DESTILACION COMPLETA[1] UNSA 2009 AREQUIPA PERU

2

OPERACIONES UNITARIAS: DESTILACION

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN AGUSTIN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA PRESENTADO POR:               

ASTRID LUCIA CATY NADIR ANA MARIA MIRIAM MARICARMEN NATY GABRIELA CHRISTIAN ROMI CARLOS JOSE TONNY ELIAS

SEMESTRE II

2009 INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

3


INDICE Contenido

Página

Objetivos

4

Introducción

4

Historia

5

Definición

7

Tipos de destilación

9

Simple o diferencial

9

Destilación fraccionada

10

Destilación al vacio

11

Destilación azeotropica

12

Por arrastre de vapor

12

Molecular centrifuga

13

Destructiva o cracking

14

Balance de masa y energía

15

Diagramas de flujo

15

Balance de masa

16

Balance de energía

20

Equipos de destilación

22

Equipo de destilación simple

22

Torre de fraccionamiento

23

El alambique

25

Aplicaciones

28

Destilación del petróleo

28

Destilación de aguardientes

30

Destilación de aceites

34

Conclusiones

36

Anexos

37

Bibliografía

40

INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

4


DESTILACION I.

OBJETIVOS. • El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles.

• Nuestro objetivo en grupo es conceptualizar la destilación, a través de la información teórica que presentamos y además de la parte experimental con su respectivo análisis.

II. INTRODUCCION. La operación unitaria de destilación es una de las más empleadas en la industria alimentaria, farmacéutica y perfumera, para la separación de los componentes que forman mezclas líquidas miscibles. La destilación es una operación unitaria de transferencia de masa, tal como la absorción o la cristalización. De acuerdo con el diccionario (Valiente, 1990) la destilación es la operación cuyo fin es la separación de dos o más líquidos miscibles mediante la ebullición. Los vapores obtenidos se recuperan como producto deseable y se condensan. Los vapores condensados son más ricos en el líquido o líquidos más volátiles, mientras que los fondos, o líquidos remanentes, son más ricos en las sustancias menos volátiles. Esta operación recibe también los nombres de alambicación, refinación, agotamiento, fraccionamiento y rectificación. El aislamiento y purificación de compuestos orgánicos son operaciones básicas químicas reflejadas en la destilación, extracción, recristalización, absorción, cromatografía, etc. Que en cada caso aprovecha las propiedades físico químicas de compuestos orgánicos, involucrados en estos procesos, entre estas propiedades podemos citar: Puntos de ebullición. Polaridad. Puntos de fusión. Solubilidad. Miscibilidad. Acá estudiamos la operación básica de aislamiento y purificación llamada destilación.

III. HISTORIA El proceso de la destilación fue inventado por los alquimistas egipcios, pero fueron los alquimistas griegos quienes en el siglo primero de nuestra era, inventaron el alambique( destilador).


5


1. En la antigüedad: La destilación se inventó como un medio para obtener un líquido capaz de atacar o colorear los metales, losárabes empezaron a mezclar las hierbas y las flores con alcohol o agua, y a destilar las mezclas para producir un perfume líquido A partir del siglo XIV, se introdujo en Europa la práctica de enfriar el tubo de salida del alambique, la salida se convirtió en un serpentín condensador del que deriva el refrigerante moderno. En 1150, los químicos italianos destilaron ácido nítrico de una mezcla de nitro y alumbre. En el siglo XV se destilaba ácido clorhídrico de una mezcla de nitro y sal común

2. En la edad medieval: no hubo muchos avances en este sentido.

3. En la modernidad: Boyle destiló alcohol de madera y vinagre, y recibió las diferentes fracciones de acuerdo con sus puntos de ebullición, lo que constituyó probablemente la primera destilación analítica. En 1856 se decubrio los colorantes sintéticos, lo que condujo a las plantas destiladoras de alquitrán de hulla En 1822, Perrier inventó las campanas de burbujeo y desarrolló un alambique continuo, con precalentamiento de la alimentación y uso de reflujo interno Blumenthal, combinó los principios utilizados por los dos inventores, para fabricar una columna que proporcionaba una corriente de alcohol rectificado a partir de una alimentación continua de vino; logró así el primer proceso de destilación a régimen permanente. Entre 1860 y 1880, se descubrieron productos químicos valiosos tales como el benceno, el tolueno y el xileno, mediante la destilación del alquitrán. A mediados del siglo pasado se descubrió la forma de fabricar vidrio transparente, dúctil y capaz de soportar el calentamiento y enfriamiento continuos. Los alambiques se INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

6


modificaron y aparecieron los matraces, columnas y condensadores, semejantes a los empleados hoy Trumble, en Estados Unidos, ideó en 1812 la combinación de un destilador de tubos con columnas desolladoras y evaporadores. 4. En la época contemporáneo : El aparato utilizado en la actualidad en la destilación continua está constituido por tres equipos integrados: un generador de vapor, rehervidor o calderín, un elemento que pone en contacto vapor y líquido, columna de platos o empacada, y un condensador, que es un cambiador de calor enfriado por agua o por un refrigerante.

IV. DEFINICION. Proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación. El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. En la evaporación y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura. Por ejemplo, la eliminación del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

7


evaporación, pero la eliminación del agua del alcohol evaporando el alcohol se llama destilación, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos.

Si la diferencia en volatilidad (y por tanto en punto de ebullición) entre los dos componentes es grande, puede realizarse fácilmente la separación completa en una destilación individual. El agua del mar, por ejemplo, que contiene un 4% de sólidos disueltos (principalmente sal común), puede purificarse fácilmente evaporando el agua, y condensando después el vapor para recoger el producto: agua destilada. Para la mayoría de los propósitos, este producto es equivalente al agua pura, aunque en realidad contiene algunas impurezas en forma de gases disueltos, siendo la más importante el dióxido de carbono. Si los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla sólo difieren ligeramente, no se puede conseguir la separación total en una destilación individual. Un ejemplo importante es la separación de agua, que hierve a 100 °C, y alcohol, que hierve a 78,5 °C. Si se hierve una mezcla de estos dos líquidos, el vapor que sale es más rico en alcohol y más pobre en agua que el líquido del que procede, pero no es alcohol puro. Con el fin de concentrar una disolución que contenga un 10% de alcohol (como la que puede obtenerse por fermentación) para obtener una disolución que contenga un 50% de alcohol (frecuente en el whisky), el destilado ha de destilarse una o dos veces más, y si se desea alcohol industrial (95%) son necesarias varias destilaciones. Teoría de la destilación En la mezcla simple de dos líquidos solubles entre sí, la volatilidad de cada uno es perturbada por la presencia del otro. En este caso, el punto de ebullición de una mezcla al 50%, por ejemplo, estaría a mitad de camino entre los puntos de ebullición de las sustancias puras, y el grado de separación producido por una destilación individual dependería solamente de la presión de vapor, o volatilidad de los componentes separados a esa temperatura. Esta sencilla relación fue anunciada por vez primera por el químico INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

