Destilación Fraccionada

DESTILACIÓN FRACCIONADA

Flavia Álvarez Marchiani

Resumen

La destilación fraccionada es un proceso físico de separación de mezclas por diferencias pequeñas en puntos de ebullición, ampliamente utilizado en la industria petroquímica para obtener los derivados de crudo. El objetivo principal de la práctica en cuestión es separar los compuestos involucrados en una mezcla determinada, aprovechando los distintos puntos de ebullición, utilizando un montaje experimental de laboratorio con una columna de destilación. El resultado obtenido al culminar la práctica es que el primer compuesto se trató de un alcano posiblemente ramificado, cuyo punto de ebullición fue de (43±1) °C, mientras que el segundo compuesto fue un alqueno.

Introducción

El concepto principal de esta práctica se basa en un proceso de separación denominado destilación, y se define como la acción de separar componentes de una mezcla líquida, generalmente homogénea, aprovechando los distintos puntos de ebullición de los compuestos. El mecanismo se lleva a cabo mediante el calentamiento de una mezcla dada, los compuestos más volátiles se evaporan y son dirigidos a un condensador para enfriar los gases y obtener el destilado de forma líquida, mientras que el remanente o residuo queda depositado en el fondo igualmente en estado líquido. [1]

El punto de ebullición se define como la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión atmosférica estándar o a la del medio presurizado (Petrucci et al, 2007). Dependiendo de la naturaleza de la mezcla a separar, es decir, de la diferencia entre sus puntos de ebullición de las sustancias, se podrá aplicar una destilación simple o una destilación fraccionada. [2]

La primera se lleva a cabo en una sola etapa y sólo puede emplearse cuando los puntos de ebullición presentan una diferencia significativa, y al ser conducidos todos los vapores directamente al condensador, no se obtiene un destilado puro.

La destilación fraccionada se lleva a cabo cuando las diferencias de puntos de ebullición de los componentes involucrados son pequeñas. El equipo requerido consiste en una columna vertical larga, que posee una gran superficie de condensación de los vapores de los líquidos que hierven. Los vapores deben estar suficientemente calientes para ascender por la columna (generalmente de platos) antes de que condensen en el proceso y sean recolectados. Este proceso conforma la base de muchas operaciones industriales de separación y purificación, particularmente para la separación de los componentes del petróleo crudo. [1]

En definitiva, el objetivo general de la práctica en cuestión es separar los componentes de una mezcla binaria o ternaria de hidrocarburos por el método de destilación fraccionada, y asignar sus componentes con base a sus temperaturas de ebullición y su reactividad. [3]

• Hidrocarburo

Compuesto orgánico que surge de la combinación de átomos de hidrógeno con átomos de carbono, formando cadenas cerradas (cíclicos) o abiertas, lineales o ramificadas. Aquel hidrocarburo que se obtiene de forma gaseosa en la naturaleza se denomina gas natural, que al quemarse en presencia de oxígeno atmosférico produce una gran cantidad de energía térmica, proceso mayormente conocido como combustión y de gran utilidad a nivel industrial. No obtente, cuando es obtenido de forma líquida con procesos de extracción y perforación en formaciones geológicas, se le denomina petróleo, cuya refinación genera compuestos que serán objeto de estudio durante esta práctica. Algunos de ellos se clasifican de la siguiente forma:

a) Alcanos: Moléculas de hidrocarburo que se caracterizan por poseer solo enlaces covalentes simples, y por ende se dice que son saturados. La complejidad de los alcanos varía desde el metano (CH4) hasta cadenas conformadas por más de 50 átomos de carbono, capaces de polarizarse más fácilmente en forma lineal que sus isómeras ramificadas. La fórmula general para este tipo de compuestos es CnH2n+2

b) Alquenos y alquinos: Son aquellos hidrocarburos de cadena recta o ramificada que contienen al menos una insaturación. En el caso de los alquenos simple u olefinas, se habla de enlaces dobles con formula general CnH2n, presentan hibridación sp2 y formación de enlaces π. Los alquinos se caracterizan por presentar triples enlaces con fórmula general CnH2n-2, hibridación sp y dos enlaces π. [1,4]

Las reacciones de hidrocarburos involucradas en esta práctica son las siguientes:

Alcano + H2SO4 → No reacciona (1)

Alqueno + H2SO4 → Alqueno con grupo HSO4 (2)

Alquino + H2SO4 → Alqueno (3)

Alcano + Br2 → Alcano con grupo Br (en presencia de luz y cloroformo) (4)

Alqueno +Br2→Dibromoalcano (en presencia de cloroformo) (5)

Alquino + 2Br2 → Tetrabromo alcano (en presencia de cloroformo) (6)

Hidrocarburo + NaOH → No reacciona (7)

Procedimiento experimental

La práctica constó de tres secciones para efectuar los experimentos:

a) Destilación fraccionada

1. Luego de preparar el montaje del equipo, en un balón de destilación de capacidad adecuada se colocan 20 ml de muestra con trozos de plato poroso o perlas de ebullición. Se posiciona el balón sobre una manta de calentamiento y un recolector posterior al condensador.

2. Calentar suavemente y cuidar la velocidad de destilación de 1-2 gotas por segundo.

3. Anotar la temperatura a la cual se comienza a ver la caída de las primeras gotas en el recolector.

4. Medir el volumen recolectado para cada una de las fracciones (destilado y remanente)

5. Guardas los líquidos de las fracciones por separado para efectuar ensayos sobre cada una.

b) Reactividad del destilado y residuo con ácido sulfúrico concentrado y NaOH

1. Tomar dos tubos de ensayo y colocar en cada uno aproximadamente 1 ml de cada muestra, y a cada uno añadirle 1 ml de ácido sulfúrico concentrado dentro de la campana de extracción.

2. Preparar un baño de agua caliente no hirviente (disponer de un termómetro para evitar que sobre pase los 80 °C), con cuidado se colocan los tubos dentro del baño, pero evitando su evaporación.

3. Agitar y observar los cambios.

4. Tomar dos tubos de ensayo limpios, colocar en cada uno aproximadamente 1 ml de cada muestra, y a cada uno

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