Particolare di un impianto didistillazione a doppio effetto perrecupero di solvente, utilizzato per iltrattamento del greggio.

Rappresentazione di antiche apparecchiature utilizzateper ottenere essenze attraverso la distillazione.

Schema dell'apparecchiatura di Coffey utilizzata per ladistillazione del benzene (1830).

DistillazioneDa Wikipedia, l'enciclopedia libera.

La distillazione una tecnica utilizzata per separare due o pi sostanze presenti in una miscela, che sfrutta la differenza dei punti di ebollizione di tali sostanze (o in altre parole, la loro differenza divolatilit[1]).

usata sia per separare miscele complesse (ottenendo in uscita pi miscele, ciascuna avente una diversa composizione) sia per purificare singole sostanze (ottenendo in uscita una corrente contenente lasostanza desiderata ad un'elevata purezza e una corrente di scarto contenente le impurezze presenti nell'alimentazione).

una tecnica nota sin dal Medioevo, applicata inizialmente alla produzione di bevande alcoliche. Successivamente stata applicata in numerosi processi chimici, tra cui la separazione del petrolio greggio neisuoi diversi componenti (detta "topping").

L'apparecchiatura utilizzata per svolgere tale operazione detta colonna di distillazione (o colonna di rettifica[2])

Indice

1 Etimologia e significato del termine2 Cenni storici3 La distillazione in laboratorio4 La distillazione nell'industria

4.1 Apparecchiature utilizzate4.2 Principio di funzionamento4.3 Modellazione e dimensionamento dell'apparecchiatura4.4 Controllo del processo

5 Tecniche di distillazione5.1 Distillazione flash5.2 Distillazione in continuo e batch5.3 Distillazione con riflusso5.4 Distillazione frazionata5.5 Distillazione azeotropica5.6 Distillazione sottovuoto e distillazione in corrente di vapore

5.6.1 Distillazione molecolare5.7 Distillazione estrattiva5.8 Distillazione reattiva

6 Trattamento termodinamico della distillazione7 Esempi di applicazioni

7.1 Raffinazione del petrolio7.2 Distillazione di bevande alcoliche

8 Rischi associati alla distillazione8.1 Eventi disastrosi

9 Note10 Bibliografia11 Voci correlate12 Altri progetti13 Collegamenti esterni

Etimologia e significato del termine

Dal punto di vista etimologico il termine "distillazione" significa "separazione goccia a goccia".[3] Anticamente tale termine veniva utilizzato per indicare indistintamente tutte le tecniche di separazione conosciute, tra cui anche la filtrazione, lacristallizzazione e l'estrazione dell'olio.[3] In seguito venne utilizzato per indicare le tecniche di separazione ottenute attraverso l'evaporazione e la condensazione di un vapore.[3]

L'accezione pi generale del termine "distillazione" continua ad essere utilizzata nel caso della "distillazione dell'acqua" (un processo che permette di potabilizzare l'acqua del mare attraverso abbattendo la concentrazione dei sali in essa disciolti.[4])e della "distillazione secca" (in cui l'alimentazione costituita da materiali solidi[5]).

In ambito impiantistico, si tende comunque a distinguere tra la distillazione propriamente detta (che riguarda la separazione di due o pi componenti fluidi grazie alla loro differenza di volatilit) e la dissalazione (che invece riconducibileall'operazione unitaria di evaporazione[4]).

Cenni storici

Secondo lo scrittore Sinesio di Cirene gi nel 4000 a.C. gli egiziani distillavano il vino e il sidro per produrre altre bevande alcoliche[6] (liquori e acquaviti).

In Cina, intorno al 2000 a.C., attraverso la distillazione di piante officinali venivano ottenute essenze che erano utilizzate soprattutto dalle classi pi ricche.[7]

Scavi archeologici in Pakistan hanno messo alla luce che la tecnica della distillazione dell'alcol era gi nota alle popolazioni mesopotamiche nel 500 a.C., ma il suo uso divenne comune tra il 150a.C. e il 350 d.C.[8], anche tra gli alchimisti greci[9][10][11].

Secondo K. B. Hoffmann si inizia a parlare di destillatio per descensum nel 400 circa, per opera del fisico greco Aezio di Amida. Ipazia invece invent una tra le prime apparecchiature per ladistillazione[12].

