Come funziona la distillazione frazionata?

La distillazione è il processo di separazione di due o più liquidi in base alle differenze nei loro punti di ebollizione. Quando i punti di ebollizione dei liquidi sono molto simili, tuttavia, la separazione per distillazione normale diventa inefficace o impossibile. La distillazione frazionata è un processo di distillazione modificato che consente la separazione di liquidi con punti di ebollizione simili.

Il punto di ebollizione di un liquido è la temperatura alla quale si trasforma in vapore. I liquidi mantengono il loro caratteristico punto di ebollizione anche se mescolati con altri liquidi. Questo rappresenta il principio alla base della distillazione che i liquidi possono essere separati convertendo il liquido con il punto di ebollizione più basso in vapore, quindi riconvertendo quel vapore allo stato liquido dopo che è stato trasferito in un separato contenitore.

Nel processo di distillazione, la miscela liquida viene posta in un pallone di ebollizione, che è collegato a una colonna di raffreddamento chiamata condensatore, la cui estremità opposta è collegata a un pallone di ricezione. Il condensatore si trova in posizione orizzontale con una leggera pendenza verso il basso in modo che il vapore che raggiunge il condensatore e viene riconvertito in liquido possa essere raccolto nel pallone di ricezione. Il dipartimento di chimica del Wake Forest College fornisce uno schema della configurazione. Al termine della distillazione, il liquido con punto di ebollizione più basso finisce nel pallone ricevente (ed è chiamato "distillato") e il liquido con punto più alto rimane nel pallone di ebollizione.

Una configurazione di distillazione frazionata include una colonna aggiuntiva che si trova verticalmente sopra il pallone di ebollizione e alla quale è collegato il condensatore. Il suo scopo è aumentare la distanza che il vapore deve percorrere per raggiungere il condensatore. Le colonne sono tipicamente riempite con perle di vetro o pezzi di ceramica per aumentare la superficie con cui il vapore deve entrare in contatto mentre viene trasportato al condensatore.

Durante la normale distillazione, anche una parte consistente del liquido altobollente si vaporizzerà e si trasporterà nel pallone di raccolta, divenendo sostanzialmente un'impurezza nel distillato. Ciò è particolarmente problematico quando i liquidi da separare hanno punti di ebollizione simili. Maggiore è la superficie con cui il liquido ad alto punto di ebollizione viene a contatto lungo il percorso, più è probabile che si condensi nuovamente in un liquido e ritorni nel pallone bollente. La distillazione frazionata utilizza questa maggiore superficie per migliorare l'efficienza della distillazione.

Le due applicazioni principali della distillazione frazionata sono la raffinazione del petrolio greggio e la produzione di alcolici (bevande alcoliche).

Il petrolio greggio contiene numerose sostanze chimiche diverse, molte delle quali hanno punti di ebollizione simili. Le raffinerie separano queste sostanze chimiche per punto di ebollizione in vari prodotti. Le frazioni a basso punto di ebollizione diventano gas di petrolio o benzina, le frazioni a punto di ebollizione intermedio diventano olio combustibile, gasolio o cherosene e le frazioni più bollenti diventano cera di paraffina o asfalto.

La fermentazione degli zuccheri in alcol si interrompe quando il contenuto alcolico si avvicina al 13% perché il lievito non può sopravvivere a concentrazioni alcoliche più elevate. I punti di ebollizione dell'alcol (78,5 gradi Celsius) e dell'acqua (100 gradi Celsius) sono abbastanza simili che le distillerie devono utilizzare la distillazione frazionata per concentrare l'alcol a circa il 50 percento (che viene quindi chiamato “spiriti”).

Il processo di distillazione in una raffineria di petrolio consuma 2 barili di petrolio in energia per ogni 100 barili di petrolio raffinato.