Фракционная перегонка: процесс, оборудование, применение, примеры
Содержание:
В фракционная перегонка Это физический процесс, имитирующий простую технику дистилляции, принимая за основу температуру кипения компонентов и используемый для разделения гомогенных смесей различных веществ, находящихся в жидкой фазе, или гетерогенных нелетучих смесей жидкость-твердое вещество.
В этом смысле метод фракционной перегонки включает испарение жидких частиц, конденсацию наиболее летучих частиц в порядке возрастания их точки кипения и последующий сбор вещества, которое изначально желательно было получить.
Этот метод веками использовался в человеческих цивилизациях в зачаточном состоянии. Эффективность перегонки позволяет продолжать использовать ее сегодня как в промышленных, так и в лабораторных условиях.
Принцип этого метода используется в большом количестве приложений в различных областях науки и промышленности.
Процесс фракционной перегонки
Обогрев
Фракционная перегонка заключается в разделении раствора на составляющие, находящиеся в жидком состоянии, на основе разницы между их точками кипения и применяется, когда эта разница составляет менее примерно 25 ° C.
Первое кипячение жидкости
Таким образом, когда смесь, точки кипения которой значительно различаются, подвергается нагреванию, при достижении температуры кипения наиболее летучих компонентов образуется паровая фаза, которая вначале будет в основном содержать это вещество.
Второе кипячение жидкости
Затем, по мере того, как температура продолжает повышаться и с течением времени, непрерывно происходят множественные циклы испарения и конденсации (каждый цикл известен как «теоретическая тарелка»), пока первым не появится компонент с самой низкой точкой кипения.
В каждом цикле в составе паровой фазы, находящейся в колонне, накапливается большее количество компонента с наивысшей летучестью, поэтому это вещество по существу находится в чистом состоянии, когда достигает верха колонны фракционирования.
Оборудование для фракционной перегонки
Колба
В лабораториях используется оборудование, состоящее, в первую очередь, из стеклянной колбы или перегонной колбы, в которую помещается раствор, который помещается непосредственно под нагрев. Внутри этого воздушного шара помещено несколько кипящих камней, чтобы контролировать этот процесс.
Термометр
Кроме того, требуется термометр для регистрации температуры с течением времени, чтобы можно было контролировать процесс дистилляции.
Колонна фракционирования
Колба присоединяется к ректификационной колонне через трехгорлое соединение, где длина колонны определяет, насколько полной будет дистилляция. То есть, чем длиннее столбец, тем эффективнее будет разделение.
Точно так же внутренняя структура колонны предназначена для моделирования нескольких последовательных простых перегонок, что происходит из-за того, что пар постепенно поднимается вверх по колонне, временно конденсируется в верхней части и многократно поднимается.
Конденсатор
Далее выход этой колонны соединяется с конденсатором, который вызывает охлаждение паров отделенного и очищенного вещества.
Он хранится в специальном контейнере, чтобы собрать его, снова повышая температуру до достижения точки кипения следующего компонента, второго по летучести, повторяя описанный процесс, в котором каждый компонент хранится для этого в определенном контейнере.
Приложения
Являясь одним из наиболее важных и широко используемых методов разделения жидких смесей, этот метод физического разделения имеет много преимуществ, которые наблюдаются в большом количестве применений, которые были применены как в промышленности, так и в лаборатории.
— Начиная с промышленного использования фракционной перегонки, на нефтеперерабатывающих предприятиях она используется для разделения сырой нефти на составляющие фракции.
В этом смысле он используется для получения и обработки природного газа, добываемого в этих промышленных процессах. Кроме того, он используется на химических заводах и в нефтехимических процессах для обработки таких веществ, как фенол или формальдегид.
— Он используется в криогенных воздухоразделительных установках для разложения воздуха в атмосфере на его основные составляющие.
— Фракционная перегонка используется для опреснения морской воды.
— В лабораторных масштабах он используется для очистки реагентов и продуктов, например, для получения циклопентадиена путем дистилляции коммерческого дициклопентадиена.
— Он используется для рециркуляции растворителей, которые уже использовались, путем очистки с помощью этого метода.
Примеры
Фракционная перегонка нефти
В случае нефти фракционная перегонка осуществляется в оборудовании огромных размеров, называемом ректификационными колоннами, которые имитируют фракционирующие колонны и специально разработаны для разделения сырой нефти на различные фракции или потоки в соответствии с их диапазоном. кипячение.
Этот интервал кипения относится к интервалу температур кипения каждой отделенной фракции, поскольку они представляют собой смеси углеводородов с различными компонентами и, следовательно, имеют разные точки кипения.