Nell'VIII secolo d.C. i chimici Arabi e Persiani (tra cui Jabir ibn Hayyan) isolavano e purificavano le sostanze chimiche tramite distillazione a scopi industriali, ad esempio per isolare gli esterinaturali (utilizzati in profumeria) e per produrre alcool puro.[13] In particolare, la produzione di alcool per distillazione si deve al chimico arabo Al-Kindi.[14]

Nel IX secolo d.C. il chimico persiano Rhazes distill per la prima volta il petrolio, ottenendo cherosene.[15] Nell'XI secolo Avicenna otteneva olio essenziale con il metodo della distillazione incorrente di vapore.[16]

La distillazione fu introdotta nell'Europa medioevale nel XII secolo attraverso la traduzione dei trattati di chimica arabi. Nel 1500 l'alchimista tedesco Hieronymus Braunschweig pubblica Liber de arte destillandi,[17] a cui segue nel 1651 lo scritto diJohn French intitolato The Art of Distillation.[18]

Nel XVII secolo Robert Boyle esegu alcuni esperimenti sulla distillazione sottovuoto e all'interno di apparecchiature in pressione,[19] isolando per la prima volta (nel 1661) il metanolo per distillazione del legno.

Nel XIX secolo furono introdotte le tecniche del preriscaldamento e del riciclo.[20] Nello stesso periodo si deve a Jean-Baptiste Cellier Blumenthal il brevetto di una delle prime apparecchiature didistillazione in continuo (1813).[19] A tale brevetto segu la costruzione di un'apparecchiatura per la distillazione sottovuoto ad opera di Henry Tritton (1828)[19] e successivamente (nel 1830)venne brevettata da Aeneas Coffey una colonna di distillazione a piatti forati per la produzione di whisky.[21][19]

Nel 1845 il chimico inglese Charles Mansfield separa per distillazione il benzene dal catrame.

L'invenzione della colonna con piatti a campanelle per usi industriali risale a Champonnois (1854).[22]

Nel 1873 Robert Ilges introduce l'utilizzo della colonna a riempimento per svolgere l'operazione di distillazione.[22]

Al 1877 risale un brevetto americano di Ernest Solvay di una colonna a piatti per la distillazione dell'ammoniaca.[23]

Seguendo l'esempio di Ilges, nel 1881 Hempel introdusse in laboratorio l'utilizzo della colonna di distillazione a riempimento con sferette in vetro.[22]

Nel 1925 fu presentato un metodo grafico per il dimensionamento delle colonne di distillazione, noto come metodo di McCabe-Thiele.[24] Nel 1932 fu poi sviluppata l'equazione di Fenske[25],che permette di stimare in maniera analitica il numero di piatti di una colonna di distillazione e il rapporto di riflusso.

La distillazione in laboratorio

Per approfondire, vedi Colonna di Vigreux e Alambicco.

Il dispositivo pi antico utilizzato per svolgere la distillazione in laboratorio prende il nome di alambicco e la sua invenzione attribuita al chimico islamico Jabir ibn Hayyan (tra l'VIII secolo ed il IX secolo).

La colonna di distillazione in vetro utilizzata nelle applicazioni di laboratorio chiamata colonna di Vigreux.

Una tipica apparecchiatura di laboratorio per la distillazione costituita dalle seguenti parti:

Distillazione - Wikipedia http://it.wikipedia.org/wiki/Distillazione

1 di 5 9/1/2014 10:08 PM

Schematizzazione del funzionamentodi una colonna di distillazione per usoindustriale (in particolare colonna apiatti).

un agitatore magnetico con bagno d'olio, un heat gun (o sverniciatore) o, pi raramente nei laboratori moderni (per evitare fiamme libere), un becco di Bunsen, con cui si scalda la miscela da separare;un pallone (o caldaia) per contenere il liquido da distillare;un'ancoretta magnetica, accoppiata all'agitatore, posta nella caldaia per favorire il riscaldamento omogeneo della massa, oppure delle sferette di vetro o pezzi di pomice per evitare un'ebollizione violenta e improvvisa;una colonna di distillazione, spesso una colonna di Vigreux;un tubo di Claisen che convoglia i vapori al condensatore in cui vengono raffreddati;un termometro, montato in cima al Claisen per misurare la temperatura dei vapori che vanno nel condensatore;uno o pi palloni o beute per la raccolta delle varie frazioni del distillato.

