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Teoría de la destilación

En la destilación tradicional de una sustancia pura los vapores procedentes del frasco de evaporación entran en contacto con un termómetro que registra su temperatura, luego continúan hasta un condensador frío que los vuelve a licuar y como líquido la sustancia escurre hasta el frasco contenedor. La temperatura observada durante la destilación de una sustancia pura se mantiene constante mientras coexistan tanto los vapores como el líquido en el sistema. Si lo que se destila es una mezcla de líquidos el comportamiento de la temperatura es diferente y no permanece constante, al contrario, aumenta a medida que avanza la destilación, la razón de este cambio radica en que la composición de los vapores cambia a lo largo de la destilación como veremos a continuación.

El diagrama líquido-vapor.

Para una mezcla líquida, la composición de los vapores en equilibrio es diferente a la del líquido remanente en el frasco de calentamiento y ambos son cambiantes a medida que avanza la destilación, y esta característica hace que se incremente la temperatura.

La figura 1 muestra la zona líquido-vapor típica del diagrama de fases de una mezcla de dos líquidos A y B durante la destilación.

En la figura, los ejes verticales representan la temperatura del sistema, mientras que el eje horizontal indica la composición en % de ambos componentes. Observe que aparecen dos curvas, la superior indica la composición del vapor y la inferior la composición del líquido en destilación. De esta forma cualquier linea horizontal (temperatura constante) como la mostrada en T corta ambas curvas, y los puntos de intersección respectivos proyectados sobre el eje horizontal dan los valores de las composiciones del líquido y los vapores a esa temperatura.

En el ejemplo mostrado para la temperatura T, la linea de temperatura corta la curva inferior en el punto 2 mostrando que la composición del líquido será la indicada en el punto 1. La composición de los vapores en equilibrio para esa misma temperatura corresponde al punto 4, que es la proyección sobre el eje de composición de la intersección de la linea de temperatura (punto 3) con la curva superior.

La sustancia pura A que hierve a la temperatura constante TA está representada en el eje vertical de la izquierda, mientras la sustancia B pura que hierve a la temperatura TB lo está la derecha.

Note que para el caso de cualquiera de las sustancias puras A o B, las curvas de composición del vapor y del líquido coinciden en el punto de ebullición (TA o TB) y por tanto destilan a temperatura constante.

Consideremos ahora una mezcla sometida a calentamiento y cuya composición corresponde al punto 1, y veamos su comportamiento a medida que aumenta la temperatura.
  1. La temperatura del líquido aumenta hasta que se alcanza el punto de ebullición de la mezcla siguiendo la linea 1-2 hasta alcanzar al punto 2 a la temperatura T.
  2. A la temperatura T el líquido comienza a evaporar y en ese momento siguiendo la linea 2-3 la composición de los vapores es la correspondiente al punto 4 de acuerdo a la intercepción en el punto 3.

  3. Note ahora, que cuando comienza la destilación los vapores no están formados por ninguno de los componentes puros, estos son mas ricos en el componente A que la mezcla original pero contienen también algo de B.
  4. Del hecho se desprende una primera conclusión: no es posible separar dos componentes puros con el uso de una destilación simple. Sin embargo hay dos casos donde casi se puede lograr esta posibilidad: cuando los puntos de ebullición de ambos componentes son muy diferentes (digamos que más de 100°C); y cuando la cantidad de uno de ellos en la mezcla es muy poca (menos del 10%). En estos casos si se hace una cuidadosa destilación se puede conseguir una separación razonable de ambos.

  5. La cuestión de que los primeros vapores son mas ricos en el componente A produce que el líquido remanente se vaya enriqueciendo en el componente B, es decir su composición se mueve a la derecha del punto 2 en busca del componente B puro.
  6. Note ahora que a medida que la mezcla se mueve hacia la derecha del punto 2 su temperatura de ebullición va incrementándose, así para un 90% de B (correspondiente a la linea de puntos mas a la derecha) el punto de ebullición de la mezcla es bastante mayor que el de la mezcla original (punto 2).

  7. Esto implica una segunda conclusión importante: a medida que avanza la destilación la temperatura de ebullición del líquido remanente aumenta.
  8. No es difícil darse cuenta que el diagrama de fases mostrado nos indica que a medida que avanza la destilación la composición de los vapores se van enriqueciendo en el componente B, hasta alcanzar el hipotético caso de llegar a TB cuando se destila la "última gota" de líquido como componente B puro.


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Teoría de la destilación
Figura 1. Diagrama de fases típico para la mezcla de dos sustancias