DESTILACIÓN 1. DEFINICIÓN
La destilación consiste en separar por obra del calor una sustancia volátil de otras más fjas. Luego de calentarla se enría el vapor, para reducirlo otra vez al estado líquido. Esto se conoce como destilación simple, donde la solución está integrada por una o más sustancias sólidas disueltas en un líquido. Ejemplo, sal disuelta en agua Se utiliza un aparato denominado alambique, compuesto de un balón de destilación, donde se coloca la solución. Luego se calienta asta que ierve. El vapor sube por el cuello del balón, ! allí se encuentra con el rerigerante. El tubo central, está rodeado e"ternamente e"ternamente por una zona donde circula agua ría en dirección contraria a los vapores. #stos son enriados por el agua ! se condensan pasando al estado líquido, obteni$ndose agua pura destilada. Las sales quedan en el balón pues no se evaporan.
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Si la solución está integrada por dos líquidos, ! el punto de ebullición de los líquidos que orman la solución, es dierente, se utiliza el m$todo de destilación raccionada, con una columna de raccionamiento, que consta de dierentes platos, pues ambos líquidos se evaporarán, produci$ndose un intercambio de masa, pues los líquidos con inerior punto de ebullición pasan al estado de vapor, ! los vapores que corresponden a las sustancias con superior punto de ebullición transitan acia al estado líquido, permitiendo recoger los dierentes productos de la condensación a sus temperaturas respectivas de licuación. Este m$todo se usa para separar los compuestos del petróleo o abricar &is'!. (uando un líquido cualquiera se introduce en un recipiente cerrado ! vacío, parte del mismo se evapora asta que alcanza una determinada presión, que depende solamente de la temperatura .Esta presión, que es la ejercida por el vapor en equilibrio, con el líquido, es la tensión de vapor del líquido a esta temperatura. (uando la temperatura aumenta, la tensión de vapor tambi$n aumenta regularmente, asta que llega un momento en que la tensión de vapor alcanza un valor de )**mm, entonces, si el líquido está en contacto con el e"terior comienza a ervir. La temperatura a la que esto ocurre recibe el nombre de punto de ebullición normal del líquido en cuestión ! es una constante característica para cada líquido %. 2. DESTILACION AZEOTROPICA
La destilación azeotrópica es una de las técnicas usadas para romper un azeótropo en la destilación. Una de las destilaciones más comunes con un azeótropo es la de la mezcla etanol-agua. Usando técnicas normales de destilación, el etanol solo puede ser purificado a aproximadamente el 95%. Una vez se encuentra en una concentración de 955% etanolagua, los coeficientes de actividad del agua ! del etanol son iguales, entonces la concentración del vapor de la mezcla tam"ién es de 955% etanol-agua, por lo tanto destilaciones posteriores son inefectivas. #lgunos usos re$uieren concentraciones de alcool ma!ores, por e&emplo cuando se usa como aditivo para la gasolina. 'or lo tanto el azeótropo 955% de"e romperse para lograr una ma!or concentración.