8


francés François Marie Raoult (1830-1901) y se llama ley de Raoult. Esta ley sólo se aplica a mezclas de líquidos muy similares en su estructura química, como el benceno y el tolueno. En la mayoría de los casos se producen amplias desviaciones de esta ley. Si un componente sólo es ligeramente soluble en el otro, su volatilidad aumenta anormalmente. En el ejemplo anterior, la volatilidad del alcohol en disolución acuosa diluida es varias veces mayor que la predicha por la ley de Raoult. En disoluciones de alcohol muy concentradas, la desviación es aún mayor: la destilación de alcohol de 99% produce un vapor de menos de 99% de alcohol. Por esta razón el alcohol no puede ser concentrado por destilación más de un 97%, aunque se realice un número infinito de destilaciones.

V. TIPOS DE DESTILACION. •

Destilación simple o sencilla.

•

Destilación fraccionada.

•

Destilación por arrastre de vapor.

•

Destilación a presión reducida o al vacío

•

Destilación azeotropica

•

Destilación molecular centrifuga

•

Destilación destructiva o cracking

•

Destilación súbita o flash

•

Destilación con reflujo o rectificación

1. DESTILACIÓN DIFERENCIAL O SIMPLE Se usa para la separación de líquidos con punto de ebullición inferiores a 150º a presión atmosférica de impurezas no volátiles o de otros líquidos miscibles que presenten un punto de ebullición al menos 25º superior al primero de ellos. Para que la ebullición sea homogénea y no se produzcan proyecciones se introduce en el matraz un trozo de plato poroso El aparato utilizado para la destilación en el laboratorio es el alambique. Consta de un recipiente donde se almacena la mezcla a la que se le aplica calor, un condensador donde se enfrían los vapores generados, llevándolos de nuevo al estado líquido y un recipiente donde se almacena el líquido concentrado. INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

9


En la industria química se utiliza la destilación para la separación de mezclas simples o complejas. Una forma de clasificar la destilación puede ser la de que sea discontinua o continua.

2.

E A N

D STIL CIO

FRACCIONARIA La destilación fraccionada es un proceso físico utilizado en química para separar mezclas (generalmente homogéneas) de líquidos mediante el calor, líquidos que difieren de en menos de 25º en su punto de ebullición y con un amplio intercambio calórico y másico entre vapores y líquidos. Cada uno de los componentes separados se les denomina fracciones. Es un montaje similar a la destilación simple en el que se ha intercalado entre el matraz y la cabeza de destilación una columna que puede ser tener distinto diseño (columna vigreux, de relleno...). Al calentar la mezcla el vapor se va enriqueciendo en el componente más volátil, conforme asciende en la columna. Algunos de los ejemplos más comunes son el petróleo, y la producción de etanol. La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los vapores que ascienden con el líquido condensado que desciende, por la utilización de diferentes "platos" (placas). Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores de sustancias con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido. La mezcla se pone en el aparato de destilación, que suele consistir en un matraz (u otro recipiente en general esférico), en cuya parte inferior hay unas piedrecillas que impiden que el líquido hierva demasiado rápido. En la boca del recipiente, en la parte superior, hay una columna de fraccionamiento, La columna fraccionadora que se usa con más frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que las placas están dispuestas horizontalmente, separadas unos centímetros, y los vapores ascendentes suben por unas cápsulas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a través del líquido. INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

10


Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de izquierda a derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y allí fluye de derecha a izquierda. La interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que puede producirse espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior. Un equivalente barato de la torre de burbujeo es la llamada columna apilada, en la que el líquido fluye hacia abajo sobre una pila de anillos de barro o trocitos de tuberías de vidrio. . Mientras la mezcla hierve, el vapor producido asciende por la columna, se va condensando en las sucesivas placas de vidrio y vuelve a caer hacia el líquido, produciendo un reflujo destilado. La columna se calienta desde abajo y, por tanto, la placa de vidrio más caliente está en la parte inferior, y la más fría en la superior. En condiciones estables, el vapor y el líquido de cada placa de vidrio están en equilibrio y, solamente los vapores más volátiles llegan a la parte superior en estado gaseoso. Este vapor pasa al condensador, que lo enfría y lo dirige hacia otro recipiente, donde se licúa de nuevo. Se consigue un destilado más puro cuantas más placas de vidrio haya en la columna. La parte condensada en la placa más cercana al azeótropo contiene gradualmente menos etanol y más agua, hasta que todo el etanol queda separado de la mezcla inicial. Este punto se puede reconocer mediante el termómetro ya que la temperatura se elevará bruscamente. La única desventaja de la destilación fraccionada es que una gran fracción (más o menos la mitad) del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez, con lo cual hay que suministrar más calor. Por otra parte, el funcionamiento continuo permite grandes ahorros de calor, porque el destilado que sale puede ser utilizado para precalentar el material que entra. Cuando la mezcla está formada por varios componentes, estos se extraen en distintos puntos a lo largo de la torre. Las torres de destilación industrial para petróleo tienen a menudo 100 placas, con al menos diez fracciones diferentes que son extraídas en los puntos adecuados. Se han utilizado torres de más de 500 placas para separar isótopos por destilación. 3. DESTILACION AL VACIO Esta técnica se emplea en la separación de líquidos con un punto de ebullición superior a 150ºC. Como un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala a la presión externa, se puede reducir el punto de ebullición disminuyendo la presión a la que se destila. Esta técnica se conoce como destilación a presión reducida o destilación al vacío. La destilación al vacío se utiliza cuando el líquido tiene un punto de ebullición excesivamente alto o descompone a alta temperatura Por ejemplo, la anilina puede ser destilada a 100 °C extrayendo el 93% del aire del alambique. Este método es tan efectivo como la destilación por vapor, pero más caro. Cuanto mayor es el grado de vacío, menor es la temperatura de destilación. Si la destilación se efectúa en un vacío prácticamente perfecto, el proceso se llama destilación molecular. Este proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y otros productos inestables. Se coloca la sustancia en una placa dentro de un espacio evacuado y se calienta. El condensador es una placa fría, colocada tan cerca de la primera como sea posible. La mayoría del material pasa por el espacio entre las dos placas, y por lo tanto se pierde muy poco. INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

11


Es un montaje muy parecido a los otros procesos de destilación con la salvedad de que el conjunto se conecta a una bomba de vacío o trompa de agua. En lugar de plato poroso se puede adaptar un capilar de vidrio u otro dispositivo semejante que mantenga la ebullición homogénea. Este montaje permite destilar líquidos a temperaturas más bajas que en el caso anterior debido que la presión es menor que la atmosférica con lo que se evita en muchos casos la descomposición térmica de los materiales que se manipulan.

