Destilación para niños

La destilación es un método para separar los diferentes componentes de una mezcla líquida. Imagina que tienes una mezcla de dos líquidos con distintos puntos de ebullición, es decir, que se evaporan a temperaturas diferentes. La destilación aprovecha esta diferencia. Primero, se calienta la mezcla hasta que uno de los líquidos se convierte en vapor. Luego, ese vapor se enfría para que vuelva a ser líquido, y así se recoge por separado.

Este proceso puede lograr una separación casi completa, obteniendo componentes muy puros. También puede ser una separación parcial, donde se aumenta la concentración de ciertos componentes en la mezcla. La clave está en que cada componente de la mezcla tiene una facilidad diferente para convertirse en vapor (lo que llamamos volatilidad).

En la industria química, la destilación es una operación muy importante. Es un proceso físico de separación, no una reacción química.

¿Para qué se usa la Destilación?

La destilación tiene muchas aplicaciones útiles en nuestra vida diaria y en la industria:

• Ayuda a separar el etanol de productos fermentados, que luego se usa en diversas industrias.
• Es un método antiguo y efectivo para quitar la sal del agua y obtener agua dulce.
• En la industria de los combustibles, la destilación ayuda a preparar el petróleo crudo para que sea seguro de almacenar y transportar. También lo transforma en diferentes tipos de combustibles y materiales para la industria química.
• La destilación criogénica se usa para separar el aire en sus componentes, como oxígeno, nitrógeno y argón, que tienen muchos usos industriales.
• En la química industrial, se destilan grandes cantidades de líquidos para separar productos, eliminar impurezas o recuperar materiales que no reaccionaron.

Una instalación donde se realiza la destilación se conoce como destilería. El equipo principal en una destilería es el alambique.

Un Viaje por la Historia de la Destilación

Equipo de destilación utilizado por el alquimista del siglo III Zósimos de Panópolis, de un manuscrito griego bizantino.

En 1975, un químico llamado Paolo Rovesti encontró un aparato de destilación de arcilla en Pakistán que data de hace unos 5000 años. También hay pruebas de destilación en tabletas antiguas de Mesopotamia, de hace unos 3200 años, que describen cómo se hacían perfumes.

Los alquimistas en Alejandría (Egipto romano) ya usaban la destilación en el siglo I. El agua destilada se usaba al menos desde el año 200 d.C. En el antiguo subcontinente indio, se encontraron recipientes de arcilla cocida que muestran que la destilación se practicaba hace unos 2000 años. Sin embargo, estos primeros aparatos solo podían producir líquidos con poca concentración, ya que no eran muy eficientes para recoger los vapores. En China, la destilación de líquidos pudo haber comenzado durante la dinastía Han (siglos II-II), y la destilación de ciertas bebidas se inició en las dinastías Jin y Song del Sur (siglos XII-XIII).

Una prueba clara de la destilación de ciertos líquidos proviene del químico árabe Al-Kindi en Irak, en el siglo IX. Este proceso se extendió luego a Italia en el siglo XII. La destilación fraccionada fue desarrollada por Tadeo Alderotti en el siglo XIII.

En 1500, el alquimista alemán Hieronymus Braunschweig publicó Liber de arte destillandi (El libro del arte de la destilación), el primer libro dedicado solo a este tema. En 1651, John French publicó The Art of Distillation, el primer libro importante en inglés sobre la práctica.

Liber de arte Distillandi de Compositis de Hieronymus Brunschwig (Estrasburgo, 1512).

Una retorta.

Destilación.

Viejo destilador.

Destilación simple de un líquido en Timor Oriental.

A medida que la alquimia se convirtió en la ciencia de la química, se usaron recipientes llamados retortas para las destilaciones. Tanto los alambiques como las retortas son tipos de cristalería con cuellos largos que dirigen el vapor hacia abajo para que se enfríe y se convierta en líquido, que luego se recoge. Más tarde, se inventaron los alambiques de cobre. Hoy en día, los métodos de destilación más modernos y eficientes han reemplazado en gran medida a los alambiques antiguos en la mayoría de los procesos industriales. Sin embargo, el alambique tradicional todavía se usa para producir algunos líquidos especiales.

Las primeras formas de destilación eran procesos por lotes, donde se vaporizaba y condensaba una vez. Para obtener mayor pureza, se repetía el proceso varias veces. Se dice que los químicos realizaban entre 500 y 600 destilaciones para obtener un compuesto puro.

