Hvordan man forklarer Simple Vs. Fraktioneret destillation

Værdifulde naturlige stoffer forekommer ofte som blandinger, der indeholder både ønskelige og uønskede komponenter. For eksempel indeholder råolie forskellige typer carbonhydrider, der er egnede til forskellige brændstofanvendelser, havvand har et højt saltindhold, og jernmalm indeholder mineral urenheder ud over brugbart jern. Gennem århundrederne har folk udviklet mange måder at raffinere eller rense naturlige materialer på. Simpel destillation og fraktioneret destillation er to variationer på en grundlæggende teknik til adskillelse af forskellige komponenter i en væske.

Damp og fordampning

Forholdet mellem temperatur og fordampning er afgørende for forståelsen af ​​både enkel og fraktioneret destillation . Når en væske er i en åben beholder, udøver atmosfæren et nedadrettet tryk på væskens overflade. Dette atmosfæriske tryk modvirker væskens damptryk, som er skabt af den kinetiske energi af molekyler, som fordamper fra væskens overflade. Når temperaturen af ​​væsken stiger, øges den gennemsnitlige molekylære kinetiske energi også; flere molekyler fordampes, hvilket fører til højere damptryk. Kogning opstår, når molekylerne kan fordampe frit, fordi væsken har nået en temperatur, hvor damptrykket er det atmosfæriske tryk.

Enkel adskillelse

Forskellige forbindelser har forskellige kogetemperaturer. Tilsvarende vil forskellige forbindelser ved forskellige temperaturer have forskellige damptryk. Hvis en flydende blanding af forskellige forbindelser opvarmes i en lukket beholder, vil sammensætningen af ​​dampen fanget over væsken afspejle disse forskelle. Dampen vil indeholde flere molekyler af forbindelser med højere damptryk og færre molekyler af forbindelser med lavere damptryk. En forbindelse med en meget høj kogetemperatur i forhold til de andre forbindelser i blandingen vil være næsten fraværende fra dampen, og ikke-flygtige opløst faste stoffer, såsom salt, forbliver som sediment i den opvarmede beholder. Simpel destillation er processen med at samle denne damp og afkøle den, så den kondenserer tilbage til en væske. Enkel destillation adskiller komponenterne i en flydende blanding, fordi den kondenserede væske indeholder en højere andel af forbindelser med højere damptryk, og den oprindelige væske indeholder en højere andel af forbindelser med lavere damptryk.

Destillationsdilemma

En simpel destillation ændrer andelen af ​​forbindelser i de to endelige væsker, men det opnår ikke fuldstændig adskillelse. Processen kan gentages for at opnå gradvis højere grader af adskillelse, men det er også spildt, fordi nogle molekyler i hver destillationsprocedure kommer ud i atmosfæren, og nogle forbliver som rester i destillationsudstyret. Fraktionel destillation behandler dette dilemma - forbedring ved simpel destillation ved at opnå højere grader af adskillelse i kun en destillationsprocedure.

En kolonne, flere fordampninger

Den primære forskel mellem fraktioneret destillation og simpel destillation er tilsætningen af ​​en fraktioneringskolonne mellem den opvarmede beholder og det sted, hvor dampen kondenserer. Denne kolonne er fyldt med materialer, såsom tynde metaltråde eller glaskugler, der fremmer kondens, fordi de har et højt overfladeareal. Da dampene stiger gennem fraktioneringskolonnen, kondenseres de til væske på de køligere overflader af disse materialer. Varme dampe stiger nedenunder, så denne væske fordamper, så kondenserer den igen, så fordampes den igen og så videre. Hver fordampning resulterer i damp med en højere andel af molekyler med højere damptryk. Således opnår fraktioneret destillation overlegen separation med mindre materialetab, fordi en procedure svarer til flere runder af simpel destillation.