Destilación fraccionada

Definición de destilación fraccionada

La destilación fraccionada se ha utilizado durante cientos de años para purificar y separar diversos líquidos. Sin embargo, su mayor uso actual es en refinerías de petróleo y plantas petroquímicas. La forma más fácil de entender la destilación fraccionada es observar cómo se utiliza en estas industrias para refinar una sustancia conocida como petróleo crudo.

La destilación fraccionada del petróleo crudo

Hace 400 millones de años, el mundo era un lugar diferente. Era una época anterior a los dinosaurios y antes de que los glaciares de las eras glaciales se apoderaran del planeta. Las arañas sólo llevaban reptando unos 80 millones de años, los primeros tetrápodos cuadrúpedos acababan de llegar a la tierra y las plantas verdes aún no habían evolucionado hasta convertirse en bosques. La mayor parte de la Tierra estaba cubierta de océanos llenos de crustáceos, peces y diversos tipos de vegetación como el fitoplancton, algas verdes microscópicas. Cuando estos organismos morían, sus restos caían a los fondos oceánicos y se cubrían gradualmente de capas de limo y arena. A medida que las capas fueron creciendo a lo largo de cientos de miles de años, las condiciones se intensificaron. Finalmente, el calor y la presión que presionaban sobre los restos eran tan grandes que la materia orgánica muerta empezó a convertirse en una sustancia de gran importancia para los humanos de hoy: el petróleo crudo.

Fig. 1 - Representación de la formación del petróleo crudo

Cuando se extrae el petróleo crudo, es un líquido espeso y negro lleno de hidrocarburos (como alcanos), impurezas y contaminantes. No nos resulta muy útil en su estado original Los hidrocarburos tienen todos longitudes y propiedades diferentes, lo que dificulta su uso cuando están mezclados de esa manera. Sin embargo, si destilamos el petróleo crudo mediante destilación fraccionada, podemos obtener distintas fracciones de hidrocarburos que tienen todos tamaños y propiedades similares. Éstas nos resultan mucho más útiles que la mezcla bruta.

Destilación fraccionada: Proceso, columna y diagrama

Veamos ahora el proceso de la destilación fraccionada. He aquí cómo se lleva a cabo:

1. Ladestilación fraccionada del petróleo crudo tiene lugar en una columna de fraccionamiento. Se trata de una cámara enorme, normalmente de ocho metros de ancho y cuarenta de alto. Eso es un poco más alto que la estatua del Cristo Redentor de Río de Janeiro y sólo un poco más corto que la distancia entre la parte superior de las chimeneas más altas del Titanic y el agua.
2. El petróleo crudo entra por la parte inferior de la columna de fraccionamiento. Se calienta a altas temperaturas y asíse evapora .
3. Los vapores evaporados ascienden por la columna de fraccionamiento.
4. Lacolumna tiene un gradiente de temperatura: la parte inferior de la columna está más caliente que la superior. Esto significa que a medida que los vapores ascienden, seenfrían gradualmente .
5. Cuando la temperatura de la columna se enfría lo suficiente, los vapores se condensan. A continuación, se recogen en bandejas y se canalizan para su posterior refinamiento.

La característica más importante de una columna de fraccionamiento es su gradiente de temperatura. Significa que los hidrocarburos con diferentes puntos de ebullición se condensan a diferentes alturas. Todo depende de su tamaño:

• Los hidrocarburosmás pesados y de cadena más larga tienen puntos de ebulliciónmás altos. Se condensan a temperaturas relativamente altas, por lo que sus fracciones se recogen más abajo en la columna.
• Los hidrocarburosmás ligeros y de cadena más corta tienenpuntos de ebullición más bajos. Se condensan a temperaturas relativamente bajas, por lo que se recogen en la parte superior de la columna.

Fig. 2 - Diagrama del proceso de destilación fraccionada. Las fracciones producidas reciben un nombre.

Usos de la destilación fraccionada

Así pues, hemos aprendido que la función principal de la destilación fraccionada es separar el petróleo crudo, que por sí mismo no tiene muchos usos, en diferentes fracciones. Todos los hidrocarburos de una fracción comparten puntos de ebullición similares gracias a sus tamaños similares. El tamaño deun hidrocarburo también determina muchas de sus otras propiedades, por lo que las moléculas de una misma fracción también tienen otras muchas propiedades en común. Esto da a las distintas fracciones usos diferentes: tienen toda una gama de aplicaciones y son mucho más valiosas. Al separar el petróleo crudo, ¡hemos conseguido que una sustancia relativamente inútil sea infinitamente más útil! Por ejemplo:

• Los hidrocarburos más grandes, con longitudes de cadena de 70 o más, forman el betún. Se trata de una sustancia espesa, parecida al alquitrán, que se utiliza en carreteras y tejados. Otros hidrocarburos de cadena larga son buenos combustibles para barcos y centrales eléctricas.
• Los hidrocarburos de longitud media constituyen el combustible de los vehículos. Por ejemplo, el butano es útil como componente dela gasolina por su bajo punto de ebullición, lo que significa que podemos quemarlo en motores de combustión interna . Estos hidrocarburos también forman el gasóleo.
• Los hidrocarburos de cadena más corta, que son gases a temperatura ambiente, se utilizan como combustible para las estufas de camping. También puedes utilizar gas envasado para calentar tu casa.

