Értékes természetes anyagok gyakran keverékekként fordulnak elő, amelyek kívánatos és nem kívánt komponenseket egyaránt tartalmaznak. Például a kőolaj különböző típusú szénhidrogéneket tartalmaz, amelyek alkalmasak különböző üzemanyagokhoz alkalmazásoknál az óceánvíz magas sótartalmú, a vasérc pedig ásványi szennyeződéseket tartalmaz használható vas. Az évszázadok során az emberek számos módszert fejlesztettek ki a természetes anyagok finomítására vagy tisztítására. Az egyszerű desztilláció és a frakcionált desztilláció két változat a folyadék különböző komponenseinek elválasztására szolgáló alaptechnikánál.
Gőzök és párolgás
A hőmérséklet és a párolgás kapcsolata elengedhetetlen az egyszerű és a frakcionált desztilláció megértéséhez. Amikor egy folyadék nyitott tartályban van, a légkör lefelé nyomást gyakorol a folyadék felületére. Ez a légköri nyomás ellensúlyozza a folyadék gőznyomását, amelyet a folyadék felületéről párolgó molekulák kinetikus energiája hoz létre. A folyadék hőmérsékletének növekedésével az átlagos molekuláris kinetikus energia is növekszik; több molekula párolog el, ami magasabb gőznyomást eredményez. Forrás akkor fordul elő, amikor a molekulák szabadon elpárologhatnak, mert a folyadék olyan hőmérsékletet ért el, amelynél a gőznyomás megegyezik a légköri nyomással.
Egyszerű elválasztás
A különböző vegyületek forráspontja eltérő. Hasonlóképpen, bármely adott hőmérsékleten a különböző vegyületeknek különböző a gőznyomása. Ha a különféle vegyületek folyékony keverékét zárt tartályban melegítik, akkor a folyadék fölé befogott gőz összetétele tükrözi ezeket a különbségeket. A gőz több, nagyobb gőznyomású vegyületmolekulát és kevesebb, alacsonyabb gőznyomású vegyületmolekulát tartalmaz. A keverék többi vegyületéhez viszonyítva nagyon magas forráspontú vegyület közel nincsenek a gőzben, és az illékony oldott szilárd anyagok, mint például a só, üledékként maradnak a fűtött tartály. Az egyszerű desztilláció a gőz összegyűjtésének és hűtésének folyamata, amely folyadékká kondenzálódik. Az egyszerű desztilláció elválasztja a folyékony keverék alkotóelemeit, mivel a sűrített folyadék nagyobb arányban tartalmaz a magasabb gőznyomású vegyületek és az eredeti folyadék nagyobb arányban tartalmaznak alacsonyabb gőzű vegyületeket nyomás.
Desztillációs dilemma
Egy egyszerű desztilláció megváltoztatja a vegyületek arányát a két végső folyadékban, de nem ér el teljes elválasztást. A folyamat megismételhető az elválasztás fokozatosan magasabb fokának elérése érdekében, de ez azért is pazarló, mert közben minden desztillációs eljárás során néhány molekula a légkörbe távozik, és néhány maradvány marad a desztillációban felszerelés. A frakcionált desztilláció megoldja ezt a dilemmát - javítva az egyszerű desztillálást azáltal, hogy csak egy desztillációs eljárásban érhető el nagyobb fokú elválasztás.
Egy oszlop, több párologtatás
A frakcionált desztilláció és az egyszerű desztilláció közötti elsődleges különbség egy frakcionáló oszlop hozzáadása a fűtött tartály és a gőz kondenzációs helye között. Ez az oszlop olyan anyagokkal van tele, mint például vékony fémhuzalok vagy üveggyöngyök, amelyek elősegítik a páralecsapódást, mivel nagy felületűek. Amint a gőzök a frakcionáló oszlopon keresztül emelkednek, folyadékká kondenzálódnak ezen anyagok hűvösebb felületein. Az alulról felemelkedő forró gőzök elpárologtatják ezt a folyadékot, majd újra kondenzálódnak, majd újra elpárolognak és így tovább. Minden párolgás eredményeként olyan gőz keletkezik, amelynek nagyobb a gőznyomású molekulák aránya. Így a frakcionált desztilláció kiváló szétválasztást ér el kevesebb anyagveszteséggel, mert egy eljárás egyenértékű az egyszerű desztilláció több fordulójával.