A principios del siglo XIX, se desarrollaron las bases de las técnicas modernas, como el precalentamiento y el reflujo. En 1822, Anthony Perrier creó uno de los primeros alambiques continuos, y en 1826, Robert Stein mejoró ese diseño. En 1830, Aeneas Coffey patentó un diseño aún mejor. El alambique continuo de Coffey es considerado el modelo de las unidades petroquímicas modernas.

Con el surgimiento de la ingeniería química a finales del siglo XIX, se pudieron aplicar métodos científicos más precisos. El desarrollo de la industria petrolera a principios del siglo XX impulsó la creación de métodos de diseño exactos, como el método McCabe-Thiele y la ecuación de Fenske. Las computadoras potentes también permitieron simular directamente las columnas de destilación.

¿Cómo funciona la Destilación?

El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la que su presión de vapor es igual a la presión que lo rodea, permitiendo que se formen burbujas. Un caso especial es el punto de ebullición normal, que ocurre a la presión atmosférica estándar.

Es un error común pensar que en una mezcla líquida, cada componente hierve a su propio punto de ebullición y se separa de forma pura. Esto no ocurre, incluso en un sistema ideal. Los modelos de destilación ideales se basan en la ley de Raoult y la ley de Dalton, y suponen que se alcanza el equilibrio entre el vapor y el líquido.

La ley de Raoult dice que la presión de vapor de una solución depende de:

• La presión de vapor de cada componente químico en la solución.
• La cantidad de cada componente en la solución (su fracción molar).

Esta ley se aplica a las soluciones ideales, donde las interacciones entre las moléculas son muy similares a las de los líquidos puros.

La ley de Dalton establece que la presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de cada gas individual. Cuando se calienta una mezcla líquida, la presión de vapor de cada componente aumenta, lo que hace que la presión de vapor total también aumente. Cuando la presión de vapor total alcanza la presión que rodea al líquido, se produce la ebullición y el líquido se convierte en gas. Una mezcla con una composición específica tiene un único punto de ebullición a una presión dada, siempre que los componentes sean solubles entre sí.

Esto significa que los componentes más ligeros (los que se evaporan más fácilmente) no "hierven primero" de forma completamente pura. En el punto de ebullición, todos los componentes volátiles se evaporan, pero los más ligeros se concentran más en el vapor. Los componentes más pesados también se evaporan, aunque en menor cantidad. La destilación funciona porque la composición de la mezcla va cambiando a medida que se separan los componentes.

El modelo ideal funciona bien para líquidos químicamente similares, como el benceno y el tolueno. En otros casos, como la mezcla de etanol y agua, hay grandes diferencias. Estos compuestos pueden formar un azeótropo, que es una mezcla que hierve a una temperatura constante y su vapor tiene la misma composición que el líquido. Esto significa que la destilación no puede separarlos completamente. Para obtener datos precisos sobre el equilibrio líquido-vapor, es necesario medirlo experimentalmente.

No es posible purificar completamente una mezcla por destilación, ya que esto requeriría que cada componente tuviera una presión parcial de cero. Si se necesitan productos muy puros, se deben usar otros métodos de separación química.

Destilación por Lotes o Diferencial

Un lote que muestra la separación de A y B.

Imagina que calientas una mezcla ideal de dos sustancias volátiles, A y B, donde A se evapora más fácilmente (tiene un punto de ebullición más bajo). En una destilación por lotes, como la que se muestra en la imagen, la mezcla se calienta hasta que hierve. El vapor que se forma sobre el líquido contiene una mezcla de A y B. La proporción de A y B en el vapor será diferente a la del líquido, con más cantidad de A (el componente más volátil). Este vapor pasa por un condensador y se convierte en líquido, que se recoge.

A medida que el componente A se evapora y se retira, la proporción de los componentes en el líquido restante cambia, volviéndose más rica en el componente B. Esto hace que el punto de ebullición de la mezcla aumente, y la temperatura del vapor también sube. Como resultado, la proporción de A y B en el líquido recogido (el destilado) cambia lentamente a lo largo del proceso.

Si la diferencia en la facilidad de evaporación entre A y B es grande, la mezcla al principio de la destilación estará muy enriquecida en A. A medida que A se destila, el líquido que queda se enriquece en B.

