Sisu
Väärtuslikud looduslikud ained esinevad sageli segudena, mis sisaldavad nii soovitavaid kui ka ebasoovitavaid komponente. Näiteks sisaldab toornafta erinevat tüüpi süsivesinikke, mis sobivad erinevateks kütusteks, ookeanivees on kõrge soolasisaldus ja rauamaagis on lisaks kasutatavale rauale ka mineraalseid lisandeid. Sajandite jooksul on inimesed välja töötanud arvukalt viise looduslike materjalide rafineerimiseks või puhastamiseks. Lihtne destilleerimine ja fraktsionaalne destilleerimine on kaks põhitehnika varianti vedeliku erinevate komponentide eraldamiseks.
Aurud ja aurustumine
Temperatuuri ja aurustumise suhe on oluline nii lihtsa kui ka osade destilleerimise mõistmiseks. Kui vedelik on avatud mahutis, avaldab atmosfäär vedeliku pinnale survet. See atmosfäärirõhk tasakaalustab vedelike aururõhku, mis tekib vedeliku pinnalt aurustuvate molekulide kineetilise energia abil. Vedeliku temperatuuri tõustes suureneb ka keskmine molekulaarne kineetiline energia; rohkem molekule aurustub, mis põhjustab kõrgemat aururõhku. Keeb siis, kui molekulid võivad vabalt aurustuda, kuna vedelik on jõudnud temperatuurini, mille juures aururõhk võrdub atmosfäärirõhuga.
Lihtne eraldamine
Erinevatel ühenditel on erinev keemistemperatuur. Samamoodi on igal temperatuuril erinevatel ühenditel erinev aururõhk. Kui erinevate ühendite vedelat segu kuumutatakse kinnises mahutis, kajastab vedeliku kohal lõksus oleva auru koostis neid erinevusi. Aur sisaldab rohkem kõrgema aururõhuga ühendite molekule ja vähem madalama aururõhuga ühendite molekule. Ühendist, mille keemistemperatuur on väga kõrge muude segu ühendite suhtes, aurust puudub peaaegu täielikult, ja mittelenduvad lahustunud tahked ained, näiteks sool, jäävad settena kuumutatud mahutisse. Lihtne destilleerimine on selle auru kogumise ja jahutamise protsess, nii et see kondenseerub tagasi vedelikuks. Lihtne destilleerimine eraldab vedela segu komponendid, kuna kondenseerunud vedelik sisaldab suuremat osa kõrgema aururõhuga ühendeid ja originaalvedelik sisaldab suuremat osa madalama aururõhuga ühendeid.
Destilleerimise dilemma
Üks lihtne destilleerimine muudab ühendite osakaalu kahes lõppvedelikus, kuid see ei saavuta täielikku eraldamist. Protsessi saab korrata, et saavutada järk-järgult suurem eraldusaste, kuid see on ka raiskav, sest iga destilleerimisprotseduuri ajal pääsevad mõned molekulid atmosfääri ja mõned jäävad destilleerimisseadmetes jäägina. Fraktsiooniline destilleerimine lahendab selle dilemma - lihtsa destilleerimise parandamine, saavutades suurema eraldusastme ainult ühes destilleerimisprotseduuris.
Üks veerg, mitu aurustumist
Peamine erinevus fraktsioneeriva destilleerimise ja lihtsa destilleerimise vahel on fraktsioneeriva kolonni lisamine kuumutatud mahuti ja auru kondenseerumise koha vahele. See kolonn on täidetud materjalidega, nagu õhukesed metalltraadid või klaashelmed, mis soodustavad kondenseerumist, kuna nende pindala on kõrge. Kui aurud tõusevad läbi fraktsioneerimiskolonni, kondenseeruvad nad nende materjalide jahedamatel pindadel vedelikuks. Altpoolt tõusevad kuumad aurud põhjustavad selle vedeliku aurustumist, seejärel kondenseeruvad uuesti, aurustuvad uuesti ja nii edasi. Iga aurustamise tagajärjel tekib aur suurema molekulide osakaaluga, suurema aururõhuga. Nii saavutatakse fraktsioneeriva destilleerimisega parem eraldamine väiksema materjalikaotusega, kuna üks protseduur on samaväärne mitme lihtsa destilleerimise vooruga.