Перед поступлением в дистилляционную колонну сырая нефть нагревается до температуры приблизительно 400 ° C, чтобы испарить это вещество, и она отделяется в колонне в порядке возрастания диапазона ее кипения.
Некоторые фракции, извлеченные из колонны (например, бензин), добавляются и улучшаются для дальнейшей коммерциализации; другие фракции, такие как дизельное топливо, используются в качестве сырья или топлива для других процессов в отрасли.
Другие потоки, такие как остаточные вещества, вводятся в другие процессы, которые разделяют их на составляющие и дают им другое применение, или их коммерческая ценность увеличивается.
Фракционная перегонка СУГ
Когда сжиженный нефтяной газ (LPG) связан с природным газом, наиболее распространенным процессом его извлечения является фракционная перегонка.
Это связано с тем, что LPG, находящийся в газообразном состоянии, ведет себя как компонент с более низким давлением пара и, следовательно, имеет более высокие температуры кипения.
Это упрощает процесс посредством фракционной перегонки для отделения сухого природного газа от СНГ, а также остальных углеводородов или связанных жидкостей.
Ссылки
Схема производства хлеба: этапы и их характеристика
Трансцендентность общения: 8 причин его ценности
Фракционная перегонка
Дистилляция (лат. distillatio — стекание каплями) — перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров.
Содержание
История
Предполагается, что дистилляция была изобретена арабами до X века, у Авиценны она упоминается, как метод получения эфирных масел.
Применение
В лабораторной практике условия дистилляции для некоторых видов продуктов стандартизованы. Наиболее известными являются ГОСТ 2177(воспроизводимости результатов тестирования бензина, керосина, дизельного топлива, нефти, а также различных растворителей.
См. также
Литература
Внешние ссылки
| Химические методы разделения |
|---|
| Вакуум-дистилляция | Дефлегмация | Дистилляция | Зонная плавка | Многократное испарение | Однократное испарение | Постепенное испарение | Ректификационная колонна | Рефлюкс (химия) | Твердофазная экстракция | Фракционированная конденсация | Хроматография | Электролиз | Экстракция |
Полезное
Смотреть что такое «Фракционная перегонка» в других словарях:
фракционная перегонка — (напр. нефти для отделения лёгких фракций от тяжёлых) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN fractional distillation … Справочник технического переводчика
фракционная перегонка — frakcinis distiliavimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Distiliavimas, kurio metu distiliatas surenkamas į atskirus rinktuvus pagal virimo temperatūrą. atitikmenys: angl. fractional distillation rus. дробная перегонка; разгонка; фракционная… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Фракционная перегонка — то же, что фракционная Дистилляция … Большая советская энциклопедия
Перегонка нефти — разделение нефти на составные части (фракции) по их температурам кипения в целях получения товарных нефтепродуктов (См. Нефтепродукты) или их компонентов. П. н. начальный процесс переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах,… … Большая советская энциклопедия
Перегонка — Устройство простейшего перегонного аппарата Дистилляция (лат. distillatio стекание каплями) перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров. Простая дистилляция частичное испарение кипящей жидкой смеси путём… … Википедия
дифференциальная перегонка — дробная перегонка фракционная перегонка — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы дробная перегонкафракционная перегонка EN differential distillation … Справочник технического переводчика
дробная перегонка — frakcinis distiliavimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Distiliavimas, kurio metu distiliatas surenkamas į atskirus rinktuvus pagal virimo temperatūrą. atitikmenys: angl. fractional distillation rus. дробная перегонка; разгонка; фракционная… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Дробная перегонка — разделение жидкостей сложного состава на фракции; см. Фракционная перегонка … Большая советская энциклопедия
ФРАКЦИОННЫЙ — 1. ФРАКЦИОННЫЙ1, фракционная, фракционное (полит.). прил. к фракция1; являющийся фракцией. Фракционные группировки. Фракционная борьба. 2. ФРАКЦИОННЫЙ2, фракционная, фракционное (хим.). прил., по знач. связанное с перегонкой жидкой смеси для… … Толковый словарь Ушакова
ФРАКЦИОННЫЙ — 1. ФРАКЦИОННЫЙ1, фракционная, фракционное (полит.). прил. к фракция1; являющийся фракцией. Фракционные группировки. Фракционная борьба. 2. ФРАКЦИОННЫЙ2, фракционная, фракционное (хим.). прил., по знач. связанное с перегонкой жидкой смеси для… … Толковый словарь Ушакова
Фракционная перегонка
С помощью однократной простой перегонки, как правило, не удается чисто разделить на компоненты смесь двух или нескольких жидкостей с разницей в температурах кипения менее 80 °С. При нагревании таких смесей вместе с легколетучей жидкостью испаряется также некоторое количество компонента с более высокой температурой кипения. В отличие от простой перегонки, при которой разделение составляющих смесь продуктов происходит только на стадии испарения, фракционная перегонка предусматривает частичную конденсацию образующихся паров и возвращение их обратно в перегонный сосуд.