4. DESTILACION AZEOTROPICA 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 ser purificado a aproximadamente el 95%. Una vez que 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 destilaciones posteriores son inefectivas. 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. 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. 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. Para saltar el azeótropo, el azeótropo puede ser movido 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 mueve 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 podrá ser destilado a cualquier concentración necesaria. Para lograr la concentración requerida para el etanol como aditivo para la gasolina se usan comúnmente tamice moleculares en la concentración azeotrópica. 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 ser reutilizado. 5. DESTILACIÓN POR ARRASTRE DE VAPOR En la destilación por arrastre con vapor de agua intervienen dos líquidos: el agua y la sustancia que se destila. Estos líquidos no suelen ser miscibles en todas las proporciones. INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

12


En el caso límite, es decir, si los dos líquidos son totalmente insolubles el uno en el otro, la tensión de vapor de cada uno de ellos no estaría afectada por la presencia del otro. A la temperatura de ebullición de una mezcla de esta clase la suma de las tensiones de vapor de los dos compuestos debe ser igual a la altura barométrica (o sea a la presión atmosférica), puesto que suponemos que la mezcla está hirviendo. El punto de ebullición de esta mezcla será, pues, inferior al del compuesto de punto de ebullición más bajo, y bajo la misma presión, puesto que la presión parcial es forzosamente inferior a la presión total, que es igual a la altura barométrica. Se logra, pues, el mismo efecto que la destilación a presión reducida. El que una sustancia determinada destile o se arrastre más o menos de prisa en una corriente de vapor de agua, depende de la relación entre la tensión parcial y de la densidad de su vapor y las mismas constantes físicas del agua. Si denominamos P1 y P2 las presiones de vapor de la sustancia y del agua a la temperatura que hierve su mezcla, y D1 y D2 sus densidades de vapor, los pesos de sustancia y de agua que destilan estarán en la relación:

Si el valor de esta fracción es grande, la sustancia destila con poca agua y lo contrario ocurre cuando dicha relación es pequeña.

6. DESTILACION MOLECULAR CENTRIFUGA. Si una columna larga que contiene una mezcla de gases se cierra herméticamente y se coloca en posición vertical, se produce una separación parcial de los gases como resultado de la gravedad. En una centrifugadora de alta velocidad, o en un instrumento llamado vórtice, las fuerzas que separan los componentes más ligeros de los más pesados son miles de veces mayores que las de la gravedad, haciendo la separación más eficaz. Por ejemplo, la separación del hexafluoruro de uranio gaseoso, UF6, en moléculas que contienen dos isótopos diferentes del uranio, uranio 235 y uranio 238, puede ser llevada a cabo por medio de la destilación molecular centrífuga.


13


7. DESTILACION DESTRUCTUVA O CRACKING. Cuando se calienta una sustancia a una temperatura elevada, produciéndose la ruptura de las moléculas descomponiéndose en varios productos valiosos, y esos productos se separan por fraccionamiento en la misma operación, el proceso se llama destilación destructiva. Las aplicaciones más importantes de este proceso son la destilación destructiva del carbón para el coque, el alquitrán, el gas y el amoníaco, y la destilación destructiva de la madera para el carbón de leña, el ácido etanoico, la propanona y el metanol. Este último proceso ha sido ampliamente desplazado por procedimientos sintéticos para fabricar distintos subproductos. El craqueo del petróleo es similar a la destilación destructiva.

VI. BALANCE DE MASA Y ENERGIA. DIAGRAMAS DE FLUJO Para un ingeniero químico obviamente es vital el análisis de cada operación unitaria, como en este caso lo es la destilación, previamente a un análisis de balance de materia y energía, se realiza un diagrama de flujo, el cual viene a representar toda la serie de procedimientos que se realizan durante la realización de la operación unitaria, esto implica INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

14


representar tanto los materiales así como los que ingresan, y sin dejar de tomar en cuenta de los materiales que ingresan durante el proceso. Para el caso de la destilación debido a que existen diferentes métodos de este, podemos representar una destilación a través de diferentes esquemas de diagramas de flujo sado el caso.

Representación de la operación de destilación simple. Se muestra la operación unitaria como es la destilación, en forma ordenada en rectángulos simples, por ejemplo si se quiere determinar el diagrama de flujo para la destilación la columna de destilación se representa por un rectángulo, los materiales, que entran y salen se representan por líneas. Como ya mencionamos un diagrama de flujo es en esencia un diagrama líneas que muestra las etapas sucesivas del proceso con la indicación del equipo en el cual se efectúan dichas etapas y las corrientes de materiales, que entran y salen en cada parte del equipo; los diagramas de flujo son importantes porque se ahorra tiempo y sirven para eliminar muchos errores.


15


Diagrama cualitativo de operación de destilación. BALANCE DE MASA Un balance de materiales es un proceso industrial viene a ser una contabilidad exacta de todos los materiales que entran, salen, se acumulan o se agotan durante un intervalo determinado de tiempo de operación. Un balance de materiales es desde este punto de vista una expresión de la ley de la conservación de la materia que establece “la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma”, es decir no existe generación ni destrucción espontánea de masa. La expresión general para un balance de materiales es, la siguiente: Esta ecuación general de balance puede escribirse para cualquier sustancia que entre o salga de cualquier proceso; puede aplicarse a la masa total de esta sustancia o a cualquier especie atómica o molecular involucrada en el proceso. No se puede aplicar al volumen, porque la ecuación se basa en la conservación de la masa, ya que pueden existir efectos de mezcla, de densidad, los volúmenes no se podrán balancear. E+G=S+A E: masa que entra al sistema en un tiempo determinado. G: masa generada o consumida en un tiempo determinado. S: masa que sale del sistema en un tiempo determinado. A: masa que se acumula en el sistema en un tiempo determinado Consideraciones INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

16

1. 2.