In genere, si riscalda il liquido in caldaia fino all'ebollizione. I composti pi volatili raggiungeranno prima il condensatore e il risultante liquido sar la cosiddetta "testa di distillazione". Quando il termometro, il cui bulbo posto all'altezzadell'entrata del condensatore, misura la temperatura di ebollizione del composto desiderato, si cambia pallone o beuta di raccolta in cui si raccoglie tutta la frazione che condensa a quella temperatura. Una volta che la temperatura dei vapori supera ilpunto di ebollizione del composto da distillare, si interrompe il riscaldamento: i liquidi pi altobollenti rimarranno in caldaia e formeranno la "coda di distillazione".

Apparecchiatura dalaboratorio per ladistillazione

Alambicco per ladistillazione

Colonna di Vigreux

La distillazione nell'industria

Apparecchiature utilizzate

Per approfondire, vedi Colonna a piatti e Colonna a riempimento.

A prescindere dalla particolare tipologia costruttiva, una colonna di distillazione per uso industriale costituita essenzialmente da tre parti:

il fasciame (o "colonna" propriamente detta), che quasi sempre di forma cilindrica; la parte pi alta del fasciame viene detta "testa", mentre la parte pi bassa detta "coda";il ribollitore: fornisce calore alla miscela di fondo; pu essere integrato direttamente nella colonna;il condensatore: raffredda e condensa (a volte solo parzialmente) i vapori di testa.[5]

Esistono principalmente due tipologie costruttive di fasciame (o colonne di distillazione) per uso industriale:[26][5]

colonna a piatti: in cui il contatto tra la corrente liquida e la corrente gassosa avviene in corrispondenza di superfici orizzontali equidistanti (detti "piatti" della colonna) provvisti di stramazzi per il passaggio della corrente liquida[26] e fori,valvole (fisse o mobili) o campanelle per il passaggio della corrente gassosa;[26]

colonna a corpi di riempimento: in cui il contatto tra la corrente liquida e la corrente gassosa avviene in corrispondenza della superficie di blocchetti (detti "corpi di riempimento") contenuti nella colonna; tali corpi di riempimento sonocostituiti da materiale inerte alle sostanze trattate (in genere materiale metallico, plastico o ceramico[27]); spesso anzich utilizzare singoli corpi di riempimento si utilizzano dei riempimenti strutturati (costituiti ad esempio da lamierino)oppure griglie o maglie.[27]

Sezione di una colonnaa piatti (della tipologia"a campanelle")

Piatto di distillazione "acampanelle" (1904).

Esempi di elementiutilizzati comeriempimento

Esempio diriempimento strutturato

Lo scopo dei piatti e dei corpi di riempimento quello di aumentare l'interfaccia di scambio tra le fasi, e quindi la velocit di separazione dei componenti della miscela.

Principio di funzionamento

All'interno della colonna di distillazione si ha la presenza di una fase liquida e una fase gassosa; in genere tali fasi vengono a contatto in controcorrente (sebbene talvolta si opera in equicorrente), infatti la faseliquida attraversa la colonna dall'alto verso il basso, mentre la fase gassosa attraversa la colonna dal basso verso l'alto. In corrispondenza della parte pi bassa della colonna (chiamata "coda") una parte dellacorrente liquida viene prelevata mentre l'altra parte viene fatta evaporare per mezzo del ribollitore. Analogamente in corrispondenza della parte pi alta della colonna (chiamata "testa") una parte della correntegassosa viene prelevata mentre l'altra parte viene fatta condensare per mezzo del condensatore.

Nella colonna a piatti si vengono a creare tanti "stadi" quanti sono i piatti, pi un ulteriore stadio nel caso in cui si utilizzi un ribollitore parziale. In ognuno degli stadi della colonna si instaura un equilibrioliquido-vapore tra la corrente liquida discendente e la corrente gassosa ascendente. Essendoci tanti equilibri quanti sono gli stadi, e siccome in ciascuno stadio i componenti pi "pesanti" tendono ad andare infase liquida, i componenti pi leggeri (detti "basso-bollenti") si accumulano nella testa della colonna, mentre i componenti pi pesanti (detti "alto-bollenti") si accumulano nella coda della colonna.