Destilación Continua

Diagrama de una típica torre de destilación industrial.

La destilación continua es un proceso donde la mezcla líquida se alimenta sin parar y los componentes separados se retiran continuamente. Este método produce al menos dos productos: un líquido vaporizado y luego condensado (el destilado), y un residuo menos volátil que queda al final (los fondos).

A diferencia de la destilación por lotes, en la destilación continua las concentraciones de los materiales se mantienen constantes a lo largo del tiempo. Esto permite un control más preciso del proceso de separación. Para una mezcla específica, la pureza de los productos en la destilación continua depende de la cantidad de líquido que se devuelve a la columna (relación de reflujo) y del número de etapas de equilibrio teóricas (que en la práctica se determinan por el número de bandejas o la altura del material de relleno). El reflujo es el líquido condensado que se devuelve a la columna, lo que mejora la separación. Las etapas de equilibrio son pasos ideales donde las composiciones alcanzan un balance entre el vapor y el líquido, repitiendo el proceso de separación.

Mejoras Generales

Tanto la destilación por lotes como la continua se pueden mejorar usando una columna de fraccionamiento en la parte superior del recipiente de destilación. Esta columna aumenta la superficie de contacto entre el vapor y el líquido condensado, lo que ayuda a que la separación sea más completa. La columna puede tener pequeñas secciones llamadas "placas" o "bandejas", cada una con su propio equilibrio entre vapor y líquido.

Existen diferencias entre las columnas de fraccionamiento de laboratorio y las industriales, pero los principios son los mismos. Algunos ejemplos de columnas de fraccionamiento de laboratorio para mejorar la eficiencia incluyen:

• Condensador de aire
• Columna Vigreux
• Columna empacada (con cuentas de vidrio o material inerte)
• Sistema de destilación de banda giratoria.

Tipos de Destilación en el Laboratorio

Unidad de destilación fraccionada típica de laboratorio.

Las destilaciones en el laboratorio casi siempre se hacen por lotes. El aparato de destilación, a veces llamado destilador, tiene al menos un rehervidor o caldera donde se calienta la mezcla, un condensador donde el vapor caliente se enfría y vuelve a ser líquido, y un receptor donde se recoge el líquido purificado, llamado destilado. Hay varias técnicas de destilación a escala de laboratorio.

Destilación Simple

En la destilación simple, el vapor va directamente a un condensador. El líquido recogido (destilado) no es completamente puro, sino que su composición es igual a la del vapor a esa temperatura y presión. Esta concentración sigue la ley de Raoult.

Por eso, la destilación simple solo es efectiva cuando los puntos de ebullición de los líquidos son muy diferentes (se recomienda una diferencia de al menos 25 °C) o cuando se separan líquidos de sólidos o aceites que no se evaporan. En estos casos, las presiones de vapor de los componentes son lo suficientemente distintas como para que el destilado sea lo bastante puro para su uso.

Destilación Fraccionada

Cuando los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla son muy cercanos, se usa la destilación fraccionada. Este método separa los componentes mediante ciclos repetidos de vaporización y condensación dentro de una columna de fraccionamiento. Este proceso de separaciones sucesivas también se llama rectificación.

A medida que la solución se calienta, sus vapores suben por la columna de fraccionamiento. Al subir, se enfrían y se condensan en las paredes y en el material de relleno. Aquí, el líquido condensado se vuelve a calentar por los vapores que siguen subiendo y se vaporiza de nuevo. Cada ciclo de vaporización-condensación (llamado placa teórica) produce una solución más pura del componente que se evapora más fácilmente.

Más placas teóricas significan mejores separaciones. Un sistema de destilación de banda giratoria usa una banda giratoria para que los vapores ascendentes y el líquido descendente estén en contacto cercano, lo que aumenta el número de placas teóricas.

Destilación por Arrastre de Vapor

La destilación por arrastre de vapor es un método para destilar compuestos que son sensibles al calor. La temperatura del vapor es más fácil de controlar que la de una superficie de calentamiento, y permite una alta transferencia de calor sin alcanzar temperaturas muy elevadas. Este proceso consiste en hacer burbujear vapor a través de una mezcla caliente del material. Según la ley de Raoult, parte del compuesto deseado se vaporizará. La mezcla de vapor se enfría y se condensa, generalmente formando una capa de aceite y una capa de agua.

