Fig. 273.
Destilacion
584. Destilacion.
Cuando la vaporización se hace con objeto de separar dos cuerpos que tienen diferente temperatura de ebullicion, sabemos que se la da el nombre de destilacion (417). Esta operacion necesita aparatos que se diferencian de los de vaporizacion.
585. Partes de un alambique.
En un aparato destilatorio, llamado por lo general alambique, hay que considerar tres partes: una es la caldera ó recipiente donde se coloca el líquido, otra es la cubierta donde se reune el vapor, y otra el condensador ó espacio donde este vapor se convierte en líquido ó sólido.
586. Calculos para calentar el líquido.
La caldera se coloca en un hornillo con sus conductos de humo y demás partes, según queda esplicado en las de vapor, y sus dimensiones se calcularán como hemos dicho para el agua (569); buscaremos la cantidad de calor necesaria para evaporar 1 kil. del líquido, y comparando con el agua tendremos el combustible, superficie de caldeo y demás partes del hogar. Supongamos que hay que destilar 40 arrobas de vino con 5 por 100 de alcohol, ó sea 400 kil. próximamente; en las 40 arrobas hay 2 de alcohol ó sean 23 kil., pero la esperiencia ha demostrado que para destilar todo el alcohol, es necesario evaporar próximamente la 4.ª parte del vino, es decir, 10 arrobas en el caso presente, ó sean 115 kil. de agua y alcohol, que es lo qué se llama aguardiente; de estos 115 kil. son 23 de alcohol, luego el resto 115 - 23 = 92 son de agua: según esto, para la destilacion propuesta hay que reducir á vapor 23 kil. de alcohol y 92 de agua, y calentar el líquido restante, que será agua, ó 460 - 115 = 345 kil., á 100º: calculemos al combustible necesario para convertir en vapor 23 kil. de alcohol, y para esto veamos qué calor necesita este líquido para convenirse en vapor desde 0 grados: su temperatura de ebullición (430) es 79°, de modo que si su capacidad calorífica fuera igual á la del agua, 1 kil. de alcohol nocesitaria 79 unidades de calor para pasar desde 0 á la ebullición; pero la capacidad calorífica del alcohol (406), es 0,622; luego siendo la capacidad calorífica 1, el numero de unidades es 79; cuando esta capacidad sea 0,622, el número de unidades será 1 : 79 : : 0,062 : x = 79 x 0,622 = 49 próximamente: el calórico latente del vapor de alcohol (418) es 332, de modo que sumando las dos cantidades, tendremos 49 + 332 = 381 calorías que necesita 1 kil. de alcohol para pasar á vapor desde 0. Sabido esto, calculemos la cantidad de combustible necesario en la destilacion propuesta, suponiendo que sea hulla. Con 381 calorías se forma 1 kil. de vapor de alcohol; con 640, que son las necesarias para convertir en vapor 1 kil. de agua, se formarán 381 : 1 : : 640 : x = 640 : 381 = lk,68, de modo que con el calor que se forma 1 kil. de vapor de agua, se forman 1k,68 de vapor de alcohol; luego con el calor que se forman 6 kil. de vapor de agua que es 1 de hulla (569), se formarán 6 x 1,68 = l0k de alcohol: en el ejemplo propuesto hay 23 kil. de alcohol; de modo que será 23 : 10 = 2k,3 la hulla necesaria: además para 92k de agua contando por cada kil. de hulla 6 de vapor, serán 92 : 0 = 15k,3; para calentar á 100° los 318 kil. de agua, necesitaremos 345 x 100 = 34500 calorías, y dividiendo por las que produce 1 kil. de hulla, tendremos los necesarios para calentar el agua; sabemos que 1 kil. de hulla produce 7500 calorías (501), pero no se aprovecha todo este calor porque hemos contado que solo da 6 de vapor, que son 6 x 640 = 3840 calorías; luego se pierde el resto del calor, que es la mitad próximamente, y por lo tanto debemos contar solamente 3800 calorías aprovechadas de cada kil. de hulla: así el agua para calentarse necesita 34500 : 3800 = 9 kil., y sumando todo el combustible necesario para la operación resultan 2k,3 + 15k,3 + 9k = 26k,6 de hulla. Para superficie de caldeo tenemos que si cada kil. de hulla produce 6 de vapor de agua, los 26,6 kil. producirían 26k,6 x 6 = 159k,6 suponiendo todo agua; y como cada metro cuadrado produce 17 de vapor (569), los metros cuadrados necesarios serán 159,6 : 17 = 9m,4: si en lugar de hulla fuera leña, contando que esta produce la tercera parte del calor de aquella próximamente (501), se tendrían 26,6 x 3= 79k,8 ó sean escasas 7 arrobas. En este cálculo hemos supuesto el vino como mezcla de agua y alcohol, y que las temperaturas suben desde 0, porque es evidente que no deben tenerse en cuenta todas las circunstancias particulares, variables en cada momento ni es necesario, en cálculos semejantes. De lo dicho resulta que cuando se trata de destilar líquidos diferentes del agua, tendremos presente el cálculo que hemos hecho para solo el alcohol; y si se trata de un líquido mezclado con agua, nos servirá el cálculo del ejemplo propuesto para el vino. La capacidad de la caldera se conocerá por la superficie de caldeo y el líquido que ha de contener, teniendo en cuenta que la superficie es la que influye en la vaporización, y no el volumen.
