Vērtīgas dabīgas vielas bieži sastopamas kā maisījumi, kas satur gan vēlamos, gan nevēlamos komponentus. Piemēram, jēlnafta ietver dažāda veida ogļūdeņražus, kas piemēroti dažādām degvielām lietojumiem okeāna ūdenī ir augsts sāls saturs, un dzelzs rūdā papildus ir minerālu piemaisījumi izmantojamais dzelzs. Gadsimtu gaitā cilvēki ir izstrādājuši daudzus veidus, kā uzlabot vai attīrīt dabiskos materiālus. Vienkāršā destilācija un frakcionētā destilācija ir divas variācijas par pamata paņēmienu dažādu šķidruma sastāvdaļu atdalīšanai.
Tvaiki un iztvaikošana
Attiecība starp temperatūru un iztvaikošanu ir būtiska, lai saprastu gan vienkāršo, gan frakcionēto destilāciju. Kad šķidrums atrodas atklātā traukā, atmosfēra rada spiedienu uz šķidruma virsmu uz leju. Šis atmosfēras spiediens neitralizē šķidruma tvaika spiedienu, ko rada molekulu kinētiskā enerģija, kas iztvaiko no šķidruma virsmas. Palielinoties šķidruma temperatūrai, palielinās arī vidējā molekulārā kinētiskā enerģija; vairāk molekulu iztvaiko, izraisot augstāku tvaika spiedienu. Vārīšanās notiek, kad molekulas var brīvi iztvaikot, jo šķidrums ir sasniedzis temperatūru, kurā tvaika spiediens ir vienāds ar atmosfēras spiedienu.
Vienkārša atdalīšana
Dažādiem savienojumiem ir atšķirīga viršanas temperatūra. Tāpat jebkurā noteiktā temperatūrā dažādiem savienojumiem būs atšķirīgs tvaika spiediens. Ja dažādu savienojumu šķidruma maisījumu silda noslēgtā traukā, virs šķidruma notverto tvaiku sastāvs atspoguļos šīs atšķirības. Tvaikos būs vairāk savienojumu molekulu ar lielāku tvaika spiedienu un mazāk savienojumu molekulu ar zemāku tvaika spiedienu. Savienojums ar ļoti augstu viršanas temperatūru salīdzinājumā ar citiem maisījuma savienojumiem būs gandrīz bez tvaikiem, un negaistošās izšķīdušās cietās vielas, piemēram, sāls, paliks kā nogulsnes sakarsētā konteiners. Vienkārša destilācija ir šo tvaiku savākšanas un atdzesēšanas process, lai tas atkal kondensētos šķidrumā. Vienkārši destilējot tiek atdalīti šķidrā maisījuma komponenti, jo kondensētā šķidrumā ir lielāka proporcija savienojumi ar lielāku tvaika spiedienu un oriģinālais šķidrums satur lielāku daļu savienojumu ar zemāku tvaiku spiediens.
Destilācijas dilemma
Viena vienkārša destilācija maina savienojumu proporciju abos galīgajos šķidrumos, taču tā nenodrošina pilnīgu atdalīšanu. Procesu var atkārtot, lai sasniegtu pakāpeniski augstāku atdalīšanas pakāpi, taču tas ir arī izšķērdīgi, jo laikā katrā destilācijas procedūrā dažas molekulas izplūst atmosfērā, bet dažas paliek kā atlikums destilācijā aprīkojumu. Daļēja destilācija risina šo dilemmu - uzlabojot vienkāršo destilāciju, sasniedzot augstākas atdalīšanas pakāpes tikai vienā destilācijas procedūrā.
Viena kolonna, vairākas iztvaikošanas
Primārā atšķirība starp frakcionētu destilāciju un vienkāršu destilāciju ir frakcionēšanas kolonnas pievienošana starp uzkarsēto trauku un tvaika kondensācijas vietu. Šī kolonna ir piepildīta ar materiāliem, piemēram, plānām metāla stieplēm vai stikla pērlēm, kas veicina kondensāciju, jo tām ir liels virsmas laukums. Kad tvaiki paceļas caur frakcionēšanas kolonnu, tie kondensējas šķidrumā uz šo materiālu vēsākajām virsmām. Karstie tvaiki, kas paceļas no apakšas, liek šim šķidrumam iztvaikot, tad tas atkal kondensējas, tad atkal iztvaiko un tā tālāk. Katras iztvaikošanas rezultātā rodas tvaiki ar lielāku molekulu daļu ar lielāku tvaika spiedienu. Tādējādi frakcionētā destilācijā tiek panākta izcila atdalīšana ar mazāku materiāla zudumu, jo viena procedūra ir līdzvērtīga vairākām vienkāršas destilācijas kārtām.