Para procesos físicos (sin generación) se recomienda balance de masa en compuestos químicos. Usar unidades de peso ej. Kg. Si hay reacción química los balances conviene expresarlos en elementos, radicales, compuestos o sustancias que no reaccionan en el proceso.

3. Para sistemas en fase gaseosa conviene plantear los balances en moles. Definiciones importantes ♦ Reactivo limitante: Es aquel que se encuentra en la mínima cantidad estequiometria. ♦ Reactivo en exceso: Es el reactivo en exceso respecto al reactivo limitante. ♦ Porcentaje de conversión: Es la proporción de cualquiera de los reactivos que se transforma en productos. ♦ Rendimiento: Para un solo reactivo y producto En caso de más de un producto y un reactivo se debe determinar claramente el reactivo en el cuál se basa el rendimiento. PROBLEMAS Ejemplo1. Una columna de destilación separa una alimentación formada por alcohol etílico y agua en alcohol de alta pureza quedando el agua como residuo, la alimentación tiene una composición de 20 moles por ciento de alcohol etílico. El destilado o producto de cabeza contiene 85 moles por ciento de alcohol etílico, las colas tienen una concentración de 3 por ciento de alcohol. Calcular: a) Para 45 lbmol/h de alimentación la cantidad de cabezas y colas. b) El porcentaje (%) de alcohol que entra en la alimentación que es recuperado en el destilado. El siguiente diagrama representa el esquema del problema.


17


La expresión para un balance de material es:

–

Generación y consumo resultan nulos si la cantidad sobre la cual se efectúa el balance no es un reactivo ni un producto de la reacción.

–

El sistema es de régimen permanente o estacionario (no cambia con el tiempo), entonces no hay acumulación.

Estos términos siempre son nulos si la cantidad sometida a balance es la masa total, ya que la masa no puede crearse ni destruirse. Entonces la ecuación queda resumida de la siguiente manera:

•

A=B+C

•

Balance para el alcohol

0.20A = 0.85B + 0.03C

•

Balance para el alcohol

0.80A = 0.15B + 0.97C

45 Lbmol = B + C

Resolviendo, se obtiene: B = 9.33 lbmol/h C = 36.67 lbmol/h Porcentaje de recuperación: B*X2A*X1*100= B*X2A*X1*100= 88% Ejemplo 2. Destilación continua


18


Un industrial que fabrica por primera vez alcohol para gasohol ha tenido ciertos problemas con una columna de destilación. Los técnicos creen que se pierde demasiado alcohol en las colas (desperdicio). Calcule la composición de las colas y la masa de alcohol que se pierde en ellas. El diagrama se presenta a continuación:

BALANCE DE ENERGIA El principio que se cumple en todos los balances de energía es la ley de la conservación de la energía “la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”, aunque esta ley INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

19


no se aplica a las reacciones nucleares, la conservación de la energía es un principio La ecuación general para balance de energía es similar al de balance de masa: MiU+Ec+Ep+pV-MoU+Ec+Ep+pV-Q+Ws=ΔE Los índices i y o se refieren a las condiciones de entrada y de salida respectivamente ∑MU+Ec+Ep+pV-∑MU+Ec+Ep+pV-Q+Ws=ΔE CASOS ESPECIALES: En el caso de esta ecuación, puede ser reducida si se presentan las siguientes suposiciones: – La energía cinética es despreciable. – La energía potencial es despreciable. Estas suposiciones son aceptables para aquellos procesos donde no se alcanzan grandes velocidades y no existen grandes cambios en las alturas. Ejemplo 1: calentador de agua en continuo. Se alimenta agua a 250C a un tanque abierto calentado a una velocidad de 10 Kg/h. el agua en estado liquido abandona el tanque a 880C a una velocidad de 9Kg/h y el resto, 1 Kg/h, se pierde en forma de vapor de agua. En estado estacionario. ¿Cuál es la velocidad de entrada de calor al sistema?

Solución:

∑MU+Ec+Ep+pV-∑MU+Ec+Ep+pV-Q+Ws=ΔE Corrientede entrada

corriente de salida

•

el proceso opera en estado estacionario. ΔE = 0

•

el proceso no tiene fugas Ec,Ep = 0

•

El sistema es homogéneo Ec,Ep = 0

•

La evaporación se produce a 880C

•

El vapor es saturado.

•

El trabajo mecánico es despreciable Ws = 0


20


(En estado estacionario, no varía ninguna propiedad del sistema). La ecuación se reduce a:

h = U + pV (entalpia) •

Datos adicionales: h (agua liquida a 880C) = 368.5 kJ/kg h (vapor saturado a 880C) = 2656.9 kJ/kg h (agua liquida a 250C) = 104.8 kJ/kg Entonces tenemos: Mhliq entra-Mhliq sale-Mhvap sale-Q=0

Reemplazamos: 10kg×104.8kJkg - 9kg×368.5kJkg - 1kg×2656.9kJkg- Q=0

Q = -4925.4 kJ

VII.

EQUIPO DE DESTILACION.  APARATO DE DESTILACIÓN SIMPLE

Un Aparato de destilación simple es un aparato empleado en laboratorios de química, para producir una destilación simple: En el esquema presentado puede observarse un aparato de destilación simple báso: 1. Mechero, proporciona calor a la mezcla a destilar. 2. Balón de destilación, que deberá contener pequeños trozos de material poroso (cerámica, o material similar) para evitar sobresaltos repentinos por sobrecalentamientos. 3. Cabeza de destilación: No es necesario si el balón de destilación tiene una tubuladura lateral. 4. Termómetro: El bulbo del termómetro siempre se ubica a la misma altura que la salida a la entrada del refrigerador. Para saber si la temperatura es la real, el bulbo deberá tener al menos una gota de líquido. Puede ser necesario un tapón de goma para sostener al termómetro y evitar que se escapen los gases (muy importante cuando se trabaja con líquidos inflamables). INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

21


5. Tubo refrigerante: que se usa para condensar los vapores que se desprenden del balón de destilación, por medio de un líquido refrigerante que circula por éste. El líquido refrigerante tiene que estar constantemente circulando para así poder tener una temperatura en la cual se pueda condensar en líquido, el vapor. Existen varios tipos de refrigerantes según su composición química.

