La destilación fraccionadaDe Wikipedia, la enciclopedia libre

La destilación fraccionada es la separación de una mezcla en sus partes componentes, o fracciones ,

tales como en la separación de compuestos químicos por su punto de ebullición por calentamiento de

los mismos a una temperatura a la que una o más fracciones del compuesto se vaporice. Es un tipo

especial de destilación . Generalmente las partes componentes hierven a menos de 25 ° C el uno del

otro bajo una presión de una atmósfera ( atm ). Si la diferencia de puntos de ebullición es superior a 25 °

C, una destilación simple se utiliza.

Contenido

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1 setup Laboratorio

o 1.1 Aparato

o 1.2 Discusión

2 destilación Industrial

o 2.1 Diseño de columnas de destilación industrial

3 Véase también

4 Referencias

5 Enlaces externos

Configuración Laboratorio [ edit ]

La destilación fraccionada en un laboratorio común hace uso de vidrio de laboratorio y aparatos,

típicamente incluyendo un mechero Bunsen , un matraz de fondo redondo y un condensador , así como

el solo propósito columna de fraccionamiento .

Apparatus [ edit ]

La destilación fraccionada 

Un matraz Erlenmeyer se utiliza como un matraz de recepción. Aquí la cabeza de destilación y columna de

fraccionamiento se combinan en una sola pieza. [ 1 ]

fuente de calor, tal como una placa caliente con un baño de, e idealmente con un agitador

magnético.

matraz de destilación, por lo general un matraz de fondo redondo

matraz receptor, a menudo también un matraz de fondo redondo

columna de fraccionamiento

cabeza de destilación

termómetro  y adaptador si es necesario

condensador  , tal como un condensador de Liebig , Graham condensador ocondensador Allihn

adaptador de vacío (no se utiliza en la imagen de la derecha)

chips de ebullición  , también conocidos como perlas de ebullición

Estándar de laboratorio de vidrio con junta esmerilada , por ejemplo,conexión rápida aparato .

Discusión [ edit ]

Como ejemplo, considerar la destilación de una mezcla de agua y etanol . El etanol hierve a 78,4 ° C,

mientras que el agua hierve a 100 ° C. Así, por calentamiento de la mezcla, el componente más volátil

(etanol) se concentrará en mayor grado en el vapor que sale el líquido. Algunas mezclas

formanazeótropos , donde la mezcla hierve a una temperatura más baja que cualquiera de los

componentes. En este ejemplo, una mezcla de etanol 96% y 4% de agua hierve a 78,2 ° C, la mezcla es

más volátil que el etanol puro. Por esta razón, el etanol puede no ser completamente purificado por

destilación fraccionada directa de mezclas de etanol-agua.

El aparato se monta como en el diagrama. (El diagrama representa un aparato de proceso por lotes en

lugar de un aparato continuo.) La mezcla se pone en el matraz de fondo redondo junto con

algunas perlas de ebullición (o una barra de agitador magnético recubierta de teflón si se utiliza

agitación magnética), y la columna de fraccionamiento está montado en la parte superior. La columna de

destilación fraccionada se ha creado con la fuente de calor en la parte inferior de la olla todavía. A

medida que la distancia desde los stillpot aumenta, se forma un gradiente de temperatura en la columna,

sino que es más fresco en la parte superior y más caliente en la parte inferior. A medida que el vapor de

mezclado asciende el gradiente de temperatura, algunos de los condensa vapor y revaporizes a lo largo

del gradiente de temperatura. Cada vez que el vapor se condensa y se evapora, la composición del

componente más volátil en los aumentos de vapor. Esta destila el vapor a lo largo de la longitud de la

columna, y, finalmente, el vapor se compone exclusivamente del componente más volátil (o una mezcla

azeotrópica). El vapor se condensa en las plataformas de vidrio, conocidas como bandejas , dentro de la

columna, y se ejecuta de nuevo hacia abajo en el líquido por debajo de, reflujo destilado. La eficiencia

en términos de la cantidad de calentamiento y el tiempo requerido para conseguir el fraccionamiento se

puede mejorar mediante el aislamiento de la parte exterior de la columna en un aislante tal como lana,

papel de aluminio o, preferiblemente, una camisa de vacío. La bandeja es más caliente en la parte

inferior y el más frío es en la parte superior. En condiciones de estado estacionario, el vapor y el líquido

en cada bandeja están en equilibrio . El componente más volátil de la mezcla sale como un gas en la

parte superior de la columna. El vapor en la parte superior de la columna a continuación, pasa al

condensador, lo que lo enfría hasta que se licua. La separación es más pura con la adición de más

bandejas (a una limitación práctica de calor, flujo, etc) Inicialmente, el condensado estará cerca de la

composición azeotrópica, pero cuando la mayor parte del etanol se ha dibujado fuera, el condensado se

convierte progresivamente más rica en agua. [ cita requerida ] El proceso continúa hasta que todo el etanol

hierve fuera de la mezcla. Este punto puede ser reconocido por el fuerte aumento de la temperatura que

se muestra en el termómetro .