% +.olina, -.Lorenzo, .. /elazco López, -. 0árraga, .-lajarin, 1. Lidon, -, 2uirado. +rácticas de 3uímica 4rgánica. 5niversidad de urcia , %66%
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(l proceso de la destilación consiste en calentar un l)$uido asta $ue sus componentes dicos componentes en forma l)$uida por medio de la condensación. (l o"&etivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovecando sus distintas volatilidades, o "ien separar los materiales volátiles de los no volátiles. (n la evaporación ! en el secado, normalmente el o"&etivo es o"tener el componente menos volátil* el componente más volátil, casi siempre agua, se deseca. +in em"argo, la finalidad principal de la destilación es o"tener el componente más volátil en forma pura. 'or e&emplo, la eliminación del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama evaporación, pero la eliminación del agua del alcool evaporando el alcool se llama destilación, aun$ue se usan mecanismos similares en am"os casos. (n estos métodos se suele aadir otro compuesto a modo de agente para la separación, por e&emplo, en el caso de $ue se aada "enceno a la mezcla azeotrópica, ésta cam"ia su interacción, consiguiéndose separar el compuesto, pero en este caso existe una clara desventa&a en el proceso de adicción, pues posteriormente se de"erá realizar una segunda separación con la finalidad de desacerse del "enceno aadido. (xiste otro método, el cam"io de presión en la destilación, el cual se "asa en $ue el azeótropo se ve claramente influenciado por las presiones, además de no tener unos valores de concentraciones $ue puedan destilarse, pero si en el punto exacto en el $ue los coeficientes de actividad de am"os compuestos de la mezcla se entrecruzan. uando el azeótropo sale o salta, se dice $ue la destilación puede seguir su curso. 'ara $ue un azeótropo pueda ser saltado, la mezcla de"e cam"iarse de presión. 'or lo general, la presión se mantiene fi&ada de manera $ue el azeótropo se mantenga en torno a una concentración del //%, en el caso del alcool Las conocidas venta&as de los procesos de destilación continua acen $ue los métodos de destilación extractiva ! de destilación azeotrópica sean utilizados con frecuentemente en la industria para llevar a ca"o la separación de mezclas azeotrópicas o de mezclas altamente no ideales cu!os componentes presenten volatilidades mu! próximas0
7 estilación azeotrópica 8 La 2uía de 3uímica ttp9::quimica.laguia7***.com:quimica;organica:destilacion; azeotropica?/s**
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1omado de2 ttp2333.taringa.netpostsciencia-educacion.com
3. DESTILACION POR ARRASTRE DE VAPOR
La destilación por arrastre de vapor es un tipo especial de destilación $ue se "asa en el e$uili"rio de l)$uidos inmisci"les. +eg4n se a visto anteriormente, la temperatura de e"ullición de una mezcla de dos componentes inmisci"les es inferior a la temperatura de e"ullición de cual$uiera de ellos por separado. L( 6( 6#L1782
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Los vapores saturados de los l)$uidos inmisci"les sigue la Le! de 6alton so"re las presiones parciales, $ue dice $ue2 cuando dos o más gases o vapores, $ue no reaccionan entre s), se mezclan a temperatura constante, cada gas e&erce la misma presión $ue si estuviera solo ! la suma de las presiones de cada uno, es igual a la presión total del sistema. +u expresión matemática es la siguiente2 '1 ' : '0 : --- 'n #l destilar una mezcla de dos l)$uidos inmisci"les, su punto de e"ullición será la temperatura a la cual la suma de las presiones de vapor es igual a la atmosférica. (sta temperatura será inferior al punto de e"ullición del componente más volátil. +i uno de los l)$uidos es agua ;destilación por arrastre con vapor de agua< ! si se tra"a&a a la presión atmosférica, se podrá separar un componente de ma!or punto de e"ullición $ue el agua a una temperatura inferior a //=. (sto es mu! importante cuando el compuesto se descompone a su temperatura de e"ullición o cerca de ella. (n general, esta técnica se utiliza cuando los compuestos cumplen con las condiciones de ser volátiles, inmisci"les en agua, tener presión de vapor "a&a ! punto de e"ullición alto. #(>1(+ (+(8>#L(+ La destilación por arrastre con vapor tam"ién se emplea con frecuencia para separar aceites esenciales de te&idos vegetales. Los aceites esenciales son mezclas comple&as de idrocar"uros, terpenos, alcooles, compuestos car"on)licos, alde)dos aromáticos ! fenoles ! se encuentran en o&as, cáscaras o semillas de algunas plantas. (n el vegetal, los aceites esenciales están almacenados en glándulas, conductos, sacos, o simplemente reservorios dentro del vegetal, por lo $ue es conveniente desmenuzar el material para exponer esos reservorios a la acción del vapor de agua. Los aceites esenciales son productos naturales aplicados en diferentes industrias, como son la farmacéutica, alimenticia, en perfumer)a, entre otros usos. #ctualmente, se constitu!en en productos alternativos para la ela"oración de "iopesticidas o "ioer"icidas. La o"tención de los aceites esenciales es realizada com4nmente por la tecnolog)a llamada de destilación por arrastre con vapor, en sus diferentes modalidades. La pureza ! el rendimiento del aceite esencial dependerán de la técnica $ue se utilice para el aislamiento.
