¿Qué es la destilación? Este es el proceso de convertir un líquido en vapor, que luego se condensa de nuevo en forma líquida. El ejemplo más simple es la destilación del agua, donde el vapor de una tetera se deposita en forma de gotas sobre una superficie fría.
Aplicación e historial
La destilación se utiliza para separar líquidos de sólidos no volátiles, como en la destilación de licores a partir de materiales fermentados, o para separar dos o más líquidos con diferentes puntos de ebullición, como en la fabricación de gasolina, queroseno y lubricantes del petroleo Otras aplicaciones industriales incluyen el procesamiento de productos químicos como el formaldehído y el fenol y la desalinización de agua de mar.
El proceso de destilación probablemente fue utilizado por experimentadores antiguos. Aristóteles (384-322 aC) mencionó que se puede obtener agua pura evaporando agua de mar. Plinio el Viejo (23-79 dC) describió un método primitivo de condensación en el que el aceite obtenido al calentar colofonia se recoge en lana colocada encima dealambique.
Destilación sencilla
La mayoría de los métodos de destilación utilizados en la investigación industrial y de laboratorio son variaciones de la destilación simple. Esta tecnología básica utiliza un cubo o retorta en el que se calienta el líquido, un condensador para enfriar el vapor y un recipiente para recoger el destilado. Cuando se calienta una mezcla de sustancias, primero se destila la más volátil de ellas, o la que tiene el punto de ebullición más bajo, y luego se destilan las demás, o no se destilan en absoluto. Un aparato tan simple es excelente para purificar líquidos que contienen componentes no volátiles y es bastante efectivo para separar sustancias con diferentes puntos de ebullición. Para uso en laboratorio, las partes del aparato suelen estar hechas de vidrio y conectadas con tapones, mangueras de goma o tubos de vidrio. A escala industrial, los equipos están hechos de metal o cerámica.
Destilación fraccionada
Se desarrolló un método llamado destilación fraccionada o diferencial para refinar el petróleo porque la destilación simple para separar líquidos cuyos puntos de ebullición difieren poco es ineficiente. En este caso, los vapores se condensan y evaporan repetidamente en un recipiente vertical aislado. Aquí juegan un papel especial los vaporizadores secos, las columnas fraccionarias y los condensadores, que permiten devolver parte del condensado al alambique. El objetivo es lograr un estrecho contacto entre las diferentes fases ascendentes de la mezcla para quesolo las fracciones más volátiles en forma de vapor llegaban al receptor, y el resto regresaba en forma líquida hacia el cubo. La purificación de componentes volátiles como resultado del contacto entre dichas contracorrientes se denomina rectificación o enriquecimiento.
Destilación múltiple
Este método también se denomina evaporación instantánea de varias etapas. Este es otro tipo de destilación simple. Se utiliza, por ejemplo, para destilar agua en grandes plantas desaladoras comerciales. La conversión de líquido a vapor no requiere calentamiento. Simplemente fluye de un recipiente con alta presión atmosférica a un recipiente con menor presión. Esto conduce a una rápida evaporación, acompañada de la condensación del vapor en líquido.
Destilación al vacío
Una variación del proceso de presión reducida usa una bomba de vacío para crear un vacío. Este método, llamado "destilación al vacío", se usa a veces con sustancias que normalmente hierven a altas temperaturas o se descomponen cuando se hierven en condiciones normales.
Las bombas de vacío crean presión en la columna, que es mucho más baja que la presión atmosférica. Además de ellos, se utilizan reguladores de vacío. El control cuidadoso de los parámetros es muy importante porque la eficiencia de separación depende de la diferencia en la volatilidad relativa a una temperatura y presión dadas. Cambiar esta configuración puede afectar negativamente el progreso del proceso.
La destilación al vacío es bien conocida en las refinerías. Los métodos de destilación convencionales separanhidrocarburos ligeros e impurezas de hidrocarburos pesados. El producto residual se somete a destilación al vacío. Esto hace posible separar hidrocarburos de alto punto de ebullición como aceites y ceras a bajas temperaturas. El método también se utiliza en la separación de productos químicos orgánicos sensibles al calor y en la recuperación de disolventes orgánicos.
¿Qué es la destilación al vapor?
La destilación al vapor es un método alternativo de destilación a temperaturas por debajo del punto de ebullición normal. Se utiliza cuando la sustancia destilada es inmiscible y no reacciona químicamente con el agua. Ejemplos de dichos materiales son los ácidos grasos y el aceite de soja. Durante la destilación, se introduce vapor en el líquido, que lo calienta y provoca la evaporación.
Destilación en columna empacada
Aunque las columnas empacadas se usan con mayor frecuencia para la absorción, también se usan para la destilación de mezclas de vapor y líquido. Este diseño proporciona una gran área de superficie de contacto, lo que aumenta la eficiencia del sistema. Otro nombre para tal estructura es columna de destilación.
