5.3A: Teoría de la Destilación Fraccionada

Una destilación simple es incapaz de purificación significativa si los puntos de ebullición de los componentes están demasiado cerca. Cuando la diferencia en los puntos de ebullición es menor que\(100^\text{o} \text{C}\), es necesaria una modificación, a saber, la inserción de una columna de fraccionamiento entre el matraz de destilación y el adaptador de tres vías (Figura 5.37a).

Figura 5.37: a) Configuración de destilación fraccionada, b) Acercar la columna de fraccionamiento durante la destilación, con goteo de condensación de las indentaciones de vidrio.

El destilado de una destilación simple siempre se enriquece en el compuesto de menor punto de ebullición. Como se discutió anteriormente, la destilación simple de una mezcla de\(75 \: \text{mol}\%\) etilbenceno/\(25 \: \text{mol}\%\) p-cimeno dio como resultado un destilado que era\(90 \: \text{mol}\%\) etilbenceno (el etilbenceno tuvo el punto de ebullición más bajo). Imagínese si se realizara una destilación posterior sobre la\(90 \: \text{mol}\%\) solución: el destilado de ese proceso contendría un porcentaje aún mayor de etilbenceno.

Una columna de fraccionamiento permite esencialmente que se lleven a cabo muchas destilaciones sucesivas a la vez, sin desmontar el aparato. Una columna de fraccionamiento contiene indentaciones (una columna Vigreux, Figura 5.37) o un material de empaque con mucha área de superficie. Los vapores se condensan temporalmente sobre estas superficies (ver Figura 5.37b) y el calor de la destilación permite que esas charcas de líquido se vaporicen nuevamente. Cada evento de vaporización-condensación (llamado “placa teórica”) es similar a una destilación simple, y cada evento enriquece el destilado en el componente de menor punto de ebullición.

Los conceptos de una destilación fraccionada se pueden mostrar a través de una curva de destilación. En la destilación de una mezcla equimolar de compuestos A + B (que se describe por la curva de destilación en la Figura 5.38), un evento de vaporización-condensación se representa en la Figura 5.38 siguiendo los puntos a a a b a c. Este proceso representa una placa teórica, y produciría un destilado que es\(81\%\) A y\(19\%\) B. Un segundo evento de vaporización-condensación se representa en la Figura 5.38 siguiendo los puntos c a d a e, y produciría un destilado que es \(96\%\)A y\(4\%\) B.

Figura 5.38: Curva de destilación de un sistema de dos componentes de A+B, mostrando dos placas teóricas.

Una\(50\%\)/\(50\%\)mezcla de dos componentes cuyos puntos de ebullición difieran en sólo\(20\) -\(30^\text{o} \text{C}\) requeriría al menos tres placas teóricas para obtener un destilado con\(> 95\%\) pureza. En la práctica, las destilaciones fraccionarias todavía suelen producir mezclas. La mejor oportunidad de obtener pureza a través de la destilación fraccionada es cuando hay muy poca impureza para empezar.