(n la destilación por arrastre de vapor de agua se lleva a ca"o la vaporización selectiva del componente volátil de una mezcla formada por éste ! otros ?no volátiles?. Lo anterior se logra por medio de la in!ección de vapor de agua directamente en el interior de la mezcla, denominándose este ?vapor de arrastre?, pero en realidad su función no es la de ?arrastrar? el componente volátil, sino condensarse en el matraz formando otra fase inmisci"le $ue cederá su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporación. (n este caso se tendrán la presencia de dos fases insolu"les a lo largo de la destilación ;orgánica ! acuosa<, por lo tanto, cada l)$uido se comportará como si el otro
A
no estuviera presente. (s decir, cada uno de ellos e&ercerá su propia presión de vapor ! corresponderá a la de un l)$uido puro a una temperatura de referencia. La condición más importante para $ue este tipo de destilación pueda ser aplicado es $ue tanto el componente volátil como la impureza sean insolu"les en agua !a $ue el producto destilado volátil formará dos capas al condensarse, lo cual permitirá la separación del producto ! del agua fácilmente. omo se mencionó anteriormente, la presión total del sistema será la suma de las presiones de vapor de los componentes de la mezcla orgánica ! del agua, sin em"argo, si la mezcla a destilar es un idrocar"uro con alg4n aceite, la presión de vapor del aceite al ser mu! pe$uea se considera desprecia"le a efectos del cálculo2 ' 'a@ : '"@ 6ónde2 A' presión total del sistema A
'a@ presión de vapor del agua
A
'"@ presión de vapor del idrocar"uro
'or otra parte, el punto de e"ullición de cual$uier sistema se alcanza a la temperatura a la cual la presión total del sistema es igual a la presión del confinamiento. como los dos l)$uidos &untos alcanzan una presión dada, más rápidamente $ue cual$uiera de ellos solos, la mezcla ervirá a una temperatura más "a&a $ue cual$uiera de los componentes puros. (n la destilación por arrastre es posi"le utilizar gas inerte para el arrastre. +in em"argo, el empleo de vapores o gases diferentes al agua implica pro"lemas adicionales en la condensación ! recuperación del destilado o gas. (l comportamiento $ue tendrá la temperatura a lo largo de la destilación será constante, !a $ue no existen cam"ios en la presión de vapor o en la composición de los vapores de la mezcla, es decir $ue el punto de e"ullición permanecerá constante mientras am"os l)$uidos estén presentes en la fase l)$uida. (n el momento $ue uno de los l)$uidos se elimine por la propia e"ullición de la mezcla, la temperatura ascenderá "ruscamente.
+i en mezcla "inaria designamos por na ! n" a las fracciones molares de los dos l)$uidos en la fase vapor, tendremos2 A
'a@ na ' '"@ n"' dividiendo2
A
'a@ na ' na
A
'"@ n" ' n"
?
na ! n" son el n4mero de moles de # ! B en cual$uier volumen dado de vapor, por lo tanto2 A
'a@ na
A
'"@ n"
como la relación de las presiones de vapor a una ?1? dada es constante, la relación nan", de"e ser constante tam"ién. (s decir, la composición del vapor es siempre constante en tanto $ue am"os l)$uidos estén presentes. #demás como2 na 3aCa ! n" 3"C" 6ónde2 3a ! 3" son los pesos en un volumen dado ! Ca, C" son los pesos moleculares de # ! B respectivamente. La ecuación se transforma en2 'a@ na 3aC" '"@ n" 3"Ca 7 "ien2 3a Ca'a@ 3" C"'"@ (sta 4ltima ecuación relaciona directamente los pesos moleculares de los dos componentes destilados, en una mezcla "inaria de l)$uidos. 'or lo tanto, la destilación por arrastre con vapor de agua, en sistemas de l)$uidos inmisci"les en ésta se llega a utilizar para determinar los pesos moleculares aproximados de los productos o sustancias relacionadas. (s necesario esta"lecer $ue existe una gran diferencia entre una destilación por arrastre ! una simple, !a $ue en la primera no se presenta un e$uili"rio de fases l)$uido-vapor entre los dos componentes a destilar como se da en la destilación simple, por lo tanto no es posi"le realizar diagramas de e$uili"rio !a $ue en el vapor nunca estará presente el componente ?no volátil? mientras esté destilando el volátil. #demás de $ue en la destilación por arrastre de vapor el destilado o"tenido será puro en relación al componente no volátil ;aun$ue re$uiera de un decantación para ser separado del agua<, algo $ue no sucede en la destilación simple donde el destilado sigue presentando am"os componentes aun$ue más enri$uecido en alguno de ellos. #demás si este tipo de mezclas con aceites de alto peso molecular fueran destiladas sin la adición del vapor se re$uerir)a de gran cantidad de energ)a para calentarla ! emplear)a ma!or tiempo, pudiéndose descomponer si se trata de un aceite esencial.D
4. DESTILACION FRACCIONADA
= Berbotecnia;0ecnología en +roducción de +lantas edicinales, -romáticas ! 0intóreas. estilación de -ceites Esenciales CidrodestilaciónD.
