La distillation fractionnée, communément appelée distillation ou distillation simple, est une méthode courante pour séparer les composés volatils en fonction des points d’ébullition (BP). Certains mélanges ne sont pas séparables par distillation. Dans bon nombre de ces cas, la distillation extractive est utilisée. Dans ce processus, un solvant à point d’ébullition élevé est ajouté à l’alimentation, modifiant les volatilités relatives des composés du mélange d’alimentation. Le solvant est ensuite récupéré dans une colonne de distillation séparée et recyclé.
La volatilité, ou la facilité de convertir un liquide en gaz, est fonction du point d’ébullition. Si une substance bout à une température plus élevée qu’une autre, alors la substance à point d’ébullition inférieur aura tendance à se vaporiser en premier et à se condenser à un point plus élevé de la colonne. La distillation fractionnée ne séparera pas les mélanges dont les composés ont des BP similaires, en particulier si leurs structures chimiques sont similaires.
Certains composés liquides forment un mélange spécial appelé azéotrope lorsqu’ils sont présents dans certaines proportions. Les azéotropes sont des mélanges de deux, mais parfois de trois, composés séparés qui se comportent comme s’il s’agissait d’un seul composé avec un seul point d’ébullition. Les azéotropes ne peuvent pas être séparés en leurs constituants par distillation fractionnée.
Dans les cas de volatilités similaires de composés ou de mélanges azéotropiques, la distillation extractive devient souvent un choix de procédé économique et efficace. Dans une distillation extractive, un solvant entre dans la colonne de distillation au-dessus du point d’alimentation. Le solvant utilisé est moins volatil que l’un ou l’autre des composés à séparer.
La conception d’une colonne de distillation extractive est souvent simple. Le solvant doit avoir un point d’ébullition plus élevé que la substance la moins volatile. La concentration de solvant dans toute la colonne doit être suffisamment élevée pour avoir des volatilités largement séparées mais suffisamment faible pour que deux phases ne se forment pas. Deux phases donnent deux couches de liquides, comme l’huile et l’eau, qui ne se dissolvent pas l’une dans l’autre. Le solvant peut être introduit dans la colonne sous forme de vapeur pour éviter un changement soudain de concentration de solvant au point d’alimentation.
Des exemples de distillation extractive comprennent la séparation du toluène (BP 110.8 °C) de l’iso-octane (BP 99.3 °C) en utilisant le phénol (BP 181.4 °C) comme solvant. La vapeur du sommet de la colonne se condense sous forme d’iso-octane relativement pur. Le mélange toluène-phénol en pied de colonne se sépare par simple distillation ; le phénol retourne dans la première colonne, et le toluène est récupéré sous forme de produit. Le phénol, étant moins volatil, augmentait la volatilité de l’iso-octane.