La destilación por vapor de ciertas hierbas y flores aromáticas puede producir dos cosas: un aceite esencial y un destilado acuoso. Los aceites esenciales se usan en perfumería y aromaterapia, mientras que los destilados acuosos tienen aplicaciones en aromaterapia, procesamiento de alimentos y cuidado de la piel.

El dimetilsulfóxido hierve a 189 °C. Bajo vacío, se destila a solo 70 °C.

Configuración de destilación de triángulo de Perkin
1: Barra agitadora / gránulos antigolpes 2: Balón 3: Columna de fraccionamiento 4: Termómetro / Temperatura de punto de ebullición 5: Grifo de teflón 1 6: Dedo frío 7: Agua de enfriamiento 8: Agua de enfriamiento en 9: Grifo de teflón 2 10: Vacío / entrada de gas 11: Grifo de teflón 3 12: Receptor de destilado.

Destilación al Vacío

Algunos compuestos tienen puntos de ebullición muy altos. Para evaporarlos, a menudo es mejor reducir la presión a la que se calientan en lugar de aumentar mucho la temperatura. Una vez que la presión se reduce a la presión de vapor del compuesto (a una temperatura dada), puede comenzar la ebullición. Esta técnica se llama destilación al vacío y es común en el laboratorio, por ejemplo, con un evaporador rotatorio.

Esta técnica también es muy útil para compuestos que se descompondrían si se intentara hervirlos a presión atmosférica, ya que su punto de ebullición a esa presión es más alto que su temperatura de descomposición.

La destilación molecular es un tipo de destilación al vacío que se realiza a presiones muy bajas (por debajo de 0.01 torr). A estas presiones, las moléculas se mueven libremente, y la velocidad de evaporación ya no depende de la presión. Se usa industrialmente para purificar aceites.

Destilación al Vacío Sensible al Aire

Algunos compuestos tienen puntos de ebullición altos y además son sensibles al aire. Se puede usar un sistema de destilación al vacío simple, donde el vacío se reemplaza con un gas inerte después de la destilación. Sin embargo, para recoger diferentes partes del líquido bajo presión reducida, se puede usar un adaptador especial o, para compuestos muy sensibles al aire, un aparato de triángulo de Perkin.

El triángulo de Perkin permite aislar las diferentes partes del líquido recogido del resto del alambique sin romper el vacío o quitar la fuente de calor. Esto se logra usando una serie de llaves de vidrio o teflón. Así, se puede recoger una parte, aislarla, introducir un gas inerte, retirarla, y luego volver a conectar un nuevo recipiente para la siguiente parte.

Destilación de Corto Recorrido

Aparato de destilación al vacío de recorrido corto con condensador vertical (dedo frío), para minimizar el recorrido de destilación; 1: Hervidor con barra agitadora / gránulos anti-golpes 2: Dedo frío: doblado para dirigir el condensado 3: Agua de enfriamiento 4: Agua de enfriamiento en 5: Vacío / entrada de gas 6: Frasco de destilado / destilado.

La destilación de corto recorrido es una técnica donde el líquido destilado viaja una distancia muy corta, a menudo solo unos pocos centímetros, y generalmente se realiza a presión reducida. Un ejemplo es cuando el líquido viaja de un recipiente de vidrio a otro sin necesidad de un condensador separado. Esta técnica se usa para compuestos inestables a altas temperaturas o para purificar pequeñas cantidades. La ventaja es que la temperatura de calentamiento puede ser mucho más baja (gracias a la presión reducida) que el punto de ebullición normal, y el líquido solo tiene que viajar una distancia corta antes de condensarse. El Kugelrohr es un tipo de aparato de destilación de corto recorrido que a menudo tiene varias cámaras para recoger las diferentes partes del líquido.

Destilación de Zona

La destilación de zona es un proceso donde se funde parcialmente un material en una zona líquida que se mueve dentro de un recipiente largo. El vapor se condensa en una fase sólida al mover el líquido a un área fría. A medida que la zona de calentamiento se mueve, se forma un sólido condensado con una distribución desigual de impurezas. La parte más pura del condensado se puede extraer como producto. Este proceso se puede repetir varias veces para aumentar la pureza. Es similar a la recristalización de zona.