Nella colonna a riempimento non ci sono effettivamente degli stadi reali, ma ai fini della modellazione possibile stimare la cosiddetta altezza equivalente del piatto teorico (HETP)[28] (il cui valore tipicamente compreso tra 0,3-0,9 m per riempimenti casuali[29] e 0,2-0,7 m per riempimenti strutturati[29]), in modo da ricondurre una colonna a riempimento reale ad una colonna a piatti fittizia, avente lestesse prestazioni della colonna a riempimento reale.

Siccome la differenza di volatilit costituisce la forza spingente per tale processo, all'aumentare della differenza di volatilit aumenta la facilit con cui avviene la separazione,[1] cio a parit di altre condizioni sufficiente utilizzare una colonna di distillazione pi bassa e quindi meno costosa.

Inoltre, sebbene non sia strettamente necessario, ci sono solitamente delle differenze di temperatura e di pressione tra testa e coda (entrambe vanno riducendosi), il che pu favorire la separazione. All'aumentaredell'altezza della colonna ed del gradiente di temperatura che si instaura lungo la sua altezza, la separazione delle sostanze pi spinta, per cui all'uscita si avranno dei prodotti pi puri.

Per aumentare le prestazioni della colonna di distillazione, in genere si svolge il riflusso (anche detto "riciclo") di una parte dei vapori condensati in testa e della miscela riscaldata in coda.

Tanto pi spinto il riciclo, tanto pi efficace la separazione; esiste comunque un limite nella pratica, che consisterebbe nel riciclare tutto: in questo caso la portata del distillato sarebbe infatti nulla; inoltre, ilriciclo aggiunge dei costi, in quanto in presenza di riciclo aumentano le portate dei fluidi da trattare al condensatore e al ribollitore: tali apparecchiature dovranno avere quindi una maggiore area delle superficidi scambio termico.

Modellazione e dimensionamento dell'apparecchiatura

Per approfondire, vedi Metodo di McCabe-Thiele.

Nell'ipotesi in cui nella colonna siano presenti solo due sostanze da separare (o componenti), per dimensionare una colonna di distillazione si pu sfruttare un metodo grafico denominato metodo di McCabe-Thiele,[30] tramite il quale possibiledeterminare il numero di piatti necessari per lo svolgimento di un determinato processo di distillazione e dunque l'altezza della colonna. La larghezza della sezione della colonna viene invece determinata a partire da considerazioni fluidodinamicheche riguardano il corretto funzionamento della colonna.

In alternativa al metodo di McCabe-Thiele, si possono utilizzare dei cosiddetti "metodi shortcut", che essendo metodi analitici hanno il vantaggio di potere essere implementati su un calcolatore. Un esempio di metodo shortcut il metodo shortcut diFenske-Underwood-Gilliland (o FUG), che prende il nome dalle tre principali equazioni utilizzate nell'ambito di tale metodo:[31]

equazione di Fenske: per stimare del numero di stadi teorici;equazione di Underwood: per stimare il rapporto di riflusso minimo;equazione di Gilliland: per stimare il numero di piatti reali.

Nel caso invece di distillazione multicomponente (cio quando nella colonna siano presenti pi di due sostanze da separare), necessario utilizzare altri metodi che per essere svolti necessitano l'utilizzo di un calcolatore, ad esempio il metodo diLewis-Matheson o il metodo di Thiele-Geddes.[32]

Controllo del processo

Distillazione - Wikipedia http://it.wikipedia.org/wiki/Distillazione

2 di 5 9/1/2014 10:08 PM

Un esempio di sistema di controllo di una colonna di distillazione. Inquesto caso sono presenti dispositivi per il controllo delle seguentigrandezze: temperatura (TC), portata (F, FC), livello di liquido (LC) epressione (PC). Le linee tratteggiate indicano l'invio di segnali (dalcontrollore all'attuatore o tra due diversi controllori).

Schema di un processo di distillazione batch

Schema della parte alta di una colonnadi distillazione con riflusso.

Apparecchiatura utilizzataper svolgere ladistillazione sottovuoto.

