Фракційна дистиляція

Багато однорідних сумішей, наприклад солону воду, можна відокремити випаровуванням а потім конденсація одного з інгредієнтів. Цей спосіб називається простою дистиляцією. Це дуже добре працює, якщо ви хочете відокремити рідину від твердої речовини, або якщо інгредієнти в суміші випаровуються і конденсуються при дуже різних температурах — якщо вони мають дуже різні точки кипіння. Але як щодо цієї суміші води та етанолу? Обидві речовини в цій суміші рідкі, і різниця між їх температурами кипіння менше ніж 25°C. Проста перегонка тут не підійде. Щоб розділити таку суміш, нам потрібен інший тип дистиляції — фракційна дистиляція. Так само, як проста дистиляція, фракційна дистиляція заснована на випаровуванні і конденсації. Але для цього використовується спеціальне налаштування що забезпечує більшу точність. Давайте подивимося на типову установку фракційної дистиляції. Суміш, яку необхідно розділити — у нашому випадку вода, змішана з етанолом — міститься в цій круглодонній колбі. Колбу ставлять над джерелом тепла, який буде використовуватися для підвищення температури суміші всередині. Верх колби кріпиться до довгої вертикальної скляної трубки, називається фракціонуючою колоною. Фракціонуюча колона досить довга створити температурний градієнт - гаряче внизу, і холодніше вгорі. Фракціонуюча колона також містить частини що збільшує його площу поверхні, наприклад скляні намистини або ряд підносів. Етанол має нижчу температуру кипіння і є більш летючим з двох інгредієнтів суміші. Отже, коли ви нагріваєте суміш, етанол починає перетворюватися на пару швидше за воду. Пари етанолу піднімаються до фракційної колони, яка ще холодна. Пари етанолу виділяють тепло в колону, і температура пари падає нижче температури кипіння. Це призводить до конденсації етанолу. Частина рідини капає назад у колбу, а деякі залишаються конденсованими на внутрішній поверхні фракційної колони. Продовжуємо додавати тепло. Температура етанолу знову підвищується, вище точки кипіння. Цього разу у фракціонувальній колоні трохи тепліше, ніж було раніше. Пара етанолу може піднятися трохи вище, ніж у перший раз, перш ніж він знову конденсується. Цей процес нагрівання, випаровування, піднімаючись по колоні, охолоджуючи, і ущільнення відбувається кілька разів; поки пара нарешті не досягне верхньої частини фракціонувальної колони. У верхній частині колони фракціонування є адаптер, який з'єднує фракціонуючу колону з наступними частинами налаштування. Перехідник зазвичай оснащений термометром, щоб можна було виміряти температуру у верхній частині колони фракціонування. Коли пара досягає верхньої частини фракціонувальної колони, він направляється через адаптер до довгої двостінної труби, називають конденсатором. Простір між внутрішньою і зовнішньою стінкою конденсатора заливається холодною водою. Це охолоджує етанол і знижує температуру нижче точки кипіння, тому він конденсується. Рідкий етанол капає вниз через конденсатор і збирається в порожню колбу або склянку, розміщену нижче. А що відбувається з водою? Коли температура суміші в колбі підвищується, в деякій точці вода також досягає точки кипіння. Але через градієнт температури всередині фракціонувальної колони, водяна пара не піднімається по стовпчику так швидко, як пара етанолу. Зрештою, весь етанол з нашої суміші випаровується і рухається до приймача, при цьому вода залишається в першій колбі. Завдяки фракційній дистиляції, інгредієнти суміші були розділені!