A destilação fracionada apresenta algumas características diferentes da destilação simples, sendo muito utilizada na indústria química.
A destilação fracionada é um processo de separação onde se utiliza uma coluna de fracionamento na qual é possível realizar a separação de diferentes componentes que apresentam diferentes pontos de ebulição, presentes em uma mistura.
Na destilação simples, a diferença entre pontos de ebulição tem de ser de pelo menos cerca de 10ºC, no entanto, numa destilação fracionada estes podem ser mais próximos).
Trata-se de um processo de rejuvenescimento, separação e loteamento dos produtos da mistura e é empregada quando os pontos de ebulição dos componentes de uma mistura são próximos e não é possível realizar uma destilação simples. A coluna de fracionamento torna esta destilação um pouco mais complexa, exigindo mais tempo e mais energia para a separação.
Neste processo existe uma coluna de fracionamento que cria várias regiões de equilíbrio líquido-vapor, levando a uma série de micro destilações simples sucessivas, enriquecendo a fração do componente mais volátil da mistura na fase de vaporização.
Na destilação simples, notamos que nas primeiras frações do destilado, temos uma composição mais rica do componente mais volátil. Conforme o processo se mantém, temos o surgimento gradual do componente menos volátil, que impurifica o anterior. Quando a diferença dos pontos de ebulição dos compostos é alta, podemos, no entanto, prever esta etapa. Mas, em misturas de compostos onde ambos apresentam pontos de ebulição próximos, necessitaríamos de realizar inúmeras vezes este processo. Assim, torna-se uma vantagem a utilização de uma coluna de fracionamento, realizando a destilação fracionada.
Neste método, usa-se um balão de destilação, uma coluna de destilação, um condensador e um recipiente para recolher o destilado. A mistura a ser purificada é colocada no balão de destilação, que é aquecido. Surge então um vapor quente. Ele sobe pela coluna, mas vai arrefecendo ao longo da mesma, acabando por condensar. Com a condensação, o composto volta à forma líquida, que retorna à fonte de calor. Vapores sobem continuamente pela coluna e acabam por encontrar-se com o líquido. Parte deste rouba o calor do vapor ascendente e torna a vaporizar-se. Este ciclo ocorre repetidas vezes ao longo de todo o comprimento da coluna.
Os vários obstáculos instalados na coluna forçam o contato entre o vapor quente ascendente e o líquido condensado descendente, gerando sucessivas destilações simples. Quanto maior a quantidade de estágios de vaporização-condensação e quanto maior a área de contato entre o líquido e o vapor no interior da coluna, mais completa é a separação e mais purificada é a matéria final.
A atenção à temperatura é importante. A cada salto de temperatura no termómetro, devem-se recolher os destilados correspondentes.
Este método de separação é muito comum em refinarias de petróleo, para extrair diversos componentes que diferem muito pouco no seu ponto de ebulição, tais como o asfalto, gasolina, gás de cozinha (propano, butano), entre outros. Nestas separações são empregues colunas de aço de grande diâmetro, compostas de pratos ou de secções recheadas. Os internos, sejam pratos, chicanas ou recheios, tem como função colocar as fases vapor e líquido em contato, de modo a que ocorra a transferência de massa entre elas. Ao longo da coluna, a fase vapor vai se enriquecendo com os compostos mais voláteis, enquanto a fase líquida se concentra com os compostos mais pesados de maior ponto de ebulição.
É bastante utilizada empregada na refinação do petróleo. Na maioria dos casos é um processo continuo. Novas matérias-primas estão sempre a ser alimentadas na coluna de destilação e os produtos da separação estão sempre a ser removidos. A menos que o processo seja perturbado devido a mudanças nas matérias primas, calor, temperatura ambiente, ou condensação, a quantidade de matéria prima a ser adicionada e o volume de produto a ser retirado são normalmente iguais.
A destilação industrial é tipicamente realizada em grandes colunas cilíndricas verticais conhecidas como "torres de destilação ou fracionamento" ou "colunas de destilação", com diâmetro variando entre 65 cm a até 6 metros, e altura de 6 a 60 metros ou mais. Tais torres possuem escoadouros de líquidos intervalados na coluna, os quais permitem retirar diferentes frações ou produtos que possuem diferentes pontos de ebulição. Os produtos mais leves (aqueles com pontos de ebulição mais baixo) saem do topo da coluna e os produtos mais pesados (aqueles como o ponto de ebulição mais alto) saem da parte inferior da coluna.
As torres industriais de grande escala usam o refluxo para atingir uma separação mais completa dos produtos. O refluxo refere-se a uma porção do liquido condensado de uma torre de fracionamento que retorna para a parte superior da torre.
A destilação fracionada é também usada na separação do ar, produzindo oxigénio líquido, nitrogénio (ou azoto) líquido, e árgon de elevada pureza. A destilação de clorosilano também possibilita a produção de silício de alta pureza usada como um semicondutor.