egyszerű elválasztás
A különböző vegyületek forráspontja eltérő. Hasonlóképpen, bármely adott hőmérsékleten a különböző vegyületek gőznyomása eltérő. Ha a különféle vegyületek folyékony keverékét zárt tartályban hevítik, akkor a folyadék fölé ragadt gőz összetétele tükrözi ezeket a különbségeket. A gőz több molekulát tartalmaz magasabb gőznyomású vegyületekből és kevesebb molekulát alacsonyabb gőznyomású vegyületekből. Egy olyan vegyület, amelynek forráspontja nagyon magas a keverék többi vegyületéhez viszonyítva, csaknem hiányzik a gőztől, és nem illékony oldott szilárd anyagok, például só, üledékként marad a fűtött tartályban. Az egyszerű desztilláció ezen gőz összegyűjtése és lehűtése úgy, hogy visszafolyjon folyadékgá. Az egyszerű desztilláció elválasztja a folyékony keverék alkotóelemeit, mivel a kondenzált folyadék nagyobb arányban tartalmaz magasabb gőznyomású vegyületeket, és az eredeti folyadék nagyobb arányban tartalmaz alacsonyabb gőznyomású vegyületeket.
Desztillációs dilemma
Egy egyszerű desztilláció megváltoztatja a vegyületek arányát a két végső folyadékban, de ez nem érinti el a teljes elválasztást. Az eljárást meg lehet ismételni, hogy fokozatosan nagyobb fokú elválasztást érjünk el, de ez pazarló is, mert minden egyes desztillációs eljárás során egyes molekulák eljutnak a légkörbe, és részek maradékként maradnak a desztilláló berendezésben. A frakcionált desztilláció ezt a dilemmát oldja meg - javítva az egyszerű desztillációt azáltal, hogy csak egy desztillációs eljárás során magasabb fokú elválasztást ér el.
Egy oszlop, több párologtatás
A frakcionált desztilláció és az egyszerű desztilláció közötti elsődleges különbség a frakcionáló oszlop hozzáadása a fűtött tartály és a gőz kondenzálódásának helye között. Ezt az oszlopot olyan anyagokkal töltik meg, mint például vékony fémhuzalok vagy üveggyöngyök, amelyek ösztönzik a páralecsapódást, mivel nagy felületük van. Ahogy a gőzök a frakcionáló oszlopon keresztül emelkednek, folyadékká kondenzálódnak ezen anyagok hűvösebb felületein. Az alulról emelkedő forró gőzök ezt a folyadékot elpárologtatják, majd újra kondenzálódik, majd ismét elpárolog és így tovább. Mindegyik párolgás gőzt eredményez, amelynek nagyobb arányú molekulái vannak nagyobb gőznyomással. Így a frakcionált desztilláció révén kiváló elválasztás érhető el kevesebb anyagveszteséggel, mivel egy eljárás egyenértékű az egyszerű desztilláció többszörös körével.