Che cos'è la distillazione multicomponente?
La distillazione multicomponente è un processo chimico in cui una miscela di composti volatili si separa in base ai loro punti di ebollizione. Il processo avviene in una colonna di distillazione, un impilamento verticale di vassoi o stadi su cui coesistono componenti nelle loro fasi liquida e vapore. Mentre la miscela sale sulla colonna, i composti ad alto punto di ebollizione si concentrano su stadi inferiori, mentre i composti a basso punto di ebollizione si concentrano su stadi più alti.
Le colonne di distillazione usano i principi di base delle miscele di equilibrio liquido-vapore. Quando il calore viene applicato a un liquido, la temperatura del liquido aumenta fino a raggiungere il punto di ebollizione (BP). Alla BP, l'energia aggiuntiva non provoca un aumento della temperatura; piuttosto, le molecole lo usano per sfuggire alla fase liquida e diventare un gas.
L'energia assorbita dalla nuova molecola di gas non è più disponibile per riscaldare la successiva molecola liquida. Mentre il liquido bolle, si raffredda anche dall'assenza di energia mantenendo le molecole di gas in una fase gassosa. Questo raffreddamento causerà la condensazione di alcune molecole di gas in liquido, rilasciando l'energia della vaporizzazione. L'energia rilasciata è in grado di riscaldare il liquido. In condizioni di equilibrio, la velocità di vaporizzazione è uguale alla velocità di condensazione.
In una colonna di distillazione multicomponente, su ogni stadio viene stabilita una miscela di equilibrio. C'è una fonte costante di nuova energia fornita nella parte inferiore della colonna. Questo calore fa sì che alcune delle molecole in fase gassosa del composto più volatile su ogni stadio, quello con la BP più bassa, passino allo stadio successivo. In questa fase più elevata, la miscela tenterà di ritornare di nuovo in equilibrio. Le molecole provenienti dal basso potrebbero avere una BP troppo alta per vaporizzare su questo stadio, quindi si accumulano nella fase liquida.
Alla fine, il liquido in ogni fase si concentra in uno o più dei componenti. I flussi laterali possono essere tolti in una o più fasi. I flussi di liquido saranno concentrati in uno o più componenti e potrebbero essere necessarie ulteriori fasi di distillazione.
Il petrolio viene in genere distillato in frazioni mediante distillazione multicomponente. Una frazione è una gamma di composti simili con BP vicina che possono essere trattati come un singolo composto. La benzina è un esempio. Un gas BP basso può essere rimosso dalla parte superiore della colonna e non richiede ulteriore elaborazione.
La progettazione di una distillazione multicomponente richiede calcoli complessi. I parametri di progettazione della colonna includono la specifica del numero di fasi, la fase di alimentazione della materia prima, le fasi in cui i flussi di prodotto vengono rimossi e il calore necessario per guidare la colonna. Programmi informatici specializzati di distillazione multicomponente eseguono questi calcoli, ma gli ingegneri imparano ancora metodi di soluzione grafica per comprendere il processo.