Destilación por arrastre de vapor

Destilación
Ramas
	Ley de Raoult / Ley de Dalton / Reflujo / Ecuación de Fenske / Método de McCabe-Thiele / Plato teórico / Presión parcial / Equilibrio vapor-líquido
Procesos industriales
	Destilación batch; Destilación continua; Columna de fraccionamiento; Conos rotatorios;
Métodos de laboratorio
	Alambique; Kugelrohr / Recorrido corto; Evaporador rotativo; Con banda giratoria; Destilador;
Técnicas
	Azeotrópica; Catalítica; Destructiva; Seca; Extractiva; Fraccional; Reactiva; Efecto salino; Arrastre de vapor; Al vacío;

La destilación por arrastre de vapor es un proceso especializado de destilación utilizado para separar o purificar materiales sensibles a la temperatura, como compuestos aromáticos naturales.^[1] Aunque fue un método de laboratorio muy popular para la purificación de compuestos orgánicos, su uso ha disminuido con la proliferación de la destilación al vacío. No obstante, la destilación por arrastre de vapor sigue siendo relevante en ciertos sectores industriales, como la extracción de aceites esenciales y el tratamiento de aguas residuales.^[2]^[3]

Muchos compuestos orgánicos tienden a descomponerse cuando se calientan a temperaturas elevadas durante periodos prolongados. Dado que la destilación convencional a presión atmosférica requeriría alcanzar sus puntos de ebullición normales (generalmente altos), no es viable. Para solucionarlo, se introduce vapor de agua en el aparato de destilación. El vapor arrastra pequeñas cantidades de los compuestos volátiles hacia el condensador, donde se recupera un destilado bifásico (agua + compuesto orgánico), facilitando su posterior separación por decantación.^[4] Este proceso permite destilar a temperaturas más bajas, minimizando la degradación térmica de los productos deseados. Para compuestos extremadamente sensibles al calor, la destilación por arrastre de vapor puede realizarse a presión reducida, disminuyendo aún más la temperatura de operación.^[5]

Una vez condensados los vapores, se obtiene generalmente un sistema de dos fases inmiscibles (agua y compuesto orgánico), lo que permite la separación por métodos físicos como la decantación o la partición.^[6]

Principio

Cuando se calienta una mezcla de dos líquidos prácticamente inmiscibles, cada componente ejerce su propia presión de vapor a la temperatura del sistema, independientemente del otro, como si estuviera solo. Por lo tanto, la presión de vapor total del sistema es la suma de las presiones de vapor de los componentes individuales. La ebullición comienza cuando esta suma supera la presión atmosférica (aproximadamente 101.3 kPa al nivel del mar).^[7] De esta forma, muchos compuestos orgánicos insolubles en agua pueden ser destilados a temperaturas muy inferiores a sus puntos de ebullición normales, evitando su descomposición.

Por ejemplo, el bromobenceno hierve a 156 °C y el agua a 100 °C, pero una mezcla de ambos hierve a 95 °C. Así, el bromobenceno puede destilarse 61 °C por debajo de su punto de ebullición normal, minimizando riesgos de degradación.^[8]

La relación de masas entre el compuesto orgánico destilado y el agua destilada está dada por la siguiente ecuación:^[9]

${\frac {m_{org}}{m_{agua}}}={\frac {p_{org}^{0}\cdot M_{org}}{p_{agua}^{0}\cdot M_{agua}}}$

donde:

m = masa del componente destilado
p⁰ = presión de vapor del componente puro a la temperatura de destilación
M = peso molecular

Aplicaciones

La destilación por arrastre de vapor se emplea ampliamente en el aislamiento de aceites esenciales para la industria de perfumes y fragancias.^[10] En este método, el vapor de agua pasa a través del material vegetal que contiene los aceites deseados (por ejemplo, hojas de eucalipto o cáscaras de naranja), arrastrando sus componentes volátiles. Tanto el aceite de eucalipto como el aceite de naranja se obtienen industrialmente mediante esta técnica. También se utiliza en la síntesis de compuestos orgánicos complejos para separar productos intermedios o finales sin someterlos a altas temperaturas.^[2]^[11]

