La distillazione frazionata è un processo mediante il quale componenti in una sostanza chimica miscela sono separati in parti diverse (chiamate frazioni) in base alle loro diverse punti di ebollizione. La distillazione frazionata viene utilizzata per purificare i prodotti chimici e separare le miscele per ottenere i loro componenti.
La tecnica è utilizzata nei laboratori e nell'industria, dove il processo ha un grande significato commerciale. L'industria chimica e petrolifera si basano sulla distillazione frazionata.
Come funziona
I vapori da un bollente la soluzione viene fatta passare lungo una colonna alta, chiamata colonna frazionata. La colonna è imballata con perle di plastica o di vetro per migliorare la separazione fornendo una maggiore superficie per condensa ed evaporazione. La temperatura della colonna diminuisce gradualmente lungo la sua lunghezza. I componenti con un punto di ebollizione più alto si condensano sulla colonna e ritornano al soluzione; componenti con un punto di ebollizione inferiore (altro
volatile) passa attraverso la colonna e vengono raccolti nella parte superiore.Teoricamente, avere più perline o piastre migliora la separazione, ma l'aggiunta di piastre aumenta anche il tempo e l'energia necessari per completare una distillazione.
Olio crudo
La benzina e molte altre sostanze chimiche sono prodotte dal petrolio greggio mediante distillazione frazionata. Il petrolio greggio viene riscaldato fino a quando non evapora. Frazioni diverse si condensano a determinati intervalli di temperatura. I prodotti chimici in una certa frazione sono idrocarburi con un numero comparabile di atomi di carbonio. Dal caldo al freddo (dai più grandi idrocarburi al più piccolo), le frazioni potrebbero essere residui (usati per produrre bitume), olio combustibile, diesel, cherosene, nafta, benzina e gas di raffineria.
etanolo
La distillazione frazionata non può separare completamente i componenti di una miscela di etanolo e acqua nonostante i diversi punti di ebollizione delle due sostanze chimiche. L'acqua bolle a 100 gradi Celcius mentre l'etanolo bolle a 78,4 gradi Celcius. Se viene fatta bollire una miscela alcool-acqua, l'etanolo si concentrerà nel vapore, ma solo fino a un certo punto, poiché l'alcool e l'acqua formano un azeotropo. Una volta che la miscela raggiunge il punto in cui è composta al 96% di etanolo e al 4% di acqua, la miscela è più volatile (bolle a 78,2 gradi di Celcius) rispetto all'etanolo.
Semplice vs. Distillazione frazionata
La distillazione frazionata differisce dalla semplice distillazione perché la colonna di frazionamento separa naturalmente i composti in base ai loro punti di ebollizione. È possibile isolare i prodotti chimici mediante una semplice distillazione, ma richiede un attento controllo della temperatura poiché è possibile isolare solo una "frazione" alla volta.
Come fai a sapere se utilizzare la distillazione semplice o la distillazione frazionata per separare una miscela? La distillazione semplice è più veloce, più semplice e consuma meno energia, ma è davvero utile solo lì è una grande differenza tra i punti di ebollizione delle frazioni desiderate (più di 70 gradi Celsius). Se c'è solo una piccola differenza di temperatura tra le frazioni, la distillazione frazionata è la soluzione migliore.
Ecco una ripartizione delle differenze tra distillazione semplice e frazionata:
| Distillazione semplice | Distillazione frazionata | |
| usi | Separazione di liquidi relativamente puri che presentano grandi differenze nei punti di ebollizione. Separando anche liquidi da impurità solide. | Componenti isolanti di miscele complesse con piccole differenze di punto di ebollizione. |
| vantaggi |
Più veloce Richiede meno energia in ingresso Apparecchiature più semplici e meno costose |
Migliore separazione dei liquidi Meglio a purificare liquidi contenenti molti componenti diversi |
| svantaggi |
Utile solo per liquidi relativamente puri Richiede una grande differenza del punto di ebollizione tra i componenti Non separa le frazioni in modo pulito |
Più lentamente Richiede più energia Installazione più complicata e costosa |