DISTILLAZIONE

DISTILLAZIONE (XIII, p. 36; App. II, 1, p. 792)

Distillazione azeotropica ed estrattiva. - La separazione mediante d. di una miscela a due o più componenti risulta piuttosto complessa quando i varî costituenti presentano valori molto vicini della loro volatilità o danno luogo alla formazione di azeotropi: nel primo caso il processo richiede un rapporto di riflusso elevato, e di conseguenza un notevole fabbisogno di calore, colonne di grande diametro e numerosi piatti; nel secondo la separazione completa, a meno di particolari accorgimenti, è impossibile.

Per un gran numero di tali miscele si è trovato che l'aggiunta di un'altra sostanza può alterare i coefficientì di attività dei varî componenti presenti, conducendo alla formazione di azeotropi, o, se questi hanno proprietà fisiche e chimiche simili, portare ad una variazione della loro volatilità, con conseguente modificazione della volatilità relativa risultante: l'aggiunta della sostanza è efficace solo se i componenti della miscela di partenza non seguono la legge di Raoult e in generale si riscontra che, maggiore è la deviazione da questa legge, più forte è la variazione della volatilità relativa risultante.

Distillazione azeotropica. - La d. azeotropica si realizza aggiungendo a una miscela, che per semplicità supporremo binaria, un terzo componente, comunemente chiamato trascinatore, capace di formare con i suoi costituenti un azeotropo a punto di ebollizione minimo; il componente aggiunto deve presentare inoltre una volatilità tale da permetterne una facile separazione dai costituenti originarî.

Un esempio di questa operazione è la separazione dell'acido acetico da soluzioni acquose, con impiego di acetato di butile come trascinatore (fig. 1): Questo forma con l'acqua un azeotropo eterogeneo. Il liquido che proviene dalla condensazione dei vapori uscenti dalla colonna (b) si divide perciò in due strati: uno costituito da acqua con tracce di estere, l'altro di estere saturato d'acqua. Quest'ultimo liquido viene inviato nella (b) come riflusso e costituisce la sorgente di trascinatore, mentre il liquidlo dell'altro strato è privato dell'estere nella colonna di esaurimento (g).

Può accadere che l'azeotropo che si forma contenga tutti e tre i componenti: se ne ha un esempio nella disidratazione dell'alcole etilico con benzolo, in cui la miscela azeotropica ternaria ha circa la stessa percentuale molare in acqua e in alcole etilico. Sottoponendo a distillazione una soluzione acquosa di alcole con benzolo si ottiene in testa alla colonna l'azeotropo e in coda l'alcole assoluto. Le due fasi liquide provenienti dalla condensazione dell'azeotropo costituiscono l'una (quella ricca in benzolo) il liquido di riflusso, l'altra un prodotto che subisce una nuova distillazione in quanto contiene quantità apprezzabili sia di benzolo sia di alcole etilico.

È chiaro che la scelta del trasportatore è il fattore principale per l'economia del processo; il terzo componente è preferibile che formi una miscela a basso punto di ebollizione, possibilmente eterogenea per semplicità di recupero, con uno soltanto dei componenti della miscela binaria; al fine di ridurre la quantità di calore necessaria al processo, tale componente è bene che sia quello presente in minore quantità.

È desiderabile inoltre che il trasportatore abbia una volatilità piuttosto elevata, per facilitarne l'ulteriore separazione; deve poi essere economico, non corrosivo verso i comuni materiali da costruzione, non tossico; deve presentare un basso calore latente di evaporazione, una bassa viscosità e un basso punto di solidificazione, per facilità d'immagazzinamento.

Distillazione estrattiva. - La d. estrattiva si realizza aggiungendo ad una miscela di due (o più) componenti, difficilmente separabili, un terzo componente, chiamato solvente, che altera la volatilità relativa dei costituenti la miscela; il solvente, oltre a non formare azeotropi, deve presentare un'elevata temperatura di ebollizione, in modo da non subire nella colonna un'apprezzabile vaporizzazione.

Questo tipo di operazione, realizzata normalmente secondo lo schema riportato in fig. 2, viene usata in molte importanti applicazioni, come per es. nella concentrazione di soluzioni acquose di acido nitrico o cloridrico a mezzo di acido solforico, nella separazione del toluolo dagli idrocarburi paraffinici ad uguale peso molecolare con fenolo, dei buteni dai butani con acetone o furfurolo, ecc.

L'alimentazione viene introdotta ad una certa altezza della colonna di d., ed il solvente pochi piatti al di sotto della testa, allo scopo di permettere l'eliminazione dal distillato delle tracce di solvente. Quando, come nel caso della separazione dell'isoprene dall'amilene con acetone, il solvente non può essere completamente eliminato dai vapori uscenti dalla colonna, a causa della formazione di un azeotropo, bisogna ricorrere per il suo recupero ad altri metodi come, per esempio, l'estrazione liquido-liquido.

Il prodotto che esce dal basso viene distillato in un'altra colonna per ottenere la separazione del solvente, che si ricicla, dall'altro componente. Una parte del solvente è mescolata con l'alimentazione, in modo che la miscela entrante nella colonna estrattiva abbia la stessa composizione del liquido che si trova sul piatto.

Oltre alle caratteristiche citate, di possedere cioè un'elevata selettività o capacità di alterare gli equìlibrî liquido-vapore della miscela originaria, il solvente deve essere solubile con i componenti di questa, deve presentare una bassa volatilità, una buona separabilità, ed in particolare non deve formare azeotropi con le sostanze di partenza; deve rispondere inoltre agli stessi requisiti di costo, tossicità, ecc., visti precedentemente per il trascinatore della distillazione azeotropica.

La d. estrattiva è da preferirsi a quella azeotropica, sia per la maggiore facilità nella scelta del solvente, in quanto il processo non dipende dalla formazione di azeotropi, sia per l'economia nel calore necessario per l'evaporazione di una minor quantità di solvente.

Il calcolo delle colonne per questi processi viene effettuato con i metodi generali usati per la d. a più componenti.

Bibl.: C. S. Robinson e E. R. Gilliland, Elements of fractional distillation, New York 1950; A. Paris, Les procédés de rectification dans l'industrie chimique, Parigi 1959.