587. Condensador.
El vapor se reúne en la parte superior de la caldera, y desde allí pasa al condensador, donde vuelve al estado líquido; por lo tanto es necesario que este condensador tenga la suficiente superficie, para que por ella se trasmita al esterior todo el calórico latente y el vapor pase al estado líquido: para calcular esta superficie es necesario saber que cantidad de calor puede pasar por hora y metro cuadrado de condensador; los esperimentos hechos al efecto han dado que 1 metro cuadrado de superficie de diferentes metales en contacto con el aire á 15 grados, condensa por hora una cantidad de vapor de agua que se espresa en la siguiente tabla, en kilogramos y sus fracciones.
Plancha de hierro................................. 1,82Además se ha visto que cada metro cuadrado de cobre en contacto con agua de 20 á 25° condensa por hora 107 kil. de vapor de agua; con estos datos hay que calcular la superficie., sabiendo primero la cantidad que se ha de condensar. En el problema antes propuesto se vaporizan 115 kil. de líquido, de los cuales son 23 de alcohol y 92 de agua: supongamos que el condensador es de cobre y se enfria con agua á 15°; como el cobre condensa 107 kil. por metro cuadrado con una diferencia de temperatura de 100 á 20°, es decir, de 80º, y aquí suponemos una diferencia de 100 á 15º ó sea de 85º, admitiendo como cierto que los cuerpos se enfrian en razón de las diferencias de temperatura (378) á falta de otros datos mas exactos, tendremos que si con 80º de diferencia se condensan 107k, con 85 se condensarán 80 : 107 : : 85 : x = 113k,7, de modo que contaremos con este número de kil. de vapor de agua por metro, y como hay que condensar 92, tendremos que si 113k,7 se condensan con 1 metro, 92 se condensarán con 113,7 : 1 : : 92 : x = 92 : 113,7 = 0m,81: los 23 kil. de alcohol al condensarse dejan 332 x 23 = 7636 unidades (418), luego para saber la superficie de condensador que necesitan, tenemos que 1 metro cuadrado deja pasar en las condiciones propuestas el calor de 113k,7 de vapor de agua, que son 113,7 x 540 = 61398 unidades; luego si estas unidades pasan por 1 metro, las 7636 del alcohol pasarán por la cantidad que resulta de la siguiente proporción: 61398 : 1 : : 7636 : x = 7636 : 61398 = 0m,12: sumando las dos cantidades resultan 0m,81 + 0m,12 = 0m,93 para superficie de condensador: será conveniente aumentar algo esta superficie por las causas de error que el cálculo lleve consigo. Cuando el condensador está al aire, la renovación de este se hace por sí misma, pues el aire calentado por el contacto del condensador se eleva y es reemplazado por otro frio: el cálculo se hará en este caso como en el anterior, teniendo cuidado también al establecer el condensador, de ponerle en sitio donde el aire circule libremente. Puede, fijarse la cantidad de agua que se necesita para tomar el calórico que deja el vapor, y calentarse hasta la temperatura mayor que hayamos fijado: en el ejemplo propuesto, si el agua entra á 8 grados y sale á 22, será 15 la temperatura media, que es la supuesta, y el aumento de temperatura del agua 14°; las calorías que tiene que tomar son 92 x 540 = 49680 del vapor de agua y 7636 del de alcohol, que son 49680 + 7636 = 57316; puesto que el agua sube 14 grados, se necesita 1 kil. por cada 14 calorías (360); luego para las que han resultado se necesitarán 57316 : 14 = 4094 kil. de agua. La renovación no debe hacerse de una vez, sino sucesivamente, pues cuando el agua de la parte inferior llegue á la temperatura á que nos propongamos renovar, la de la parte superior estará mucho mas caliente.