Конденсации и возврату в перегонную колбу подвергаются в первую очередь пары высококипящего компонента, а очищенные пары летучего продукта далее полностью конденсируются в холодильнике и собираются в приемнике. Так поэтапно перегоняется вся жидкость.
Перегонка называется фракционной потому, что вся перегоняемая жидкость собирается в разные приемники отдельными порциями, которые называются фракциями. Первые фракции содержат преимущественно вещество с самой низкой температурой кипения, последние— с самой высокой. Чистота разделения на отдельные фракции зависит от природы веществ, составляющих перегоняемую смесь, и от конструкции конденсирующих приборов — дефлегматоров или ректификационных колонок. В лабораториях при фракционной перегонке обычно применяют дефлегматоры. На рис. 73 изображена установка для фракционной перегонки с дефлегматором. Существуют дефлегматоры различных конструкций, однако внимания заслуживают лишь наиболее простые и эффективные из них (елочного типа) и дефлегматоры с насыпной насадкой (стеклянные шарики, мелкие кольца, спирали). Хорошие дефлегматоры должны обеспечивать как можно большую поверхность соприкосновения поднимающихся паров со стекающим навстречу конденсатом,который называется флегмой. Елочные дефлегматоры (рис. 74, а) в ыгодно отличаются от прочих небольшим сопротивлением движению паров, простотой изготовления, легкостью очистки; они удерживают сравнительно небольшое количество флегмы, что ценно при перегонке малых количеств веществ, и в то же время обеспечивают хороший контакт флегмы с парами.
Рис. 73. Установка для фракционной перегонки с дефлегматором: 1 — перегонная колба: 1 — елочный дефлегматор; 3 — насадка Вюрца; 4 —алонж; 5—приемный, сосуд.
Большая активная поверхность соприкосновения жидкости с парами может быть достигнута в дефлегматорах с насадкой (рис. 74,6). Часто применяющиеся в качестве насадки стеклянные бусы обладают минимальной удельной поверхностью и поэтому малоэффективны. Наиболее пригодной для заполнения лабораторных дефлегматоров и колонок считается насадка из одновитковых проволочных или стеклянных спирален. Обычно используют проволоку диаметром 0,2—0,3 мм из нержавеющей стали или нихрома. С уменьшением диаметра спиралей увеличивается эффективность насадки, однако одновременно возрастает сопротивление движению паров в дефлегматоре. Оптимальный диаметр витков для приборов среднего размера равен 3—5 мм. Для изготовления одновитковых спиралей проволоку наматывают с помощью стайка на металлический прут подходящего диаметра. Расстояние между витками примерно должно быть разно толщине проволоки. Полученную спираль снимают и разрезают по длине ножницами.
Следует однако иметь в виду, что даже самые хорошие лабораторные дефлегматоры обладают весьма ограниченной разделяющей способностью и пригодны лишь для грубого фракционирования, для очистки растворителей от малолетучих примесей и т. п.
Рис. 71. Дефлегматоры для фракционное перегонки: а — елочным дефлегматор; б — дефлегматор с насадкой в — теплоизоляция дефлегматора с пом. муфты из стеклянной трубки; г — дефлегматор с вакуумной рубашкой; 1 — корковые пробки.
Рис. 75. График разгонки двухкомплектной смеси: 1 — хорошее разделение; 2 — удовлетворительное разделенно; 3—плохое разделение.
Удовлетворительное разделение с помощью дефлегматоров достигается лишь в тех случаях, когда разница в температурах кипения жидкостей составляет более 30 °С. На рис. 75 графически изображен ход разгонки двухкомпонентной смеси в системе координат температура паров — количество дистиллята. При хорошем и удовлетворительном разделении (кривые 1 и 2) в начале перегонки температура паров соответствует температуре кипения легколетучего компонента А и держится постоянной. В приемнике собирается / фракция — чистый компонент А. По мере уменьшения его содержания в перегонной колбе температура паров начинает повышаться. В зависимости от необходимой чистоты разделения и разницы между температурами кипения компонентов I фракцию собирают в интервале 2—5°С. Далее заменяют приемник и собирают промежуточную фракцию II, представляющую собой смесь двух компонентов. После того, как температура паров приблизится к температуре кипения компонента Б, начинают собирать III фракцию. При использовании более эффективного дефл егматора объем промежуточной фракции уменьшается. Ее либо подвергают повторной разгонке, либо отбрасывают.