Pero las fracciones del petróleo crudo tienen muchos usos más allá de la construcción y el combustible. Por ejemplo:

• Lanafta es una fracción que contiene hidrocarburos con unos cinco o seis átomos de carbono. Al craquear la nafta, obtenemos alquenos que se utilizan para fabricar plásticos, detergentes y alcoholes.
• De hecho, los hidrocarburos son excelentes materias primas químicas: se transforman industrialmente con facilidad en otros tipos de moléculas.
• Además, muchas de tus prendas de vestir se basan en hidrocarburos.
• Los hidrocarburos también se encuentran en diversas pinturas, disolventes y lubricantes.
• Incluso el refrigerante de tu frigorífico procede de un determinado hidrocarburo de cadena corta.

Echa un vistazo a tu alrededor: Seguro que encuentras una enorme variedad de productos que, de un modo u otro, tienen su origen en el petróleo crudo.

Desventajas de la destilación fraccionada del petróleo crudo

El petróleo crudo es nuestra principal fuente de productos químicos orgánicos y un combustible fósil extremadamente útil cuando se extrae, purifica y refina.

Es una sustancia que propulsa nuestros vehículos, mantiene en funcionamiento nuestros aparatos electrónicos, se puede convertir en ropa y envases, y está ahí debajo del fondo de los océanos, esperando a ser utilizada. De hecho, podría decirse que desempeña un papel esencial en casi todos los ámbitos de nuestra vida. Si es así, ¿por qué hay gente tan contraria a su uso? Consideremos ahora las desventajas de extraer y destilar petróleo crudo. Entre ellas están

• Su renovabilidad.
• Los gases de efecto invernadero asociados a su uso.
• Sus diversas impurezas.

Renovabilidad

Como el petróleo crudo se forma tan lentamente, es un recurso no renovable.

A menos que dejemos de extraer petróleo crudo tan rápidamente, pronto nos quedaremos sin él. Nuestros recursos de crudo son finitos. Al depender en gran medida del petróleo crudo para tal plétora de productos, perjudicamos a las generaciones futuras. Cuando se agoten nuestras reservas de petróleo, tendrán que encontrar rápidamente formas alternativas de producir artículos como combustible, plásticos y materias primas químicas, que se han convertido en una parte tan fundamental de la vida cotidiana.

Gases de efecto invernadero

Como ya sabes, el petróleo crudo está formado por hidrocarburos de diferentes longitudes y tamaños. Quemamos muchos de estos hidrocarburos como combustible para coches, barcos y aviones. Aunque son grandes fuentes de energía, los hidrocarburos liberan dióxido de carbono (_CO2) y vapor de agua (_H2O) al quemarse. Esto es un problema grave porque tanto el dióxido de carbono como el vapor de agua son gases de efecto invernadero.

Los gases de efecto invernadero atrapan el calor en la atmósfera y calientan el planeta, contribuyendo a algo llamado efecto invernadero.

Al quemar fracciones de petróleo crudo, los seres humanos están contribuyendo al aumento constante de la temperatura global que está derritiendo glaciares, provocando la pérdida de cosechas e intensificando fenómenos meteorológicos extraños como inundaciones y sequías.

Fig. 3 - El efecto invernadero. Los gases de efecto invernadero atrapan el calor del sol, calentando así la Tierra.

Impurezas

El petróleo crudo es una mezcla orgánica que puede contener muchas impurezas, como azufre. Estas impurezas proceden de los cuerpos de las criaturas de las profundidades marinas que se descomponen para formar el petróleo crudo, como se ha explicado anteriormente. Cuando quemamos petróleo crudo como combustible, devolvemos las impurezas al medio ambiente.

El azufre, por ejemplo, se quema para formar dióxido de azufre. Quizá sepas que este gas provoca dificultades respiratorias, irritación cutánea y lluvia ácida corrosiva. Suena divertido, ¿verdad?

Alternativas al petróleo crudo

Por todas las razones exploradas anteriormente, la extracción y destilación de petróleo crudo sigue siendo un tema controvertido y muchas partes protestan activamente contra ello. Pero no todo son malas noticias. Las alternativas al petróleo crudo son cada vez más baratas y accesibles. Es posible que hayas bebido café en una taza totalmente compostable, llevado ropa hecha de lino natural, algodón o incluso cáñamo, o tal vez alimentado tu teléfono con energía solar. El gobierno británico anunció recientemente planes para eliminar progresivamente todas las ventas de coches nuevos de gasolina y diésel para 2030. Aunque ahora pueda parecer un objetivo inalcanzable, es un gran paso en la dirección correcta hacia un futuro más ecológico y sostenible.