Fundicion............................................ 1,80
Vidrio.................................................. 1,76
Cobre................................................. 1,40
Hoja de lata........................................ 1,07
588. Condiciones del condensador.
El condensador debe estar dispuesto de manera que el aire que contiene al principio de la operación sea espulsado completamente, pues no siendo así, disminuye mucho la cantidad de vapor condensado; es también necesario que se pueda limpiar en su interior: cuando el condensador está en agua, se debe tener presente al renovarla, que la mas caliente habrá subido á la parte superior por su menor densidad, y por lo tanto que debe sacarse de arriba el agua que se renueva, haciendo entrar la fria por la parte inferior.
589. Pequeñas destilaciones.
Cuando se trata de una pequeña destilación se puede colocar el líquido en una retorta A (fig. 273); en donde se produce el vapor que pasa á un tubo B, y de él á un recipiente C que está en agua, y puede tener encima un paño mojado; el tubo B está dentro de otro D que tiene un diámetro suficiente para que resulte un espacio entre los dos B y D, que se cierra con dos corchos en sus estremos, ó de otro modo cualquiera; á este espacio entra agua desde el recipiente H por medio de un tubo que la lleva á la parte inferior, y sale por la mas alta por medio de otro tubo N; es evidente que H debe estar á mayor altura que la parte mas elevada del tubo D.
590. Alambiques de mediana capacidad.
El alambiqué mas en uso está formado de un vaso cilíndrico A (fig. 274) de bastante altura, tapado con un casco B que ajusta bien y comunica con un largo tubo C, que tiene la superficie necesaria para la condensación, el cual, para que ocupe menos sitio, se tuerce en espiral: este tubo está dentro de un recipiente que recibe agua por un conducto D en su parte inferior y la deja salir por otro N de la superior; así la renovación se hace de una manera continua, y se reemplaza el agua haciendo salir la mas caliente.
591. Varios condensadores.
El condensador en serpentin no se limpia fácilmente, y por eso puede formarse de tubos rectos A (fig. 275) unidos en ángulo, y con tapones B de tornillo en los vértices. Otro condensador fácil dé construir, y que se limpia bien, es el de Gedda (figura 276): consiste en dos conos de metal AEOB y CRSD, uno dentro de otro, que dejan entre sí un espacio EP que sirve de condensador; este aparato se coloca en una cuba N, en la que se renueva el agua como hemos dicho (590); las dimensiones que para este condensador aconseja su autor son las siguientes: fijando el diámetro AB superior del cono mayor segun el tamaño que haya de tener el condensador, se le da á este cono una altura 2 1/2 veces el diámetro AB, el EO es 4/7 del mismo; el diámetro CD es 7/10 y el RS la mitad: por ejemplo, si damos al cono mayor un diámetro en su parte superior de 2 pies ó 24 pulgadas, su altura será (2 1/2) x 2 = 5 pies; el diámetro inferior será en el cono mayor 4/7 x 24 = 13 5/7 pulgadas; el diámetro mayor del cono interior será 7/10 x 24 = 16,8 pulgadas, y el inferior 1/2 x 24 = 12 pulgadas, quedando por tanto en la parte superior un espacio entre los dos cilindros de 7,2 pulgadas, y en la inferior de l 5/7 pulgadas. Otras muchas formas se han dado á los condensadores, pero son mas complicadas, ó no producen tan buen efecto, ó son apropiadas á casos particulares.
