Destilación
La destilación es una operación unitaria que consiste en separar dos o más componentes de una mezcla líquida, aprovechando las diferencias en sus presiones de vapor.
La mezcla líquida desprenderá vapores más ricos en componentes volátiles.Cuando la mezcla a destilar contiene sólo dos componentes se habla de destilación binaria, y si contiene más, recibe el nombre de destilación multicomponente.
La mezcla líquida desprenderá vapores más ricos en componentes volátiles.Cuando la mezcla a destilar contiene sólo dos componentes se habla de destilación binaria, y si contiene más, recibe el nombre de destilación multicomponente.
La técnica consiste en calentar la mezcla hasta que ésta entra en ebullición.En este momento los vapores en equilibrio con el líquido se enriquecen en el componente de la mezcla más volátil (el de menor punto de ebullición). A continuación los vapores se dirigen hacia un condensador que los enfría y los pasa a estado líquido.
El líquido destilado tendrá la misma composición que los vapores y; por lo tanto, con esta sencilla operación habremos conseguido enriquecer el líquido destilado en el componente más volátil. Por consiguiente, la mezcla que quede en el matraz de destilación se habrá enriquecido en el componente menos volátil.
El líquido destilado tendrá la misma composición que los vapores y; por lo tanto, con esta sencilla operación habremos conseguido enriquecer el líquido destilado en el componente más volátil. Por consiguiente, la mezcla que quede en el matraz de destilación se habrá enriquecido en el componente menos volátil.
Producto 1 más volátil que Producto 2 (P01 > P02)
El
fundamento teórico de esta técnica de separación se basa en la ley de Dalton y
en la ley de Raoult. A partir de estas leyes de puede deducir que si tenemos
una mezcla líquida en equilibrio con su vapor, la fracción molar de cada
componente de la mezcla en estado gaseoso -para un líquido de comportamiento
ideal- está relacionado con las presiones de vapor de los componentes puros y
con las fracciones molares de los
mismos en estado líquido mediante la siguiente
expresión:
Yi = Fracción
molar de cada componente en la fase gaseosa
Xi = Fracción molar de cada componente
en la fase líquida
P0i = Presión de
vapor de cada componente puro
A
partir de esta expresión se deduce que el vapor en equilibrio con una mezcla
líquida esta enriquecido en el componente más volátil.
PRINCIPIOS OPERATIVOS Y SU DIAGRAMA DE PARTES
La separación de los componentes de una mezcla líquida a
través de la destilación depende de las diferencias en los puntos de ebullición
de los componentes individuales. También, dependiendo de las concentraciones de
los componentes presentes, la mezcla líquida, tendrá diferentes características
punto de ebullición. Por lo tanto, los procesos de destilación dependen de las
características de presión de vapor de mezclas de líquidos.
DIAGRAMA DE PARTES
DESTILACIÓN SIMPLE
DESTILACIÓN AL VACÍO
DESTILACIÓN FRACCIONADA
DESTILACIÓN POR ARRASTRE DE VAPOR
APARATOS DE DESTILACIÓN
COLUMNA
DE DESTILACIÓN
Los distintos tipos de destilación se
llevan a cabo en las columnas de destilación, que son recipientes cilíndricos
verticales con una entrada de alimentación por un punto dado de la columna y
con una salida por la parte superior o cabeza para extraer los vapores a
condensar. Estos vapores pueden volver en parte a la columna, como
reflujo, a través de otra entrada por la cabeza.
COLUMNA DE PLATOS
Los platos son
superficies planas que dividen las columna en una serie de etapas. Tienen
por objeto retener una cierta cantidad de líquido en su superficie a través de
la cual se hace burbujear el vapor que asciende de la caldera consiguiéndose
así un bien contacto entre el vapor y el líquido.
El líquido del plato
cae el plato inferior por un rebosadero situado en un extremo del plato. En los platos normalmente no se llega a
alcanzar el equilibrio entre el líquido y el vapor que abandona el plato, es
decir, la eficacia del plato no es del 100. Un plato ideal o teórico es aquel
en el que se alcanza el equilibrio entre las corrientes que salen del plato.
a)
Disposición relativa de los platos, el
líquido descendente y el vapor ascendente
b)
Dos tipos de borboteadores
c)
Representa esquemática de una columna
de platos
d) Equilibrio en un plato ideal (el vapor
que abandona el plano n (vapor n) y el líquido que abandona el plato n (liquido
n) está en equilibrio teóricamente.)
| Se pueden encontrar diferentes tipos de platos: | ||||
| ||||
COLUMNA DE RELLENO
Son columnas de relación diámetro
altura normalmente baja, llenas en su interior de elementos sólidos pequeños,
en relación con el diámetro de la columna. Estos elementos de relleno son
inertes a las fases circulantes y están distribuidos al azar u ordenadamente.
