Destilación

DESTILACIÓN Es una operación en la que la vaporización de una mezcla produce una fase de vapor que contiene uno de los constituyentes en mayor cantidad y se desea recuperarlo en estado casi puro.

Exigencia básica Para llevar a cabo el proceso de destilación la composición del vapor debe ser diferente a la composición del liquido con el cual se encuentra en equilibrio. Los datos básicos de cualquier problema de destilación son los del equilibrio entre las fases liquidas y gaseosas del sistema.

Diagrama de puntos de ebullición La figura representa la relación que existe entre el punto de ebullición y la composición de equilibrio a presión constante Cuando se forma una cantidad apreciable de vapor la composición del liquido deja de ser la de “partida”, ya que el vapor es más rico en el componente mas volátil, dejando así en el liquido mayor concentración del componente menos volátil.

LEY DE RAOULT Esta ley establece que a temperatura constante, la presión parcial de un componente de la mezcla es igual a su fracción molar por la presión del vapor del mismo componente en estado puro a la temperatura considerada.

Por lo tanto la presión parcial de un componente varía linealmente desde cero, hasta el valor de su presión cuando este se encuentra en estado puro a medida que su fracción molar varia desde cero hasta la unidad.

Si se tiene una mezcla: A+B Según la ley de Raoult: pA: PA X siendo pA: presión parcial del componente A PA: presión vapor puro de A x: fracción molar de A pB : PB (1-X) siendo pB: presión parcial del componente B PB: presión vapor puro de B x: fracción molar de B

Si deseamos conocer y= fracción molar de A en el vapor y sabiendo que es igual al cociente entre la presión parcial de A y la presión total. Aplicando la Ley de Raoult y la Ley de Dalton, que establece que la presión total es igual a la suma de las presiones parciales, obtenemos y= pA ∕ (pA + pB) = PA X ∕ [PA X + PB (1-X)]= PA X / P Eligiendo una serie de temperaturas intermedias entre los puntos de ebullición de dos componentes puros, se puede calcular por puntos las curvas del diagrama de puntos de ebullición para una presión total dada

LEY DE HENRY Establece que la presión parcial de un componente sobre una solución es proporcional a su fracción molar en el líquido. Pi = C . X Donde C es la constante(C es cte. a T° cte.) La ley de Raoult es un caso especial de la ley de Henry, en donde C = Pi (Presión del componente puro)

MEZCLAS DE PUNTO DE EBULLICIÓN CONSTANTE Si analizamos el diagrama cloroformo-acetona, observamos que la composición de “a” tiene el punto de ebullición más elevado

MEZCLAS DE PUNTO DE EBULLICIÓN CONSTANTE En este diagrama tiene un punto mínimo correspondiente a la temperatura “b” y composición “a” En ambos diagramas las curvas de líquido y vapor son tangentes en el punto de ebullición máximo o mínimo.

MEZCLAS DE PUNTO DE EBULLICIÓN CONSTANTE Esto indica que la composición del vapor que se desprende de una mezcla de punto de ebullición máximo o mínimo es la misma que la composición del líquido hirviente. Estas mezclas no pueden separarse por destilación. Si la presión sobre el sistema varía puede cambiar el punto de ebullición constante. Este principio puede utilizarse para poder efectuar separaciones de este tipo de mezclas a presión o vacío.

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR Este diagrama es una simplificación de los diagramas anteriores, Aquí un líquido de composición xI, se encuentra en equilibrio con un vapor de composición yI

MÉTODOS DE DESTILACIÓN Puede llevarse a cabo por dos métodos principales. Se produce un vapor por ebullición de la mezcla liquida que se quiere separar, condensando estos vapores. Destilación de equilibrio o destilación relámpago. Destilación sencilla o destilación diferencial. Se envía parte del condensado al calderín(columna de destilación), este retorno se pone en intimo contacto con los vapores que se desprenden en contracorriente y van hacia el condensador(rectificación). Rectificación.

DESTILACIÓN DE EQUILIBRIO O RELAMPAGO. En este método se realiza la vaporización de una fracción determinada de una carga de líquido, manteniendo tanto el líquido como el vapor formado en intimo contacto hasta el final de la operación, retirando el vapor y condensándolo.

DESTILACIÓN DE EQUILIBRIO O RELAMPAGO. Si tenemos un sistema formado por los componentes A y B, siendo A el más volátil se puede decir que: El numero de moles contenidos en la carga Wo y la composición de A es Xo , si suponemos que se vaporizan V moles, quedando en el líquido (Wo - V) moles. La composición del líquido es x y la del vapor en equilibrio con el es y . Wo Xo = V y + (Wo - V) x Este método es utilizado con sistemas multicompomponentes.

