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Distillazione frazionata

La distillazione viene detta frazionata quando viene realizzata in più stadi, sottoponendo le frazioni che si formano nelle prime fasi del processo a più distillazioni successive.

Consideriamo nuovamente la soluzione di alcol al 10%. In un impianto di rettifica, il liquido da distillare viene immesso alla base di una lunga colonna (detta di rettifica o di frazionamento) dotata di una serie di piatti. Una parte del distillato, prodotto dalla condensazione dei vapori che si formano in testa alla colonna, viene prelevata dal condensatore e viene fatta gocciolare nuovamente nella stessa, costituendo il cosiddetto riflusso. Il vapore che sale verso il condensatore gorgoglierà attraverso il liquido, arricchendosi in alcol e perdendo parte dell'acqua per condensazione. Ogni piatto della colonna di frazionamento corrisponde quindi a uno stadio di distillazione; in questo modo, usando una colonna con un numero sufficiente di piatti, è possibile ad esempio ottenere alcol al 95% in un unico passaggio. Inoltre, se la soluzione iniziale di alcol viene introdotta progressivamente circa a metà colonna, l'alcol può essere separato dall'acqua mentre scende verso il piatto inferiore, e può essere recuperato senza perdite.

Questo metodo, noto generalmente come rettificazione o distillazione frazionata, viene usato industrialmente non solo per semplici miscele di due sostanze, ma anche per soluzioni più complesse, quali ad esempio quelle presenti nella pece o nel petrolio. La colonna di frazionamento più usata è la torre di gorgogliamento, in cui i piatti sono disposti orizzontalmente a pochi centimetri l'uno dall'altro: il vapore che risale lungo la colonna è costretto a passare attraverso le campane di gorgogliamento disposte su ogni piatto; contemporaneamente il liquido scende da un piatto all'altro. Se il contatto tra liquido e vapore non è completo oppure si forma della schiuma, per cui il vapore trascina con sé una parte di liquido nel piatto superiore, l'efficienza del processo di distillazione diminuisce e bisogna quindi aumentare il numero di piatti presenti rispetto al numero previsto in base a considerazioni teoriche, in fase di progetto. L'equivalente meno costoso, ma anche molto meno efficiente, della torre di gorgogliamento è la colonna a impaccamento, in cui il liquido scorre su strati di anelli di terraglia o su pezzi di vetro.

L'unico svantaggio della distillazione frazionata consiste nel fatto che circa la metà del distillato deve essere reintrodotta nella colonna e nuovamente riscaldata, con nuovo dispendio di calore. D'altra parte però il ciclo continuo del sistema permette di impiegare il distillato prodotto per preriscaldare la nuova miscela, contribuendo a un notevole risparmio di energia.

Se la miscela è composta da più sostanze, è possibile spillarle a diverse altezze della colonna di frazionamento; le torri di distillazione industriale del petrolio hanno più di 100 piatti e 10 punti in cui è possibile estrarre le diverse frazioni. Per la separazione di isotopi mediante distillazione vengono generalmente impiegate torri con oltre 500 piatti.