La destilación es un método para separar componentes de una mezcla líquida aprovechando sus diferencias de punto de ebullición. Es una separación líquido-gas e implica la vaporización y posterior condensación de cada líquido. Existen algunos beneficios de la destilación fraccionada sobre la destilación simple.
Los tipos habituales de destilación son la destilación simple, la destilación fraccionada, la destilación al vacío y la destilación al vapor. Se diferencian principalmente en la configuración del aparato y sus aplicaciones.
La destilación fraccionada es más eficiente que la destilación simple en separación debido a un gran número de platos teóricos. Es un proceso importante en química, industria y ciencia de los alimentos. Los usos de la destilación fraccionada incluyen procesos como la desalinización, el refinado de petróleo crudo y la purificación química.
Tipos de destilación
La destilación simple es efectiva solo para líquidos cuyos puntos de ebullición difieren en más de 30 ° C. Por el contrario, la destilación fraccionada es adecuada para separaciones más desafiantes, donde la diferencia del punto de ebullición es inferior a 30 ° C.
Teoría de la destilación fraccionada
Para comprender cómo funciona la destilación fraccionada, es necesario saber Ley de Raoult, que establece que la presión de vapor de una solución depende de la presión de vapor de cada componente y la fracción molar del componente en la solución. Mientras se mantiene la presión constante, se puede generar un diagrama de composición de temperatura.
•••Modificado de la técnica de laboratorio en química orgánica (cuarta edición, 2014): páginas 173-206
Para una mezcla de pentano-hexano a una presión atmosférica, una mezcla líquida inicial (L1) de hexano (bp = 69 ° C) y pentano (bp = 36 ° C) hierve a 48 ° C para producir vapor V1, que se condensa para formar L2. Después del primer ciclo de vaporización-condensación, el porcentaje de pentano ha aumentado del 48 por ciento al 73 por ciento.
L2 luego se vaporiza en V2, lo que resulta en un enriquecimiento adicional en pentano. L5, que es el líquido obtenido después de cuatro ciclos, es pentano casi puro. Cada ciclo de vaporización-condensación, también llamado plato teórico, produce una solución más pura del componente más volátil.
Ventajas de la destilación fraccionada sobre la destilación simple
En una configuración de destilación fraccionada, normalmente se coloca una columna de fraccionamiento entre el matraz de destilación y el cabezal para aumentar la separación de líquidos de la mezcla. Estas columnas tienen un área de superficie más grande en la que pueden ocurrir equilibrios líquido-vapor y, por lo tanto, más platos teóricos. Ejemplos de columnas de fraccionamiento son Vigreux y columnas de perlas de vidrio, que tienen de seis a ocho platos teóricos.
En una destilación simple, no se usa una columna de fraccionamiento y el vapor del matraz de destilación se condensa directamente. Solo tiene uno o dos platos teóricos, por lo que no sería efectivo para la separación de mezclas como L1, que requiere más de cuatro ciclos de vaporización-condensación para purificarse.
Usos de la destilación fraccionada
La destilación fraccionada se utiliza en Refinerías de petroleo para separar el petróleo crudo en hidrocarburos, que tienen diferentes números de carbono, puntos de ebullición y aplicaciones. Algunos de los productos aislados incluyen gasolina, diesel, aceites y ceras. Este método también se utiliza en plantas químicas, plantas de procesamiento de gas natural y plantas de separación criogénica de aire.
La destilación fraccionada también es una técnica común en los laboratorios de química orgánica. Por ejemplo, el ciclopentadieno se vende habitualmente como diciclopentadieno porque el ciclopentadieno puede dimerizarse espontáneamente para formar diciclopentadieno. La destilación fraccionada se usa a menudo para revertir el diciclopentadieno en ciclopentadieno.
Impacto ambiental de la destilación fraccionada
La destilación fraccionada por sí sola no es perjudicial para el medio ambiente. De hecho, la destilación fraccionada convierte el petróleo crudo, de lo contrario inutilizable, en productos más valiosos. Sin embargo, las refinerías de petróleo, donde se realiza la destilación fraccionada del petróleo crudo, pueden ser una fuente de contaminación si los subproductos no se tratan adecuadamente de acuerdo con las regulaciones.
Las refinerías son una fuente importante de contaminantes del aire, como partículas, óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono. Las aguas residuales de las refinerías también causan contaminación del agua y la tierra, ya que se depositan en los acuíferos, el suelo y las aguas subterráneas.