Die Mehrkomponentendestillation ist ein chemischer Prozess, bei dem sich ein Gemisch flüchtiger Verbindungen nach ihrem Siedepunkt trennt. Das Verfahren findet in einer Destillationskolonne statt, einer vertikalen Stapelung von Böden oder Stufen, auf denen Komponenten in ihrer Flüssig- und Dampfphase koexistieren. Wenn sich das Gemisch die Säule hinaufbewegt, konzentrieren sich hochsiedende Verbindungen auf niedrigere Stufen, während sich niedrigsiedende Verbindungen auf höhere Stufen konzentrieren.
Destillationskolonnen verwenden Grundprinzipien von Flüssig-Dampf-Gleichgewichtsgemischen. Wenn einer Flüssigkeit Wärme zugeführt wird, steigt die Temperatur der Flüssigkeit, bis sie den Siedepunkt (BP) erreicht. Am BP verursacht zusätzliche Energie keine Temperaturerhöhung; vielmehr nutzen die Moleküle es, um der flüssigen Phase zu entkommen und zu einem Gas zu werden.
Die vom neuen Gasmolekül aufgenommene Energie steht nicht mehr zur Erwärmung des nächsten Flüssigkeitsmoleküls zur Verfügung. Wenn die Flüssigkeit kocht, kühlt sie sich auch ab, da die Gasmoleküle in der Gasphase bleiben. Durch diese Abkühlung kondensieren einige der Gasmoleküle wieder zu Flüssigkeit, wodurch die Verdampfungsenergie freigesetzt wird. Die freigesetzte Energie ist in der Lage, die Flüssigkeit wieder aufzuwärmen. Bei Gleichgewichtsbedingungen entspricht die Verdampfungsgeschwindigkeit der Kondensationsgeschwindigkeit.
In einer Mehrkomponenten-Destillationskolonne stellt sich auf jeder Stufe ein Gleichgewichtsgemisch ein. Am Boden der Kolonne wird ständig neue Energie zugeführt. Diese Hitze bewirkt, dass einige der Gasphasenmoleküle der flüchtigsten Verbindung auf jeder Stufe, die mit dem niedrigsten BP, in die nächste Stufe steigen. Auf dieser höheren Stufe wird die Mischung versuchen, wieder ins Gleichgewicht zu kommen. Die von unten kommenden Moleküle haben möglicherweise einen zu hohen BP, um auf dieser Stufe zu verdampfen, sodass sie sich in der flüssigen Phase ansammeln.
Schließlich konzentriert sich die Flüssigkeit in jeder Stufe in einer oder mehreren der Komponenten. Seitenströme können in einer oder mehreren Stufen abgezogen werden. Die Flüssigkeitsströme werden in einer oder mehreren Komponenten konzentriert, und zusätzliche Destillationsschritte können erforderlich sein.
Erdöl wird typischerweise durch Mehrkomponentendestillation in Fraktionen destilliert. Eine Fraktion ist eine Reihe ähnlicher Verbindungen mit nahem BP, die als eine einzelne Verbindung behandelt werden können. Benzin ist ein Beispiel. Ein Gas mit niedrigem Siedepunkt kann vom Kopf der Kolonne abgezogen werden und erfordert keine weitere Verarbeitung.
Die Auslegung einer Mehrkomponentendestillation erfordert komplexe Berechnungen. Die Auslegungsparameter der Kolonne umfassen das Spezifizieren der Anzahl der Stufen, der Zufuhrstufe des Rohmaterials, der Stufen, an denen Produktströme entfernt werden, und der Wärme, die zum Antrieb der Kolonne benötigt wird. Spezialisierte Computerprogramme für die Mehrkomponenten-Destillation führen diese Berechnungen durch, aber Ingenieure lernen immer noch grafische Lösungsmethoden, um den Prozess zu verstehen.