•

CFC: Cloroflurocarbonados

•

HCFC: Hidrocloroflurocarbonados

•

HFC: Hidroflurocarbonados

•

HC: Hidrocarburos (alcanos y alquenos)

•

NH3: Amoniaco

6. Entrada de agua: El líquido siempre debe entrar por la parte inferior, para que el tubo permanezca lleno con agua. 7. Salida de agua: Casi siempre puede conectarse la salida de uno a la entrada de otro, porque no se calienta mucho el líquido. 8. Se recoge en un balón, vaso de precipitados, u otro recipiente. 9. Fuente de vacío: No es necesario para una destilación a presión atmosférica. 10. Adaptador de vacío: No es necesario para una destilación a presión atmosférica.

 COLUMNA O TORRE DE FRACCIONAMIENTO. La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los vapores que ascienden con el líquido condensado que desciende, por la utilización de diferentes "platos" (placas). Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores de sustancias con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido. INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

22


La mezcla se pone en el aparato de destilación, que suele consistir en un matraz (u otro recipiente en general esférico), en cuya parte inferior hay unas piedrecillas que impiden que el líquido hierva demasiado rápido. En la boca del recipiente, en la parte superior, hay una columna de fraccionamiento, consistente en un tubo grueso, con unas placas de vidrio en posición horizontal. Mientras la mezcla hierve, el vapor producido asciende por la columna, se va condensando en las sucesivas placas de vidrio y vuelve a caer hacia el líquido, produciendo un reflujo destilado. La columna se calienta desde abajo y, por tanto, la placa de vidrio más caliente está en la parte inferior, y la más fría en la superior. En condiciones estables, el vapor y el líquido de cada placa de vidrio están en equilibrio y, solamente los vapores más volátiles llegan a la parte superior en estado gaseoso. Este vapor pasa al condensador, que lo enfría y lo dirige hacia otro recipiente, donde se licúa de nuevo. Se consigue un destilado más puro cuantas mas placas de vidrio haya en la columna. La parte condensada en la placa más cercana al azeótropo contiene gradualmente menos etanol y más agua, hasta que todo el etanol queda separado de la mezcla inicial. Este punto se puede reconocer mediante el termómetro ya que la temperatura se elevará bruscamente. Las temperaturas de la torre de fraccionamiento son más elevadas en la parte inferior que en la superior; en el interior de la torre hay un gradiente térmico. Los hidrocarburos más volátiles y ligeros, de punto de ebullición bajo, se condensan en los platillos superiores a una temperatura de 37 – 38 °C aproximadamente; la gasolina se licua o condensa en los platillos cuya temperatura esta comprendida entre 70 y 140 °C. Los productos residuales que no se evaporan se condensan y recogen en el fondo de la torre. Cada uno de los productos condensados en la destilación ulterior, antes de enviarlo al mercado para su consumo.

El residuo de la destilación primaria es calentado en un horno y la mezcla de líquido y vapor que se forma se hace pasar por una columna. A diferentes niveles de la columna existen conductos laterales enlazados a despojadores, en los cuales los productos recogidos son enviados a la columna destiladora y reenviadospara extraer los INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

23


componentes más ligeros. Cada uno de los productos refinados constituye una fracción de aceite lubricante de la cual se obtienen, mediante refinación, los aceites lubricantes acabados. El producto no evaporado en el horno se recoge en el fondo de la columna y puede ser usado como asfalto. Las fracciones más ligeras salen por la parte más alta de la columna en forma de vapor u pasan a través de un condensador o enfriador.

 EL ALAMBIQUE. El ALAMBIQUE ( del árabe al - ambiq, y este a su vez del griego ambicos = vaso), es el sistema de destilación más utilizado para obtención de aguardientes. Es una considerable mejora técnica sobre la alquitara, al separar las fases de vaporización y condensación, lo que permite un mayor control del proceso.


24


Alambique pera. El equipo consta de una caldera o pota de cobre, de capacidad variable, un capacete condensador prolongado en un cuello de cisne (o trompa de elefante), un condensador refrigerante cilíndrico (bidón) provisto en su interior de un serpentín de cobre, conectable al cuello de cisne y con salida para el destilado en su parte inferior y una base para el condensador refrigerante.

Al igual que en la alquitara, el condensador refrigerante lleva dos orificios de entrada y salida de agua (grifo), que se mueve a contracorriente de los vapores en el serpentín. En el orificio de salida del destilado hay normalmente un dispositivo para colocar el alcohómetro o densímetro, para permitir controlar la graduación de salida y separar las distintas fracciones del destilado o saber la densidad relativa del aceite esencial. La pota o vaso suele llevar en el fondo una base metálica de cobre, perforada, para evitar el contacto intenso entre el fuego y los orujos o hiervas.


25


En algunas zonas, se coloca en el cuello de cisne una lenteja rectificadora o desflemador, para realizar una condensación previa de los vapores antes de su llegada al refrigerante, lo que posibilita graduaciones más altas de salida. Tipos de alambiques

Alambique pera con vaso y serpentín


alambique pera con serpentín

26

Alambique pera con salida total

Alambique normal con serpentín VIII.


alambique normal con vaso y serpentín

alambique sistema francés

APLICACIONES.

1. DESTILACION DEL PETROLEO. La destilación del petróleo se realiza mediante las llamadas torres de fraccionamiento. En ella, el petróleo, previamente calentado a temperaturas que oscilan entre los 200ºC a 400ºC, ingresa a la torre de destilación, comúnmente llamada columna de destilación, donde debido a la diferencias de volatilidades comprendidas entre los diversos compuestos hidrocarbonados va separándose a medida que se desplaza a través de la torre hacia la parte superior o inferior. El grado de separación de los componentes del petróleo esta estrechamente ligado al punto de ebullición de cada compuesto. El lugar al que ingresa el petróleo en la torre o columna se denomina "Zona Flash" y es aquí el primer lugar de la columna en el que empiezan a separarse los componentes del petróleo. Los compuestos más volátiles, es decir los que tienen menor punto de ebullición, ascienden por la torre a través de platos instalados en forma tangencial al flujo de vapores. En estos platos se instalan varios dispositivos llamados "Copas de Burbujeo", de forma similar a una campana o taza, las cuales son instaladas sobre el plato de forma invertida. Estas copas tienen perforaciones o espacios laterales. El fin de las copas de burbujeo, o simplemente copas, es la de hacer condensar cierto porcentaje de hidrocarburos, los más pesados, y por consiguiente llenando el espacio comprendido entre las copas el plato que lo sostiene, empezando de esta manera a "inundar" el plato. La parte incondensable, el hidrocarburo volátil, escapará de esa copa por los espacios libres o perforaciones con dirección hacia el plato inmediato superior, en el que volverá a INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

