Ценните природни вещества често се срещат като смеси, които съдържат както желани, така и нежелани компоненти. Например суровият нефт включва различни видове въглеводороди, които са подходящи за различни горива приложения, океанската вода има високо съдържание на сол, а желязната руда в допълнение съдържа минерални примеси използваемо желязо. През вековете хората са разработили многобройни начини за рафиниране или пречистване на естествени материали. Обикновената дестилация и фракционната дестилация са две вариации на основната техника за разделяне на различни компоненти на течността.
Пари и изпаряване
Връзката между температурата и изпарението е от съществено значение за разбирането както на простата, така и на фракционната дестилация. Когато течността е в отворен съд, атмосферата упражнява натиск надолу върху повърхността на течността. Това атмосферно налягане противодейства на налягането на парите на течността, което се създава от кинетичната енергия на молекулите, които се изпаряват от повърхността на течността. С увеличаване на температурата на течността се увеличава и средната молекулярна кинетична енергия; повече молекули се изпаряват, което води до по-високо налягане на парите. Кипенето се случва, когато молекулите могат да се изпарят свободно, тъй като течността е достигнала температура, при която налягането на парите е равно на атмосферното налягане.
Просто разделяне
Различните съединения имат различни температури на кипене. По същия начин при всяка дадена температура различните съединения ще имат различно налягане на парите. Ако течна смес от различни съединения се нагрява в затворен съд, съставът на парите, уловени над течността, ще отразява тези разлики. Парите ще съдържат повече молекули съединения с по-високо налягане на парите и по-малко молекули съединения с по-ниско налягане на парите. Съединение с много висока температура на кипене спрямо останалите съединения в сместа ще бъде почти отсъстващи от парите и нелетливи разтворени твърди вещества, като сол, ще останат като утайка в нагрятия контейнер. Обикновената дестилация е процесът на събиране на тази пара и охлаждането й, така че тя да се кондензира обратно в течност. Обикновената дестилация отделя компонентите на течна смес, тъй като кондензираната течност съдържа по-голям дял от съединения с по-високо налягане на парите и оригиналната течност съдържа по-висок дял съединения с по-ниски пари натиск.
Дестилационна дилема
Една проста дестилация променя дела на съединенията в двете крайни течности, но не постига пълно разделяне. Процесът може да се повтори, за да се постигнат постепенно по-високи степени на разделяне, но това също е разточително, защото по време на при всяка процедура на дестилация някои молекули излизат в атмосферата, а някои остават като остатък при дестилацията оборудване. Фракционната дестилация се занимава с тази дилема - подобряване на простата дестилация чрез постигане на по-висока степен на разделяне само в една процедура на дестилация.
Една колона, множество изпарения
Основната разлика между фракционната дестилация и простата дестилация е добавянето на фракционираща колона между нагретия контейнер и мястото, където парата кондензира. Тази колона е пълна с материали, като тънки метални проводници или стъклени мъниста, които насърчават кондензацията, тъй като имат голяма повърхност. Когато парите се издигат през фракциониращата колона, те се кондензират в течност върху по-хладните повърхности на тези материали. Горещите пари, издигащи се отдолу, след това водят до изпаряване на тази течност, след това тя отново се кондензира, след това отново се изпарява и т.н. Всяко изпаряване води до изпаряване с по-висок дял молекули с по-високо налягане на парите. По този начин фракционната дестилация постига превъзходно разделяне с по-малко загуби на материал, тъй като една процедура е еквивалентна на множество кръгове от проста дестилация.