Gli impianti industriali di distillazione in continuo possono rimanere in funzionamento per decine di anni. Durante tutto questo intervallo di tempo si ha la necessit di controllare ilprocesso in modo da soddisfare le necessit del mercato riguardo alla qualit e alla quantit del prodotto. Ad esempio nel caso di un processo di raffinazione del greggiocontrollando il processo possibile mantenere un numero di ottano della benzina prodotta abbastanza elevato a prescindere dalla qualit del greggio trattato (che pu variare nelcorso della vita dell'impianto).

Il controllo di un impianto di distillazione viene svolto misurando attraverso opportuni strumenti alcune grandezze rappresentative del processo, ad esempio:

temperatura e portata della corrente di alimentazione;temperatura e portata delle correnti in uscita dalla colonna;livello di liquido presente sul fondo della colonna.

Una volta ottenute tali misurazioni, attraverso un sistema di controllo pi meno complesso (ad esempio un controllo feedback) si modificano alcuni parametri di ingresso, in genereinviando un segnale a degli attuatori che agiscono attraverso delle valvole che regolano le portate dell'alimentazione, dei prodotti e della corrente di riflusso.

Tecniche di distillazione

A prescindere che la distillazione sia svolta in laboratorio o su scala industriale, essa pu avvenire secondo differenti metodologie operative e utilizzando degli schemi di processopi o meno complessi.

Distillazione flash

Per approfondire, vedi Evaporazione flash.

La modalit operativa pi semplice per distillare una miscela la distillazione flash (anche detta "evaporazione flash" o "evaporazione parziale").

Tale metodologia consiste nella vaporizzazione parziale della miscela da trattare, in un singolo stadio e senza riflusso.[33][5]

Distillazione in continuo e batch

Il processo di distillazione pu avvenire in continuo o in batch:[33] nel primo caso la miscela da trattare viene alimentata continuamente durante lo svolgimento del processo, mentre nel secondocaso la miscela da trattare viene caricata nell'apparecchiatura prima di iniziare il processo.

Nella distillazione in continuo le composizioni delle correnti in uscita dalla colonna si mantengono costanti durante tutto il processo, mentre nella distillazione batch tali composizioni variano neltempo;[34] in particolare, nelle fasi iniziali della distillazione batch il prodotto pi ricco dei componenti pi volatili, mentre nelle fasi finali pi ricco dei componenti meno volatili.[5]

In genere la distillazione batch (detta anche distillazione discontinua o distillazione differenziale[5]) viene svolta in laboratorio o in piccoli impianti,[35] mentre su larga scala si preferiscesvolgere la distillazione in continuo. In particolare la distillazione batch pi conveniente se necessario distillare piccole quantit, quando la portata e la composizione dell'alimentazione piuttosto variabile o quando necessario utilizzare la stessa apparecchiatura per lo svolgimento di pi processi di distillazione.[36]

Distillazione con riflusso

Nel caso in cui si voglia ottenere una maggiore purezza delle miscele prodotte durante la distillazione, la corrente in uscita dalla parte alta della colonna viene "riflussata", cio una parte di tale corrente vienereimmessa all'interno della colonna di distillazione.

Il rapporto di riflusso R viene definito come il rapporto tra la portata molare di liquido L che scorre all'interno della parte alta della colonna (detta "zona di arricchimento") e la portata molare di liquido Dottenuto in testa (detto "distillato"):[35]

R = L/D

All'aumentare del rapporto di riflusso le prestazioni della colonna migliorano, per cui, nel caso si utilizzi una colonna a piatti, il numero di piatti da utilizzare diminuisce. Esistono due condizioni limiti per ilrapporto di riflusso:

un limite massimo del rapporto di riflusso, ottenibile riflussando tutta la corrente gassosa; tale condizione detta di "riflusso totale" e corrisponde alla condizione per cui il numero di piatti necessari allosvolgimento della distillazione minimo;[37]

un limite minimo del rapporto di riflusso, in corrispondenza del quale il numero di piatti diventa infinito (cio la separazione non praticamente possibile): tale limite viene detto "rapporto di riflussominimo",[38][37] ed determinabile graficamente attraverso il Metodo di McCabe-Thiele.