)
(s una técnica $ue permite la realización de una serie de destilaciones en una sola operación continuaE. (n la separación de sustancias $ue poseen pe$ueas diferencias en sus puntos de e"ullición, se o"tienen me&ores resultados con este tipo de destilación. 'lato teórico2 +e define como la unidad de columna $ue tiene la misma eficiencia de destilación $ue una destilación simple. on frecuencia la unidad de altura del plato teórico se expresa en cm
+istema de destilación fraccionada a presión reducida
Una columna empacada con pedazos de vidrio, permite el reflu&o de los componentes menos volátiles $ue en primera instancia se evaporaron a una temperatura inferior a su punto de e"ullición. La fase de vapor ! la fase condensada flu!en en direcciones opuestas. #s) solamente llega al refrigerante el componente $ue de"e destilar a temperatura seleccionada. (l proceso de evaporación ! condensación con m4ltiples repeticiones, enri$uece al destilado con el componente más volátil.
@ +.olina, -. Lorenzo, .. /elazco López, -. 0árraga, .-lajarin, 1. Lidon, -, 2uirado. +rácticas de 3uímica 4rgánica. 5niversidad de urcia , %66%
(l adaptador piglet permite recolectar las fracciones sin tener $ue suprimir el vac)o entre la colección de cada porción, con él es fácil realizar el proceso de destilación fraccionada 5
i.
PROCESO +e coloca la mezcla en un matraz de vidrio. #l calentarse, la sustancia de menor punto de e"ullición se evaporará primero, ! parte de las otras sustancias se evaporarán tam"ién. La primera sustancia se enfr)a ! se condensa de nuevo en el frasco. (ste l)$uido se calienta luego gradualmente por los otros vapores ascendentes asta vaporizarse de nuevo. +in em"argo, la composición de este nuevo vapor no es la misma $ue en el vapor inicial ;véase la Le! de Faoult<2 es más concentrada en el componente más volátil. 6e"ido a las sucesivas condensaciones ! evaporaciones $ue sufre la sustancia más volátil, al alcanzar el condensador ésta se condensará primero casi totalmente.
La columna fraccionadora $ue se usa con más frecuencia es la llamada torre de "ur"u&eo, en la $ue las placas están dispuestas orizontalmente, separadas unos cent)metros, ! los vapores ascendentes su"en por unas cápsulas de "ur"u&eo a cada placa, donde "ur"u&ean a través del l)$uido. Las placas están escalonadas de forma $ue el l)$uido flu!e de iz$uierda a dereca en una placa, luego cae a la placa de a"a&o ! all) flu!e de dereca a iz$uierda. La interacción entre el l)$uido ! el vapor puede ser incompleta de"ido a $ue se puede producir espuma ! arrastre de forma $ue parte del l)$uido sea transportado por el vapor a la placa superior. (n este caso, pueden ser necesarias cinco placas para acer el tra"a&o de cuatro placas teóricas, $ue realizan cuatro destilaciones. Un e$uivalente "arato de la torre de "ur"u&eo es la llamada columna apilada, en la $ue el l)$uido flu!e acia a"a&o so"re una pila de anillos de "arro o trocitos de tu"er)as de vidrio.
