E.E.T SAN IGNACIO DE LOYOLA Nro 3112 Alumno: Emanuel Orquera Banegas Materia: Operaciones unitarias Curso: 3ro 2da Ciclo electivo: Superior Tema: Destilacion.

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1 E.E.T SAN IGNACIO DE LOYOLA Nro 3112 Alumno: Emanuel Orquera Banegas Materia: Operaciones unitarias Curso: 3ro 2da Ciclo electivo: Superior Tema: Destilacion

2 Destilación

3 Definicion La destilación es el proceso de separar las distintas sustancias que componen una mezcla líquida mediante vaporización y condensación selectivas. Dichas sustancias, que pueden ser componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados, se separan aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de ellas, ya que el punto de ebullición es una propiedad intensiva de cada sustancia, es decir, no varía en función de la masa o el volumen, aunque sí en función de la presión.

4 Destilación simple La destilación simple o destilación sencilla es una operación donde los vapores producidos son inmediatamente canalizados hacia un condensador, el cual los enfría (condensación) de modo que el destilado no resulta puro. Su composición será diferente a la composición de los vapores, a la presión y temperatura del separador y pueden ser calculada por la ley de Raoult.

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6 Destilación fraccionada La destilación fraccionada de alcohol etílico es una variante de la destilación simple que se emplea principalmente cuando es necesario separar líquidos con puntos de ebullición cercanos. La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Esta permite un mayor contacto entre los vapores que suben, junto con el líquido condensado que desciende, por la utilización de diferentes "platos". Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que lo ceden) y los líquidos (que lo reciben).

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8 Destilación al vacío

9 LA DESTILACIÓN AL VACÍO CONSISTE EN GENERAR UN VACÍO PARCIAL POR DENTRO DEL SISTEMA DE DESTILACIÓN PARA DESTILAR SUSTANCIAS POR DEBAJO DE SU PUNTO DE EBULLICIÓN NORMAL. ESTE TIPO DE DESTILACIÓN SE UTILIZA PARA PURIFICAR SUSTANCIAS INESTABLES COMO SON POR EJEMPLO LAS VITAMINAS. LO IMPORTANTE EN ESTA DESTILACIÓN ES QUE AL CREAR UN VACÍO EN EL SISTEMA SE PUEDE REDUCIR EL PUNTO DE EBULLICIÓN DE LA SUSTANCIA CASI A LA MITAD. 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. EL VAPORIZADO DE TODO EL CRUDO A LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA NECESITARÍA ELEVAR LA TEMPERATURA POR ENCIMA DEL UMBRAL DE DESCOMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESO, EN ESTA FASE DEL REFINO DE PETRÓLEO, ES INDESEABLE.

10 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.

11 Tipos de gas al vacio En la unidad de vacío se obtienen solo tres tipos de productos: Gas Oil Ligero de vacío (GOL). Gas Oil Pesado de vacío (GOP). Residuo de vacío. Los dos primeros, GOL y GOP, se utilizan como alimentación a la unidad de craqueo catalítico después de desulfurarse en una unidad de hidrodesulfuración (HDS). El producto del fondo, residuo de vacío, se utiliza principalmente para alimentar a unidades de craqueo térmico, donde se vuelven a producir más productos ligeros y el fondo se dedica a producir fuel oil, o para alimentar a la unidad de producción de coque. Dependiendo de la naturaleza del crudo el residuo de vacío puede ser materia prima para producir asfaltos

12 Destilación azeotrópica

13 En química, la destilación azeotrópica es una de las técnicas usadas para romper un azeótropo en la destilación. Una de las destilaciones más comunes con un azeótropo es la de la mezcla etanol-agua. Usando técnicas normales de destilación, el etanol solo puede purificarse a aproximadamente el 95 %. Una vez se encuentra en una concentración de 95/5 % etanol/agua, los coeficientes de actividad del agua y del etanol son iguales, entonces la concentración del vapor de la mezcla también es de 95/5 % etanol-agua, por lo tanto destilar de nuevo no es efectivo. Algunos usos requieren concentraciones de alcohol mayores, por ejemplo cuando se usa como aditivo para la gasolina. Por lo tanto el azeótropo 95/5 % debe romperse para lograr una mayor concentración.

14 En uno de los métodos se adiciona un material agente de separación. Por ejemplo, la adición de benceno a la mezcla cambia la interacción molecular y elimina el azeótropo.

15 La desventaja, es la necesidad de otra separación para retirar el benceno. Otro método, la variación de presión en la destilación, se basa en el hecho de que un azeótropo depende de la presión y también que no es un rango de concentraciones que no pueden ser destiladas, sino el punto en el que los coeficientes de actividad se cruzan. Si el azeótropo se salta, la destilación puede continuar.

