Destilación fraccionada: proceso, equipo, aplicaciones, ejemplos
La destilación fraccionada es un proceso físico que emula la técnica de destilación simple, tomando como base el punto de ebullición de las especies y empleándose para separar mezclas de tipo homogéneo de varias sustancias que se encuentren en fase líquida o mezclas heterogéneas de tipo líquido-sólido no volátil.
En este sentido, el método de destilación fraccionada involucra la evaporación de las especies líquidas, la condensación de las especies más volátiles en orden creciente de su punto de ebullición y la posterior recolección de la sustancia que se deseaba obtener inicialmente.
Es un método usado desde hace siglos en las civilizaciones humanas de manera rudimentaria. La eficiencia de la destilación permite que siga usándose actualmente tanto en el ámbito industrial como en los laboratorios.
El principio de esta técnica se emplea en una gran cantidad de aplicaciones en distintos campos de la ciencia o la industria.
Índice del artículo
- 1 Proceso de destilación fraccionada
- 2 Equipo de destilación fraccionada
- 3 Aplicaciones
- 4 Ejemplos
- 5 Referencias
La destilación fraccionada consiste en la separación de una solución en sus constituyentes que se encuentran en estado líquido, basándose en la diferencia entre sus puntos de ebullición y siendo aplicada cuando esta diferencia es menor a 25 °C aproximadamente.
De este modo, cuando se coloca en calentamiento una mezcla cuyos puntos de ebullición difieren de manera considerable, al alcanzar la temperatura de ebullición del componente más volátil se irá formando una fase de vapor, la cual mayormente contendrá esta sustancia al principio.
Luego, al seguir aumentando la temperatura y con el transcurrir del tiempo, suceden continuamente múltiples ciclos de evaporación y condensación (cada ciclo es conocido como “plato teórico”), hasta que emerge en primer lugar el constituyente de menor punto de ebullición.
En cada ciclo la constitución de la fase vapor que se encuentra en la columna acumula una cantidad más grande del componente de mayor volatilidad, por lo cual esta sustancia se encuentra esencialmente en estado puro cuando alcanza la parte superior de la columna de fraccionamiento.
En los laboratorios se utiliza un equipo que consta en primer lugar de un matraz o balón de destilación hecho de vidrio, en el cual se coloca la solución que se sitúa directamente en calentamiento. Dentro de este balón se colocan unas pocas piedras de ebullición para controlar este proceso.
Además, se precisa de un termómetro para registrar la temperatura mientras transcurre el tiempo, para que sea posible tener bajo control el proceso de destilación.
El matraz se acopla a una columna de fraccionamiento por medio de un conector de tres bocas, donde la longitud de la columna determina qué tan completa será la destilación. Es decir, mientras más larga sea la columna, más efectiva será la separación.
Asimismo, la estructura interna de la columna está diseñada para simular varias destilaciones simples sucesivas, lo cual sucede porque el vapor asciende paulatinamente por la columna, se condensa de manera temporal en la parte superior y vuelve a ascender de forma reiterada.
Seguidamente, la salida de esta columna se conecta a un condensador que ocasiona el enfriamiento del vapor de la sustancia separada y purificada.
Esta es almacenada en un recipiente específico para recolectarla, incrementándose nuevamente la temperatura hasta alcanzar el punto de ebullición del siguiente componente, el segundo más volátil, repitiéndose el proceso descrito, en el que cada componente se almacena en un recipiente específico para este.
Al ser uno de los métodos más importantes y mayormente utilizados en la separación de mezclas líquidas, esta técnica de separación física presenta muchos beneficios que se observan en la gran cantidad de aplicaciones que se le han dado tanto en la industria como en el laboratorio.
– Comenzando por los usos a escala industrial de la destilación fraccionada, en las instalaciones de refinación de petróleo es empleada en la separación del petróleo crudo en las fracciones que lo componen.
En este sentido, se utiliza para la obtención y procesamiento del gas natural que se extrae en estos procesos industriales. Además, se usa en las plantas químicas y procedimientos petroquímicos para el procesamiento de sustancias como el fenol o el formaldehído.
– Se utiliza en las plantas criogénicas de separación de aire para descomponer el aire de la atmósfera en sus constituyentes principales.
– Se utiliza la destilación fraccionada es para la desalinización del agua de mar.
– A escala de laboratorio, se emplea en la purificación de reactivos y productos, como en la obtención de ciclopentadieno a través de la destilación de diciclopentadieno comercial.
– Se usa para reciclar solventes que ya fueron utilizados, mediante la purificación a través de esta técnica.
En el caso del petróleo, la destilación fraccionada se lleva a cabo en equipos de enormes dimensiones, denominados torres de destilación, que emulan las columnas de fraccionamiento y están diseñadas específicamente para la separación del petróleo crudo en diferentes cortes o corrientes de acuerdo con su rango de ebullición.
Este rango de ebullición se refiere al intervalo de los puntos de ebullición de cada fracción separada, debido a que son mezclas de hidrocarburos con distintos componentes y, por lo tanto, poseen puntos de ebullición diferentes.
Antes de ingresar a la torre de destilación, el petróleo crudo es calentado a una temperatura de aproximadamente 400 °C, para vaporizar esta sustancia y que sea separada en la columna en orden creciente de su rango de ebullición.
De este modo, los cortes más volátiles como gases (propano, butano…), gasolina y nafta están en la parte superior de la columna, y a medida que se desciende se encuentran las corrientes más “pesadas”, como lubricantes o componentes residuales.
Algunas fracciones extraídas de la torre (como la gasolina) son aditivadas y mejoradas para su posterior comercialización; otros cortes como el gasóleo son utilizados como alimentación o combustible para otros procesos dentro de la industria.
Otras corrientes como las sustancias residuales son introducidas en otros procesos que vuelven a separarlas en sus constituyentes y a darles otros usos, o se aumenta su valor comercial.
Cuando el gas licuado del petróleo (GLP) está asociado al gas natural, el proceso más común para su extracción es la destilación fraccionada.
Esto se debe a que el GLP, al estar en estado gaseoso, se comporta como un componente con menor presión de vapor y, por lo tanto, tiene puntos de ebullición más altos.
Esto facilita que el proceso mediante destilación fraccionada el gas natural seco se separe del GLP, así como el resto de hidrocarburos o líquidos que van asociados.
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