Sisältö
Arvokkaita luonnollisia aineita esiintyy usein seoksina, jotka sisältävät sekä toivottavia että ei-toivottuja komponentteja. Raakaöljy sisältää esimerkiksi erityyppisiä hiilivetyjä, jotka soveltuvat erilaisiin polttoainekäyttöön, merivedessä on korkea suolapitoisuus ja rautamalmi sisältää käyttökelpoisen raudan lisäksi mineraaliepäpuhtauksia. Vuosisatojen ajan ihmiset ovat kehittäneet lukuisia tapoja puhdistaa tai puhdistaa luonnollisia materiaaleja. Yksinkertainen tislaus ja fraktiotislaus ovat kaksi muunnosta perustekniikasta nesteen eri komponenttien erottamiseksi.
Höyryt ja haihtuminen
Lämpötilan ja haihtumisen välinen suhde on välttämätön sekä yksinkertaisen että osittaisen tislauksen ymmärtämiseksi. Kun neste on avoimessa astiassa, ilmakehän paine laskee nesteen pintaan. Tämä ilmakehän paine estää nesteiden höyrynpaineen, joka syntyy nesteen pinnalta haihtuvien molekyylien kineettisen energian avulla. Nesteen lämpötilan noustessa myös keskimääräinen molekyylikineettinen energia nousee; enemmän molekyylejä haihtuu, mikä johtaa korkeampaan höyrynpaineeseen. Kiehuminen tapahtuu, kun molekyylit voivat haihtua vapaasti, koska neste on saavuttanut lämpötilan, jossa höyrynpaine on yhtä suuri kuin ilmanpaine.
Yksinkertainen erottaminen
Eri yhdisteillä on erilaiset kiehumislämpötilat. Samoin missä tahansa lämpötilassa eri yhdisteillä on erilaiset höyrynpaineet. Jos lämmitetään nestemäistä seosta erilaisista yhdisteistä suljetussa astiassa, nesteen yläpuolelle jäänyt höyryn koostumus heijastaa näitä eroja. Höyry sisältää enemmän molekyylejä yhdisteitä, joilla on korkeampi höyrynpaine ja vähemmän molekyylejä yhdisteitä, joilla on alhaisempi höyrynpaine. Yhdiste, jonka kiehumislämpötila on erittäin korkea suhteessa seoksen muihin yhdisteisiin, puuttuu melkein höyrystä, ja haihtumattomat liuenneet kiinteät aineet, kuten suola, jäävät sedimentiksi kuumennetussa astiassa. Yksinkertainen tislaus on prosessi, jolla tämä höyry kerätään ja jäähdytetään siten, että se tiivistyy takaisin nesteeksi. Yksinkertainen tislaus erottaa nestemäisen seoksen komponentit, koska kondensoitunut neste sisältää suuremman määrän yhdisteitä, joilla on korkeampi höyrynpaine, ja alkuperäinen neste sisältää suuremman osan yhdisteitä, joilla on alhaisempi höyrynpaine.
Tislausdilemma
Yksi yksinkertainen tislaus muuttaa yhdisteiden osuutta kahdessa lopullisessa nesteessä, mutta se ei saavuta täydellistä erotusta. Prosessi voidaan toistaa jatkuvasti korkeampien erotusasteiden saavuttamiseksi, mutta tämä on myös tuhlaa, koska jokaisen tislausmenettelyn aikana jotkut molekyylit pakenevat ilmakehään ja osa jää jäljelle tislauslaitteistoon. Jakeellinen tislaus ratkaisee tämän ongelman - parantaa yksinkertaista tislausta saavuttamalla korkeammat erotusasteet vain yhdessä tislausmenettelyssä.
Yksi pylväs, useita haihdutuksia
Ensisijainen ero fraktiotislauksen ja yksinkertaisen tislauksen välillä on fraktiointipylvään lisääminen lämmitetyn säiliön ja höyryn tiivistymispaikan väliin. Tämä pylväs on täynnä materiaaleja, kuten ohuita metallilankoja tai lasihelmiä, jotka edistävät kondensoitumista, koska niiden pinta-ala on suuri. Kun höyryt nousevat fraktiointikolonnin läpi, ne kondensoituvat nesteeksi näiden materiaalien jäähdyttimillä pinnoilla. Alta nousevat kuumat höyryt aiheuttavat sitten tämän nesteen haihtuvan, sitten se kondensoituu uudelleen, sitten se haihtuu uudelleen ja niin edelleen. Jokainen haihtuminen johtaa höyryyn, jolla on suurempi osuus molekyyleistä, joilla on korkeampi höyrynpaine. Siksi fraktiotislauksella saavutetaan parempi erottelu pienemmällä ainehäviöllä, koska yksi toimenpide vastaa yksinkertaisen tislauksen useita kierroksia.