La corriente de líquido al caer sobre ellos se rompe en pequeñas
corrientes y se pone en contacto íntimo con el vapor que circula en sentido
contrario. Hay muchos tipos de rellenos comerciales, y entre otras
características se persigue que tenga una elevada área superficial por unidad
de volumen, poco peso, buena resistencia mecánica y que los elementos no se compacten
entre sí.
APLICACIONES INDUSTRIALES
Refinamiento
de petróleo
Cuando se extrae el petróleo crudo,
dependiendo de donde provenga, este contiene muchos componentes que requieren
destilación para que el combustible pueda ser utilizado por tu auto. Afortunadamente,
los muchos tipos de hidrocarburos en ebullición del petróleo crudo tienen
diferentes temperaturas de ebullición y se pueden separar uno a uno. En otros
procesos químicos, los diversos hidrocarburos se pueden separar o combinar para
producir una cierta variedad de productos, tales como gasolina, plásticos,
combustible para aviones, fibras sintéticas, ceras, neumáticos y queroseno.
Desalinizar
agua
Algunas de las áreas geográficas del
planeta no pueden proporcionar suficiente agua potable como para sostener la
vida. El agua potable puede ser suministrada por las plantas de destilación que
convierten el agua de mar en agua potable. El proceso de destilación es el
mismo, aunque el método de calentamiento usado para alcanzar temperaturas de
ebullición puede variar. Las dos fuentes principales para la
producción de calor son la electricidad y el gas. Es posible que puedas
destilar tu propia agua potable para eliminar sustancias químicas no deseadas,
gérmenes y otras impurezas. Sin embargo, el agua destilada ordinaria tendrá un
sabor insatisfactorio. Probablemente se pueda comprarla casi tan barato como si
tu mismo la hubieras destilado
Licores destilados Los licores, cerveza y vino, en algún momento de su
fabricación, se sometieron a un proceso de destilación para separar el producto
líquido final de los granos o frutos de los que se producen.
Usos
de la destilación en el laboratorio
Los
laboratorios de enseñanza de la química hacen uso de la destilación de forma
regular, para dos fines:
- La identificación de compuestos
orgánicos y
- La purificación de los mismos.
Otros
usos
Las industrias de
la cosmética, farmacéutica y química dependerán del proceso de destilación. Por
ejemplo, empleando la tecnología para separación del aire se puede producir
argón. Esta sustancia química se utiliza en las bombillas para proteger el
filamento y proporciona el brillo en los tubos fluorescentes.
El Clorosilanos es
destilado para producir los más altos grados de silicio que se utilizan en la
fabricación de semiconductores, la base de ordenadores. Trementina, nafta,
fenoles, tolueno y fitosteroles son componentes producidos a través de la
destilación. Como también lo es la piridina, utilizada como disolvente y agente
impermeabilizante en la fabricación de productos farmacéuticos y vitaminas.
CLASIFICACIÓN
Destilación simple
Es la operación de hervir el líquido de un recipiente (la caldera) condensándose
los vapores que constituirán el destilado, quedando en la caldera el residuo.
Esta operación puede llevarse a cabo de forma continua, alimentando la
caldera y extrayendo el residuo continuamente, o de forma discontinua con lo
que las composiciones de vapor y líquido van cambiando con el tiempo.
Se usa para la separación de líquidos con punto de
ebullición inferiores a 150º a presión atmosférica de impurezas no volátiles o
de otros líquidos miscibles que presenten un punto de ebulliciónn al menos 25º superior al primero de ellos.
Para que la ebullición sea homogénea y no se produzcan proyecciones se
introduce en el matraz un trozo de plato poroso.
La destilación sencilla se puede utilizar para:
- Separar mezclas de líquidos miscibles de forma eficiente siempre y cuando los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla difieran al menos en 100ºC.
- Purificar un compuesto líquido
- Determinar el punto de ebullición normal de un líquido.
- Separar un sólido de un líquido volátil
Destilación súbita o
flash
Es una forma de
destilación simple en la que se calienta el alimento a temperatura elevada pero
manteniendo una presión elevada, de manera que no hierva el líquido.
A continuación, se expansiona el líquido recalentado en una columna hasta
una presión menor, con la que vaporizarán los componentes más volátiles.
Abandonará la columna una fase vapor rica en volátiles y una fase líquida
rica en no volátiles. Ambas fases estarán en equilibrio en la condiciones
de presión y temperatura de la columna.
Destilación con reflujo o rectificación
Es uno de los tipos
más importantes de destilación, el vapor que abandona la cabeza de la columna
se condensa y una fracción del líquido condensado se devuelve a la columna
-fracción que constituye el reflujo- el resto se retira como producto
destilado. En el interior de la columna se pone en contacto el vapor
ascendente con el líquido descendente. En un nivel dado de la columna,
estas dos corrientes no estan en equilibrio entre sí, por lo que hay una
transferencia de materia, pasan los componentes más volátiles del líquido al
vapor y los componentes menos volátiles del vapor al líquido. Esta
transferencia provoca que el vapor se enriquezca en los componentes más
volátiles a medida que asciende por la columna.
