Waardevolle natuurlijke stoffen komen vaak voor als mengsels die zowel gewenste als ongewenste componenten bevatten. Ruwe olie omvat bijvoorbeeld verschillende soorten koolwaterstoffen die geschikt zijn voor verschillende brandstoftoepassingen, zeewater heeft een hoog zoutgehalte en ijzererts bevat minerale verontreinigingen naast bruikbaar ijzer. Door de eeuwen heen hebben mensen talloze manieren ontwikkeld om natuurlijke materialen te verfijnen of te zuiveren. Eenvoudige destillatie en gefractioneerde destillatie zijn twee variaties op een basistechniek voor het scheiden van verschillende componenten van een vloeistof.

Dampen en verdamping

De relatie tussen temperatuur en verdamping is essentieel voor het begrijpen van zowel eenvoudige als gefractioneerde destillatie . Wanneer een vloeistof zich in een open houder bevindt, oefent de atmosfeer een neerwaartse druk op het oppervlak van de vloeistof uit. Deze atmosferische druk compenseert de dampspanning van de vloeistof, die wordt gecreëerd door de kinetische energie van moleculen die verdampen van het oppervlak van de vloeistof. Naarmate de temperatuur van de vloeistof stijgt, neemt de gemiddelde moleculaire kinetische energie ook toe; meer moleculen verdampen, wat leidt tot hogere dampspanning. Koken vindt plaats wanneer moleculen vrij kunnen verdampen omdat de vloeistof een temperatuur heeft bereikt waarbij de dampspanning gelijk is aan de atmosferische druk.

Simple Separation

Verschillende samenstellingen hebben verschillende kooktemperaturen. Evenzo zullen verschillende verbindingen bij elke gegeven temperatuur verschillende dampdrukken hebben. Als een vloeibaar mengsel van verschillende verbindingen wordt verwarmd in een gesloten container, zal de samenstelling van de damp die boven de vloeistof is ingevangen, deze verschillen weerspiegelen. De damp zal meer moleculen bevatten van verbindingen met hogere dampspanning en minder moleculen van verbindingen met lagere dampspanning. Een verbinding met een zeer hoge kooktemperatuur ten opzichte van de andere verbindingen in het mengsel zal nagenoeg afwezig zijn in de damp en niet-vluchtige opgeloste vaste stoffen, zoals zout, zullen als sediment in de verwarmde houder achterblijven. Eenvoudige destillatie is het proces waarbij deze damp wordt verzameld en afgekoeld, zodat het terug in een vloeistof condenseert. Eenvoudige destillatie scheidt de componenten van een vloeibaar mengsel omdat de gecondenseerde vloeistof een hoger gehalte aan verbindingen met hogere dampspanning bevat en de oorspronkelijke vloeistof een hoger gehalte aan verbindingen met lagere dampspanning bevat.

Distillatiedilemma

Een eenvoudige destillatie verandert de hoeveelheid verbindingen in de twee laatste vloeistoffen, maar bereikt geen volledige scheiding. Het proces kan worden herhaald om geleidelijk hogere scheidingsgraden te bereiken, maar dit is ook verspilling omdat tijdens elke destillatieprocedure sommige moleculen in de atmosfeer ontsnappen en sommige blijven als residu in de destilleerapparatuur. Gefractioneerde destillatie pakt dit dilemma aan - verbetering bij eenvoudige destillatie door het bereiken van hogere scheidingsgraden in slechts één distillatieprocedure.

Eén kolom, meerdere verdampingen

Het belangrijkste verschil tussen gefractioneerde destillatie en eenvoudige destillatie is de toevoeging van een fractioneerkolom tussen de verwarmde container en de plaats waar de damp condenseert. Deze kolom is gevuld met materialen, zoals dunne metalen draden of glasparels, die condensatie aanmoedigen omdat ze een groot oppervlak hebben. Naarmate de dampen door de fractioneerkolom stijgen, condenseren ze in vloeistof op de koelere oppervlakken van deze materialen. Warme dampen die van onder naar boven stijgen, veroorzaken dat deze vloeistof verdampt, condenseert vervolgens weer, verdampt dan weer, enzovoort. Elke verdamping resulteert in damp met een hoger aandeel moleculen met hogere dampspanning. Aldus verkrijgt gefractioneerde destillatie een superieure scheiding met minder materiaalverlies omdat één procedure equivalent is aan meerdere ronden van eenvoudige destillatie