Nella pratica si opera ad un opportuno rapporto di riflusso compreso tra il valore massimo e il valore minimo. Tale valore scelto a partire da considerazioni economiche e in genere pari al 120-150% del rapporto di riflusso minimo.[39]

Distillazione frazionata

Per approfondire, vedi Distillazione frazionata.

La distillazione frazionata una particolare tecnica distillazione in cui a partire da una miscela contenente tre o pi componenti si ottengono tre o pi frazioni. Dunque, oltre alle correnti in uscita dalla testa e dalla coda della colonna, sono presentidelle correnti in uscita dalla parte intermedia della colonna, dette "spillamenti". In alternativa, possibile utilizzare pi colonne disposte in serie.[5]

Come nel caso della distillazione binaria, i componenti della miscela di partenza sono separati in base alla loro differente volatilit (o temperatura di ebollizione) e il profilo di temperatura nella colonna caratterizzato da valori di temperatura pielevati vicino al ribollitore (dove bolle la miscela) e pi bassi vicino al condensatore, per cui le correnti che vengono spillate vicino alla parte pi bassa della colonna (coda) sono pi ricche dei componenti meno volatili, mentre le correnti chevengono spillate vicino alla parte pi alta della colonna (testa) sono pi ricche dei componenti pi volatili.

La colonna di distillazione utilizzata per tale tipo di distillazione detta "colonna di frazionamento".

Distillazione azeotropica

Per approfondire, vedi Distillazione azeotropica.

Con la comune distillazione non possibile separare tutte le miscele: in particolare, alcune miscele sotto determinate condizioni di pressione possono formare un azeotropo. Un esempio di azeotropo la miscela acqua-etanolo a pressioneatmosferica con il 96% di etanolo; ci vuol dire che non possibile ottenere etanolo con una purezza superiore al 96% attraverso la semplice distillazione. In casi del genere si utilizzano altri metodi di separazione pi complessi, tra cui: distillazioneazeotropica, distillazione estrattiva e estrazione con solvente.[5]

Distillazione sottovuoto e distillazione in corrente di vapore

Per approfondire, vedi Distillazione in corrente di vapore.

Sostanze con temperatura di ebollizione eccessivamente elevata a pressione atmosferica, o che si decomporrebbero a tale temperatura, possono essere sottoposte a distillazione sottovuoto, utilizzando una temperaturasensibilmente minore.[5] Allo stesso modo sostanze instabili per riscaldamento diretto, o che potrebbero alterare le loro caratteristiche peculiari, vengono convenientemente sottoposte a distillazione in corrente divapore:[40] il riscaldamento viene effettuato indirettamente, sfruttando l'entalpia del vapor d'acqua; in questo modo si ottengono miscele contenente due fasi diverse, normalmente una organica e l'altra acquosa, facilmenteseparabili. Queste due varianti della distillazione classica trovano ampio uso in chimica organica e biochimica, ad esempio nella distillazione degli oli essenziali.[40]

Distillazione molecolare

Distillazione estrattiva

La distillazione estrattiva una tecnica utilizzata solo in pochi e valutati casi. Nel caso in cui i componenti della miscela da distillare abbiano punti di ebollizione simili, sarebbe necessario operare una distillazionecontinua usando una colonna con un numero di piatti elevato. Ci oltre ad essere pi costoso, comporta tutta una serie di problemi statici e pertanto viene difficilmente attuato. Nel caso quindi la miscela sia binaria e lasua volatilit sia bassa, possibile introdurre nella miscela un terzo componente. Questo, formando un addotto con uno dei due componenti originali, permetter di effettuare una separazione usando un minor numero dipiatti.

Un esempio di distillazione estrattiva la separazione della miscela tra 2,2,4-trimetil-pentano (o isoottano) e toluene. Alla miscela in ingresso in colonna viene introdotto del fenolo, che forma un addotto meno volatilecon il toluene, rendendo pi facile separarlo dall'isoottano. Quest'ultimo viene raccolto in testa alla colonna, come se il fenolo avesse estratto il toluene dalla miscela, da qui il nome del processo.

La miscela fenolo-toluene uscente dalla coda della colonna pu essere successivamente distillata in maniera continua.

Distillazione reattiva

Per approfondire, vedi Distillazione catalitica.