Otros Métodos de Destilación

• La destilación reactiva usa el recipiente de reacción como alambique. El producto, que tiene un punto de ebullición más bajo que los materiales de partida, se vaporiza y se retira de la mezcla de reacción a medida que se forma. Esto es un ejemplo de un proceso continuo.
• La destilación catalítica es un proceso donde los materiales reaccionan mientras se destilan, separando continuamente los productos. Esto ayuda a que las reacciones que alcanzan un equilibrio se completen.
• La vaporización es un método para separar mezclas líquidas mediante la evaporación parcial a través de una membrana especial.
• La destilación extractiva se realiza añadiendo un componente miscible, con alto punto de ebullición y que no se evapora fácilmente, que no forma azeótropo con los otros componentes de la mezcla.
• La evaporación instantánea es una vaporización parcial que ocurre cuando un líquido saturado reduce su presión al pasar por una válvula. Es una de las operaciones más simples.
• La codestilación se realiza en mezclas donde los dos compuestos no se mezclan bien. En el laboratorio, el aparato Dean-Stark se usa para eliminar el agua de los productos de síntesis.
• La destilación por membrana es un tipo de destilación donde los vapores de una mezcla pasan a través de una membrana que permite el paso selectivo de un componente. La diferencia de presión de vapor es la fuerza que impulsa el proceso. Tiene aplicaciones en la desalinización de agua de mar y en la eliminación de componentes orgánicos e inorgánicos.

El proceso de evaporación también puede llamarse "destilación":

• En la evaporación rotatoria, se usa un aparato de destilación al vacío para eliminar grandes cantidades de disolventes de una muestra.
• En un kugelrohr, se usa un aparato de destilación de corto recorrido (generalmente con alto vacío) para destilar compuestos con puntos de ebullición muy altos (más de 300 °C).

Otros usos:

• La destilación seca o destilación destructiva no es realmente destilación, sino una reacción química llamada pirólisis. En ella, las sustancias sólidas se calientan en una atmósfera sin oxígeno, y se recogen las partes volátiles. Por ejemplo, la destilación destructiva de la madera produce metanol, por eso se le llama "alcohol de madera".
• La destilación por congelación es un método de purificación que usa la congelación en lugar de la evaporación. No es una destilación verdadera, sino una recristalización. Este proceso se usa para aumentar la concentración de ciertos componentes en algunas bebidas.

Destilación Azeotrópica

Las interacciones entre los componentes de una solución pueden crear propiedades únicas, ya que la mayoría de las mezclas no son ideales y no siguen la ley de Raoult. Estas interacciones pueden formar un azeótropo, que es una mezcla que hierve a una temperatura constante y se comporta como si fuera un compuesto puro. En un azeótropo, la solución y el vapor tienen la misma composición, por lo que la destilación no puede separarlos. Por ejemplo, el etanol y el agua forman un azeótropo al 95.6% de etanol a 78.1 °C.

Si un azeótropo no es lo suficientemente puro para su uso, existen técnicas para "romperlo" y obtener un líquido más puro. Este conjunto de técnicas se conoce como destilación azeotrópica. Algunas técnicas logran esto añadiendo otro componente para crear un nuevo azeótropo, o variando la presión. Otras funcionan eliminando químicamente o físicamente la impureza. Por ejemplo, para purificar etanol más allá del 95%, se puede añadir un agente secante (como el carbonato de potasio) para convertir el agua soluble en agua insoluble. Los tamices moleculares también se usan para esto.

Los líquidos que no se mezclan bien, como el agua y el tolueno, forman azeótropos fácilmente. Estos azeótropos suelen tener un punto de ebullición más bajo que cualquiera de los componentes puros. La temperatura y composición del azeótropo se pueden predecir fácilmente. El azeótropo se rompe fácilmente en una destilación usando un separador líquido-líquido para separar las dos capas líquidas que se condensan. Solo una de las capas líquidas se devuelve al sistema de destilación.

También existen azeótropos de alto punto de ebullición, como una mezcla de ácido clorhídrico al 20% en agua. Como su nombre indica, el punto de ebullición del azeótropo es mayor que el de cualquiera de los componentes puros.

Rompiendo Azeótropos con Presión

Los puntos de ebullición de los componentes en un azeótropo se superponen. Al someter un azeótropo a vacío o a presión positiva, es posible cambiar el punto de ebullición de un componente para que se aleje del otro. Esto se logra aprovechando que las curvas de presión de vapor de cada componente son diferentes. Cuando la diferencia es lo suficientemente grande, los dos puntos de ebullición ya no se superponen y el azeótropo desaparece.