Если температура паров ни в начале, ни в конце перегонки не держится постоянной, это указывает на плохое качество разделения (кривая 3). Количество промежуточной фракции при этом будет составлять более 1/3 от объема исходной смеси. В таких случаях для повышения качества разгонки следует использовать более эффективное оборудование. Ниже рассмотрены основные факторы, влияющие на эффективность фракционной перегонки с использованием дефлегматоров.
Высота дефлегматора. Размеры дефлегматора определяются количеством перегоняемой жидкости, температурой перегонки, требуемой полнотой разделения. С увеличением высоты рабочей части дефлегматора увеличивается и его разделяющая способность. Иногда прибегают к последовательному соединению двух—трех коротких дефлегматоров, причем выше располагают дефлегматоры несколько меньшего диаметра в соответствии с уменьшением количества паров по высоте. Однако применение конструкций выше 80—90 см вряд ли целесообразно: вследствие неизбежных теплопотерь пары конденсируются в насадочной части и могут просто не достигнуть отводной трубки даже при интенсивном кипении жидкости в перегонной колбе. Кроме того, увеличение объема дефлегматора приводит к увеличению потерь перегоняемого продукта: жидкость, орошающая насадку, после окончания перегонки стекает обратно в колбу п, таким образом, не может быть перегнана.
Скорость перегонки. В отличие от простой перегонки, скорость которой ограничивается только возможной интенсивностью кипения жидкости и производительностью холодильника, скорость фракционной перегонки во многом определяет качество фракционирования. Превышение оптимальной скорости приводит к нарушению равновесия между флегмой и парами, и дефлегматор оказывается практически бесполезным. Кроме того, слишком высокая скорость испарения обычно вызывает «захлебывание» дефлегматора. При этом флегма не стекает спокойно по насадке, а скапливается в какой-либо ее части, пропуская пары в виде крупных пузырей.
Разделения компонентов при таком режиме работы не происходит.
Оптимальная интенсивность перегонки может быть различной в зависимости от типа насадки, размеров дефлегматора, количества перегоняемой жидкости и состава смеси. При средней скорости в приемник должно поступать не более 1—2 капель дистиллята в секунду. В любом случае уменьшение скорости перегонки приводит к повышению качества фракционирования, однако соответственно увеличивается и время операции.
Скорость перегонки регулируют обогревом перегонной колбы; обогреватель (как правило,— жидкостная баня, снабженная контактным термометром и реле) должен обеспечивать возможность поддержания строго постоянной температуры и плавного ее повышения.
Теплоизоляция. Для правильной работы дефлегматора его необходимо тщательно защитить от потери тепла (теплоизолировать). Применение дефлегматоров без изоляции—довольно распространенная грубая ошибка, резко снижающая качество фракционной перегонки. Надежность теплоизоляции должна быть тем выше, чем при более высокой температуре кипят разделяемые жидкости. Проще всего обмотать рабочую часть в несколько слоев асбестовым шнуром, однако при этом становится невозможным визуальное наблюдение за происходящими в дефлегматоре процессами. Проста и удобна для изоляции съемная муфта из более широкой стеклянной трубки, закрепленная с помощью двух корковых пробок (рис. 74, в). Белее падежную изоляцию обеспечивает вакуумная рубашка (рис. 74, г). Верхнюю часть дефлегматора, свободную от насадки, не изолируют. За счет некоторого охлаждения у стенок часть паров здесь конденсируется и стекает вниз, образуя флегму.
Количество флегмы. Важным фактором, влияющим на качество фракционирования, является количество флегмы. Хорошее разделение достигается лишь в том случае, если большая часть паров образует флегму, а меньшая отводится в приемник.
В тех случаях, когда разница в температурах кипения подлежащих разделению жидкостей составляет менее 30 °С, даже самые хорошие дефлегматоры не обеспечивают удовлетворительного разделения. Лучшие результаты дает применение ректификационных колонок.
От дефлегматоров они отличаются сравнительно большими размерами, более эффективной теплоизоляцией, иногда даже с дополнительным обогревом, по главное — наличием специального устройства, называемого головкой, позволяющего производить полную конденсацию паров и распределение конденсата между орошением колонки и приемником.
