La distillation est le processus de séparation de deux liquides ou plus en fonction des différences de leurs points d'ébullition. Cependant, lorsque les points d'ébullition des liquides sont très similaires, la séparation par distillation normale devient inefficace ou impossible. La distillation fractionnée est un procédé de distillation modifié qui permet la séparation de liquides ayant des points d'ébullition similaires.
Points d'ébullition
Le point d'ébullition d'un liquide est la température à laquelle il se transforme en vapeur. Les liquides conservent leur point d'ébullition caractéristique même lorsqu'ils sont mélangés avec d'autres liquides. Cela représente le principe sous-jacent de la distillation selon lequel les liquides peuvent être séparés en convertissant le liquide avec le point d'ébullition le plus bas en vapeur, puis reconvertir cette vapeur à l'état liquide après avoir été transférée dans un autre récipient.
Distillation
Dans le processus de distillation, le mélange liquide est placé dans un ballon bouillant, qui est relié à une colonne de refroidissement appelée condenseur, dont l'extrémité opposée est reliée à un ballon récepteur. Le condenseur se trouve à l'horizontale avec une légère pente descendante afin que la vapeur qui atteint le condenseur et qui est reconvertie en liquide puisse être collectée dans le ballon récepteur. Le département de chimie du Wake Forest College fournit un schéma de l'installation. À la fin de la distillation, le liquide à point d'ébullition le plus bas se retrouve dans le ballon récepteur (et est appelé « distillat ») et le liquide à point d'ébullition plus élevé reste dans le ballon d'ébullition.
Distillation fractionnée
Une installation de distillation fractionnée comprend une colonne supplémentaire qui se trouve verticalement au-dessus du ballon d'ébullition et à laquelle le condenseur est connecté. Son but est d'augmenter la distance que doit parcourir la vapeur pour atteindre le condenseur. Les colonnes sont généralement remplies de billes de verre ou de morceaux de céramique pour augmenter la surface avec laquelle la vapeur doit entrer en contact lors de son transport vers le condenseur.
Au cours de la distillation normale, une quantité substantielle du liquide à point d'ébullition plus élevé se vaporisera également et se transportera vers le ballon collecteur, devenant essentiellement une impureté dans le produit distillé. Ceci est particulièrement problématique lorsque les liquides séparés ont des points d'ébullition similaires. Plus la surface du liquide à ébullition élevée est importante en cours de route, plus il est probable qu'il se condense en un liquide et retourne dans le ballon d'ébullition. La distillation fractionnée utilise cette surface accrue pour améliorer l'efficacité de la distillation.
Les usages
Les deux principales applications de la distillation fractionnée sont le raffinage du pétrole brut et la fabrication de spiritueux (boissons alcoolisées).
Le pétrole brut contient de nombreux produits chimiques différents, dont beaucoup ont des points d'ébullition similaires. Les raffineries séparent ces produits chimiques par point d'ébullition en divers produits. Les fractions à bas point d'ébullition deviennent du gaz de pétrole ou de l'essence, les fractions à point d'ébullition intermédiaire deviennent du mazout, du carburant diesel ou du kérosène, et les fractions les plus bouillantes deviennent de la cire de paraffine ou asphalte.
La fermentation des sucres en alcool s'arrête lorsque la teneur en alcool approche 13% car la levure ne peut pas survivre à des concentrations d'alcool plus élevées. Les points d'ébullition de l'alcool (78,5 degrés Celsius) et de l'eau (100 degrés Celsius) sont suffisamment similaires pour que les distilleries doivent utiliser la distillation fractionnée pour concentrer l'alcool à environ 50 pour cent (ce qui est alors appelé « esprits »).
Fait amusant
Le processus de distillation dans une raffinerie de pétrole consomme 2 barils de pétrole en énergie pour 100 barils de pétrole raffiné.