Dragocene naravne snovi se pogosto pojavljajo kot mešanice, ki vsebujejo tako zaželene kot nezaželene sestavine. Na primer, surova nafta vključuje različne vrste ogljikovodikov, ki so primerne za različna goriva Oceanska voda ima visoko vsebnost soli, železova ruda pa poleg tega vsebuje še mineralne nečistoče uporabno železo. Skozi stoletja so ljudje razvili številne načine prečiščevanja ali čiščenja naravnih materialov. Preprosta destilacija in frakcijska destilacija sta dve različici osnovne tehnike ločevanja različnih komponent tekočine.
Hlapi in izhlapevanje
Razmerje med temperaturo in izhlapevanjem je bistvenega pomena za razumevanje tako preproste kot delne destilacije. Ko je tekočina v odprti posodi, ozračje pritiska navzdol na površino tekočine. Ta atmosferski tlak izniči parni tlak tekočine, ki ga ustvarja kinetična energija molekul, ki izhlapevajo s površine tekočine. Ko se temperatura tekočine poveča, se poveča tudi povprečna molekularna kinetična energija; več molekul izhlapi, kar vodi do višjega parnega tlaka. Vrenje se zgodi, ko molekule lahko prosto izhlapijo, ker je tekočina dosegla temperaturo, pri kateri je parni tlak enak atmosferskemu.
Preprosto ločevanje
Različne spojine imajo različne temperature vrelišča. Podobno imajo različne spojine pri kateri koli temperaturi različne parne tlake. Če tekočo zmes različnih spojin segrejemo v zaprti posodi, bo sestava pare, ujete nad tekočino, odražala te razlike. Para bo vsebovala več molekul spojin z višjim parnim tlakom in manj molekul spojin z nižjim parnim tlakom. Spojina z zelo visoko temperaturo vrelišča glede na druge spojine v mešanici bo skoraj hlapov in nehlapne raztopljene trdne snovi, kot je sol, ostanejo kot usedlina v segretem posoda. Preprosta destilacija je postopek zbiranja te pare in hlajenja, tako da se kondenzira nazaj v tekočino. Preprosta destilacija loči sestavine tekoče zmesi, ker kondenzirana tekočina vsebuje večji delež spojine z višjim parnim tlakom in prvotna tekočina vsebuje večji delež spojin z nižjimi hlapi pritisk.
Dilema destilacije
Ena preprosta destilacija spremeni delež spojin v dveh končnih tekočinah, vendar ne doseže popolnega ločevanja. Postopek lahko ponovimo, da dosežemo postopno višje stopnje ločevanja, vendar je to tudi potratno, ker med pri vsakem postopku destilacije nekatere molekule pobegnejo v ozračje, nekatere pa ostanejo kot ostanek pri destilaciji opremo. Frakcijska destilacija rešuje to dilemo - izboljšati preprosto destilacijo z doseganjem višjih stopenj ločevanja v samo enem postopku destilacije.
En stolpec, več izhlapevanja
Glavna razlika med frakcijsko destilacijo in preprosto destilacijo je dodajanje frakcionacijske kolone med ogrevano posodo in mestom, kjer se para kondenzira. Ta stolpec je napolnjen z materiali, kot so tanke kovinske žice ali steklene kroglice, ki spodbujajo kondenzacijo, ker imajo veliko površino. Ko se hlapi dvigujejo skozi frakcionarno kolono, se na hladnejših površinah teh materialov kondenzirajo v tekočino. Vroče pare, ki se dvigajo od spodaj, povzročijo, da ta tekočina izhlapi, nato se spet kondenzira, nato spet izpari in tako naprej. Vsako izhlapevanje povzroči nastanek hlapov z večjim deležem molekul z višjim parnim tlakom. Tako z frakcijsko destilacijo dosežemo vrhunsko ločevanje z manjšo izgubo materiala, ker je en postopek enakovreden večkratnemu kroženju preproste destilacije.