Фракционная перегонка представляет собой метод разделения жидких смесей, компоненты которых обладают различными температурами кипения. Основу процесса составляет многократное испарение и конденсация компонентов смеси при постепенном повышении температуры. Такой способ позволяет более эффективно разделять вещества, чем простая перегонка, поскольку каждая стадия испарения и конденсации обеспечивает дополнительное обогащение пара летучим компонентом.
Классический аппарат для фракционной перегонки включает перегонную колбу, фракционирующую колонну, холодильник и приёмники для различных фракций.
Фракционирующая колонна — ключевой элемент установки. Она может быть выполнена в виде:
Чем выше и эффективнее колонна, тем большее количество условных «теоретических тарелок» она содержит, а значит, тем лучше разделение смеси.
В основе разделения лежит закон Рауля и зависимость давления пара от состава раствора. При нагревании жидкой смеси над ней образуется пар, обогащённый более летучим компонентом. Конденсация этого пара приводит к получению жидкости с изменённым составом.
Повторение процессов испарения и конденсации эквивалентно увеличению числа ступеней разделения. В реальных колоннах эта многоступенчатость реализуется за счёт насадок или тарелок.
Важные понятия:
Фракционная перегонка применяется в лабораторной и промышленной практике для выделения и очистки жидкостей.
Примеры:
При наличии азеотропов фракционная перегонка имеет ограничения. Азеотропные смеси характеризуются одинаковым составом жидкости и пара при определённой температуре кипения, поэтому их невозможно полностью разделить только перегонкой. Для решения этой задачи применяются специальные методы: азеотропная и экстрактивная перегонка, использование третьих компонентов или изменение давления.
В лабораторной практике фракционная перегонка проводится в условиях контролируемого нагревания. Используются масляные бани, нагревательные мантии или песчаные ванны, что обеспечивает равномерный подъём температуры. Температуру кипения фиксируют с помощью термометра, помещённого в верхнюю часть колонны, чтобы отслеживать момент отбора каждой фракции.
В промышленности применяются ректификационные колонны, достигающие десятков метров в высоту и обеспечивающие тысячи ступеней разделения. В них осуществляется противоточный контакт пара и жидкости: пары поднимаются вверх, жидкость стекает вниз. За счёт постоянного тепло- и массообмена достигается высокое качество разделения смесей, что особенно важно для нефтехимии и спиртового производства.
Эффективность фракционной перегонки определяется:
Фракционная перегонка занимает центральное место в химической технологии и аналитической практике. Она сочетает в себе простоту реализации и высокую эффективность, позволяя получать как чистые индивидуальные вещества, так и промышленные продукты стратегического значения. Без этого метода невозможно представить современную органическую химию, нефтехимию и производство многих синтетических материалов.