Vertingos natūralios medžiagos dažnai būna kaip mišiniai, kuriuose yra ir pageidaujamų, ir nepageidaujamų komponentų. Pavyzdžiui, į žalią naftą įeina įvairių rūšių angliavandeniliai, kurie tinka skirtingiems degalams vandenyno vandenyje yra didelis druskos kiekis, be to, geležies rūdoje yra mineralinių priemaišų tinkama naudoti geležis. Per šimtmečius žmonės sukūrė daugybę būdų, kaip perdirbti ar išvalyti natūralias medžiagas. Paprastas distiliavimas ir frakcinis distiliavimas yra du pagrindinio skirtingo skysčio komponentų atskyrimo metodo variantai.
Garai ir garavimas
Santykis tarp temperatūros ir garavimo yra būtinas norint suprasti paprastą ir dalinį distiliavimą. Kai skystis yra atvirame inde, atmosfera daro skysčio paviršių žemyn. Šis atmosferos slėgis neutralizuoja skysčio garų slėgį, kurį sukuria iš skysčio paviršiaus garuojančių molekulių kinetinė energija. Didėjant skysčio temperatūrai, didėja ir vidutinė molekulinė kinetinė energija; daugiau molekulių išgaruoja, dėl to padidėja garų slėgis. Virimas vyksta tada, kai molekulės gali laisvai išgaruoti, nes skystis pasiekė temperatūrą, kurioje garų slėgis lygus atmosferos slėgiui.
Paprastas atskyrimas
Skirtingų junginių virimo temperatūra yra skirtinga. Panašiai, esant bet kokiai temperatūrai, skirtingų junginių garų slėgis bus skirtingas. Jei skystas įvairių junginių mišinys kaitinamas uždarytoje talpykloje, virš skysčio įstrigusių garų sudėtis atspindės šiuos skirtumus. Garuose bus daugiau molekulių junginių, kurių garų slėgis didesnis, ir mažiau junginių, kurių garų slėgis mažesnis. Junginio, kurio virimo temperatūra, palyginti su kitais mišinyje esančiais junginiais, yra labai aukšta garuose nėra, o nelakios ištirpusios kietosios medžiagos, tokios kaip druska, liks nuosėdomis įkaitintoje konteinerį. Paprastas distiliavimas yra šių garų surinkimas ir atvėsinimas, kad jie vėl kondensuotųsi į skystį. Paprastas distiliavimas atskiria skysčio mišinio komponentus, nes kondensuotame skystyje yra didesnė dalis junginiuose, kurių garų slėgis yra didesnis, ir pradiniame skystyje yra didesnė junginių, kurių garai yra mažesni, dalis spaudimas.
Distiliavimo dilema
Vieno paprasto distiliavimo metu pasikeičia junginių dalis dviejuose galutiniuose skysčiuose, tačiau visiško atskyrimo nepasiekiama. Procesą galima pakartoti, norint pasiekti laipsniškai didesnį atskyrimo laipsnį, tačiau tai taip pat yra švaistoma, nes per kiekvienos distiliavimo procedūros metu kai kurios molekulės patenka į atmosferą, o kitos lieka distiliuojant kaip liekana įranga. Dalinis distiliavimas sprendžia šią dilemą - tobulinant paprastą distiliavimą pasiekiant aukštesnius atskyrimo laipsnius tik vienos distiliavimo procedūros metu.
Vienas stulpelis, keli garavimai
Pagrindinis skirtumas tarp frakcinio distiliavimo ir paprasto distiliavimo yra frakcionuojančios kolonos pridėjimas tarp šildomo indo ir vietos, kur garai kondensuojasi. Ši kolona užpildyta medžiagomis, tokiomis kaip plonos metalinės vielos ar stiklo karoliukai, kurios skatina kondensaciją, nes jų plotas yra didelis. Kai garai kyla per frakcionavimo kolonėlę, jie kondensuojasi į skysčius ant vėsesnių šių medžiagų paviršių. Karšti garai, kylantys iš apačios, sukelia šio skysčio garavimą, tada vėl kondensuojasi, tada vėl garuoja ir pan. Kiekvieno garavimo metu susidaro garai, kuriuose yra didesnė molekulių dalis, kurių garų slėgis yra didesnis. Taigi, distiliuojant frakcijomis, pasiekiamas geresnis atskyrimas, mažinant medžiagos nuostolius, nes viena procedūra prilygsta keliems paprasto distiliavimo etapams.