AF. /illegas, +. -cereto, ./argas. -nálisis ultravioleta 9 la teoría ! la practica en el ejercicio proesional .C7**?D 5niversidad -utónoma de Gucatán 9 $"ico
6
(stas columnas realizan el e$uivalente a varios cientos de destilaciones sencillas separadas, ! son eficaces ! son eficaces incluso en la separación de l)$uidos cu!os puntos de e"ullición se diferencian en una fracción de grado. (n estas columnas la ma!or parte del refrigerado se devuelve de nuevo al relleno de la columna, recogiéndose en el colector solo una pe$uea fracción. La relación entre el condensado $ue se devuelve a la columna ! el $ue se recoge se llama relación de reflu&o. La eficacia del fraccionamiento aumenta al aumentar la relación de reflu&o
ii.
EN LA INDUSTRIA
(ste proceso, conocido como rectificación o destilación fraccionada, se utiliza muco en la industria, no sólo para mezclas simples de dos componentes ;como alcool ! agua en los productos de fermentación, u ox)geno ! nitrógeno en el aire l)$uido<, sino tam"ién para mezclas más comple&as como las $ue se encuentran en el al$uitrán de ulla ! en el petróleo. La columna fraccionadora $ue se usa con más frecuencia es la llamada torre de "ur"u&eo, en la $ue las placas están dispuestas orizontalmente, separadas unos cent)metros, ! los
%*
vapores ascendentes su"en por unas cápsulas de "ur"u&eo a cada placa, donde "ur"u&ean a través del l)$uido. Las placas están escalonadas de forma $ue el l)$uido flu!e de iz$uierda a dereca en una placa, luego cae a la placa de a"a&o ! all) flu!e de dereca a iz$uierda. La interacción entre el l)$uido ! el vapor puede ser incompleta de"ido a $ue puede producirse espuma ! arrastre de forma $ue parte del l)$uido sea transportado por el vapor a la placa superior. (n este caso, pueden ser necesarias cinco placas para acer el tra"a&o de cuatro placas teóricas, $ue realizan cuatro destilaciones. Un e$uivalente "arato de la torre de "ur"u&eo es la llamada columna apilada, en la $ue el l)$uido flu!e acia a"a&o so"re una pila de anillos de "arro o trocitos de tu"er)as de vidrio. 'ara destilar el petróleo se utilizan las refiner)as. (stas son enormes comple&os donde se somete al petróleo crudo a procesos de separación f)sica en los cuales se extrae gran variedad de sus derivados. Las torres de destilación industrial para petróleo poseen alrededor de // "ande&as. (n el petróleo existen varios compuestos de los cuales se o"tienen alrededor de 0./// productos. ada sustancia dentro del petróleo destila a distinta temperatura, a partir de una temperatura fi&a se o"tiene una sustancia predeterminada. 'or e&emplo2 se calienta el crudo asta los // @ de donde se o"tiene nafta, luego se sigue calentando el petróleo restante para o"tener otras sustancias "uscadas en temperaturas más altas ! as) asta llegar a los D5/-E// @, temperatura en la cual el petróleo empieza a descomponerse. (s por esto $ue dentro de las refiner)as se somete al petróleo crudo a determinadas temperaturas en distintas instancias. 6e este modo, los componentes se van desprendiendo de una manera ordenada.
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iii.
Refinerías Las refiner)as están compuestas por altas torres las cuales tra"a&an a presión atmosférica. Las mismas, tienen a su vez mucos compartimentos ;G"ande&asH< donde en cada uno de ellos se tra"a&a a temperatura diferente por lo $ue, o"viamente, cada "ande&a cumple una función determinada.
Recorrio e! "e#r$!eo cr%o
(l petróleo crudo pasa primero por un orno, donde se calienta ;asta un máximo E// @<, ! se convierte en vapor, pasando luego acia las altas torres. Una vez en las torres, los vapores ingresan ;por de"a&o< ! su"en asta llegar a las "ande&as. Cientras los vapores van su"iendo, se van enfriando, !a $ue pierden calor ! se depositan automáticamente en sus respectivas "ande&as. Luego de entrar en las "ande&as, cada sustancia tiene !a su lugar determinado, mientras $ue el resto del petróleo $ue no se evaporó ;crudo reducido< cae acia la "ase.
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6e esta manera se o"tienen2 gasóleos, acpm, $ueroseno, tur"osina, nafta ! gases ricos en "utano ! propano. Los demás derivados del petróleo se o"tienen luego, al realizarse otros procesos $u)micos al crudo reducido. I
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