El principio de funcionamiento es el siguiente. La mezcla cruda de componentes con diferente volatilidad se alimenta al centro de la columna. El líquido fluye hacia abajo a través de la boquilla y el vapor sube. La mezcla en el fondo del tanque entra al precalentador y sale con vapor. El gas sube rápidamente a través del empaque, recogiendo los componentes más volátiles del líquido, sale de la columna y entra al condensador. Después de la licuefacción, el producto entraal colector de flemas, donde se separa en un destilado y una fracción que se utiliza para el riego.
Diferentes concentraciones hacen que los componentes menos volátiles pasen de la fase de vapor a la fase líquida. La boquilla aumenta la duración y el área de contacto, lo que aumenta la eficiencia de separación. A la salida, el vapor contiene la máxima cantidad de componentes volátiles, mientras que su concentración en el líquido es mínima.
Las boquillas se llenan a granel y en paquetes. La forma del relleno puede ser aleatoria o estructurada geométricamente. Está hecho de un material inerte como arcilla, porcelana, plástico, cerámica, metal o grafito. El relleno tiene típicamente dimensiones de 3 a 75 mm y tiene una gran superficie en contacto con la mezcla líquido-vapor. El llenado a granel tiene la ventaja de un alto rendimiento, alta resistencia a la presión y bajo costo.
Los rellenos metálicos tienen alta resistencia y buena humectabilidad. Las cerámicas tienen una humectabilidad aún mayor, pero no son tan fuertes. Los de plástico son lo suficientemente fuertes, pero no se humedecen bien con caudales bajos. Dado que los rellenos cerámicos son resistentes a la corrosión, se utilizan a temperaturas elevadas que el plástico no puede soportar.
Las boquillas de paquete son una malla estructurada, cuyas dimensiones corresponden al diámetro de la columna. Proporciona canales largos para flujos de líquido y vapor. Son más caros, pero te permiten reducir las caídas de presión. Se prefieren las boquillas de paquete a caudales bajos y en condiciones de baja presión. Suelen ser de madera, chapa o malla tejida.
Utilizado en la recuperación de solventes y las industrias petroquímicas.
Destilación en columna de destilación
El tipo de columna más utilizado. El número de platos depende de la pureza deseada y de la complejidad de la separación. Afecta a la altura de la columna de destilación.
El principio de su funcionamiento es el siguiente. La mezcla se alimenta en el centro de la altura de la columna. La diferencia de concentración hace que los componentes menos volátiles pasen de la corriente de vapor a la corriente líquida. El gas que sale del condensador contiene las sustancias más volátiles, mientras que las sustancias menos volátiles salen a través del calentador hacia la corriente líquida.
La geometría de las placas en la columna afecta el grado y tipo de contacto entre los diferentes estados de fase de la mezcla. Estructuralmente, son tamiz, válvula, tapa, celosía, cascada, etc. Las bandejas de tamiz, que tienen orificios para el vapor, se utilizan para proporcionar un alto rendimiento a bajo costo. Las bandejas de válvulas más baratas, en las que las aberturas cuentan con válvulas de apertura y cierre, son propensas a obstruirse debido a la acumulación de material. Las tapas están equipadas con tapas que permiten que el vapor pase a través del líquido a través de pequeños orificios. Esta es la tecnología más avanzada y costosa, efectiva a bajas tasas de flujo. El fluido fluye de una bandeja a otra por los tubos verticales de drenaje.
Las columnas de tabla se utilizan a menudo para recuperar disolventes de los residuos del proceso. También se utilizan para recuperar metanol en una operación de secado. El agua sale como un producto líquido y los desechos orgánicos volátiles pasan a la fase de vapor. Así es la destilación en una columna de destilación.
Destilación criogénica
La destilación criogénica es la aplicación de métodos generales de destilación a gases enfriados hasta un estado líquido. El sistema funciona a temperaturas inferiores a -150 °C. Para ello se utilizan intercambiadores de calor y serpentines. Toda la estructura se llama bloque criogénico. Los gases licuados ingresan a la unidad y se destilan a temperaturas muy bajas. Las columnas de destilación criogénica se pueden empaquetar y empaquetar. Se prefiere el diseño por lotes ya que el material a granel es menos eficaz a bajas temperaturas.
Una de las principales aplicaciones de la destilación criogénica es la separación del aire en sus gases constituyentes.
Destilación extractiva
La destilación extractiva utiliza compuestos adicionales que actúan como solventes para cambiar la volatilidad relativa de uno de los componentes de la mezcla. En la columna extractiva se añade un disolvente a las sustancias a separar. El componente de la corriente de alimentación a recuperar se combina con el solvente y sale en la fase líquida. El otro componente se evapora y pasa al destilado. Segunda carrera aotra columna permite separar la sustancia del disolvente, que vuelve a la etapa anterior para repetir el ciclo.
La destilación extractiva se usa para separar compuestos con puntos de ebullición cercanos y mezclas azeotrópicas. La destilación extractiva no está tan extendida en la industria como la destilación convencional debido a la complejidad del diseño. Un ejemplo es el proceso de obtención de celulosa. El solvente orgánico separa la celulosa de la lignina y una segunda destilación produce una sustancia pura.