Este método puede evitar la necesidad de añadir otros productos químicos a la destilación, pero tiene dos posibles desventajas. Bajo presión negativa (vacío), se necesita energía para crear el vacío, y los puntos de ebullición reducidos de los líquidos requieren que el condensador se enfríe mucho para evitar que los vapores se pierdan. Las mayores necesidades de enfriamiento a menudo requieren energía adicional y posiblemente equipo nuevo.

Por otro lado, si se requieren presiones positivas, no se puede usar equipo de vidrio estándar, se necesita energía para la presurización, y hay una mayor probabilidad de que ocurran reacciones no deseadas debido a las temperaturas más altas necesarias para la ebullición.

Una destilación unidireccional dependerá de un cambio de presión en una sola dirección, ya sea positiva o negativa.

Destilación por Presión Variable

La destilación por oscilación de presión es similar a la destilación unidireccional para romper mezclas azeotrópicas, pero aquí se pueden usar tanto presiones positivas como negativas.

Esto mejora la capacidad de la destilación para separar componentes y permite optimizar el proceso, evitando presiones y temperaturas extremas que gastan energía. Esto es especialmente importante en aplicaciones industriales.

Un ejemplo de esta aplicación es la purificación industrial de acetato de etilo después de su síntesis.

Destilación en la Industria

Torres de destilación industrial típicas.

Las aplicaciones de destilación industrial a gran escala incluyen la destilación fraccionada por lotes y continua, destilación al vacío, azeotrópica, extractiva y por vapor. Las aplicaciones industriales más comunes para la destilación fraccionada continua son en refinerías de petróleo, plantas petroquímicas y químicas, y plantas de procesamiento de gas natural.

Para controlar y mejorar la destilación industrial, se usa un método de laboratorio estandarizado, ASTM D86. Este método se aplica a la destilación atmosférica de productos derivados del petróleo para determinar sus características de ebullición.

La destilación industrial se realiza típicamente en grandes columnas cilíndricas verticales llamadas torres de destilación o columnas de destilación. Pueden tener diámetros de 65 centímetros a 16 metros y alturas de 6 a 90 metros o más. Cuando el material a procesar tiene una composición variada, como el petróleo crudo, se pueden extraer diferentes "partes" o productos con distintos puntos de ebullición a diferentes alturas de la columna. Los productos "más ligeros" (con el punto de ebullición más bajo) salen por la parte superior, y los productos "más pesados" (con el punto de ebullición más alto) salen por la parte inferior, a menudo llamados "fondos".

Diagrama de una típica torre de destilación industrial.

Las torres industriales usan el reflujo para lograr una separación más completa de los productos. El reflujo es una parte del líquido condensado de la parte superior de la torre que se devuelve a la torre. Dentro de la torre, este líquido de reflujo que baja enfría y condensa los vapores que suben, lo que aumenta la eficiencia de la torre. Cuanto más reflujo se usa para un número dado de placas teóricas, mejor es la separación de los materiales de bajo punto de ebullición de los de alto punto de ebullición. Los ingenieros químicos deben elegir la combinación más eficiente de velocidad de reflujo y número de placas para los productos que desean purificar.

Estas torres de fraccionamiento industriales también se usan en la separación criogénica del aire, produciendo oxígeno líquido, nitrógeno líquido y argón de alta pureza. La destilación de clorosilanos también permite la producción de silicio de alta pureza para su uso como semiconductor.

El diseño y funcionamiento de una torre de destilación dependen del material de entrada y de los productos deseados. Para una entrada simple de dos componentes, se pueden usar métodos analíticos como el método de McCabe-Thiele o la ecuación de Fenske. Para una entrada con muchos componentes, se usan modelos de simulación para el diseño y la operación. Además, la eficiencia de los dispositivos de contacto vapor-líquido (llamados "placas" o "bandejas") en las torres de destilación suele ser menor que la de una etapa de equilibrio teóricamente 100% eficiente. Por lo tanto, una torre de destilación necesita más bandejas que el número de etapas teóricas. Se han propuesto varios modelos para estimar la eficiencia de las bandejas.

Sección de una torre de destilación industrial que muestra detalles de bandejas con tapas de burbujas.

