Destilación simple y fraccionada con ejemplos de la vida real
Visualización de la destilación en el laboratorio: 1: Fuente de calor 2: Matraz de fondo redondo 3: Cabeza del alambique 4: Termómetro/Temperatura del punto de ebullición 5: Condensador 6: Entrada de agua de refrigeración 7: Salida de agua de refrigeración 8: Matraz de destilación/recepción 9: Entrada de vacío/gas 10: Receptor del alambique 11: Control de calor 12: Control de la velocidad del agitador 13: Agitador/placa calefactora 14: Baño de calentamiento (aceite/arena) 15: Mecanismo de agitación (no se muestra), por ejemplo, chips de ebullición o agitador mecánico 16: Baño de refrigeración.[1] 141-143
La destilación, o destilación clásica, es el proceso de separación de los componentes o sustancias de una mezcla líquida utilizando la ebullición selectiva y la condensación. La destilación seca es el calentamiento de materiales sólidos para producir productos gaseosos (que pueden condensarse en líquidos o sólidos). La destilación seca puede implicar cambios químicos como la destilación destructiva o el craqueo y no se trata en este artículo. La destilación puede resultar en una separación esencialmente completa (componentes casi puros), o puede ser una separación parcial que aumenta la concentración de componentes seleccionados en la mezcla. En cualquier caso, el proceso aprovecha las diferencias en la volatilidad relativa de los componentes de la mezcla. En las aplicaciones industriales, la destilación es una operación unitaria de importancia prácticamente universal, pero es un proceso de separación física, no una reacción química.
¿Qué es la destilación? Destilación Simple vs. Fraccionada
La destilación se refiere al proceso de utilizar el calentamiento y el enfriamiento para separar y purificar los componentes de una mezcla líquida. Explore la definición del proceso de destilación y cómo funciona para separar los compuestos, y conozca también los aparatos necesarios para que la destilación se complete.
Definición de destilación¿Ha admirado alguna vez las formas de las nubes? Las nubes se forman cuando el vapor de agua de la atmósfera asciende y se encuentra con el aire frío. El aire frío hace que el agua se condense en gotas. El mismo proceso de condensación se produce durante la destilación, que es esencialmente cuando un líquido se purifica mediante cambios de temperatura. La condensación que se produce cuando un vapor caliente se enfría es un proceso clave en la destilación. Es posible que también haya oído hablar de la destilación como el método para producir bebidas alcohólicas. En química (que es de lo que realmente estamos hablando aquí), en realidad puede ser cualquier líquido, como la definición anterior sugería.
Destilación | Definición | Ejemplos | Diagrama
Durante las destilaciones fraccionadas, la temperatura se estabiliza en el punto de ebullición de cada líquido, porque durante ese tiempo, la energía de la fuente de calor está trabajando para evaporar el líquido en lugar de calentar la mezcla. Cuando ese líquido se evapore, la solución comenzará a calentarse de nuevo. Cuando el líquido se vuelve a calentar, la inclinación de la curva es una indicación de lo bien que la destilación está separando la mezcla (en 55 mL en la imagen mostrada). Si esta línea es menos empinada, los productos de la destilación serán menos puros que si la línea es empinada. Si la temperatura se está calentando y el líquido todavía se está evaporando y luego condensando en el recipiente de recogida (la causa de una curva menos pronunciada), los componentes separados están todavía en el vapor y condensándose juntos. El producto final es más puro en su meseta.
El Proceso de Destilación FraccionariaUn proceso de destilación fraccionaria comienza calentando una mezcla de líquidos después de configurar el aparato, como se muestra en la imagen de abajo. A medida que la solución comienza a calentarse, el líquido con el punto de ebullición más bajo comienza a vaporizarse y a subir por la columna. Los líquidos con un punto de ebullición más alto también se vaporizarán un poco, pero no subirán tanto como el componente con el punto de ebullición más bajo, por lo que se condensarán en la columna de fraccionamiento y volverán al matraz original. La columna de fraccionamiento contiene perlas que permiten que el líquido se condense en ellas y se reevapore en un ciclo que funciona como una destilación simple. Así, cuantos más ciclos atraviese la mezcla, más puro será el producto final. A medida que el componente con un punto de ebullición más alto permanece como líquido o es más bajo en la columna de fraccionamiento, el componente con un punto de ebullición más bajo sube por la columna de fraccionamiento y se enfría, por lo que se condensa en un recipiente de recogida. Esto continúa hasta que el primer componente se re-condensa casi por completo en el recipiente de recogida, y entonces el segundo componente comenzará a atravesar la columna de fraccionamiento. La destilación fraccionada puede tener dos o más líquidos, por lo que los pasos continúan hasta que todos los componentes estén separados.
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Comencemos hablando de la presión de vapor de una sustancia pura y de cómo varía con la temperatura. La presión de vapor es una propiedad de equilibrio. Si volvemos a ese día caluroso y ventoso en la playa y consideramos la humedad relativa del aire, el efecto refrigerante del viento sería más efectivo si la humedad relativa fuera baja. Si el aire contuviera una gran cantidad de vapor de agua, su efecto refrescante se vería muy disminuido y si la humedad relativa fuera del 100%, no habría efecto refrescante. Todo el mundo en San Luis ha experimentado lo que tarda en secarse un día caluroso y húmedo. En equilibrio, el proceso de vaporización se compensa con una cantidad igual de condensación. Por cierto, si la vaporización es un proceso endotérmico (es decir, se absorbe calor), la condensación debe ser un proceso exotérmico (es decir, se libera calor). Consideremos ahora cómo varía la presión de vapor con la temperatura. La figura 1 ilustra que la presión de vapor es una función muy sensible a la temperatura. No aumenta linealmente, sino que lo hace exponencialmente con la temperatura. Una “regla general” útil es que la presión de vapor de una sustancia se duplica aproximadamente por cada aumento de 10 °C. Si seguimos la dependencia de la temperatura de la presión de vapor para una sustancia como el agua dejada en un recipiente abierto, encontraríamos que la presión de vapor de equilibrio del agua aumentaría hasta alcanzar 1 atmósfera o 101325 Pa (101,3 kPa, 760 mm