distillazióne
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Descrizione generale
sf. [sec. XIV; da distillare]. Operazione chimica attuata per separare una miscela liquida nei suoi componenti o in frazioni più semplici, cioè in miscele parziali costituite dalle stesse sostanze iniziali, ma in proporzioni diverse. La distillazione si realizza sfruttando le differenze di composizione che si vengono a determinare tra le fasi liquido e vapore provenienti dalla miscela liquida quando questa sia portata all'ebollizione. Per le leggi dell'equilibrio chimico di fase, infatti, i componenti più volatili della miscela tendono ad accumularsi nella fase vapore sino a raggiungervi concentrazioni d'equilibrio maggiori di quelle riscontrabili nel liquido, mentre i componenti meno volatili presentano all'equilibrio liquido-vapore concentrazioni in fase vapore inferiori a quelle in fase liquido. La distillazione si effettua in apposite apparecchiature (distillatori) che, nella forma più semplice, sono costituite da un recipiente o caldaia nel quale bolle il liquido: il vapore che si sviluppa defluisce in un refrigerante (di solito un serpentino), raffreddato esternamente da una circolazione d'acqua fredda, in cui si condensa trasformandosi in liquido che va a raccogliersi in un serbatoio collettore. In tali tipi di apparecchiature si pratica la distillazione semplice, consistente nel portare il liquido in ebollizione a temperature continuamente crescenti dall'inizio alla fine dell'operazione: il distillato, all'inizio molto ricco dei componenti più volatili, via via si arricchisce dei meno volatili fino ad arrivare alla stessa composizione della miscela liquida. Molti liquidi alla pressione atmosferica bollono a una temperatura elevata, che può eventualmente provocarne la decomposizione parziale o totale. In questo caso si ricorre opportunamente alla distillazione a pressione ridotta o, come si usa dire, sotto vuoto. Un'altra tecnica, largamente usata per distillare a temperatura più bassa dei liquidi non miscibili con l'acqua, come per esempio molti oli essenziali, è quella della distillazione in corrente di vapore. La tensione di vapore di una miscela di due liquidi insolubili l'uno nell'altro è infatti data dalla somma delle tensioni di vapore dei due singoli liquidi, per cui la miscela bolle a una temperatura inferiore al punto di ebollizione di ambedue, ossia, nel caso della distillazione in corrente di vapore, a una temperatura inferiore ai 100 ºC. Nel collettore il distillato si separa in due strati, uno di acqua e l'altro del composto sottoposto a distillazione, che possono venir separati. L'apparecchio per le distillazioni in corrente di vapore è in sostanza uguale a un comune apparecchio di distillazione, ma nella caldaia si inietta il vapore che proviene da una seconda caldaia in cui bolle dell'acqua pura.
Chimica: la distillazione frazionata
Quando la distillazione viene realizzata in più stadi, cioè sottoponendo a successive distillazioni le prime frazioni che si formano all'ebollizione della miscela, si ha la distillazione frazionata. In questo tipo di distillazione, le prime frazioni che distillano, dette teste, non sono costituite da uno dei due liquidi puri ma semplicemente da una loro miscela più ricca in quello di essi che è più facilmente volatile: così, distillando per esempio una miscela di acqua, che bolle a 100 ºC, con il 10% di alcol etilico, che bolle a 78 ºC, distillerà dapprima una miscela contenente per esempio il 20% di alcol etilico; la temperatura di distillazione si andrà poi a mano a mano innalzando, mentre contemporaneamente il liquido che distilla si andrà gradualmente impoverendo di alcol. Separando le prime frazioni del distillato e sottoponendole a parte a una nuova distillazione, raccogliendo ancora solo le prime frazioni di distillato, si arriverà così ad avere, attraverso un congruo numero di distillazioni frazionate, un alcol sempre più concentrato, mentre le varie frazioni intermedie verranno a loro volta distillate riunendo quelle di identica composizione. Una tecnica del genere, che richiede un gran numero di operazioni, può venire semplificata mediante l'uso delle colonne di distillazione o di rettifica. È da notare che non sempre la distillazione di una miscela di due liquidi può separarli completamente, ma si possono avere delle miscele, dette azeotropi, le quali bollono a temperatura e con composizione costanti. Così, la distillazione delle soluzioni acquose diluite di alcol etilico non fornisce alcol puro ma al massimo un alcol al 95%, che non si arricchisce ulteriormente attraverso successive distillazioni. Si deve allora ricorrere a speciali accorgimenti, tra cui il più usato è quello di modificare la pressione; spesso, infatti, l'azeotropia scompare oltre certi valori di pressione. La separazione dei singoli liquidi puri diviene complessa o in pratica impossibile quando si distilli la miscela di più composti anziché di due soli di essi. Così, nella distillazione dei petroli naturali, costituiti dalla miscela di centinaia di idrocarburi diversi, non si separano in pratica i diversi idrocarburi, ma semplicemente delle frazioni costituite ancora ciascuna da decine di idrocarburi diversi, che possono però venir direttamente usate per i diversi scopi. Oltre che per separare sostanze liquide a temperatura ambiente, la distillazione può essere utilizzata anche per separare sostanze solide ma abbastanza facilmente fusibili e volatili allo stato fuso: in questo caso il refrigerante deve essere mantenuto a una temperatura tale da provocare la condensazione ma non la solidificazione della sostanza che distilla, per evitare che esso si ostruisca. La distillazione frazionata viene d'altra parte utilizzata anche per separare sostanze gassose a temperatura e a pressione ambiente: si opera allora la distillazione mantenendo l'apparecchio di distillazione a una temperatura e a una pressione tali che i gas risultino liquefatti, e si comportino quindi come dei normali liquidi. Questa tecnica di separazione delle sostanze gassose riveste grande importanza industriale: essa viene tra l'altro utilizzata per separare dall'aria liquida l'azoto, l'ossigeno ed eventualmente anche i gas nobili. Altre applicazioni industriali della distillazione frazionata dei gas liquefatti si hanno per esempio nella separazione dell'etilene e del propilene dalle loro miscele ottenute per decomposizione termica dei petroli, nel frazionamento dei gas di cokeria, ecc.
Chimica: la distillazione secca
Operazione cui vengono sottoposte, al di fuori del contatto dell'aria, alcune sostanze solide (carbon fossile, legno, ossa, ecc.) per separarne prodotti gassosi recuperabili mediante condensazione. Il termine è improprio, poiché in effetti si tratta di un processo complesso consistente essenzialmente in decomposizioni accompagnate da distillazione. Particolarmente importante da un punto di vista industriale è la distillazione secca dei litantraci, che è alla base dei processi di cokefazione.