La distillazione^[1] è una tecnica di separazione che sfrutta la differenza dei punti di ebollizione delle diverse sostanze presenti in una miscela. È usata sia per separare miscele complesse che per purificare sostanze.

È una tecnica nota sin dal Medioevo, applicata principalmente alla produzione di bevande alcoliche. Oggi trova applicazione in numerosi processi chimici, il più importante dei quali è indubbiamente la separazione del petrolio greggio nei suoi diversi componenti.

cenni storici

Scavi archeologici in Pakistan hanno messo alla luce che la tecnica della distillazione dell'alcol era già nota alle popolazioni mesopotamiche nel 500 a.C., ma il suo uso divenne comune tra il 150 a.C. e il 350 d.C.^[2], anche tra gli alchimisti greci^[3][4][5].

Secondo K. B. Hoffmann si inizia a parlare di destillatio per descensum nel 400 d.C. circa, per opera di un fisico greco di nome Aezio. Ipazia invece inventò una tra le prime apparecchiature per la distillazione^[6].

Nel'VIII secolo d.C. i chimici Arabi e Persiani (tra cui Giabir ibn Hayyan) isolavano e purificavano le sostanze chimiche tramite distillazione a scopi industriali, ad esempio per isolare gli esteri naturali (utilizzati in profumeria) e per produrre alcool puro.^[7] In particolare, la produzione di alcool per distillazione si deve al chimico arabo Al-Kindi.^[8]

Nel IX secolo d.C. il chimico persiano Rhazes distillò per la prima volta il petrolio, ottenendo cherosene.^[9] Nell'XI secolo Avicenna otteneva oli essenziale con il metodo della distillazione in corrente di vapore.^[10]

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,^[11] a cui segue nel 1651 lo scritto di John French intitolato The Art of Distillation^[12]

Nel XIX secolo furono introdotte le tecniche del preriscaldamento e del riciclo.^[13]

Al 1830 risale un brevetto di Aeneas Coffey per una colonna di distillazione per la produzione di whiskey.^[14] Al 1877 risale un brevetto americano di Ernest Solvay di una colonna a piatti per la distillazione dell'ammoniaca.^[15]

Nel 1925 fu presentato un metodo grafico per il dimensionamento delle colonne di distillazione, noto come metodo di McCabe-Thiele. Nel 1932 fu poi sviluppata l'equazione di Fenske^[16], che permette di stimare in maniera analitica il numero di piatti di una colonna di distillazione e il rapporto di riflusso.

Tecniche di laboratorio

A livello di laboratorio, la distillazione viene condotta utilizzando un becco Bunsen con cui scaldare la miscela da separare, un tubo refrigerante in cui i vapori che si separano dalla miscela bollente vengono raffreddati, un tubo di carico e scarico dell'acqua per refrigerare il distillato, un pallone codato per contenere il liquido da distillare, delle sferette di vetro per non portare il miscuglio da distillare a ebollizione tanto elevata da fare cadere il miscuglio nel tubo refrigerante senza essere distillato ed un contenitore per la raccolta dei vapori condensati, arricchiti delle sostanze aventi punto di ebollizione inferiore. Un dispositivo di questo genere si chiama alambicco e la sua invenzione è attribuita al chimico islamico Jabir ibn Hayyan, tra l'VIII secolo ed il IX secolo.

La colonna di rettifica^[17] in vetro utilizzata nelle applicazioni di laboratorio è chiamata colonna di Vigreux.

A livello industriale si ricorre invece alla distillazione frazionata, più efficace nel separare prodotti aventi punti di ebollizione vicini. Si basa sull'esistenza di un gradiente di temperatura all'interno della colonna di distillazione, che quasi sempre è di forma cilindrica. Per aumentare l'interfaccia di scambio tra le fasi, e quindi la velocità di separazione dei componenti della miscela, la colonna di distillazione viene riempita con piatti forati equidistanti (e in questo caso si parla di colonna a piatti) oppure con blocchetti di materiale (anche chiamata colonna a corpi di riempimento) inerte alle sostanze trattate. La tecnologia ha portato alla creazione dei corpi di riempimento strutturati. A diverse altezze della colonna, condensano le diverse sostanze, in funzione del loro punto di ebollizione (o in altre parole della loro diversa volatilità). Maggiore è l'altezza della colonna ed il gradiente di temperatura che si instaura lungo la sua altezza, più efficiente è la separazione delle sostanze.

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 temperatura sensibilmente minore. Allo stesso modo sostanze instabili per riscaldamento diretto, o che potrebbero alterare le loro caratteristiche peculiari, vengono convenientemente sottoposte a distillazione in corrente di vapore: 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, facilmente separabili. Questi due varianti della distillazione classica trovano ampio uso in chimica organica e biochimica.

In condizioni ideali (ossia in assenza di interazione chimica tra le molecole delle diverse sostanze della miscela) la distillazione può essere usata per portare ad una completa separazione dei diversi componenti. In condizioni non ideali i diverse componenti della miscela possono invece formare un azeotropo, più difficile da separare rispetto ad un normale sistema bifasico.

Applicazioni industriali 

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 più basso peso molecolare, mentre per distillare quelli aventi molecole a peso molecolare più alto 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 vecchie raffinerie, 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 della colonna di distillazione, e paraffina solida e asfalto da quella inferiore. 

Un'altra applicazione industriale è rappresentata alla produzione delle acqueviti.

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