Distillazione - Wikipedia http://it.wikipedia.org/wiki/Distillazione

3 di 5 9/1/2014 10:08 PM

Esempio di un processo di distillazionereattiva. Le correnti di alimentazionecontengono i reagenti, mentre dallatesta e dalla coda della colonnavengono prelevati i prodotti dellareazione.

Schema semplificato del processo didistillazione frazionata del greggio.

Impianto batch per la produzione di scotch whiskypresso Glenmorangie (Scozia).

Si parla di distillazione reattiva nel caso in cui all'interno della stessa apparecchiatura avvengano contemporaneamente due processi: un processo reattivo (cio lo svolgimento di una reazione chimica) e unprocesso di distillazione. In questo caso quindi l'apparecchiatura funge sia da reattore chimico sia da colonna di distillazione.[41]

Alcuni esempi di applicazione di distillazione reattiva sono la distillazione di metil-t-butil etere (MTBE) e di acetato di metile.[41]

Nel caso particolare in cui il processo reattivo avvenga attraverso catalisi eterogenea si parla pi precisamente di distillazione catalitica.

Trattamento termodinamico della distillazione

Supponiamo di distillare una soluzione costituita dagli elementi A e B. La soluzione, ideale, obbedir alla legge di Raoult:

p = AspA* + BspB* = Avp + Bvp = pA + pB

Stabiliamo che sia A il componente pi volatile. Il vapore sar quindi costituito quasi esclusivamente da A. Possiamo esprimere quindi l'equazione di Raoult in funzione di As (cio in funzione della frazionemolare di A in soluzione), o in funzione di Av (cio in funzione della frazione molare di A in fase vapore). Prima per si noti che:

As = Avp / pA* e che Av = AspA* / p

A questo punto, tenendo presente che in una soluzione o comunque in un sistema qualunque formato da componenti i-esimi

= 1, potremo scrivere che p(As) sar

p = AspA* + ( 1- As ) pB*

e che p(Av) sar data da

p = AspA* / Av.

Esempi di applicazioni

Raffinazione del petrolio

Per approfondire, vedi Raffineria di petrolio.

La distillazione rappresenta la prima fase della raffinazione del petrolio greggio. Il petrolio inizia a vaporizzare a una temperatura leggermente inferiore ai 100 C: prima si separano gli idrocarburi a pi bassopeso molecolare, mentre per distillare quelli aventi molecole a peso molecolare pi elevato sono necessarie temperature superiori. Il primo materiale che si estrae dal petrolio greggio sono i gas incondensabili,come l'idrogeno, il metano e l'etano; successivamente si estrae la parte dei gas di petrolio liquefatti (GPL), poi la frazione destinata a diventare benzina, seguita dal cherosene e dal gasolio. Nelle vecchieraffinerie, il rimanente veniva trattato con soda caustica o potassa caustica e con acido solforico, e quindi distillato in corrente di vapore, ottenendo oli combustibili e oli lubrificanti dalla parte superiore dellacolonna di distillazione, e paraffina solida e asfalto da quella inferiore.

La distillazione del petrolio un esempio di distillazione frazionata, cio una distillazione in cui bisogna separare pi di due sostanze. Infatti il petrolio una miscela in cui sono presenti tantissime sostanze(per lo pi idrocarburi) e attraverso il processo di distillazione frazionata si ottengono diverse miscele (dette "tagli"); ciascun taglio viene prelevato da una specifica altezza della colonna e presentacaratteristiche chimico-fisiche differenti dagli altri tagli. In questa maniera a partire dalla stessa miscela di petrolio possibile ottenere tantissime miscele, ognuna corrispondente ad uno specifico utilizzo osettore commerciale.

Distillazione di bevande alcoliche

Per approfondire, vedi Distillato.

Un'altra applicazione industriale rappresentata dalla produzione delle acqueviti (o distillati) a partire da un'ampia variet di materie prime, tra cui: vini, cereali (mais, frumento, orzo) e frutta. Inquesto caso si utilizzano soprattutto processi discontinui (batch).

Rischi associati alla distillazione

I principali rischi associati alla distillazione hanno origine dal tipo di miscele trattate e prodotte durante il processo e dalle condizioni operative (temperatura e pressione di esercizio).

