Columna de fraccionamiento para niños
| Destilación | |
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| Ramas | |
| Ley de Raoult / Ley de Dalton / Reflujo / Ecuación de Fenske / Método de McCabe-Thiele / Plato teórico / Presión parcial / Equilibrio vapor-líquido | |
| Procesos industriales | |
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| Métodos de laboratorio | |
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| Técnicas | |
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Una columna de fraccionamiento es una herramienta muy importante que se usa en la destilación. Sirve para separar mezclas de líquidos en sus partes, llamadas fracciones. Esto se logra aprovechando que cada líquido tiene un punto de ebullición diferente.
Las columnas de fraccionamiento se usan tanto en laboratorios, para experimentos pequeños, como en grandes industrias, para procesar enormes cantidades de líquidos.
Contenido
¿Cómo funcionan las columnas de fraccionamiento?
Las columnas de fraccionamiento ayudan a separar una mezcla de líquidos. Lo hacen permitiendo que los vapores de la mezcla se enfríen, se conviertan en líquido (condensación) y luego se vuelvan a evaporar. Con cada ciclo de evaporación y condensación, los vapores se hacen más ricos en el componente que hierve a menor temperatura.
Una superficie más grande dentro de la columna permite que ocurran más ciclos. Esto mejora la separación de los líquidos. Por eso, algunas columnas tienen formas especiales o están llenas de materiales.
Columnas de Fraccionamiento en el Laboratorio
En el laboratorio, una columna de fraccionamiento es un tubo de vidrio. Se usa para separar vapores de líquidos que tienen puntos de ebullición muy parecidos. A veces se le llama columna fraccionaria.
Las más comunes son las columnas Vigreux o las columnas rectas llenas de bolitas de vidrio o piezas de metal. Estas piezas aumentan la superficie de contacto.
En una destilación fraccionada de laboratorio, la mezcla líquida se calienta. El vapor sube por la columna. El vapor se condensa en unas pequeñas salientes de vidrio dentro de la columna. Luego, vuelve a caer al recipiente de calentamiento. Solo el vapor más ligero (el que hierve a menor temperatura) logra llegar a la parte superior. Allí, pasa por un condensador que lo enfría y lo convierte en un líquido puro.
Columnas de Fraccionamiento en la Industria
La destilación fraccionada es un proceso clave en la ingeniería química. Las columnas de fraccionamiento se usan mucho en industrias que necesitan separar grandes cantidades de líquidos.
Algunas de estas industrias son:
- El procesamiento de petróleo.
- La producción de productos petroquímicos.
- El procesamiento de gas natural.
- La producción de solventes y otras similares.
Su uso más importante es en las refinerías de petróleo. Allí, el petróleo crudo es una mezcla muy compleja. No se busca obtener químicos puros, sino grupos de compuestos. Estos grupos tienen puntos de ebullición similares y se llaman fracciones. De ahí viene el nombre de destilación fraccionada.
Tamaño y Funcionamiento Industrial
Las columnas de destilación industrial son cilindros verticales muy grandes. Pueden medir desde 65 centímetros hasta 6 metros de diámetro. Su altura puede ir desde 6 metros hasta 60 metros o más.
Estas torres suelen funcionar de forma continua. Esto significa que la cantidad de líquido que entra es igual a la cantidad de producto que sale.
El calor es muy importante. La cantidad de calor que entra a la columna debe ser igual a la que sale. Si hay demasiado o muy poco calor, el proceso puede fallar.
La Figura 3 muestra una columna industrial que separa una mezcla en dos partes: una ligera (destilado) y una pesada (fondos). Sin embargo, muchas columnas industriales tienen varias salidas a diferentes alturas. Así, pueden obtenerse varios productos con distintos puntos de ebullición de una sola mezcla. Los productos "más ligeros" (con puntos de ebullición más bajos) salen por la parte superior. Los productos "más pesados" (con puntos de ebullición más altos) salen por la parte inferior.
Reflujo y Bandejas
Las columnas industriales usan algo llamado "reflujo externo". El reflujo es una parte del líquido condensado que se devuelve a la parte superior de la columna. Esto ayuda a que la separación sea mejor.
Dentro de la columna, el líquido de reflujo que baja enfría y condensa los vapores que suben. Esto hace que la torre sea más eficiente. Cuanto más reflujo y más "bandejas" (o platos) tenga la columna, mejor será la separación.
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Las "bandejas" o "placas" con tapas de burbuja son dispositivos que se usan para que el vapor que sube y el líquido que baja tengan un buen contacto. Estas bandejas se ven en las Figuras 4 y 5.
A veces, en lugar de bandejas, se usa un "material de empaque" dentro de la columna. Este material puede ser de metal, cerámica o vidrio. Los líquidos mojan la superficie del empaque, y los vapores pasan a través de esta superficie húmeda. Allí es donde ocurre la separación.
Construcción de Columnas Industriales
Las columnas de destilación industrial pueden ser muy altas, hasta 80 metros o más. Su diámetro puede superar los 6 metros. Dentro de ellas, se usan las placas (bandejas) o el material de empaque para el contacto entre el vapor y el líquido. El material de empaque puede ser de metal, cerámica o vidrio, con diferentes formas. La condensación ocurre en la superficie de estos elementos.
Usos Importantes en la Industria
La rectificación, que es otro nombre para este proceso de separación, es muy importante desde el siglo XIX. Se usa en muchas áreas de la química. Es clave cuando se necesita separar componentes de una mezcla de forma muy pura. Por ejemplo, en la producción de sustancias para la síntesis orgánica, polímeros o semiconductores.
La rectificación es un proceso donde la evaporación y la condensación se repiten muchas veces. Así, la mezcla original se divide en dos o más partes. La parte de vapor se llena con los componentes que hierven a baja temperatura. La parte líquida se llena con los componentes que hierven a alta temperatura.
Véase también
En inglés: Fractionating column Facts for Kids
- Destilación azeotrópica
- Destilación por lotes
- Destilación continua
- Destilación extractiva
- Cristalería de laboratorio
- Destilación al vapor
- Placa teórica
- Destilación al vacío
Enlaces externos
