Schéma d'une distillation simple
Soit un mélange binaire \[A, B\] à séparer (\[A\] étant le constituant le plus volatil).
On peut imaginer de placer ce mélange dans des conditions de pressions et de température telles qu'il apparaisse deux phases (liquide et vapeur), la vapeur étant naturellement enrichie en \(A\), le liquide en \(B\).
On peut admettre que le liquide et la vapeur qui quittent le ballon sont à l'équilibre, et on sait donc déterminer les compositions des deux phases en fonction des conditions du procédé (température, pression).
On parle pour un tel procédé de "distillation éclair" ou de "flash".
Sauf si les deux constituants \[A\] et \[B\] sont de volatilités très différentes, cette séparation sera insuffisante : la vapeur sera en général loin de contenir du constituant \[A\] pur. Mais il suffit de refroidir la vapeur obtenue pour la condenser partiellement, ce qui conduit à une nouvelle phase vapeur encore enrichie en \[A\]. De même, en réchauffant le liquide issu du premier flash, on le vaporise partiellement, et le liquide résiduel est encore enrichi en \[B\] ...
On peut ainsi "empiler" des opérations de flash jusqu'à obtenir les produits \[A\] et \[B\] avec la pureté voulue.
Naturellement, dans cet agencement, la quantité de produit \[A\] récupéré en sortie du dernier flash est très inférieure à celle introduite ; il en va de même pour \[B\]. D'où la nécessité de recycler vers les étages inférieurs le liquide condensé dans les flashes situés au dessus de l'alimentation, et vers les étages supérieurs la vapeur produite dans les flashes situés en dessous de l'alimentation. On obtient ainsi le schéma de principe de la distillation.
Dans cet exemple, on voit que la séparation sélective des constituants d'un mélange repose sur l'existence d'un gradient de température entre le bas et le sommet de la colonne. Le plus souvent, ce gradient de température est maintenu simplement en refroidissant le sommet de la colonne de distillation (condenseur), et en réchauffant le fond (rebouilleur) : il n'est pas nécessaire d'apporter ou de soutirer de la chaleur sur chaque flash, l'étagement des températures étant assuré par le mélange des fluides (vapeur et liquide qui se croisent à chaque étage).
Le refroidissement du condenseur permet de créer une phase liquide, qui descend dans la colonne, alors que le chauffage du rebouilleur produit une phase vapeur qui remonte dans la colonne : on parle donc d'opération de séparation à contre-courant. La figure ci-dessous montre un exemple (simplifié) de réalisation pratique d'une colonne de distillation : les flashes sont simplement constitués par des plateaux (ou étages) où le liquide et la vapeur sont en contact.