DESTILACIÓN SIMPLE Es una operación en la cual se produce la vaporización de un material por la aplicación de calor. Los vapores que se desprenden se eliminan continuamente, se condensan y se recolectan sin permitir que tenga una lugar ninguna condensación parcial ni retorno al recipiente en donde se lleva a cabo el calentamiento y la ebullición. El destilado puede recolectarse en varios lotes separados (fracciones) en función de su grado de pureza. Este método se aplica en industrias de capacidad moderada y pequeña

DESTILACION FRACCIONADA En este proceso, la mezcla liquida a separar (alimento) se lleva al fondo de la columna (calderín) y se pone allí en ebullición. El vapor generado sube por la columna, sale de ella por la parte superior y se condensa (serpentin). Una parte del condensado se separa como producto de cabeza(destilado) y la otra vuelve como reflujo a la columna, por la que desciende como fase líquida.

DESTILACION FRACCIONADA En el interior de la columna se pone en contacto el vapor ascendente con el liquido descendente. En un nivel dado de la columna estas dos corrientes no se encuentran en equilibrio por lo que hay una transferencia de materia pasando los componentes mas volátiles del liquido al vapor, y los componentes menos volátiles del vapor al liquido. Por lo que el vapor se enriquece de los elementos más volátiles a medida que asciende por la columna.

COLUMNAS DESTILACIÓN Los distintos tipos de destilación se suelen llevar a cabo en las columnas de destilación . Estos son recipientes cilíndricos verticales con una entrada de la corriente de alimentación a destilar por un punto dado de la columna, y una salida por la parte superior o cabeza para extraer los vapores a condensar. Estos pueden volver en parte a la columna como reflujo atreves de otra entrada por la parte superior.

COLUMNAS DE DESTILACIÓN Para asegurar un adecuado contacto entre el vapor y el liquido (esencial para la transferencia de materia) se han diseñado varios dispositivos basados en dos criterios distintos: Columnas de contacto continuo entre el vapor y el liquido o columnas de relleno Columnas de contacto por etapas, o columnas de platos o pisos.

COLUMNAS DE PLATOS Los platos son superficies planas que dividen la columna en una serie de etapas. Tienen por objeto retener una cierta cantidad de liquido en su superficie a través del cual se hace burbujear el vapor que asciende de la caldera, consiguiendo así un buen contacto entre el vapor y el liquido. El liquido de un plato cae al plato siguiente por un rebosadero situado en un extremo del plato. Según la forma del dispositivo que permite el paso del vapor a través del liquido, se distinguen entre: platos perforados (simples agujeros), platos de campana, de válvulas y otros

COLUMNAS DE PLATOS El vapor que llega a un plato por debajo, y el liquido que le llega por encima, no están en equilibrio. En el plato tiene lugar la mezcla intima de ambas corrientes, produciéndose allí la transferencia de materia. El vapor que abandona el plato hacia arriba es mas rico en el componente mas volátil, y el liquido que cae del plato es mas rico en el componente menos volátil.

COLUMNAS DE RELLENO Se diferencian de las anteriores por tener su interior ocupado por un relleno de anillos (llamados ANILLOS DE RASCHING) o de material perforado. En estas columnas lo más importante es la mayor superficie de contacto ofrecida por el relleno. En las columnas se produce habitualmente un movimiento a contracorriente entre el líquido que desciende y el vapor que asciende. Y es durante este movimiento cuando se purifican los componentes hasta la calidad deseado en el diseño.

ANILLOS DE RASCHING son piezas de geometría tubular cuyo diámetro es aproximadamente igual a su longitud y que se emplean como relleno para columnas en procesos de destilación. Generalmente se fabrican con material cerámico o metálico y poseen una elevada superficie de contacto, lo que facilita la interacción entre una fase líquida estacionaria y una fase móvil gaseosa.

FUNCIONAMIENTO En la columna de destilación, el reflujo o vapor condensado gotea sobre el interior de la columna recubriendo los anillos de Raschig. Por otro lado, el vapor producido por la calefacción del dispositivo asciende por la columna. De esta forma, el vapor generado y el líquido condensado interaccionan en contracorriente en el interior de los anillos de Rasching, tendiendo a establecer un equilibrio. Los componentes menos volátiles  se desplazan con el líquido condensado y los más volátiles se desplazan con el vapor generado (es decir, siguen sentidos opuestos).

DESTILACION A VACIO Muchas sustancias no pueden purificarse por destilación a la presión ordinaria (atmosferica), por que se descomponen a temperaturas cercanas a su punto de ebullición normal La destilación al vacío consiste en generar un vacio parcial dentro del sistema de destilación para destilar sustancias por debajo de su punto de ebullición normal. En el caso de la industria del petróleo es la operación complementaria de destilación del crudo procesado en la unidad de destilación atmosférica, que no se vaporiza y sale por la parte inferior de la columna de destilación atmosférica

FUNCIONAMIENTO (INDUSTRIA DEL PETROLEO) El residuo atmosférico o crudo reducido procedente del fondo de la columna de destilación atmosférica, se bombea a la unidad de destilación a vacío, se calienta generalmente en un horno a una temperatura inferior a los 400 °C, similar a la temperatura que se alcanza en la fase de destilación atmosférica, y se introduce en la columna de destilación. Esta columna trabaja a vacío, con una presión absoluta de unos 20 mm de Hg, por lo que se vuelve a producir una vaporización de productos por efecto de la disminución de la presión, pudiendo extraerle más productos ligeros sin descomponer su estructura molecular.