Destilación simple y fracccionada

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                                                                                                                      El equilibrio termodinámico  líquido vapor se alcanzará cuando los potenciales químicos de la sustancia son los mismos en ambas fases a cierta Temperatura y Presión dadas.[pic 5][pic 3][pic 4]

En una mezcla binaria de equilibrio líquido-vapor se pueden determinar las composiciones molares tanto de la fase gaseosa como de la fase líquida en función de la presión o de la temperatura.[pic 6]

La destilación es la operación de separar, comúnmente mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición (temperaturas de ebullición) de cada una de las sustancias a separar.

 La destilación simple es una técnica de separación utilizada en los laboratorios de química para purificar líquidos mediante la eliminación de impurezas no volátiles. También se utiliza para la separación de mezclas de líquidos miscibles que difieren en p.a. en al menos 25 ºC, y que también debe presentar p.e. < 150 ºC a presión atmosférica. Por tanto, aprovecha las propiedades del punto de ebullición de las mezclas de líquidos. 

El proceso se rige por la Ley de Raoult. Se necesita un matraz con boca de vidrio esmerilado, una cabeza de destilación, un termómetro, un refrigerante de agua (refrigerante recto), un adaptador de destilación (cola de destilación) y un matraz colector.[pic 7]

La Ley de Raoult establece que la relación entre la presión de vapor de cada componente en una solución ideal es dependiente de la presión de vapor de cada componente individual y de la fracción molar de cada componente en la solución. “La presión parcial de un disolvente sobre una disolución P1 está dada por la presión de vapor del disolvente puro Po1, multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución X1”: [pic 8]

La destilación fraccionada es una variante de la destilación simple que se emplea principalmente cuando es necesario separar líquidos con punto de ebullición cercanos.

La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Una columna de fraccionamiento de laboratorio es una pieza de vidrio que se utiliza para separar mezclas vaporizadas de compuestos líquidos con una volatilidad cercana. Ésta permite un mayor contacto entre los vapores que ascienden con el líquido condensado que desciende, por la utilización de diferentes "platos". Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido.

Las características y diferencias de la destilación simple y fraccionada: destilación simple: se usa para separar líquidos con puntos de ebullición inferiores a 150°C, se utiliza principalmente para purificación de un líquido de un sólido, se utiliza un tubo refrigerante para condensar la sustancia que está en forma de vapor; destilación fraccionada: se utiliza para separar líquidos con puntos de ebullición menores a 70°C, se puede usar para separar más de dos sustancias, se usa una torre de destilación fraccionada en la que debido a la densidad de los gases se pueden retener antes de purificarse.

Un plato teórico en muchos procesos de separación es una zona o etapa hipotética en la que dos fases, como las fases líquida y vapor de una sustancia, establecen un equilibrio entre sí. Estas etapas de equilibrio también pueden denominarse etapa de equilibrio, etapa ideal o bandeja teórica. El desempeño de muchos procesos de separación depende de tener una serie de etapas de equilibrio y se mejora al proporcionar más etapas de este tipo. En otras palabras, tener más platos teóricos aumenta la eficiencia del proceso de separación. El número de platos teóricos N de una columna de longitud L será:[pic 9]

Una mezcla azeotrópica es una mezcla líquida de dos o más componentes que posee un único punto de ebullición constante y fijo, y que al pasar al estado vapor se comporta como un líquido puro, o sea como si fuese un solo componente. Un azeótropo, puede hervir a una temperatura superior, intermedia o inferior a la de los constituyentes de la mezcla, permaneciendo el líquido con la misma composición inicial, al igual que el vapor, por lo que no es posible separarlos por destilación simple. El azeótropo que hierve a una temperatura máxima se llama azeótropo de ebullición máxima y el que lo hace a una temperatura mínima se llama azeótropo de ebullición mínima, los sistemas azeotrópicos de ebullición mínima son más frecuentes que los de ebullición máxima.

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La destilación a presión reducida la usamos cuando la temperatura de ebullición de nuestro compuesto es demasiado alta (mayor a 200°C) y en consecuencia comienza la descomposición de nuestro compuesto antes de que se evapore. Esta técnica se emplea en la separación de líquidos con un punto de ebullición superior a 150°C. Existen numerosos procesos industriales, donde la destilación fraccionada es una operación clave y de suma importancia para la obtención y calidad de los productos fabricados.

Muchos líquidos orgánicos no pueden ser destilados a presión atmosférica debido a que se descomponen al llegar a su punto de ebullición o por debajo de este, esto es frecuente en compuestos que ebullen por encima de los 200°C.

El punto de ebullición de las sustancias varía en relación directa con la presión, por lo que la relación entre la presión aplicada y la temperatura de ebullición de un líquido está determinada por su comportamiento presión de vapor-temperatura.

Un nomograma es la representación gráfica de una ecuación de varias variables y consta de tantos elementos gráficos como variables tenga la ecuación. Estos elementos pueden ser puntos o líneas, ya sea rectas o curvas.  Dados los valores de todas las variables menos una, el de esta última puede encontrarse por medio de algún recurso geométrico inmediato, que generalmente es el trazado de otra línea que pasa por ese punto.

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