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Nella colonna di distillazione, il cuore di una raffineria di petrolio, avvengono molti processi interessanti. La sfida è che ci sono molti gas mescolati. Come separarli? Se si riesce a risolvere questo problema, il greggio può essere suddiviso in molti componenti utili.

Il problema principale per gli ingegneri è da dove cominciare. Per semplicità, supponiamo che ci siano solo tre gas. Una soluzione consiste nel raffreddarli progressivamente fino a raggiungere il punto di ebollizione di un solo gas. Voilà. Solo quel gas condensa e il liquido può essere facilmente separato. Per isolare il gas successivo si riduce ancora la temperatura appena sotto il punto di ebollizione di un altro gas e così via.

Tuttavia, se osserviamo una torre di distillazione non troveremo serpentine di raffreddamento. Senza di esse, come fanno gli ingegneri a condensare i gas?

Per capire questa soluzione intelligente, dobbiamo immaginare che tutti i piatti della colonna siano riempiti di liquido condensato con il liquido più freddo in alto e quello più caldo in basso.

Il greggio viene prima inviato in una fornace dove la maggior parte del liquido si vaporizza. Il fluido, composto perlopiù da vapore e in parte da liquido entra nella colonna di distillazione. Supponiamo che il liquido del primo piatto sia mantenuto a 370°C e che il fluido in ingresso sia a 400°C. Appena entra nella colonna la parte liquida scende e solo il vapore risale.

Ora osserviamo il percorso del vapore a 400°C. Questo tipo di piatto con un raccordo a forma di fungo è chiamato bubble cap. Il gas che entra dal tubo deve attraversare il liquido nel piatto, poiché il liquido è più freddo, se un componente del gas ha un punto di ebollizione di 375°C, esso condensa nel liquido. Lo stesso avviene per tutti i gas con punti di ebollizione compresi tra 370 e 400°C. I gas con punti di ebollizione inferiori a 370°C sfuggono al liquido e risalgono verso l'alto.

Qui li attende un altro piatto con del liquido a temperatura inferiore, diciamo a 300°C. Ancora una volta il processo si ripete e tutti i gas con punti di ebollizione compresi tra 300 e 375°C si condensano nel liquido. È così che gli ingegneri separano il greggio nei suoi vari componenti.

Una torre di distillazione reale ha circa 15 piatti. Più la molecola è pesante, più alto è il punto di ebollizione. Questo significa che i componenti più pesanti si trovano in basso, mentre quelli più leggeri si trovano in alto. Per esempio, la benzina si raccoglie nella parte superiore, mentre l'olio combustibile industriale si trova in quella inferiore.

In cima alla torre è installato un condensatore raffreddato attivamente. Parte del gas che arriva condensa, mentre quello con punto di ebollizione molto basso viene raccolto come gas di petrolio.

Naturalmente la fisica della separazione non è perfetta. Per esempio, nel piatto più basso, i gas con punto di ebollizione superiore a 370°C dovrebbero condensare, ma alcune molecole riescono a sfuggire e raggiungere i piatti superiori dove non dovrebbero trovarsi. La soluzione degli ingegneri: rimandare il liquido al piatto inferiore attraverso una tubazione. Lì la temperatura più alta vaporizza le molecole indesiderate trattenendo solo quelle corrette. Questo processo di separazione e ricircolo avviene continuamente all'interno della colonna.

Concentriamoci ora sul residuo che si accumula in fondo alla colonna. Contiene prodotti utili, ma le frazioni di questo residuo bollono a temperature altissime, anche oltre i 1000°C. A queste temperature le molecole si romperebbero prima di bollire. Gli ingegneri vogliono comunque farle bollire, ma a temperature più basse.