Innhold
Verdifulle naturlige stoffer forekommer ofte som blandinger som inneholder både ønskelige og uønskede komponenter. For eksempel inkluderer råolje forskjellige typer hydrokarboner som er egnet for forskjellige brenselapplikasjoner, havvann har et høyt saltinnhold og jernmalm inneholder mineralforurensninger i tillegg til brukbart jern. Gjennom århundrene har mennesker utviklet mange måter å raffinere eller rense naturlige materialer. Enkel destillasjon og brøkdestillasjon er to varianter av en grunnleggende teknikk for å separere forskjellige væskekomponenter.
Damp og fordamping
Forholdet mellom temperatur og fordampning er avgjørende for å forstå både enkel og brøkdestillasjon. Når en væske er i en åpen beholder, utøver atmosfæren et trykk nedover på væskeoverflaten. Dette atmosfæriske trykket motvirker væskedamptrykket, som skapes av den kinetiske energien til molekyler som fordamper fra overflaten av væsken. Når temperaturen på væsken øker, øker også den gjennomsnittlige molekylære kinetiske energien; flere molekyler fordamper, noe som fører til høyere damptrykk. Koking oppstår når molekyler kan fordampe fritt fordi væsken har nådd en temperatur ved hvilken damptrykket tilsvarer atmosfæretrykket.
Enkel separasjon
Ulike forbindelser har forskjellige koketemperaturer. Tilsvarende, ved en gitt temperatur, vil forskjellige forbindelser ha forskjellige damptrykk. Hvis en flytende blanding av forskjellige forbindelser varmes opp i en lukket beholder, vil sammensetningen av dampen som er fanget over væsken reflektere disse forskjellene. Dampen vil inneholde flere molekyler av forbindelser med høyere damptrykk og færre molekyler av forbindelser med lavere damptrykk. En forbindelse med en veldig høy koketemperatur i forhold til de andre forbindelsene i blandingen vil være nesten fraværende fra dampen, og ikke-flyktige oppløste faste stoffer, så som salt, vil forbli som sediment i den oppvarmede beholderen. Enkel destillasjon er prosessen med å samle opp denne dampen og avkjøle den slik at den kondenseres tilbake til en væske. Enkel destillasjon separerer komponentene i en væskeblanding fordi den kondenserte væsken inneholder en høyere andel forbindelser med høyere damptrykk og den opprinnelige væsken inneholder en høyere andel forbindelser med lavere damptrykk.
Destillasjonsdilemma
Én enkel destillasjon endrer andelen av forbindelser i de to endelige væskene, men den oppnår ikke fullstendig separasjon. Prosessen kan gjentas for å oppnå gradvis høyere separasjonsgrader, men dette er også bortkastet fordi noen molekyler slipper ut i atmosfæren under hver destillasjonsprosedyre og noen blir igjen i destillasjonsutstyret. Brøkdestillasjon adresserer dette dilemmaet - forbedring av enkel destillasjon ved å oppnå høyere separasjonsgrader i bare en destillasjonsprosedyre.
En kolonne, flere fordampninger
Den primære forskjellen mellom fraksjonert destillasjon og enkel destillasjon er tilsetningen av en fraksjoneringskolonne mellom den oppvarmede beholderen og stedet der dampen kondenserer. Denne kolonnen er fylt med materialer, for eksempel tynne metalltråder eller glassperler, som oppmuntrer til kondens fordi de har høyt overflateareal. Når dampene stiger gjennom fraksjoneringskolonnen, kondenseres de til væske på de kjøligere overflatene til disse materialene. Varme damper som stiger nedenfra, fører til at denne væsken fordamper, så kondenserer den igjen, så fordamper den igjen og så videre. Hver fordampning resulterer i damp med en høyere andel molekyler med høyere damptrykk. Dermed oppnår brøkdestillasjon overlegen separasjon med mindre materialtap fordi en prosedyre tilsvarer flere runder med enkel destillasjon.