Следует однако иметь в виду, что тонкое разделение близкокипящих жидкостей с применением ректификационных колонок является одной из сложных операций в лабораторной практике и нередко вызывает затруднения даже у опытных работников. Объяснение всех тонкостей ректификации выходит за рамки данного руководства. Если ректификация все же окажется необходимой, следует обратиться к специальным руководствам.
Обычные ректификационные колонки позволяют разделять смеси жидкостей, температуры кипения которых различаются на 7—10 O C. Имеются специальные колонки, которые дают возможность разделять жидкости с разницей в температурах кипения 1—2 °С.
Разница между фракционной и простой дистилляцией
Содержание:
Эта статья смотрит на,
1. Что такое фракционная дистилляция
— Процесс, характеристики смеси, аппарат, использование
2. Что такое простая дистилляция
— Процесс, характеристики смеси, аппарат, использование
3. В чем разница между фракционной и простой дистилляцией
Что такое простая дистилляция
Простая дистилляция применяется, когда компонент жидкой смеси имеет промежутки кипения, близкие к пятидесяти градусам. Сначала это требует кипячения смеси, и соединение с самой низкой температурой кипения начнет испаряться. Давайте рассмотрим смесь двух жидкостей. Образующийся пар будет богатым соединением, которое имеет самую низкую температуру кипения. В этот момент температура остается постоянной до тех пор, пока доля соединения с самой низкой температурой кипения в жидкой смеси не достигнет нуля. После этого температура снова начинает расти, пока не достигнет точки кипения соединения с самой высокой температурой кипения.
Рисунок 1: Простая дистилляция
Как показано на этом изображении, смесь жидкостей хранится в колбе и нагревается до тех пор, пока соединение с самой низкой температурой кипения не начнет испаряться. Затем пар направляется через конденсатор, где он охлаждается и сжижается для сбора в виде отдельного соединения. Этот процесс повторяется до тех пор, пока два соединения не будут разделены.
Это используется для очистки растворителя, в котором растворено растворенное вещество. Если мы возьмем соленую воду в качестве примера, вода будет очищена, оставляя соль в колбе.
Что такое фракционная дистилляция
Фракционная перегонка представляет собой метод, используемый для многих сложных жидких смесей, то есть смесей с компонентами, которые имеют более близкие температуры кипения. Для таких систем простая перегонка будет бессмысленной. Поэтому требуется модифицированная перегонка. Чтобы фракционная перегонка была эффективной, компоненты должны быть смешиваемыми.
Аппарат этого метода несколько отличается от простого дистилляционного аппарата. К фляге прикреплена фракционирующая колонна, в которой находится жидкая смесь. Колонна фракционирования содержит стеклянные шарики, чтобы обеспечить большую площадь поверхности для испарения и конденсации. Например, давайте возьмем жидкую смесь двух компонентов. При нагревании смеси образующийся пар будет состоять из обоих компонентов. В какой-то момент верхняя часть фракционирующей колонны достигнет температуры нижней точки кипения, компонент, который с более низкой температурой кипения будет перегоняться. Все количество компонента с более низкой температурой кипения будет постепенно собираться в колбу, а компонент с более высокой температурой кипения остается в колбе.
Рисунок 2: Фракционная дистилляция
Разница между фракционной и простой дистилляцией
Точка кипения
Фракционная дистилляция: Фракционная перегонка используется для разделения жидкостей с более близкими температурами кипения.
Простая дистилляция:Простая перегонка используется для разделения жидкостей с разницей температур кипения не менее 50 градусов.
устройство
Фракционная дистилляция: Фракционная перегонка использует сложный аппарат с ректификационной колонной.
Простая дистилляция: Используется простой аппарат с колбой для смеси, конденсатором и колбой для сбора очищенных компонентов.
Репетиция
Фракционная дистилляция:Процесс должен быть повторен несколько раз, чтобы получить чистые компоненты.
Простая дистилляция:Это один запуск процесса.
Отделение растворителя от растворенного вещества
Фракционная дистилляция:Это не может быть использовано для отделения растворителя от растворенного вещества.
Простая дистилляция: Это может быть использовано для отделения растворителя от растворенного вещества.
Пользы
Фракционная дистилляция:Это используется при переработке сырой нефти.
Простая дистилляция:Это используется для очистки морской воды.
Заключение
Как объяснено выше, основное различие между фракционной и простой перегонкой заключается в том, что фракционная перегонка используется для сложных жидких смесей с более близкой температурой кипения. Устройство и способ, используемые для фракционной перегонки, также сложны, в отличие от простой перегонки.
Изображение предоставлено:
1. «Дистилляция с использованием Liebig Condenser_set Up» от Siyavula Education