Che cos'è la distillazione estrattiva?
La distillazione frazionaria, comunemente indicata come distillazione o distillazione semplice, è un metodo comune per separare i composti volatili in base ai punti di ebollizione (BP). Alcune miscele non sono separabili per distillazione. In molti di questi casi viene impiegata la distillazione estrattiva. In questo processo, un solvente ad alto punto di ebollizione viene aggiunto all'alimentazione, modificando le volatilità relative dei composti della miscela di alimentazione. Il solvente viene quindi recuperato in una colonna di distillazione separata e riciclato.
La volatilità, o la facilità di convertire un liquido in un gas, è una funzione del punto di ebollizione. Se una sostanza bolle ad una temperatura più alta di un'altra, la sostanza con punto di ebollizione più basso tenderà a vaporizzare per prima e a condensarsi in un punto più alto della colonna. La distillazione frazionata non separerà le miscele i cui composti hanno BP simili, in particolare se le loro strutture chimiche sono simili.
Alcuni composti liquidi formano una miscela speciale chiamata azeotropio quando sono presenti in determinati rapporti. Gli azeotropi sono miscele di solito due, ma a volte tre, composti separati che si comportano come se fossero un singolo composto con un singolo punto di ebollizione. Gli azeotropi non possono essere separati nei loro componenti mediante distillazione frazionata.
Nei casi di volatilità simili di composti o miscele azeotropiche, la distillazione estrattiva diventa spesso una scelta di processo economica ed efficace. In una distillazione estrattiva, un solvente entra nella colonna di distillazione sopra il punto di alimentazione. Il solvente utilizzato è meno volatile di uno dei composti da separare.
Il design di una colonna di distillazione estrattiva è spesso semplice. Il solvente deve avere un punto di ebollizione più elevato rispetto alla sostanza meno volatile. La concentrazione di solvente in tutta la colonna deve essere abbastanza alta da avere volatilità ampiamente separate ma abbastanza bassa da non formare due fasi. Due fasi producono due strati di liquidi, come olio e acqua, che non si dissolveranno l'uno nell'altro. Il solvente può essere introdotto nella colonna come vapore per evitare un improvviso cambiamento di concentrazione del solvente nel punto di alimentazione.
Esempi di distillazione estrattiva includono la separazione del toluene (BP 110,8 o C) dall'iso-ottano (BP 99,3 o C) usando fenolo (BP 181,4 o C) come solvente. Il vapore dalla parte superiore della colonna si condensa come iso-ottano relativamente puro. La miscela toluene-fenolo dal fondo della colonna si separa per semplice distillazione; il fenolo ritorna alla prima colonna e il toluene viene raccolto come prodotto. Il fenolo, essendo meno volatile, ha migliorato la volatilità dell'iso-ottano.