Inhalt
Bei der Destillation werden zwei oder mehr Flüssigkeiten aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte getrennt. Wenn die Siedepunkte der Flüssigkeiten jedoch sehr ähnlich sind, wird die Trennung durch normale Destillation unwirksam oder unmöglich. Die fraktionierte Destillation ist ein modifiziertes Destillationsverfahren, das die Trennung von Flüssigkeiten mit ähnlichen Siedepunkten ermöglicht.
Siedepunkte
Der Siedepunkt einer Flüssigkeit ist die Temperatur, bei der sie sich in Dampf umwandelt. Flüssigkeiten behalten ihren charakteristischen Siedepunkt, auch wenn sie mit anderen Flüssigkeiten gemischt werden. Dies stellt das zugrunde liegende Prinzip der Destillation dar - dass Flüssigkeiten getrennt werden können, indem die Flüssigkeit mit dem niedrigsten Siedepunkt in Dampf umgewandelt wird und dieser Dampf dann wieder in den flüssigen Zustand überführt wird, nachdem er in einen separaten Behälter überführt wurde.
Destillation
Während des Destillationsprozesses wird das flüssige Gemisch in einen Siedekolben gegeben, der mit einer als Kondensator bezeichneten Kühlkolonne verbunden ist, deren gegenüberliegendes Ende mit einem Aufnahmekolben verbunden ist. Der Kondensator sitzt horizontal mit einer leichten Neigung nach unten, so dass der Dampf, der den Kondensator erreicht und zurück in Flüssigkeit umgewandelt wird, im Aufnahmekolben gesammelt werden kann. Die Chemieabteilung am Wake Forest College bietet ein Diagramm des Aufbaus. Nach Beendigung der Destillation gelangt die am niedrigsten siedende Flüssigkeit in den Vorlagekolben (und wird als "Destillat" bezeichnet), und die höher siedende Flüssigkeit verbleibt im Vorlagekolben.
Fraktionierte Destillation
Ein fraktionierter Destillationsaufbau enthält eine zusätzliche Kolonne, die sich vertikal über dem Siedekolben befindet und an die der Kondensator angeschlossen ist. Ihr Zweck ist es, die Strecke zu vergrößern, die der Dampf zurücklegen muss, um zum Kondensator zu gelangen. Die Säulen sind normalerweise mit Glaskugeln oder Keramikstücken gefüllt, um die Oberfläche zu vergrößern, mit der der Dampf beim Transport zum Kondensator in Kontakt kommen muss.
Während der normalen Destillation verdampft auch eine beträchtliche Menge der höher siedenden Flüssigkeit und wird zum Sammelkolben transportiert, was im wesentlichen zu einer Verunreinigung im destillierten Produkt wird. Dies ist besonders problematisch, wenn die zu trennenden Flüssigkeiten ähnliche Siedepunkte aufweisen. Je mehr Oberfläche die höher siedende Flüssigkeit auf dem Weg berührt, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie zurück zu einer Flüssigkeit kondensiert und in den Siedekolben zurückkehrt. Die fraktionierte Destillation nutzt diese vergrößerte Oberfläche, um die Effizienz der Destillation zu verbessern.
Verwendet
Die beiden Hauptanwendungen der fraktionierten Destillation sind die Raffination von Rohöl und die Herstellung von Spirituosen (alkoholischen Getränken).
Rohöl enthält zahlreiche verschiedene Chemikalien, von denen viele ähnliche Siedepunkte aufweisen. Raffinerien trennen diese Chemikalien durch ihren Siedepunkt in verschiedene Produkte. Die niedriger siedenden Anteile werden zu Erdölgas oder Benzin, die Mittelsieder werden zu Heizöl, Dieselkraftstoff oder Kerosin und die am höchsten siedenden Anteile werden zu Paraffinwachs oder Asphalt.
Die Fermentation von Zuckern zu Alkohol stoppt, wenn der Alkoholgehalt sich 13 Prozent nähert, da die Hefe bei höheren Alkoholkonzentrationen nicht überleben kann. Die Siedepunkte von Alkohol (78,5 Grad Celsius) und Wasser (100 Grad Celsius) sind ähnlich genug, dass die Brennereien den Alkohol durch fraktionierte Destillation auf etwa 50 Prozent aufkonzentrieren müssen (was dann als „Spirituosen“ bezeichnet wird).
Fun Fact
Der Destillationsprozess in einer Ölraffinerie verbraucht 2 Barrel Öl pro 100 Barrel raffiniertes Öl.