16 Para saltar el azeótropo, el punto de éste puede moverse cambiando la presión. Comúnmente, la presión se fija de forma tal que el azeótropo quede cerca del 100 % de concentración, para el caso del etanol, éste se puede ubicar en el 97 %. El etanol puede destilarse entonces hasta el 97 %. Actualmente se destila a un poco menos del 95,5 %. El alcohol al 95,5 % se envía a una columna de destilación que está a una presión diferente, se lleva el azeótropo a una concentración menor, tal vez al 93 %. Ya que la mezcla está por encima de la concentración azeotrópica actual, la destilación no se “pegará” en este punto y el etanol se podrá destilar a cualquier concentración necesaria.

17 Para lograr la concentración requerida para que el etanol sirva como aditivo de la gasolina se utiliza etanol deshidratado. El etanol se destila hasta el 95 %, luego se hace pasar por un tamiz molecular que absorba el agua de la mezcla, ya se tiene entonces etanol por encima del 95 % de concentración, que permite destilaciones posteriores. Luego el tamiz se calienta para eliminar el agua y puede reutilizarse.

18 Destilación por arrastre de vapor

19 En la destilación por arrastre de vapor de agua se lleva a cabo la vaporización selectiva del componente volátil de una mezcla formada por éste y otros "no volátiles". Lo anterior se logra por medio de la inyección de vapor de agua directamente en el interior de la mezcla, denominándose este "vapor de arrastre", pero en realidad su función no es la de "arrastrar" el componente volátil, sino condensarse en el matraz formando otra fase inmiscible que cederá su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporación. En este caso se tendrán la presencia de dos fases insolubles a lo largo de la destilación (orgánica y acuosa), por lo tanto, cada líquido se comportará como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos ejercerá su propia presión de vapor y corresponderá a la de un líquido puro a una temperatura de referencia.

20 La condición más importante para que este tipo de destilación pueda ser aplicado es que tanto el componente volátil como la impureza sean insolubles en agua ya que el producto destilado volátil formará dos capas al condensarse, lo cual permitirá la separación del producto y del agua fácilmente. Como se mencionó anteriormente, la presión total del sistema será la suma de las presiones de vapor de los componentes de la mezcla orgánica y del agua, sin embargo, si la mezcla a destilar es un hidrocarburo con algún aceite, la presión de vapor del aceite al ser muy pequeña se considera despreciable a efectos

21 Calculo P = Pa° + Pb° Donde: P = presión total del sistema Pa°= presión de vapor del agua Pb°= presión de vapor del hidrocarburo

22 Por otra parte, el punto de ebullición de cualquier sistema se alcanza a la temperatura a la cual la presión total del sistema es igual a la presión del confinamiento. Y como los dos líquidos juntos alcanzan una presión dada, más rápidamente que cualquiera de ellos solos, la mezcla hervirá a una temperatura más baja que cualquiera de los componentes puros. En la destilación por arrastre es posible utilizar gas inerte para el arrastre. Sin embargo, el empleo de vapores o gases diferentes al agua implica problemas adicionales en la condensación y recuperación del destilado o gas

23 Si en mezcla binaria designamos por na y nb a las fracciones molares de los dos líquidos en la fase vapor, tendremos: Pa° = na P Pb° = nbP dividiendo: Pa° = na P = na Pb° = nb P = nb na y nb son el número de moles de A y B en cualquier volumen dado de vapor, por lo tanto: Pa° = na Pb° = nb Y como la relación de las presiones de vapor a una "T" dada es constante, la relación na/nb, debe ser constante también. Es decir, la composición del vapor es siempre constante en tanto que ambos líquidos estén presentes. Además como: na = wa/Ma y nb= wb/Mb Donde: wa y wb son los pesos en un volumen dado y Ma, Mb son los pesos moleculares de A y B respectivamente. La ecuación se transforma en: Pa° = na = waMb Pb° nb wbMa O bien: wa = MaPa° wb MbPb°

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25 destilación alterna destilación reactiva Estas técnicas no son ventajosas en todos los casos y las reglas de análisis y diseño pueden no ser generalizables a todos los sistemas, por lo que cada mezcla debe ser analizada cuidadosamente para encontrar las mejores condiciones de trabajo.

26 Destilación seca

27 La destilación seca es la calefacción de materiales sólidos en seco (sin ayuda de líquidos solventes), para producir productos gaseosos (que pueden condensarse luego en líquidos o sólidos). Este procedimiento ha sido usado para obtener combustibles líquidos de sustancias sólidas, tales como carbón y madera. Esto también puede ser usado para dividir algunas sales minerales por termólisis, para obtención de gases útiles en la industria.

