La distillazione è un metodo per separare i componenti da una miscela liquida sfruttando le loro differenze di punto di ebollizione. È una separazione liquido-gas e prevede la vaporizzazione e la successiva condensazione di ciascun liquido. Ci sono alcuni vantaggi della distillazione frazionata rispetto alla semplice distillazione.
I tipi comuni di distillazione sono la distillazione semplice, la distillazione frazionata, la distillazione sotto vuoto e la distillazione a vapore. Differiscono principalmente nella configurazione degli apparecchi e nelle loro applicazioni.
La distillazione frazionata è più efficiente della semplice distillazione in separazione a causa dell'elevato numero di piastre teoriche. È un processo importante in chimica, industria e scienze alimentari. Gli usi della distillazione frazionata includono processi come la desalinizzazione, la raffinazione del petrolio greggio e la purificazione chimica.
Tipi di distillazione
La distillazione semplice è efficace solo per liquidi i cui punti di ebollizione differiscono di oltre 30 °C. Al contrario, la distillazione frazionata è adatta per separazioni più impegnative, dove la differenza di punto di ebollizione è inferiore a 30 °C.
Teoria della distillazione frazionata
Per capire come funziona la distillazione frazionata, bisogna sapere Legge di Raoultult, che afferma che la tensione di vapore di una soluzione dipende dalla tensione di vapore di ciascun componente e dalla frazione molare del componente nella soluzione. Mantenendo la pressione costante, si può generare a diagramma di composizione temperatura temperature.
•••Modificato da Laboratory Technique in Organic Chemistry (quarta edizione, 2014): pagine 173-206
Per una miscela pentano-esano a una pressione atmosferica, una miscela liquida iniziale (L1) di esano (bp = 69°C) e pentano (bp = 36°C) bolle a 48 °C per produrre vapore V1, che condensa per formare L2. Dopo il primo ciclo di vaporizzazione-condensazione, la percentuale di pentano è aumentata dal 48 percento al 73 percento.
l2 poi vaporizza in V2, con conseguente ulteriore arricchimento in pentano. l5, che è il liquido ottenuto dopo quattro cicli, è pentano quasi puro. Ogni ciclo di vaporizzazione-condensazione, detto anche piatto teorico, fornisce una soluzione più pura del componente più volatile.
Vantaggi della distillazione frazionata rispetto alla distillazione semplice
In una configurazione di distillazione frazionata, una colonna di frazionamento viene generalmente posizionata tra il pallone di distillazione e la testa per aumentare la separazione dei liquidi dalla miscela. Queste colonne hanno una superficie maggiore su cui possono verificarsi equilibri liquido-vapore e quindi più piastre teoriche. Esempi di colonne di frazionamento sono colonne Vigreux e perline di vetro, che hanno da sei a otto piastre teoriche.
In una semplice distillazione, non viene utilizzata una colonna di frazionamento e il vapore del pallone di distillazione va direttamente in condensazione. Ha solo una o due piastre teoriche, quindi non sarebbe efficace per la separazione di miscele come L1, che richiede più di quattro cicli di vaporizzazione-condensazione per purificarsi.
Usi della distillazione frazionata
La distillazione frazionata viene utilizzata in raffinerie petrolifere separare il petrolio greggio in idrocarburi, che hanno numero di atomi di carbonio, punti di ebollizione e applicazioni differenti. Alcuni dei prodotti isolati includono benzina, diesel, oli e cere. Questo metodo è utilizzato anche negli impianti chimici, nella lavorazione del gas naturale e negli impianti criogenici di separazione dell'aria.
Anche la distillazione frazionata è un tecnica comune nei laboratori di chimica organica. Ad esempio, il ciclopentadiene viene solitamente venduto come diciclopentadiene perché il ciclopentadiene può dimerizzare spontaneamente per formare diciclopentadiene. La distillazione frazionata viene spesso utilizzata per riportare il diciclopentadiene in ciclopentadiene.
Impatto ambientale della distillazione frazionata
La distillazione frazionata da sola non è dannosa per l'ambiente. La distillazione frazionata, infatti, converte il petrolio greggio, altrimenti inutilizzabile, in prodotti di maggior pregio. Tuttavia, le raffinerie di petrolio, dove viene eseguita la distillazione frazionata del petrolio greggio, possono essere fonte di inquinamento se i prodotti collaterali non vengono trattati adeguatamente secondo le normative.
Le raffinerie sono una delle principali fonti di inquinanti atmosferici come il particolato, gli ossidi di azoto e il monossido di carbonio. Le acque reflue delle raffinerie causano anche inquinamento idrico e del suolo poiché si depositano nelle falde acquifere, nel suolo e nelle acque sotterranee.