Distillazione estrattiva: una breve introduzione

Oggi ho deciso di portarvi un po’ nei meandri dell’ingegneria di un processo (e dell’ingegneria chimica) e di darvi qualche spunto su una potente operazione unitaria.

Nell’industria di processo in generale, e nelle applicazioni dell’industria chimica e petrolchimica, la distillazione è l’operazione unitaria, dedita alla separazione, più utilizzata. Sfortunatamente, però, non tutte le miscele liquide sono trattabili con un’operazione di distillazione frazionaria tradizionale.

Volatilità Relativa: cenni

L’operazione unitaria per un processo di separazione, in linea di principio, può essere scelta valutando la volatilità relativa dei componenti in miscela. Per volatilità, in chimica, si intende la tendenza di un solido o di un liquido a sublimare o evaporare. Sono volatili le sostanze che, a determinate temperature e pressioni, presentano elevata tensione di vapore (la pressione esercita dal vapore, di una sostanza, sulla fase liquida, della stessa sostanza, in condizioni di equilibrio termodinamico).

Quando i componenti del sistema hanno volatilità relativa α_i bassa (1.00 < α_i < 1.05) la separazione in distillazione richiederebbe un elevato numero di piatti ed un elevato rapporto di riflusso.

Distillazione estrattiva

Nei casi in cui la volatilità relativa dei componenti in miscela sia prossima all’unità, si può sfruttare il processo di distillazione estrattiva.

Questa particolare tecnica di distillazione prevede l’aggiunta di un solvente poco volatile e miscibile con uno o più degli elementi da separare. Questo solvente deve chiaramente non formare azeotropo con questi, né essere reattivo nei loro confronti. Il solvente usato prende il nome di “Agente materiale di separazione – AMS”. La sua aggiunta prevede una diminuzione della volatilità relativa dei componenti da separare. Questi componenti quindi tenderanno ad accumularsi sul fondo della colonna e potranno essere recuperati mediante una successiva operazione di separazione.

La distillazione estrattiva è un potente strumento anche nei casi in cui si operi con miscele azeotropiche (un esempio banale potrebbe essere una miscela composta da idrocarburi con lo stesso numero di atomi di carbonio).

Ad esempio, la miscela benzene-cicloesano, è una miscela azeotropica che viene trattata utilizzando anilina. Un altro esempio è la più comune miscela acqua-etanolo (qualcuno ha parlato di vino?) in cui la separazione è favorita dall’impiego di glicol etilenico.