Destilación por vapor

La destilación por arrastre de vapor es un proceso de separación que consiste en destilar agua junto con otros componentes volátiles y no volátiles. El vapor del agua hirviendo lleva el vapor de los volátiles a un condensador; ambos se enfrían y vuelven al estado líquido o sólido, mientras que los residuos no volátiles quedan en el recipiente de ebullición.

Si, como suele ser el caso, los volátiles no son miscibles con agua, formarán espontáneamente una fase distinta después de la condensación, lo que les permitirá separarlos por decantación o con un embudo de decantación.

La destilación al vapor se puede usar cuando el punto de ebullición de la sustancia a extraer es más alto que el del agua y el material de partida no se puede calentar a esa temperatura debido a la descomposición u otras reacciones no deseadas. También puede ser útil cuando la cantidad de la sustancia deseada es pequeña en comparación con la de los residuos no volátiles. A menudo se usa para separar los aceites esenciales volátiles del material vegetal. por ejemplo, para extraer limoneno (punto de ebullición 176 °C) de cáscaras de naranja.

La destilación al vapor alguna vez fue un método de laboratorio popular para la purificación de compuestos orgánicos, pero ha sido reemplazada en muchos de estos usos por la destilación al vacío y la extracción con fluidos supercríticos. Sin embargo, es mucho más simple y económico que esas alternativas, y sigue siendo importante en ciertos sectores industriales.

En la forma más simple, destilación de agua o hidrodestilación, el agua se mezcla con el material de partida en el recipiente de ebullición. En la destilación directa al vapor, el material de partida se suspende sobre el agua en el matraz de ebullición, sostenido por una malla metálica o pantalla perforada. En la destilación de vapor seco, el vapor de una caldera se fuerza a fluir a través del material de partida en un recipiente separado. La última variante permite calentar el vapor por encima del punto de ebullición del agua (convirtiéndose así en vapor sobrecalentado), para una extracción más eficiente.

Historia

La destilación al vapor se utiliza en muchas de las recetas del Kitāb al-Taraffuq fī al-ʿiṭr ('Libro de la delicadeza del perfume'), también conocido como Kitāb Kīmiyāʾ al-ʿiṭr wa-l-taṣʿīdāt ('Libro de la química de perfumes y destilaciones'), atribuido al primer filósofo árabe al-Kindi (c.  801 –873). El filósofo y médico persa Avicena (980-1037) también utilizó la destilación al vapor para producir aceites esenciales añadiendo agua a los pétalos de rosa y destilando la mezcla. El proceso también fue utilizado por al-Dimashqi (1256-1327) para producir agua de rosas a gran escala.

Principio

Toda sustancia tiene cierta presión de vapor incluso por debajo de su punto de ebullición, por lo que, en teoría, podría destilarse a cualquier temperatura recolectando y condensando sus vapores. Sin embargo, la destilación ordinaria por debajo del punto de ebullición no es práctica porque se formaría una capa de aire rico en vapor sobre el líquido y la evaporación se detendría tan pronto como la presión parcial del vapor en esa capa alcanzara la presión de vapor. Entonces, el vapor fluiría hacia el condensador solo por difusión, que es un proceso extremadamente lento.

La destilación simple generalmente se realiza hirviendo el material de partida porque, una vez que su presión de vapor exceda la presión atmosférica, esa capa de aire aún rica en vapor se romperá y habrá un flujo significativo y constante de vapor desde el matraz de ebullición hasta el condensador.

En la destilación al vapor, ese flujo positivo lo proporciona el vapor del agua hirviendo, en lugar de la ebullición de las sustancias de interés. El vapor lleva consigo los vapores de este último.

La sustancia de interés no necesita ser miscible en agua o soluble en ella. Basta con que tenga una presión de vapor significativa a la temperatura del vapor.

Si el agua forma un azeótropo con las sustancias de interés, el punto de ebullición de la mezcla puede ser inferior al punto de ebullición del agua. Por ejemplo, el bromobenceno hierve a 156 °C (a presión atmosférica normal), pero una mezcla con agua hierve a 95 °C. Sin embargo, la formación de un azeótropo no es necesaria para que funcione la destilación al vapor.

Aplicaciones

La destilación al vapor se emplea a menudo en el aislamiento de aceites esenciales, para su uso en perfumes, por ejemplo. En este método, el vapor pasa a través del material vegetal que contiene los aceites deseados. El aceite de eucalipto, el aceite de alcanfor y el aceite de naranja se obtienen por este método a escala industrial. La destilación al vapor es un medio para purificar los ácidos grasos, por ejemplo, de los aceites de resina.

La destilación al vapor se utiliza a veces en el laboratorio químico. Es ilustrativa una preparación clásica de bromobifenilo en la que se usa destilación al vapor para eliminar primero el exceso de benceno y posteriormente purificar el producto bominado. En una preparación de benzofenona, se emplea vapor para recuperar primero el tetracloruro de carbono sin reaccionar y posteriormente para hidrolizar el dicloruro de benzofenona intermedio en benzofenona, que de hecho no se destila con vapor. Es una preparación de una purina, la destilación al vapor se usa para eliminar el benzaldehído volátil del producto no volátil.

Equipo

A escala de laboratorio, las destilaciones al vapor se llevan a cabo utilizando vapor generado fuera del sistema y canalizado a través de la mezcla a purificar. El vapor también se puede generar in situ usando un aparato tipo Clevenger.