27


atravesarlo para entrar nuevamente en las copas instaladas en dicho plato, de manera que el proceso se repita cada vez que los vapores incondensables atraviesen un plato. Al final, en el último plato superior, se obtendrá un hidrocarburo "relativamente" más ligero que los demás que fueron retenidos en las etapas anteriores, y que regularmente han sido extraídos mediante corrientes laterales. En la primera extracción, primer plato, o primer corte, se puede obtener gas, gasolina, nafta o cualquier otro similar. Todo esto dependerá del tipo de carga (alimentación a la planta), diseño y condiciones operativas de los hornos que calientan el crudo, y en general de la planta. Los siguientes, son los derivados más comunes que suelen ser obtenidos en las torres de destilación. Todos ordenados desde el compuesto más pesado al más ligero: 1. Residuos sólidos 2. Aceites y lubricantes 3. Gasóleo y fueloil 4. Queroseno 5. Naftas 6. Gasolinas 7. Disolventes 8. GLP (Gases licuados del petróleo) Si hay un excedente de un derivado del petróleo de alto peso molecular, pueden romperse las cadenas de hidrocarburos para obtener hidrocarburos más ligeros mediante un proceso denominado craqueo. Existe también un proceso no tan severo como el craqueo, llamado Visbreaking, el cual busca principalmente obtener, a partir de residuales asfálticos u otros "fondos de barril", productos más ligeros. Sin embargo este proceso no es tan conveniente ya que no logra aligerar grandemente la carga requerida. El queroseno pasa a la torre destiladora donde es sometido a una inyección de vapor con el objeto de arrastrar los hidrocarburos livianos o más ligeros, es decir la nafta, que lleva disueltos todavía. Estos hidrocarburos livianos retornan al nivel superior de la torre. En el caso del gas-oil, formado por cadenas de hidrocarburos de más de 5 carbonos, se repite la misma operación en la respectiva torre destiladora, para enviar el reflujo de los hidrocarburos más livianos a la parte media de la torre. En cuanto al crudo reducido (llamado así por que se le han sacado las fracciones más livianas) sale por la parte inferior de la torre debido a que es el de mayor peso, está constituido por una mezcla de hidrocarburos con cadenas de elevado número de carbonos. El queroseno y el gas-oil van directamente a la venta; el gas se utilizará como combustible y en petroquímica, tras tratamiento posterior, para elaborar motonaftas. El crudo reducido, a su vez, también en otra etapa posterior será utilizado para obtener otros subproductos de refinería como gas licuado, motonaftas, gas-oil, diesel-oil, fuel-oil, asfaltos, carbón, etc.


28


En el esquema anterior se observa como el crudo después de pasar por la torre de destilación o fraccionamiento es transformado en diferentes grupos de productos: el queroseno, el gasoil, las naftas y gases. De este proceso se obtiene como residuo el petróleo reducido que después será transformado en otros productos.

2. DESTILACION DE AGUARDIENTES. Las bebidas destiladas son las descriptas generalmente como aguardientes y licores; sin embargo la destilación, agrupa a la mayoría de las bebidas alcohólicas que superen los 20º de carga alcohólica. Entre ellas se encuentran bebidas de muy variadas características, y que van desde los diferentes tipos de brandy y licor, hasta los de whisky, anis, tequila, ron, vodka, cachaça y gin entre otras. El ingreso monetario que aporta la elaboración de estas bebidas a los gobiernos de los distintos países del mundo es tan grande, que la destilación es una de las industrias y actividades más supervisadas y reguladas a lo largo del planeta. Esto, al punto que en muchos países la supervisión es efectuada directamente por dependencias de recaudación de impuestos o agentes del tesoro. Principio de destilación El principio de la destilación se basa en las diferencias que existen entre los puntos de fusión del agua (100ºC) y el alcohol (78.3ºC). Si un recipiente que contiene alcohol es calentado a una temperatura que supera los 78.3ºC, pero sin alcanzar los 100ºC, el alcohol se vaporizará y separará del líquido original, para luego juntarlo y recondensarlo en un líquido de mayor fuerza alcohólica. Resultados similares pero de separación más dificil pueden lograrse invirtiendo el proceso. Esto implicaría enfriar el alcohol contenido en un líquido, comenzando a congelar el agua cuando se alcancen los 0ºC y separar el alcohol de la solución. (el punto de congelación del alcohol es -114ºC). Así, de comprender el proceso de destilación se deduce que los mayores componentes de las bebidas destiladas son el alcohol etílico (C2H5OH) y el agua. INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