Per quanto riguarda le miscele coinvolte nel processo, la pericolosit deriva dalla loro eventuale infiammabilit o tossicit; il rischio di infiammabilit delle miscele maggiore quando sonosottoposte a distillazione, in quanto all'interno della colonna di distillazione si creano miscele aventi valori di concentrazione differenti dalla miscela di partenza; ciascuna miscela presenta uncampo di esplosivit caratterizzato da certi valori di concentrazione, detti "limiti di esplosione", per cui una miscela che in condizioni normali non esploderebbe (perch le concentrazioni dei suoicomponenti non rientrano nei limiti di esplosivit) pu invece esplodere durante le operazioni di distillazione o purificazione, a causa della modifica di concentrazione della miscela causata dallaseparazione dei componenti.[42]

importante che la colonna di distillazione sia ben progettata, ispezionata e equipaggiata con opportuni dispositivi di sicurezza per minimizzare il rischio di esplosioni e rilascio di sostanzenell'ambiente circostante. In particolare i materiali con i quali costruita la colonna devono avere buone propriet anticorrosive nei confronti delle sostanze trattate ed necessario un continuo monitoraggio delle variabili di processo, in modo daidentificare eventuali scostamenti dalle condizioni di progetto (ad esempio sovrapressioni o surriscaldamenti anomali).[43]

Eventi disastrosi

Di seguito riportata una lista di alcuni incidenti riguardanti colonne di distillazione che hanno portato a conseguenze pi o meno disastrose:

2 marzo 1951, Giappone: esplosione di una colonna di distillazione contenente nitrobenzene; 2 morti e 3 feriti;[44]

7 novembre 1990, Giappone: esplosione di una colonna di distillazione sottovuoto contenente epicloridrina (ECH) e dimetilsolfossido (DMSO);[45]

26 giugno 1991, Giappone: esplosione di una colonna di distillazione per metanolo durante le operazioni di spegnimento dell'impianto; 2 morti e 13 feriti;[46]

19 febbraio 2000, Italia: esplosione di una colonna per la distillazione di acido nitrico;[47]

23 luglio 2001, California: esplosione di un'apparaecchiatura di laboratorio per la distillazione di benzene;[48]

21 settembre 2003, Ohio: rilascio di monossido di azoto ed esplosione di una colonna di distillazione in un impianto di propriet della Sigma-Aldrich;[49]

23 marzo 2005, Texas: rilascio di gas e liquidi infiammabili da una colonna di distillazione di una raffineria di petrolio;[50]

7 agosto 2005, Francia: rilascio di una miscela idrocarburica da una colonna di distillazione di una raffineria di petrolio;[51]

14 luglio 2011, Inghilterra: esplosione durante operazioni illegali di distillazione di vodka; 5 morti;[52][53]

23 maggio 2012, Wisconsin: esplosione di un'apparecchiatura da laboratorio durante la distillazione di una fosfina primaria.[54]

Note

^ a b Sinnott, op. cit., p. 4941. ^ con il termine "rettifica" si indica talvolta l'intera operazione di distillazione, ma a rigore questa una parte dell'intero processo;pi esattamente la rettifica corrisponde all'arricchimento della miscela nel componente pi volatile, che avviene dal piatto dialimentazione alla testa della colonna. Questo tratto della colonna viene appunto detto "sezione di rettifica".

2.

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Voci correlate

AlambiccoColonna di VigreuxDeflemmatoreEbulliometro di MalligandDistillatoLiquoreLegge di RaoultMetodo di McCabe-Thiele

Operazione unitariaEbollizione

Tipologie di distillazione

Distillazione azeotropicaDistillazione frazionataDistillazione in corrente di vaporeDistillazione catalitica

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Collegamenti esterni

Distillazione (http://thes.bncf.firenze.sbn.it/termine.php?id=23222) in Tesauro del Nuovo Soggettario (http://thes.bncf.firenze.sbn.it/), BNCF, marzo 2013.Software calcolo colonne distillazione (http://www.chemsep.com/)Calcolo colonne distillazione in Excel e Matlab (http://www.prode.com/en/distillationcolumn.htm)Ahmad Y Hassan, Alcohol and the Distillation of Wine in Arabic Sources (http://www.history-science-technology.com/Notes/Notes%207.htm) in History of Science and Technology in Islam. URL consultato il 29 marzo 2008.

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5 di 5 9/1/2014 10:08 PM