İçerik
Değerli doğal maddeler çoğu zaman hem arzulanan hem de istenmeyen bileşenleri içeren karışımlar halinde ortaya çıkar. Örneğin, ham yağ, farklı yakıt uygulamaları için uygun olan çeşitli tipte hidrokarbonlar içerir, okyanus suyu, yüksek bir tuz içeriğine sahiptir ve demir cevheri, kullanılabilir demire ek olarak mineral safsızlıkları içerir. Yüzyıllar boyunca insanlar doğal malzemeleri rafine etmenin veya saflaştırmanın çeşitli yollarını geliştirdiler. Basit distilasyon ve fraksiyonel distilasyon, bir sıvının farklı bileşenlerini ayırmak için temel teknikte iki varyasyondur.
Buharlar ve Buharlaşma
Sıcaklık ve buharlaşma arasındaki ilişki hem basit hem de kesirli damıtma işlemlerini anlamak için esastır. Bir sıvı açık bir kapta olduğunda, atmosfer sıvının yüzeyine aşağı doğru bir basınç uygular. Bu atmosferik basınç, sıvının yüzeyinden buharlaşan moleküllerin kinetik enerjisi tarafından oluşturulan sıvının buhar basıncına karşı koyar. Sıvının sıcaklığı arttıkça, ortalama moleküler kinetik enerji de artar; daha fazla molekül buharlaşarak daha yüksek buhar basıncına yol açar. Kaynama, moleküller serbestçe buharlaşabildiği zaman meydana gelir, çünkü sıvı, buhar basıncının atmosferik basınca eşit olduğu bir sıcaklığa ulaştığında.
Basit Ayırma
Farklı bileşikler farklı kaynama sıcaklıklarına sahiptir. Benzer şekilde, herhangi bir sıcaklıkta, farklı bileşikler farklı buhar basınçlarına sahip olacaktır. Eğer farklı bileşiklerden oluşan bir sıvı karışımı kapalı bir kapta ısıtılırsa, sıvının üstünde sıkışan buharın bileşimi bu farklılıkları yansıtacaktır. Buhar, daha yüksek buhar basıncına sahip daha fazla bileşik molekülü ve daha düşük buhar basıncına sahip daha az sayıda bileşik molekülü içerecektir. Karışımdaki diğer bileşiklere göre çok yüksek bir kaynama sıcaklığına sahip olan bir bileşik buhardan neredeyse yok olacak ve tuz gibi uçucu olmayan çözünmüş katılar, ısıtılmış kapta tortu olarak kalacaktır. Basit damıtma, bu buharın toplanması ve tekrar sıvı haline gelene kadar soğutulması işlemidir. Basit damıtma, bir sıvı karışımın bileşenlerini ayırır, çünkü yoğunlaştırılmış sıvı, daha yüksek buhar basıncına sahip daha yüksek oranda bileşik içerir ve orijinal sıvı, daha düşük buhar basıncına sahip daha yüksek oranda bileşik içerir.
Damıtma İkilemi
Basit bir damıtma, iki son sıvıdaki bileşiklerin oranını değiştirir, ancak tam bir ayrılma elde etmez. Proses, aşamalı olarak daha yüksek ayrılma dereceleri elde etmek için tekrarlanabilir, ancak bu aynı zamanda israflıdır, çünkü her damıtma prosedürü sırasında bazı moleküller atmosfere kaçar ve bazıları damıtma ekipmanında kalıntı olarak kalır. Kesirli damıtma bu ikilemi ele almaktadır - yalnızca bir damıtma işleminde daha yüksek ayrışma dereceleri elde ederek basit damıtma işleminde iyileşme.
Bir Sütun, Birden Çok Buharlaşma
Kesirli damıtma ve basit damıtma arasındaki ana fark, ısıtılmış kap ile buharın yoğunlaştığı yer arasına bir parçalama kolonunun eklenmesidir. Bu sütun, yüksek yüzey alanına sahip oldukları için yoğunlaşmayı teşvik eden ince metal teller veya cam boncuklar gibi malzemelerle doldurulur. Buharları parçalama kolonundan yükseldikçe, bu malzemelerin daha serin yüzeylerinde sıvı halinde yoğunlaşırlar. Aşağıdan yükselen sıcak buharlar daha sonra bu sıvının buharlaşmasına neden olur, daha sonra tekrar yoğunlaşır, sonra tekrar buharlaşır. Her bir buharlaşma, daha yüksek buhar basıncına sahip, daha yüksek oranda molekül içeren buharla sonuçlanır. Böylece, fraksiyonel distilasyon, daha az malzeme kaybıyla üstün bir ayırma sağlar, çünkü bir prosedür, basit distilasyonun birkaç devrine eşittir.