29


La combinación de estas dos substancias en una mezcla directa no produce una bebida sabrosa, aunque esto cambia al adicionarle componentes con caracter propio, y que dan aroma y sabor que hacen sumamente atractivo su consumo. El secreto de las bebidas alcohólicas destiladas, y en especial del productor, es el de otorgarle a la bebida una fuerza alcohólica elevada y al mismo tiempo que el producto final sea gustoso al paladar. Proceso que fue evolucionando y mejorando con el paso del tiempo. Generalmente los materiales de los que se parte para la elaboración de bebidas destiladas, son alimentos dulces en su forma natural como la caña de azucar, la miel, leche, frutas maduras, etc. y aquellos que pueden ser transformados en melazas y azucares. Todos estos elementos de los que se parte contienen agentes activos que los transforman naturalmente en alcoholes, excepto en el caso de la papa (ver cuadro) donde se debe adicionar algún cereal para lograr el mismo efecto. Los agentes activos son enzímas, y están encargados de transformar el azucar en alcohol. Las enzimas son generalmente compuestos nitrogenados solubles en agua que se comportan como albuminoides, los que, actúan como catalizadores dado que pequeñas cantidades de encímas logran un cambio efectivo en grandes cantidades de material base destinado al producto. Las bebidas alcohólicas que incluyen destilación en su proceso de elaboración son muchas, y se distinguen las siguientes: Whisky: Incluye todas sus variedades; Escocés (Scotch), Irlandés, Whiskies Estadounidenses y Canadienses. Incluyen cierto añejamiento según sea su productor. Siempre a partir de fermento de cereales, cerveza o malta. Vodka: Los de Europa oriental y báltica a base de papa y cereales, y los occidentales a partir de cereales solamente. Rum: Ron español o Rhum Francés. Partiendo todos de la caña de azucar, son agrupados en tres variantes. (1) los secos y de cuerpo liviano. Producidos en Cuba, Puerto Rico, México, Argentina, Brasil y Paraguay; (2) los de cuerpo intenso producidos principalmente en Jamaica, Barbados y Demerara (Guyana Britanica); (3) los tipo Brandy pero aromáticos de Java e Indonesia, Haití y Martinica. Brandy o Cognac: A partir de la destilación de vino o frutas molida fermentadas y añejados en toneles de madera. Los más conocidos son los que han tenido origen en Francia bajo el término de cognac y es el reconocido como destilación de vino. Los de fruta parten de manzanas, cereza, albaricoque (damasco), ciruela, etc. aunque son bebidas conocidas no como brandy o cognac sinó por las marcas del producto terminado o nombre histórico que se les haya asignado. La Slivovitza: que derivan su nombre de la ciruela utilizada (Quetsch o Mirabelle). El Barat Palinka que deriva del albaricoque y añejada en barriles de madera. El Brandy de cereza que es también conocido como Kirsch en Francia y Kirschwasser en Alemania y Suiza que no tiene añejamiento alguno y por tanto color transparente. Tequila: Obtenido a partir del mezcal o agave, variedades de cactus del pais azteca y desierto del sur de Estados Unidos. Su añejamiento aumenta su calidad. Se comercializa con graduaciones alcohólicas que van desde los 37º hasta los 50º INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

30


Oke (Okelehao): Parte de la destilación de melaza de caña de azucar, arroz y jugo de una fruta local con la que también hacen una comida llamada Poi. Es añejada en barriles de roble. Ng ka py: Es una variedad de whisky chino de 43º hecho a partir de fermento de mijo y hierbas aromáticas y añejado en madera. Aguardientes aromáticas: Este grupo incluye varias bebidas alcohólicas de alta graduación (mayor a 40º). Aquí se encuentran el Gin, el ajenjo, la Zubrovka y la Akvavit Escandinava (distinta al aquavitae escocesa). El gin a partir de fresas, moras o frambuesas; La Zubrowka (45º) pero aromatizada con ciertas variedades de pasturas; la Akvavit Escandinava (46º) que se produce en forma similar al gin pero incluye fermento de papas y se aromatiza con semillas de comino. Su variedad Danesa es incolora y aromatizada con semilla de carvi; Las variedades Noruegas y Suecas tienen tono rojizo, son mas dulces y picantes. La variedad Finlandesa es aromatizada con canela. La cachaça brasilera es hecha a partir de caña de azucar, con la diferencia que no incluye añejamiento en madera, ni es aromatizada. Suele complementarse con azucares y cítricos. Licores: Es el grupo quizá de menor graduación alcohólica. y que incluye las bebidas más dulces y aromáticas. La cantidad de combinaciones y sabores existente es ilimitada. En muchos casos es estandarizada y en otros es asociado a una marca. Su graduación alcohólica comienza en los 27º y termina con los más fuertes en los 40º. Historia Antiguamente, el secreto de cada productor era el sistema de destilación que le permitía lograr en su producto el sabor deseado para la bebida. Debido a esto, el proceso de destilación tuvo muy variados tipos y funcionamientos, aunque todos, basandose en el mismo objetivo común de separar el alcohol de un fermento para llevarlo a una bebida. Para esto, existieron diversos métodos de calentar recipientes y de colectar los vapores condensados en alguna superficie fria destinada a convertir nuevamente el vapor en líquido, colectarlo y transportarlo a otro recipiente de baja temperatura que servía como depósito del 'espiritu' destilado. Hoy día todavía se utilizan sistemas y recipientes muy rudimentarios para elevar la temperatura del fermento, en particular para bebidas como el brandy producido por algunas empresas de Francia y el whisky producido por algunas de Escocia e Irlanda. El modelo original en el que muchos se inspiraron se conoce como Tahití. El cual consiste en un recipiente simple de fondo ancho y pico de diámetro reducido. El pico no se encuentra abierto sino que cuenta con un pliegue que se conserva a menor temperatura que la base. A su vez, ese pico cuenta con un conducto que transportará el vapor condensado hacia un recipiente secundario que se encuentra alejado de la llama que calienta al primero. El proceso de destilado se remonta a épocas anteriores al año 800 AC (antes de Cristo), momento en el cual se documento al detalle el primer proceso de fermentación y destilación que se conoce. El siguiente es un cuadro con la referencia histórica que se conoce del proceso de destilación a lo largo de la historia de la humanidad.


31

Epoca


País o Zona Bebida Geográfica fermentada

antes del China 800 AC

Tchoo (tchú)

800 AC

Ceylan e India Asia

Toddy Kumiss

Tartaria Caucásica Japón Reino Unido (Inglaterra) Italia Karpatos

Kefir

Países eslavos Irlanda

brandy ciruela Cerveza

1500

España España Francia Escocia

Vino y melaza caña Cerveza

1650

Méjico

500 DC 1000

1100 1200

Sake agua (mead) Vino fermento

fermento

Material base Bebida destilada obtenida para el producto arroz y mijo

Sautchú (sautchoo)

arroz y melaza leche de burra o yegua leche de burra o yegua arroz miel miel uvas papas cereales de ciruelas

Arrack Arika Skhou Sochu Agua miel destilada

Brandy y Vodka

malta, avena y cebada uvas de caña de azucar

Slivovitza Usquebaugh (un tipo de whisky) Aqua vini Rum, rhum o ron.