En las refinerías de petróleo y plantas petroquímicas, la destilación por arrastre de vapor es ampliamente conocida como "extracción con vapor" (steam stripping). Se utiliza para eliminar compuestos volátiles (como H₂S y amoníaco) de corrientes de aguas residuales ácidas, así como para fraccionar corrientes de hidrocarburos ligeros.^[12]^[13]

Además, es un método importante en la industria de aceites y grasas para separar ácidos grasos a partir de mezclas complejas, así como para tratar productos como el aceite de tall oil y extraer ácidos grasos, jabones y otros compuestos de valor comercial.^[14]

Equipo

A escala de laboratorio, las destilaciones por arrastre de vapor se realizan generalmente de dos formas: (1) generando vapor externamente y haciéndolo burbujear a través de la muestra (biomasa macerada), o (2) generando vapor in situ mediante un aparato de tipo Clevenger, que permite la recirculación del agua condensada y la separación continua del aceite esencial.^[15]^[16]

Ventajas y desventajas

Ventajas

Permite la destilación de compuestos termolábiles a temperaturas notablemente reducidas.^[1]
Evita o minimiza la descomposición térmica de productos sensibles al calor.^[5]
Es especialmente útil para compuestos inmiscibles o poco miscibles con agua.
Método económico y ampliamente utilizado para la extracción de aceites esenciales a partir de material vegetal.^[10]

Desventajas

Limitado a compuestos que son inmiscibles con el agua (no funciona para compuestos hidrosolubles).^[6]
Alto consumo energético debido a la necesidad de generar grandes cantidades de vapor.^[4]
Puede requerir pasos adicionales de separación y purificación del destilado (por ejemplo, decantación, extracción con disolventes).
No es adecuado para compuestos de muy baja volatilidad o que forman emulsiones estables con el agua.

Véase también

Referencias

1 2 Seader, J. D.; Henley, Ernest J. (1998). «9.7 (Steam Distillation)». Separation Process Principles (1.ª edición). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-58626-5.
1 2 Fahlbusch, Karl-Georg; Hammerschmidt, Franz-Josef; Panten, Johannes; Pickenhagen, Wilhelm; Schatkowski, Dietmar; Bauer, Kurt; Garbe, Dorothea; Surburg, Horst (2003). «Flavors and Fragrances». Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. ISBN 3-527-30673-0. doi:10.1002/14356007.a11_141.
↑ Perry, Robert H.; Green, Don W. (1984). «13 (Distillation)». Perry's Chemical Engineers' Handbook (7.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049841-9.
1 2 Kister, Henry Z. (1992). «9.4 (Steam Distillation)». Distillation Design (1.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-034909-4.
1 2 Stichlmair, Johann G.; Fair, James R. (1998). «6.4 (Steam Distillation)». Distillation: Principles and Practice. Wiley-VCH. ISBN 978-0-471-25241-2.
1 2 Treybal, Robert E. (1981). «9.8 (Steam Distillation)». Mass-Transfer Operations (3.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-066175-2.
↑ Geankoplis, Christie J. (2003). «10.9 (Steam Distillation)». Transport Processes and Separation Process Principles (4.ª edición). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-101367-4.
↑ Sinko, Patrick J. (2011). «16 (Solubility and Distribution Phenomena)». Martin's Physical Pharmacy and Pharmaceutical Sciences (6.ª edición). Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 9781975174828.
↑ Seader, J. D.; Henley, Ernest J. (1998). «9.7.2 (Steam Distillation Calculations)». Separation Process Principles (1.ª edición). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-58626-5.
1 2 Guenther, Ernest (1948). «6 (Distillation)». The Essential Oils 1. D. Van Nostrand Company.
↑ Perry, Robert H.; Green, Don W. (1984). «13.8 (Steam Distillation)». Perry's Chemical Engineers' Handbook (7.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049841-9.
↑ Beychok, Milton R. (abril de 1967). «The Design of Sour Water Strippers». Proceedings of the Seventh World Petroleum Congress (Ciudad de México) 4: 421-429.
↑ Kister, Henry Z. (1992). «10 (Crude Oil Distillation)». Distillation Design (1.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-034909-4.
↑ Chakrabarty, M. M. (2003). «4 (Distillation)». Chemistry and Technology of Oils & Fats. Allied Publishers. pp. 12-. ISBN 978-81-7764-495-1.
↑ Walton, N. J.; Brown, D. E. (1999). «4 (Extraction)». Chemicals from Plants: Perspectives on Plant Secondary Products. Imperial College Press. ISBN 978-1-86094-093-4.
↑ Clevenger, J. F. (1928). «Apparatus for the Determination of Volatile Oil». Journal of the American Pharmaceutical Association 17 (4): 345-349. doi:10.1002/jps.3080170407.

