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colónna o colònna (chimica)

apparecchiatura usata per porre in intimo contatto un gas con un liquido o un liquido con un altro liquido allo scopo di ottenere la separazione di uno o più componenti da una miscela. Le colonne di distillazione "La sezione di una colonna di distillazione è a pag. 46 del 7° volume." , dette anche colonne di frazionamento, vengono usate nelle operazioni chimiche di distillazione, assorbimento ed estrazione con solventi. "Per la sezione di una colonna di distillazione vedi il lemma del 6° volume." Ogni colonna è costituita da un corpo cilindrico cavo, contenente dei dispositivi per favorire il contatto tra le fasi, in cui si distinguono una zona di alimentazione, una “testa” o sommità e una “coda” o fondo. Ne esistono tipi diversi: quella a piatti forati porta al proprio interno, perpendicolarmente al suo asse, una serie di piastre forate, opportunamente distanziate e collegate tra loro da “camini” ossia da condotti che permettono al liquido di scendere di piatto in piatto. Durante una distillazione, dal fondo della colonna, munito di un ribollitore, sale una fase vapore che, passando attraverso i fori del piatto, gorgoglia nel liquido sostenuto sul piatto stesso. Ivi avviene il contatto gas-liquido e quindi il trasferimento dei componenti meno volatili dalla fase gas a quella liquida che, discendendo di piatto in piatto, si raccoglie in coda alla colonna per poi risalire in fase vapore a causa del calore fornito dal ribollitore. In testa invece il vapore uscente, che si è arricchito di piatto in piatto nel componente più volatile, è condensato e mentre una parte è spillata come prodotto utile, il restante è rinviato in colonna sotto forma di fase liquida, per operare il contatto gas-liquido succitato. L'alimentazione, ossia la miscela da separare, è inviata sul piatto, che ha nella colonna la stessa composizione dell'alimentazione: la parte inferiore della colonna è detta di “esaurimento”, poiché la miscela si esaurisce del componente più volatile, mentre la superiore è detta di “arricchimento”, poiché se ne arricchisce. Il funzionamento della colonna da distillazione può essere discontinuo, con esaurimento della carica fino alla separazione dei componenti la miscela, oppure continuo, con alimentazione della miscela effettuata a metà colonna. Questi tipi sono utilizzati anche per l'assorbimento, più raramente per l'estrazione con solventi. L'altezza della colonna dipende dalla facilità con cui un gas è assorbito in un liquido, nel caso dell'assorbimento, o dalla differenza di tensioni di vapore dei componenti la miscela, nel caso della distillazione; il diametro dipende dalle portate del gas e del liquido; industrialmente si è giunti sino a 60 m di altezza con diametri fino a 15 metri. Le colonne a piatti a campanelle portano sulle piastre, al posto dei fori, delle campanelle, costituite da un caminetto centrale attraverso cui passa il gas e da una testa fessurata tramite la quale il gas gorgoglia nel liquido. Di maggiori costo e pregio rispetto a quelle a piatti, hanno il vantaggio di una superiore elasticità rispetto alle variazioni di portata di alimentazione liquida o gassosa. Le colonne a riempimento, usate per gli stessi scopi di quelle a piatti, anche se maggiormente per l'estrazione con solventi, portano al loro interno alcune piastre su cui sono accatastati, solitamente alla rinfusa, “corpi di riempimento”, di dimensioni tra 5 e 50 mm, a forma di anelli, selle, ecc., in ceramica, metallo, vetro o plastica. Le diverse forme dei corpi sono usate per contemperare diverse variabili del processo, come la perdita di carico del gas, la superficie bagnata, il peso, mentre i vari materiali di costruzione sono impiegati a seconda delle possibili condizioni di attacco chimico dei composti. Questi corpi hanno la funzione di aumentare la superficie di scambio gas-liquido poiché, bagnati dal liquido che piove dall'alto, sono tutti investiti dal gas, che compie un percorso tortuoso tra i corpi di riempimento o all'interno di essi. Tali colonne raggiungono altezze elevate ma hanno diametri non superiori a ca. 2 m a causa del forte peso del riempimento che per diametri maggiori non potrebbe essere sostenuto. Le colonne a bolle, portanti al loro interno una piastra forata in coda o altro dispositivo per la distribuzione del gas (come un anello concentrico forato), sono usate per operazioni di assorbimento di un gas in un liquido spesso nei casi in cui lo scopo principale sia quello della reazione tra gas e liquido. Esse hanno inoltre di frequente un tubo centrale (draught tube), alto come la colonna e concentrico a essa, per favorire la circolazione del liquido sul principio del termosifone poiché all'interno del tubo il liquido misto a gas, avendo una densità minore del liquido all'esterno, sale e ricade all'esterno dello stesso. Sono sovente applicate quando la quantità di gas in reazione con il liquido sia molto bassa, tale da non poter utilizzare una colonna a piatti. Le colonne a diaframma, usate solo per estrazioni con solventi, portano diaframmi piani e non forati bagnati dalla fase raffinata leggera nella loro parte inferiore. In tali processi di estrazione, infatti, il solvente che sale dal basso, incontrando la miscela liquida che scende dall'alto, viene in contatto con essa su una larga superficie costituita dai diaframmi e i componenti o il componente solubile si sciolgono nel solvente formando la cosiddetta “fase leggera raffinata” mentre la “fase pesante”, ossia la miscela impoverita del componente più solubile, scende verso la coda della colonna. Dimensionalmente esse raggiungono i valori delle colonne a piatti.