592. Destilación a pequeña temperatura.
Si conviene destilar un liquido á menos temperatura que la de su ebullición, se puede hacer la operación en el vacío, para lo cual el alambique se construye de modo que cierre exactamente sin que permita entrada al aire por ninguna parte, incluyendo el serpentín y el vaso donde este vierte el líquido condensado (fig. 274); al empezar la operación se abre una llave que se pondrá en el vaso C, y el vapor espulsará el aire de todo el aparato; después, cerrada la llave, se pone el agua que ha de enfriar el condensador, y reducido á líquido el vapor que contiene, disminuye la presión en el interior del aparato y se hace la vaporización á menos temperatura (424,): esto disminuye la cantidad de combustible necesaria, pues solo habrá que elevar el liquido á la temperatura á que sé vaporiza con esta presión menor (419), y aunque el ahorro no es grande, puede este método ser bueno, si no como económico, por otras circunstancias. Para renovar el líquido en la caldera á medida que se vaporiza, sin que entre aire y sea preciso repetir la operación de hacer el vacío, puede colocarse sobre la caldera un recipiente (fig. 277) con dos llaves B y C; si hay que introducir líquido en la caldera se cierra la llave C y se llena el recipiente A, y después, cerrando la B, se abre la C y el líquido cae á la caldera sin que el aire entre.
593. Destilación en baño.
Si se necesita una temperatura constante para la destilación, se pone la caldera del alambique en un líquido que se vaporice á aquélla temperatura, y si no le hay, á mayor; es evidente que de este modo la caldera no tomará mas temperatura que la del baño: para 100 grados tomaremos el agua, que es lo qué se llama baño de María; para algunos grados mas, el agua con sales en disolución (428); y para mayores temperaturas, el aceite ú otros cuerpos, y también los metales fundidos.
594. Aparatos para aprovechar el calor de condensación.
Para aprovechar en la misma destilación el calor desprendido por el vapor condensado, se han dispuesto varios aparatos: uno de estos (fig. 278) se compone de la caldera A igual á la de los demás alambiques, la cual comunica por medio de un tubo con otra doble caldera B; el vapor de A pasa al espacio C y calienta la caldera D, pasando después al serpentin S, donde acaba de condensarse; en la caldera D se pone líquido que se destila por el calor del vapor que viene de A, el cual pasa desde esta caldera D al serpentin N, donde se condensa; generalmente se pone en D líquido del que ha resultado antes en A, para hacer una segunda destilación y tenerle concentrado; también para este caso se puede hacer la caldera B como marca la figura 279; desde el espacio C al D se coloca un tubo R con una llave K, y en el tubo S, que está mas arriba que en el caso anterior, se pone otra llave en C; se condensa mucha parte del vapor en la caldera A, y va resultando líquido del que debe destilarse en D, y para pasarle á este espacio desde C se cierra la llave de S y se abre la K; en tal caso la presión del vapor de A hace subir el líquido por el tubo R á la caldera D; cerrando luego K y abriendo S, sigue la destilación. Se puede tambien, para aprovechar el calor, usar en vez de agua en la cuba del condensador, el mismo líquido que debe pasar á la caldera, y así irá caliente; pero en este caso es necesario cerrar la cuba y hacerla comunicar con otro segundo condensador colocado en otra cuba, donde se condensen los vapores del líquido que enfria el serpentin primero: si en la segunda cuba se pone todavía del líquido que se destila, se cerrará también, y hará comunicar con un tercer condensador como la primera.
595. Recipiente florentino.
En la destilación de aceites esenciales suele emplearse para recojer el líquido condensado, un recipiente que se conoce con el nombre de recipiente florentino (figura 280). Consiste en una botella en la cual cae por el tubo B el líquido condensado, que es agua y aceite esencial; pero este último es mas ligero y sube á la parte superior: cerca del fondo de la botella hay un pico C donde entra el líquido y va subiendo en él como en A; pero siendo siempre agua el líquido del fondo esta será la que se eleve en el pico: cuando el nivel del líquido sea tan alto que llegue á la punta, se sale agua y el aceite va quedando cada vez en mayor cantidad, y sin poderse volatilizar por encontrarse en un espacio enteramente cerrado. Otros muchos aparatos se suelen usar para las destilaciones en grande escala, algunos muy complicados, pero no es de este tratado el presentarlos, pues su estudio pertenece á obras especiales y de mas estension.
"Manual de física general y aplicada á la agricultura y la industria" Eduardo Rodríguez
Ingeniero industrial; doctor en ciencias y ex-catedrático de la Universidad de Madrid; ingeniero químico de la Escuela Central de París; profesor de física general y aplicada en el Real Instituto Industrial
Madrid, 1858
Imprenta, fundición y librería de Don Eusebio Aguadó