En los usos industriales modernos, se usa un material de relleno en la columna en lugar de bandejas cuando se necesitan bajas caídas de presión. Otros factores que favorecen el relleno son: sistemas de vacío, columnas de diámetro más pequeño, sistemas corrosivos, sistemas que tienden a formar espuma, sistemas que requieren poca retención de líquidos y destilación por lotes. Por el contrario, los factores que favorecen las columnas de placas son: presencia de sólidos en la entrada, altas tasas de líquidos, grandes diámetros de columna, columnas complejas, columnas con gran variación en la composición de la entrada, columnas con una reacción química, columnas de absorción, columnas limitadas por el peso de la cimentación, baja tasa de líquido y procesos sujetos a aumentos de procesos.

Columna de destilación al vacío industrial a gran escala.

Este material de relleno puede ser aleatorio (como anillos Raschig) o láminas de metal estructuradas. Los líquidos tienden a mojar la superficie del relleno y los vapores pasan a través de esta superficie húmeda, donde ocurre la transferencia de masa. A diferencia de la destilación de bandejas, donde cada bandeja representa un punto de equilibrio vapor-líquido separado, en una columna empacada la curva de equilibrio es continua. Sin embargo, al modelar columnas empacadas, es útil calcular varias "etapas teóricas" para indicar la eficiencia de separación. Los rellenos de diferentes formas tienen diferentes áreas de superficie y espacios vacíos, lo que afecta su rendimiento.

Otro factor que afecta el rendimiento del relleno es la distribución del líquido y el vapor que entran en el lecho empacado. Si el líquido y el vapor no se distribuyen uniformemente, la relación de líquido a vapor no será correcta y no se logrará la separación deseada. El problema no es el relleno en sí, sino la mala distribución de los fluidos. El diseño de los distribuidores de líquidos es fundamental para que el relleno funcione con la máxima eficiencia.

Destilación Multiefecto

El objetivo de la destilación de efectos múltiples es aumentar la eficiencia energética del proceso, por ejemplo, en la desalinización o en la producción de agua ultrapura. El número de efectos es inversamente proporcional a la energía necesaria por unidad de agua recuperada. Un efecto equivale a aproximadamente 636 kW·h/m³.

• La destilación flash de varias etapas puede lograr más de 20 efectos con la entrada de energía térmica.
• Las unidades comerciales de evaporación por compresión de vapor pueden lograr alrededor de 72 efectos con la entrada de energía eléctrica.

Existen muchos otros tipos de procesos de destilación de efectos múltiples, incluyendo uno llamado simplemente destilación de efectos múltiples (MED), que usa varias cámaras con intercambiadores de calor intermedios.

Destilación en la Producción de Alimentos

Líquidos Destilados

Los materiales vegetales que contienen carbohidratos se fermentan, produciendo una solución diluida de etanol. Ciertos líquidos se preparan destilando estas soluciones diluidas de etanol. Los componentes diferentes del etanol, como el agua y otros compuestos, se recogen en el condensado, lo que contribuye al sabor del producto. Algunos de estos líquidos se almacenan en barriles para adquirir más sabores característicos.

Galería de imágenes

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  La química en sus inicios utilizó retortas como equipo de laboratorio exclusivamente para procesos de destilación.

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  Una configuración simple para destilar tolueno seco y libre de oxígeno.

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  Diagrama de una columna de destilación al vacío a escala industrial como se usa comúnmente en las refinerías de petróleo.

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  Un evaporador rotativo es capaz de destilar solventes más rápidamente a temperaturas más bajas mediante el uso de un vacío.

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  Destilación mediante aparato de semi-microescala. El diseño sin juntas elimina la necesidad de encajar piezas. El matraz en forma de pera permite eliminar la última gota de residuo, en comparación con un matraz de fondo redondo de tamaño similar. El pequeño volumen de retención previene las pérdidas. Se usa un cerdo para canalizar los diversos destilados en tres matraces receptores. Si es necesario, la destilación puede llevarse a cabo al vacío utilizando el adaptador de vacío en el cerdo.

Véase también

En inglés: Distillation Facts for Kids

• Destilación atmosférica de petróleo crudo
• Clyssus
• Extracción de fragancia
• Microdistilería
• Sublimación
• Anillos de Dixon
• Embalaje de columna al azar