Destilación extractiva y Destilación
azeotrópica
Son destilaciones en las que se añade
un tercer componente a una mezcla binaria de separación difícil. Este
componente modifica la volatilidad relativa de los componentes. De este modo en
la destilación extractiva se separa por la cabeza de la columna un componente,
y como residuo la mezcla del otro componente y el disolvente añadido. En la
destilación azeotrópica el tercer componente forma un azeótropo con uno de los
componentes de la mezcla a separar. Se separan así los dos componentes de la
mezcla binaria. El azeótropo puede después romperse con diversos procedimientos.
AZEOTRÓPICA
EXTRACTIVA
Destilación
a vacío:
Un líquido entra en ebullición cuando al
calentarlo su presión de vapor se iguala a la presión atmosférica. En una
destilación a vacío la presión en el interior del equipo se hace menor a la
atmosférica con el objeto de que los componentes de la mezcla a separar
destilen a una temperatura inferior a su punto de ebullición normal.
Una destilación a vacío
se puede realizar tanto con un equipo de destilación sencilla como con un
equipo de destilación fraccionada. Para ello, cualquiera de los dos equipos
herméticamente cerrado se conecta a un sistema de vacío -trompa de agua o bomba
de vacío de membrana o aceite- a través de la salida lateral del tubo colector.
En la unidad de vacío se obtienen solo tres tipos de
productos:
·
Gas Oil Ligero de vacío (GOL).
·
Gas Oil Pesado de vacío (GOP).
·
Residuo de vacío.
La principal aplicación en el laboratorio es la separación
de sustancias de puntos de ebullición próximos.
La destilación por arrastre de vapor
posibilita la purificación o el aislamiento de compuestos de punto de
ebullición elevado mediante una destilación a baja temperatura (siempre
inferior a 100 ºC). Es una técnica de destilación muy útil para sustancias de
punto de ebullición muy superior a 100 ºC y que descomponen antes o al alcanzar
la temperatura de su punto de ebullición.
La destilación por arrastre de vapor es
una técnica de destilación que permite la separación de sustancias insolubles
en H2O y ligeramente volátiles de otros productos no volátiles. A la
mezcla que contiene el producto que se pretende separar, se le adiciona un
exceso de agua, y el conjunto se somete a destilación. En el matraz de
destilación se recuperan los compuestos no volátiles y/o solubles en agua
caliente, y en el matraz colector se obtienen los compuestos volátiles y
insolubles en agua. Finalmente, el aislamiento de los compuestos orgánicos
recogidos en el matraz colector se realiza mediante una extracción.
Se emplea con frecuencia para separar aceites esenciales de
tejidos vegetales. Los aceites esenciales son productos naturales aplicados en
diferentes industrias:
·
Industria cosmética y farmacéutica
DESTILACION POR CARGA
No se alcanza el estado estacionario
Aumento de la temperaura en el calderin a medida que avanza el proceso
Traban de dos maneras a reflujo constante y a destilado de composición constante.
No se alcanza el estado estacionario
Aumento de la temperaura en el calderin a medida que avanza el proceso
Traban de dos maneras a reflujo constante y a destilado de composición constante.
DESTILACIÓN FRACCIONADA
La destilación fraccionada se utiliza cuando la
mezcla de productos líquidos que se pretende destilar contiene sustancias
volátiles de diferentes puntos de ebullición con una diferencia entre ellos
menor a 80 ºC.Al calentar una mezcla de líquidos de diferentes presiones de
vapor, el vapor se enriquece en el componente más volátil y esta propiedad se
aprovecha para separar los diferentes compuestos líquidos mediante este tipo de
destilación. El rasgo más característico de este tipo de destilación es que
necesita una columna
de fraccionamiento. La destilación fraccionada se
puede realizar a presión atmosférica o a presión
reducida, tal como se ha comentado para la destilación simple en el
apartado anterior
DESTILACIÓN SECA
Es la calefacción de materiales sólidos
en seco (sin ayuda de líquidos solventes), para producir productos gaseosos
(que pueden condensarse luego en líquidos o sólidos). El método puede o puede
no implicar termólisis, donde los productos así obtenidos son condensados y
recolectados posteriormente.Y requieren temperaturas más altas que la
destilación clásica.Este procedimiento ha sido usado para obtener combustibles
líquidos de sustancias sólidas, tales como carbón y madera.Esto también puede
ser usado para dividir algunas sales minerales por termólisis, tales como
algunos sulfatos para, en este caso, producir trióxido de azufre que puede ser
disuelto en agua, para así obtener ácido sulfúrico.