La explicación anterior refleja las obras forma de fraccionamiento teóricos. Columnas de fraccionamiento

de laboratorio normales estarán tubos de vidrio simples (a menudo con camisa de vacío, y a veces

internamente plateado ) llenos de un embalaje, a menudo pequeñas hélices de vidrio de 4 a 7 mm de

diámetro. Tal una columna puede ser calibrado por la destilación de un sistema de mezcla conocida

para cuantificar la columna en términos de número de platos teóricos. Para mejorar el fraccionamiento

del aparato está configurado para devolver el condensado a la columna mediante el uso de algún tipo de

separador de reflujo (reflujo de alambre, gago, cubeta oscilante magnética, etc) - un fraccionamiento

típico cuidado sería emplear una relación de reflujo de alrededor de 10: 1 (10 partes devueltas

condensado por 1 parte de condensado despegar).

En la destilación de laboratorio, varios tipos de condensadores se encuentran

comúnmente. El condensador de Liebig es simplemente un tubo recto dentro de una camisa de agua , y

es la forma más simple (y relativamente menos caro) de condensador. El condensador de Graham es un

tubo en espiral dentro de una camisa de agua, y el condensador Allihn tiene una serie de constricciones

grandes y pequeñas en el tubo interior, cada aumento de la superficie sobre la cual los componentes de

vapor pueden condensarse.

Alternos reglajes pueden utilizar una "vaca" o "cerdo" para conectar tres o cuatro que

recibieron frascos al condensador. Al girar la vaca o cerdo, los destilados se puede canalizar hacia

cualquier receptor elegido. Debido a que el receptor no tiene que ser eliminado y reemplazado durante

el proceso de destilación, este tipo de aparato es útil cuando destilación bajo una atmósfera inerte

durante al aire sentitive productos químicos o a presión reducida. Un triángulo de Perkin es un aparato

alternativo se utiliza a menudo en estas situaciones, ya que permite el aislamiento del receptor del resto

del sistema, pero requiere retirar y volver a colocar un solo receptor para cada fracción.

La destilación al vacío sistemas operan a presión reducida, lo que reduce los puntos de ebullición de los

materiales. Tenga en cuenta que el uso de perlas de ebullición no va a funcionar a presiones reducidas.

Destilación industrial [ edit ]

Columnas de destilación fraccionada industriales típicos

La destilación fraccionada es la forma más común de la tecnología de separación utilizado en las

refinerías de petróleo , petroquímica y plantas químicas ,procesamiento de gas natural y de separación

de aire criogénico plantas. [ 2 ] [ 3 ] En la mayoría de los casos, la destilación se opera a

una continua estado estacionario .Nuevo vínculo siempre se añade a la columna de destilación y

productos siempre se va a quitar. A menos que el proceso se altera debido a los cambios en la

alimentación, el calor, la temperatura ambiente, o de condensación, que se añade la cantidad de

alimento y la cantidad de producto que se está eliminado son normalmente igual. Esto se conoce como

continua, destilación fraccionada en estado estacionario.

Destilación industrial se realiza típicamente en columnas grandes, cilíndricos verticales conocidos como

"de destilación o fraccionamiento torres" o "columnas de destilación" con diámetros que varían de

aproximadamente 65 centímetros a 6 metros y alturas que varían de aproximadamente 6 metros a 60

metros o más. Las torres de destilación tienen salidas de líquido a intervalos hasta la columna que

permiten la retirada de las diferentes fracciones o productos que tienen diferentes puntos de ebullición o

intervalos de ebullición. Al aumentar la temperatura del producto dentro de las columnas, los diferentes

hidrocarburos se separan. Los productos "ligeros" (los que tienen un punto de ebullición más bajo) de

salida de la parte superior de las columnas y los productos "más pesados" (los que tienen un punto de

ebullición más alto) la salida de la parte inferior de la columna.