28 El método puede o puede no implicar termólisis, donde los productos así obtenidos, son condensados y recolectados posteriormente. Este método, por lo general, requiere temperaturas más altas que la destilación clásica. Este procedimiento ha sido usado para obtener combustibles líquidos de sustancias sólidas, tales como carbón y madera. Esto también puede ser usado para dividir algunas sales minerales por termólisis, tales como algunos sulfatos para, en este caso, producir trióxido de azufre que puede ser disuelto en agua, para así obtener ácido sulfúrico. Por este método el ácido sulfúrico fue primariamente identificado y artificialmente agregado.

29 Ejemplos de destilación La refinación del petróleo. Para separar los diversos hidrocarburos y derivados del petróleo, se lleva a cabo un método de destilación fraccionado que permite almacenar en diversas capas o compartimientos cada uno de estos compuestos derivados, a partir de la cocción del petróleo crudo. Los gases se elevan y las sustancias densas como el asfalto y la parafina caen por separado. El cracking catalítico. A menudo se hacen destilaciones al vacío en el procesado petrolero, a partir de torres de vacío para separar los diversos gases que se desprenden en las etapas de cocción del crudo. De esta manera se acelera la ebullición de los hidrocarburos. Purificación de etanol. El proceso de separar el etanol (un alcohol) del agua producto de su obtención en laboratorios, se requiere de un proceso de destilación azeotrópica, en el que se adiciona benzeno u otros componentes para liberar la mezcla y permitir la separación.

30 Procesamiento del carbón. En la obtención de combustibles orgánicos líquidos, a menudo se emplea el carbón o la madera en un procedimiento de destilación en seco, para así condensar los gases emitidos en su combustión y emplearlos en diversos procesos industriales. Termólisis de sales minerales. Otro proceso de destilación en seco, consistente en quemar sales minerales y obtener de ellas, a partir de la emanación y condensación de gases, diversas sustancias minerales de alta utilidad industrial. El alambique. Este aparato inventado en la antigüedad árabe para producir perfumes, medicinas y alcohol a partir de frutas fermentadas, emplea los principios de la destilación mediante el calentado de sustancias en su pequeña caldera y el enfriamiento de los gases producidos en un serpentín enfriado en un nuevo recipiente.

31 La producción de perfumes. A menudo se emplea la destilación con vapor de arrastre en la industria de la perfumería, mediante el hervor de agua y ciertos tipos de flores conservadas, de manera de obtener un gas prendado del olor que, al condensarse, pueden ser empleados como líquidos de base en perfumes. Obtención de bebidas alcohólicas. Es posible destilar el fermento de frutas u otros productos naturales, por ejemplo, en un alambique. Se hierve el fermento a unos 80 °C, la temperatura de ebullición del alcohol, y así se le separa el agua, que permanece en el recipiente. Obtención de agua destilada. La purificación extrema del agua se produce a partir de un proceso de destilación que le extrae todos los posibles solutos que contenga. Se la emplea a menudo en laboratorios e industrias, y el mismo mecanismo se emplea para potabilizar agua para consumo humano.

32 Obtención de aceites. La receta para obtener muchos aceites esenciales es hervir la materia prima (vegetal o animal) hasta evaporar el aceite y luego condensarlo en un extremo enfriado, para que recupere su liquidez. Desalinización de agua de mar. En muchos lugares donde no hay agua potable, se emplea el agua marina para su consumo, después de haberla destilado para remover la sal, dado que esta última no se evapora al calentar el líquido y permanece en el envase original. Obtención de piridina. Líquido incoloro de olor muy repulsivo, la piridina es un compuesto semejante al benceno, de amplia utilización en la industria de los solventes, fármacos, colorantes y pesticidas. Se le obtiene a menudo a partir de la destilación del aceite obtenido, a su vez, de la destilación destructiva de huesos.

33 Obtención de azúcares. A partir de coco y otras sustancias naturales, puede obtenerse ciertos azúcares mediante una destilación que extrae el agua por evaporación y permite a los cristales de azúcar permanecer. Obtención de glicerina. El proceso para obtener glicerina casera incluye la destilación de restos de jabón, pues esta sustancia proviene de la degradación de ciertos lípidos (como en el ciclo de Krebs) Obtención de ácido acético. Este derivado del vinagre cuenta con numerosísimas aplicaciones en la industria farmacéutica, fotográfica y agrícola, y en sus procesos de obtención la destilación juega un rol importante, ya que se produce en conjunto con otras sustancias menos volátiles como ácido fórmico y formaldehído.

34 También hay otros métodos de destilación en los alimentos y bebidas: Como la destilación de alcoholes: ron, whisky, agua ardiente, coñacs, etc. Los métodos de destilacion de los alcoholes se hace de forma anaerobica, dejandolos en un recipiente o capsula para que las bacterias anaerobicas fermenteten y den alcohol gracias a la escases de oxigeno en el recipiente generando CO2 que hace que intercambie con el oxigeno cambiando el estado de materia.