Destilación

Destilación

 

La destilación es una operación unitaria, que tiene por objeto la separación de los componentes de una mezcla líquida mediante la diferencia de volatilidades relativas existente en  el sistema.

La importancia de la destilación se remota hasta la época del tratamiento de las bebidas alcohólicas y se ha venido extendiendo a muchas industrias, siendo un factor esencial para el funcionamiento de algunas. En otro aspecto, es un auxiliar muy valiso para la investigación actual en el campo de la química orgánica.  La destilación tiene innumerables aplicaciones y se emplea a escala industrial y en pequeñas muestras analíticas en el laboratorio. Se usa con fines muy variados en purificas uno o varios componentes de una mezcla, o los disolventes de un proceso que luego se recuperan y recirculan al proceso original. Las aplicaciones industriales más comunes se encuentran en la refinación del petróleo y sus derivados, en la industria química, la purificación de alcoholes, ésteres, éteres, cetonas y disolventes en general.

De lo anterior, podemos resumir que la destilación es el proceso de separación de los componentes de una mezcla liquida por vaporización parcial de la misma.  La concentración de los componentes volátiles es mayor en el vapor obtenido que en la mezcla inicial, mientras que en el residuo aumenta la concentración de los compuestos menos volátiles.

La destilación se puede aplicar a líquidos o mezclas que  sean no estables en sus puntos de ebullición considerando las condiciones de temperatura y presión adecuadas a cada caso.

Un líquido o una mezcla de los mismos, es un fluido que reúne átomos o moléculas de energía variable. Las mezclas pueden ser miscibles, parcialmente o totalmente inmiscibles.

En un proceso de destilación, la mezcla por separar en sus componentes se somete a un calentamiento para que la fase líquida pase a la fase vapor manteniéndose en esta forma un equilibrio líquido-vapor. Cuando el sistema esta en equilibrio las moléculas están escapando de la fase líquido (punto de burbuja) al vapor y están volviendo del vapor (punto de rocío) a la fase líquida. En la fase líquida están presentes dos componentes distintos, el vapor que está en equilibrio con el líquido contendrá algunas moléculas de cada uno de ellos. Las cantidades relativas de los componentes en la fase de vapor está relacionada con la presión de vapor de cada líquido puro y la presión total de la mezcla que cubre el líquido es la suma de las dos presiones parciales, dicha relación puede expresarse matemáticamente por la Ley de Raoult.

La destilación depende de parámetros como: El equilibrio liquido vapor, temperatura, presión, composición, energía.

• El equilibrio entre el vapor y el líquido de un compuesto está representado por la relación de moles de vapor y líquido a una temperatura determinada, también puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones de vapor.

• La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la cantidad de energía proporcionada al sistema, también influye en la composición del vapor y el líquido ya que esta depende de las presiones del vapor.

• La presión tiene directa influencia en los puntos de ebullición de los líquidos orgánicos y por tanto en la destilación.

• La composición es una consecuencia de la variación de las presiones de vapor, de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.
• Puntos de ebullición, son aquellos puntos o temperaturas de compuestos puros a las que sus presiones de vapor igualan a la presión atmosférica, produciéndose el fenómeno llamado ebullición.

Algunos tipos de Destilación son:

ü  Destilación Simple: es para separar sólidos disueltos en líquidos. Por ejemplo al querer separar la sal (NaCl) del agua, se calienta la mezcla homogénea: el agua se evapora y luego se condensa, y en el recipiente se queda NaCl sólido que no se evapora.

ü  Destilación Fraccionada: Es un proceso físico para separar líquidos miscibles en base a la diferencias de sus puntos de ebullición o condensación. Por ejemplo la mezcla de agua y alcohol (C₂H₅OH) se calienta. Primero se evapora con mayor rapidez el de menor temperatura de ebullición (T°ebu Alcohol = 78,5 °C) y luego el de mayor temperatura de ebullición (T°ebu Agua = 100°C), luego los vapores se condensan en recipientes separados. Esta operación se lleva a cabo en columnas de fraccionamiento o de rectificación.

ü  Destilación al vacío: Muchas sustancias no pueden purificarse por destilación a la presión ordinaria, por que se descomponen a temperaturas cercanas a su punto de ebullición normal, en otros casos la destilación requiere de inmensas inversiones o utilización de energía en gran cantidad, o finalmente poseen problemas de equilibrio liquido-vapor, en consecuencia se emplea el método de destilación al vacío o a presión reducida. Sabemos que un líquido empieza a hervir cuando su presión de vapor iguala a la presión atmosférica o de operación, por lo tanto si reducimos la presión de operación tendremos la ebullición a temperaturas bajas, esta no incluye a la destilación fraccionada.

  ü  Destilación en horno de bolas: Consiste en un destilador de vacío sin volúmenes         muertos que se utiliza para la separación entre líquidos o sólidos de bajo punto         de fusión y sustancias poliméricas o aceites de elevado punto de ebullición. En           función del volumen de las bolas escogidas este sistema nos permite destilar        desde   cantidades pequeñas de producto (50-100 mg) hasta cantidades                        elevadas de          hasta 10-15 g.

ü  Destilación azeotrópica : Técnica usada para romper un azeótropo en la destilación. En uno de los métodos se adiciona un material agente de separación, otro método, la variación de presión en la destilación, se basa en el hecho de que un azeótropo depende de la presión y también que no es un rango de concentraciones que no pueden ser destiladas, sino el punto en el que los coeficientes de actividad se cruzan. Si el azeótropo se salta, la destilación puede continuar. Para saltar el azeótropo, el punto de éste puede moverse cambiando la presión.  Tiene diversas aplicaciones, en la industria del petróleo es la operación complementaria para la refinación del petróleo, para generar; gases ligeros, gasolina, queroseno, aceite lubricante, asfalto, etc. Para la purificación de solventes, en la separación de etanol de los demás productos de la fermentación de carbohidratos, en la industria de bebidas alcohólicas y también en la industria petroquímica, etc.