Por ejemplo, la destilación fraccionada se utiliza en las refinerías de petróleo para separar petróleo

crudo en sustancias útiles (o fracciones) que tienen diferentes hidrocarburos de diferentes puntos de

ebullición. Las fracciones de petróleo crudo con puntos de ebullición más altos:

tener más átomos de carbono

tienen mayores pesos moleculares

son la cadena más ramificada alcanos

son de color más oscuro

son más viscoso

son más difíciles de encender y quemar

Diagrama de una típica torre de destilación industrial

Torres industriales a gran escala el uso de reflujo para lograr una separación más completa de

productos. El reflujo se refiere a la parte del producto líquido de cabeza condensada a partir de una

destilación o torre de fraccionamiento que se devuelve a la parte superior de la torre como se muestra

en el diagrama esquemático de un típico, a gran escala torre de destilación industrial. Dentro de la torre,

el líquido de reflujo que fluye hacia abajo proporciona el enfriamiento necesario para condensar los

vapores que fluyen hacia arriba, aumentando así la eficacia de la torre de destilación. Se proporciona la

más reflujo durante un número dado de platos teóricos , la mejor separación de la torre de materiales de

menor punto de ebullición a partir de materiales de punto de ebullición más altos. Alternativamente, los

más reflujo previstas una separación deseada dada, se requiere el menor número de platos teóricos.

El petróleo crudo se separa en fracciones mediante destilación fraccionada. Las fracciones en la parte superior de

la columna de fraccionamiento tienen bajos puntos de ebullición que las fracciones en la parte inferior. Las

fracciones inferiores pesados a menudo se agrietaron en ligeros, productos más útiles. Todas las fracciones se

procesan adicionalmente en otras unidades de refinación.

La destilación fraccionada también se utiliza en la separación de aire, producción de oxígeno

líquido , nitrógeno líquido , y altamente concentrada de argón . Destilación declorosilanos también

permiten la producción de alta pureza de silicio para su uso como unsemiconductor .

En los usos industriales, a veces un material de embalaje se utiliza en la columna en lugar de bandejas,

especialmente cuando baja la presión cae a través de la columna se requieren, como cuando se opera

al vacío. Este material de embalaje puede ser aleatorias vierten embalaje (1-3 "de ancho), tales

como anillos Raschig o chapa estructurada . fabricantes típicos son Koch, Sulzer y otras compañías.

Líquidos tienden a humedecer la superficie de la empaquetadura y los vapores pasan a través de esta

superficie mojada, donde la transferencia de masa se lleva a cabo. diferencia de destilación bandeja

convencional en el que cada bandeja representa un punto de separada de equilibrio líquido vapor de la

curva de equilibrio líquido-vapor en una columna de relleno es continua. Sin embargo, cuando se

modela columnas de relleno es útil para calcular un número de "platos teóricos" para denotar la

eficiencia de separación de la columna de relleno con respecto a las bandejas más tradicionales.

envases de formas diferentes tienen diferentes áreas de superficie y el espacio vacío entre los envases.

Ambos de estos factores afectan el rendimiento de embalaje.

Diseño de columnas de destilación industrial [ edit ]

Ingeniería química esquemática de bandejas de campanas típicas en una torre de destilación

Diseño y operación de una columna de destilación depende de la alimentación y de los productos

deseados. Dado un feed componente simple y binaria, métodos analíticos, como el método de McCabe-

Thiele [  3 ] [ 4 ] [ 5 ] o la ecuación de Fenske [ 3 ] puede ser utilizado. Para una alimentación de múltiples

componentes, de simulación se utilizan modelos tanto para el diseño y operación.

Por otra parte, las eficiencias de los dispositivos de contacto de vapor-líquido (que se refiere

como placas o bandejas ) utilizados en las columnas de destilación son típicamente más baja que la de

un eficiente 100% teórico etapa de equilibrio . Por lo tanto, una columna de destilación necesita más

placas que el número de etapas de equilibrio líquido-vapor teóricas.

Una indicación de los números: la separación de los dos compuestos con volatilidad relativa . de 1,1

requiere un mínimo de 130 platos teóricos con una relación de reflujo mínimo de 20 [ 6 ] con una

volatilidad relativa de 4, el número necesario de platos teóricos disminuyó a 9 con una relación de reflujo

de 0,66. En otra fuente, un punto de ebullicióndiferencia de 30 ° C requiere 12 platos teóricos y, para

una diferencia de 3 ° C, el número de placas aumentó a 1000. [ 7 ]

La relación de reflujo es la relación del número de moles devuelve como líquido se sometió a reflujo a la

columna de fraccionamiento y el número de moles de producto final, tanto por unidad de tiempo.