Enlaces externos

Steam Distillation – American Chemical Society
Steam Distillation of Essential Oils – AOCS (American Oil Chemists' Society)

Datos: Q1164392
Multimedia: Steam distillation / Q1164392

[Seader-1] 1 2 Seader, J. D.; Henley, Ernest J. (1998). «9.7 (Steam Distillation)». Separation Process Principles (1.ª edición). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-58626-5.

[Ullmann-2] 1 2 Fahlbusch, Karl-Georg; Hammerschmidt, Franz-Josef; Panten, Johannes; Pickenhagen, Wilhelm; Schatkowski, Dietmar; Bauer, Kurt; Garbe, Dorothea; Surburg, Horst (2003). «Flavors and Fragrances». Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. ISBN 3-527-30673-0. doi:10.1002/14356007.a11_141.

[Perry-3] Perry, Robert H.; Green, Don W. (1984). «13 (Distillation)». Perry's Chemical Engineers' Handbook (7.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049841-9.

[Kister_Steam-4] 1 2 Kister, Henry Z. (1992). «9.4 (Steam Distillation)». Distillation Design (1.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-034909-4.

[Stichlmair-5] 1 2 Stichlmair, Johann G.; Fair, James R. (1998). «6.4 (Steam Distillation)». Distillation: Principles and Practice. Wiley-VCH. ISBN 978-0-471-25241-2.

[Treybal-6] 1 2 Treybal, Robert E. (1981). «9.8 (Steam Distillation)». Mass-Transfer Operations (3.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-066175-2.

[Geankoplis-7] Geankoplis, Christie J. (2003). «10.9 (Steam Distillation)». Transport Processes and Separation Process Principles (4.ª edición). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-101367-4.

[Martin-8] Sinko, Patrick J. (2011). «16 (Solubility and Distribution Phenomena)». Martin's Physical Pharmacy and Pharmaceutical Sciences (6.ª edición). Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 9781975174828.

[Seader_Steam-9] Seader, J. D.; Henley, Ernest J. (1998). «9.7.2 (Steam Distillation Calculations)». Separation Process Principles (1.ª edición). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-58626-5.

[Guenther-10] 1 2 Guenther, Ernest (1948). «6 (Distillation)». The Essential Oils 1. D. Van Nostrand Company.

[Perry_Steam-11] Perry, Robert H.; Green, Don W. (1984). «13.8 (Steam Distillation)». Perry's Chemical Engineers' Handbook (7.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049841-9.

[Beychok-12] Beychok, Milton R. (abril de 1967). «The Design of Sour Water Strippers». Proceedings of the Seventh World Petroleum Congress (Ciudad de México) 4: 421-429.

[Kister_Industrial-13] Kister, Henry Z. (1992). «10 (Crude Oil Distillation)». Distillation Design (1.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-034909-4.

[Chakrabarty2003-14] Chakrabarty, M. M. (2003). «4 (Distillation)». Chemistry and Technology of Oils & Fats. Allied Publishers. pp. 12-. ISBN 978-81-7764-495-1.

[Walton-15] Walton, N. J.; Brown, D. E. (1999). «4 (Extraction)». Chemicals from Plants: Perspectives on Plant Secondary Products. Imperial College Press. ISBN 978-1-86094-093-4.

[Clevenger-16] Clevenger, J. F. (1928). «Apparatus for the Determination of Volatile Oil». Journal of the American Pharmaceutical Association 17 (4): 345-349. doi:10.1002/jps.3080170407.

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