¿Cómo funciona una columna de destilación fraccionada?

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La destilación fraccionada, también conocida como rectificación, es un proceso de separación por fraccionamiento. Su objetivo es separar los diferentes componentes de una mezcla de líquidos miscibles con diferentes temperaturas de ebullición. Para ello, utiliza el mismo principio que la destilación convencional, pero se distingue por el uso de una columna de separación, que permite una mejor discriminación de los componentes de la mezcla.

Equipamiento necesario

  • Un tanque redondo, que contiene la mezcla de los líquidos a separar.
  • Un conjunto de destilación fraccionada: una columna fraccionada como una columna Vigreux (por ejemplo, llena de anillos Raschig), un tubo de unión, un adaptador para termómetro, un termómetro, un refrigerante, un tubo de flujo.
  • Un matraz, matraz aforado o probeta graduada para recuperar el destilado.

Modo de funcionamiento columna de destilación fraccionada

Caso ideal

La solución líquida se calienta lentamente hasta que hierva. Esta ebullición corresponde a la vaporización del compuesto más volátil. Al igual que en la destilación convencional, los vapores se condensan para obtener un producto puro A, recogido en un primer recipiente. La solución líquida está entonces libre del producto A. El recipiente de recuperación se cambia y la temperatura de la mezcla líquida se aumenta para recoger cada componente por separado (B, C,….). Se identifican varios niveles de temperatura correspondientes a la vaporización de los diferentes componentes de la mezcla inicial. Por lo tanto, hay tantos niveles de temperatura como componentes.

Caso real

A menudo, los líquidos a separar tienen temperaturas de ebullición muy cercanas o altas afinidades. Este es el caso del agua y el etanol, que forman un azeotrópico, una mezcla con su propia temperatura de ebullición. Cuando se calienta, el compuesto que llega a la parte superior de la columna a 78,1°C es una mezcla que contiene aproximadamente un 95% de etanol.

Cuando la mezcla azeotrópica a separar es positiva (menor temperatura de ebullición de los azeotrópicos que los compuestos puros) o negativa (mayor temperatura de ebullición), sólo se puede purificar uno de los dos compuestos.

Destilación fraccionada

Cuando los vapores suben en la columna de separación, se enfrían y condensan en la superficie interior de la columna (las agujas de la columna Vigreux o los anillos Raschig de una columna llena). Este líquido es calentado gradualmente por los otros vapores ascendentes hasta que se pulveriza de nuevo. Sin embargo, la composición de estos nuevos vapores no es la misma que la de los vapores iniciales (véase la ley de Raoult): están más concentrados al componer los más volátiles.

Cada ciclo de vaporización-condensación que ocurre dentro de la columna de separación se denomina meseta teórica; conduce a un aumento de la concentración del compuesto más volátil. La columna se caracteriza por el número de bandejas teóricas: cuanto mayor sea el número, más eficaz será la separación de la mezcla por parte de la columna. Este método gráfico de cálculo de las mesetas teóricas fue descubierto por McCabe y Thiele en 1925.

El número de bandejas teóricas se incrementa alargando la columna, modificando su superficie interna con diferentes tipos de revestimientos, o para las destilaciones más difíciles con una columna de destilación de banda giratoria.