malta de Aqua vitae o whisky cebada agave (cactus) Tequila

Según las diferentes zonas geográficas y el paso del tiempo, el proceso de destilación fue evolucionando. Sin embargo, el gran cambio en los procesos, y aquel que permitió lograr bebidas de características equivalentes a medida que se cambiaba de año de producción, partida de material base, etc, fue en la era industrial. Con el conocimiento de la química, de los circuitos cerrados y especialmente los principios de evaporación y condensación, dos personas iniciaron cambios que marcaron tendencia. El primer cambio significativo lo ideó H. Braunschwick en 1512 para la elaboración de un Brandy estilo francés en su destilería. El circuito que propuso, consistía en separar el condensador del evaporador, para así lograr una mejor separación entre vapores volátiles en un solo circuito cerrado y única operación. Este cambio fue el que inspiró al segundo, aunque con una diferencia de 330 años entre sí. Esta idea de componentes separados iluminó a Robert Stein, quien ideo en 1832 un proceso separado en dos columnas para su destileria de whisky escocés. Una de las columnas se pensó para la evaporación y la otra para la condensación y separación de vapores. La primer columna permitía ingresar el vapor del producto calentado el cual recorría un ciclo de compartimientos en forma vertical ascendente. El que fuera vapor de agua, al tener menor punto de evaporación quedaría retenido en estos compartimientos. El vapor de alcohol continuaría el recorrido hasta la parte superior para así encontrar ruta que lo INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

32


lleve hasta la segunda columna. La segunda columna, sería recorrida por el vapor en forma descendente a través de un circuito de serpentinas que irían reduciendo la temperatura del alcohol, para así asegurar la separación del vapor de agua del vapor de alcohol. Este invento de Robert Stein fue patentado por Aeneas Coffey en 1832, y fue conocido por la mayoría de los productores como propiedad del segundo. Así la maquina es conocida al dia de hoy como 'Coffey Still' o Columnas Coffey. Este principio de Coffey se sigue utilizando, aunque mejorado, para la producción de la gran mayoría de las bebidas alcohólicas. 3. DESTILACION DE ACEITES

Obtención de los aceites esenciales La esencia es una sustancia altamente aromática producida por las plantas en células especiales. Se convierte en aceite esencial tras la destilación, que es el principal método para extraer de las plantas los aceites esenciales. La destilación puede ser directa, cuando la planta (raíces, ramas, hojas, bayas, pétalos) se coloca en agua que se calienta hasta la ebullición, o tratarse de destilación al vapor cuando la planta se pone sobre una rejilla y se calienta el agua por debajo pasando el vapor a través de ella. El calor y el vapor rompen las células vegetales que contienen aceite esencial y se libera la esencia en forma de vapor que junto con el vapor de agua y a través de un tubo pasa por tanques de refrigeración donde los vapores se convierten de nuevo en líquidos que se recogen en cubas al final del proceso: el vapor se condensa en un destilado acuoso (agua floral o herbal, denominado hidrolato) y la esencia de la planta en un aceite esencialque, por ser más ligero que el agua, asciende a la zona superior de la cuba y puede separarse fácilmente de la parte acuosa. Algunos de los principios activos constituyentes de las esencias de las plantas son aislados por la industria farmacéutica y conformados para tratar un síntoma específico. El compuesto químico puede utilizarse tal cual o sintetizarse en el laboratorio, pero, subraya Patricia Davis, estos compuestos químicos aislados nunca son tan efectivos ni carentes de riesgos al utilizarlos solos como cuando se hallan combinados en la planta de modo natural: "La combinación de compuestos químicos actúa sinérgicamente, impidiendo así también efectos laterales indeseables. Se cree que es por esta razón que los efectos laterales resultan tan raros en aromaterapia. Cada uno de los aceites esenciales tiene INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA

33


muchas propiedades y ayudan al cuerpo a volver desde el estado desequilibrado conducente a la enfermedad, al equilibrio ideal que representa la salud y el bienestar".

Destilación del pino para obtener esencias Los aceites esenciales de limón, bergamota, naranja y otros cítricos se obtienen por simple presión de los frutos, donde la esencia se encuentra almacenada en bolsas relativamente grandes localizadas en la capa externa coloreada de la piel del fruto. Las esencias de las plantas son estructuras muy complejas químicamente.

IX.

CONCLUSIONES. • • •

La destilación es la operación de separar, comúnmente mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla. Aprovecha los diferentes puntos de ebullición (temperaturas de ebullición) de cada una de las sustancias a separar. Según el método de destilación aplicado se utilizan diferentes equipos de destilación.


34

•


Aplicándosele los cálculos correspondientes, podemos obtener analíticamente, cuanto de producto se obtiene, a través de un balance de materia o cuanto de energía se requiere para ello, con un balance de energía.


35


ANEXOS.

Diagrama de flujo para la obtención del kerosene

Diagrama de flujo destilación simple


36


Algunas ecuaciones que usamos para determinar balance de masa y energía, o a través de reacciones químicas, para determinar, moles finales cant. De sustancia, etc. Fórmulas a utilizar en el BM (balance de masa) ♦ RLCF * C = PD (molar) ♦ RLCF * PM2/PM1 * C = PD (peso) ♦ (RLCF + RLR) * C = PD (molar) ♦ (RLCF + RLR) * C * PM2/PM1 = PD (peso) Donde RLCF: Reactivo limitante de carga fresca RLR: Reactivo limitante de reciclo C: Conversión PD: Producto deseado PM: Peso molecular ♦ Producto convertido = Carga fresca * Cfinal ♦ Producto convertido = (Carga fresca + Reciclo) * Cpor paso ♦ Producto obtenido = Producto convertido * PMo/PMc Donde PMo = peso molecular del producto obtenido PMc = peso molecular del producto convertido


37


Se debe tener en cuenta para resolver los problemas de BM que por cada variable desconocida se tendrá que establecer un BM independiente en caso de que el con junto de ecuaciones pueda tener solución única. Cuando en lugar de balance de un equipo se requiere resolver toda una planta es necesario establecer alrededor del proceso total y de cada equipo un BM. Para balance de Energía Mecánica:

Donde: La suma de todas las pérdidas por fricción por unidad de masa

Además tenemos la siguiente ecuación:

Esta ecuación (aplicable tanto a mezclas binarias como multicomponentes)nos permite calcular, conocida la alimentación y la temperatura (por tanto las ki, siempre que se pueda admitir que son solo función de T), la cantidad de destilado y residuo que se puede obtener. O bien, conocido R/D y zi, la temperatura a la que tiene lugar la destilación.


38

X.


BIBLIOGRAFIA. • • • • • •

Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriot. Operaciones Unitarias en Ingenieria Quimica. Ed. Mc Graw Hill. 2007. King. C. J. Procesos de Separación. Ed. Mc Graw Hill. 1980. Himmelblau. Manual de Ingenieria Quimica. 2003. Rojas Ruth. Operaciones de Laboratorio.2001. (Tesis) UCSM. www.wikipedia.org. www.monografias.com.


DESTILACION COMPLETA[1] UNSA 2009 AREQUIPA PERU

Recommend Documents