Columna de fraccionamiento

Esquema de una columna de destilación fraccionada

Una columna de fraccionamiento, también llamada columna de platos o columna de platillos, es un aparato que permite realizar una destilación fraccionada. Una destilación fraccionada es una técnica que permite realizar una serie completa de destilaciones simples en una sola operación sencilla y continua. La destilación fraccionada es una operación básica en la industria química y afines, y se utiliza fundamentalmente en la separación de mezclas de componentes líquidos.

Fundamento teórico

El fundamento teórico del proceso consiste en el calentamiento de la mezcla, que da lugar a un vapor más rico que la mezcla en el componente más volátil (destilación simple). El vapor pasa a la parte superior de la columna donde condensa. Como la temperatura sigue aumentando, a su vez este condensado se calienta dando lugar a un vapor aún más rico en el componente más volátil (más ligero, de menor punto de ebullición), que vuelve a ascender en la columna (nueva destilación simple). De la misma forma el líquido condensado de cada paso va refluyendo hacia la parte baja de la columna, haciéndose cada vez más rico en el componente menos volátil.

Esto tiene como consecuencia una serie completa de evaporaciones y condensaciones parciales en toda la longitud de la columna de fraccionamiento. Estos ciclos de evaporación-condensación equivalen a múltiples destilaciones simples, por lo que la destilación fraccionada es mucho más eficiente que la simple, y permite separar incluso líquidos de puntos de ebullición parecidos.

El proceso se repite tantas veces como sea necesario, y a cada uno de estos pasos se le denomina etapa o plato. Con un número de platos suficiente se obtiene por la parte superior el componente más volátil de la mezcla y por la parte inferior el menos volátil.

Cuanto más arriba estamos en la columna de fraccionamiento, menores son la temperatura y la riqueza en el componente más volátil. Y a la inversa, cuanto más abajo estamos en la columna de fraccionamiento, mayor es la temperatura y la riqueza en el componente menos volátil. Es necesario calentar continuamente para que el proceso continúe.

Clases

La columna de fraccionamiento puede ser tanto un aparato de laboratorio como una instalación industrial propia de la ingeniería química o ingenieria de gas, pero en ambos casos existe en la parte inferior un aparato que calienta la mezcla y en la parte superior un condensador.

En el caso de un aparato de laboratorio normalmente la columna es de vidrio y está rellena de un material que asegure el máximo contacto entre la fase líquida y la fase de vapor, como bolitas de vidrio, trozos de tubo de vidrio o similares.

En el caso de una instalación industrial la columna está formada por una serie de platos, cada uno de ellos atravesado por un tubo que permite el ascenso del vapor desde el plato inferior, pero rematado por una cazoleta invertida que obliga al vapor a borbotear sobre el líquido contenido en el plato. Así se asegura el contacto entre el líquido condensado en el plato y el vapor que ha ebullido en el plato inferior. Aquí todos los componentes son habitualmente metálicos.

Diseño

El número de etapas o de platos necesario para una determinada separación se puede calcular teóricamente, ya que no es más que la combinación de una serie de destilaciones simples. En la práctica el número de platos reales necesarios es siempre superior al de platos teóricos calculados.

De la misma manera en función del resultado buscado se diseñan el diámetro de la columna, el tipo de relleno o de platos, etc.

La eficiencia de la separación depende de múltiples factores como la diferencia de puntos de ebullición de los componentes de la mezcla, la presión a la que se trabaje y otros parámetros fisicoquímicos de los componentes.

Aplicación

La principal aplicación en el laboratorio es la separación de sustancias de puntos de ebullición próximos. Y el principal uso industrial, con mucha mayor importancia que cualquier otro, es la destilación fraccionada del petróleo o del gas natural. En el caso de este último, se utiliza para separar o fraccionar componentes propios de dicho gas como el metano, etano, butano, entre otros, con la finalidad de obtener dicho componente libre de otros con los que normalmente viene acompañado. [[Media:fh ]]