-Destilación

Universidad Técnica Federico Santa María Sede José Miguel Carrera Viña del Mar

Operación Unitaria Destilación

Nombre : Nathalie Correa Curso : 282 Carrera : Control de alimentos Profesor : Manuel Saavedra Fecha : 22 de Abril del 2008

INDICE Introducción Descripción de la Operación Unitaria Factores Influyentes en el Proceso de Destilación Tipos de Destilación Destilación Continua Destilación Continua Simple (sin reflujo) Destilación Continua Rectificada (con reflujo) Destilación Discontinua Destilación Discontinua Simple (sin reflujo) Destilación Discontinua (con reflujo) Clasificación de las Torres de Fraccionamiento Torres de Platos con Casquetes o Caperuzas de Burbujeo Torres de Platos Perforados o Cribas Torres de Relleno Tipos de Relleno en las Columnas Factores a Considerar en el Diseño de Columnas de Platos Factores que Influyen en la Eficacia de los Platos Platos Perforados Especiales Rectificación en Torres de Relleno Formas de Destilación Destilación Azeotrópica Destilación Extractiva Comparación de la Destilación Extractiva y Azeotrópica Destilación al Vacío Destilación Destructiva Aplicaciones del proceso de Destilación Licores: Destilación Continua Simple Desalación del Agua: Destilación Discontinua Simple Petróleo: Destilación Destructiva Impacto Ambiental Conclusión Bibliografía

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3 4 4 5 5 5 7 11 11 13 14 14 15 16 17 19 20 20 20 21 21 23 24 25 25 28 28 29 30 31 32 33

INTRODUCCION Destilación es la operación de separar, comúnmente mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla, aprovechando las diferencias de volatilidades de los compuestos a separar. La destilación se da en forma natural debajo del punto de ebullición (100 grados centígrados en el caso del agua), luego se vuelve nubes y finalmente llueve. La destilación como tantas otras técnicas de uso en la química convencional, debe su descubrimiento a los alquimistas. Hay pruebas documentales de que los trabajos de estos alquimistas llegaron a los árabes y los aparatos que utilizaban para la destilación son descritos por Marco Graco en el siglo VIII, en el que puede considerarse el primer documento histórico sobre la destilación de vinos, aunque no indica nada sobre las características del destilado obtenido. El termino, que en principio se aplicó casi exclusivamente a la separación de licores espirituosos del liquido obtenido por la fermentación de soluciones azucaradas, tiene actualmente aplicaciones mucho más amplias siendo parte esencial de numerosos procesos donde se requiere separar sustancias que poseen distintos puntos de ebullición. Los alquimistas de los siglos XVI y XVII, escribieron en sus libros diversos métodos de destilación y el instrumental que el proceso requería, utilizaban en la tarea vasos de diversas formas y condensaban los vapores por refrigeración con agua fría. En el presente trabajo se procederá abarcar los distintos tipos de destilación, diferenciando sus procesos y destacando las propiedades físicas y químicas que se desean destilar.

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DESCRIPCION DE LA OPERACIÓN UNITARIA Los procesos de separación alcanzan sus objetivos mediante la creación de dos o más zonas que coexisten y que tienen diferencias de temperatura, presión, composición y fase. Cada especie molecular de la mezcla que se vaya a separar reaccionará de modo único ante los diversos ambientes presentes en esas zonas. En consecuencia, cada especie establecerá una concentración diferente en cada zona y esto da como resultado una separación entre las especies. El proceso de separación denominado Destilación utiliza fases de vapor y liquido, a la misma temperatura y presión, para las zonas coexistentes, en la cual se utilizan varios tipos de dispositivos para cuyo proceso. La destilación puede efectuarse de acuerdo a dos métodos:  El primer método se basa en la producción de vapor mediante la ebullición de la mezcla líquida que se desea separar y condensación de los vapores sin permitir que el líquido retorne al calderín. Es decir, no hay reflujo.  El segundo método se basa en el retorno de una parte del condensado a la columna, en unas condiciones tales que el líquido que retorna se pone en íntimo contacto con los vapores que ascienden hacia el condensador. Cualquiera de los dos métodos puede realizarse de forma continua o por cargas

FACTORES INFLUYENTES EN EL PROCESO DE DESTILACION •

Temperatura El efecto de un aumento de ésta, suele disminuir las diferencias relativas de las volatilidades entre los componentes de una mezcla dada; de igual modo, un descenso de la temperatura de vaporización aumenta corrientemente las diferencias de las volatilidades. • Presión de vapor La presión o tensión del vapor de un líquido, es la presión de su valor a una temperatura dada en la cual las fases de vapor y líquido de la sustancia pueden existir en equilibrio. Si se mantiene constante la temperatura y se comprime el vapor sobre el líquido puro, tendrá lugar una condensación hasta que no se desprenda nada de vapor. Recíprocamente, si se ensancha el espacio ocupado por el vapor, se produce evaporación.

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TIPOS DE DESTILACION Clasificación de acuerdo el grado de vaporización. Basándose en el método de formación del vapor, las operaciones de destilación se clasifican en continuas simples y discontinuas simples principalmente, y cada una de estas se dividen, como lo descrito a continuación.

 DESTILACIÓN CONTINUA •

Destilación continua simple (sin reflujo): En este proceso, la destilación se realiza de la siguiente forma: se introduce a la carga en el alambique o calentador mediante bombeo y se extraen corrientes de vapor y de líquido de tales intensidades, que no se produzca ninguna acumulación ni empobrecimiento de material en el sistema. La composición del líquido en el aparato de destilación permanece constante y lo mismo sucede con la composición de los vapores desprendidos. Estos aparatos resultan antieconómicos o poco flexibles, en aquellos casos en que la materia prima a separar es relativamente pequeña y de composición muy variable o cuando no se dispone de ella de una manera continua. La operación de destilación simple puede efectuarse de dos maneras: 

Destilación en equilibrio:

Proceso de destilación en el que se vaporiza parcialmente el material de alimentación, en condiciones de la continuidad de funcionamiento presuponen una alimentación de composición constante suministrada a gasto constante, a partir de las cuales se forman y extraen continuamente vapor y líquido en cantidades uniformes. Un ejemplo sencillo de este tipo de destilación es un alambique con su casco a fuego directo, en el interior del cual se introduce, por medio de una bomba, a gasto constante, el líquido que se alimenta. Si el fuego es de intensidad constante, se vaporiza un porcentaje determinado de la carga y saldrá del aparato en forma de destilado.

Fig. 4 Destilación técnica simple.

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Para destilar un líquido en forma simple, (1) se le calienta a ebullición en una caldera. (2) luego se lleva los vapores por una conducción al refrigerante, (3) cuyo tubo está rodeado por agua fría u otro refrigerante adecuado y así, el vapor se condensa de nuevo a líquido, que fluye al colector (4).

Destilación flash Es otro tipo de estas y se utiliza esencialmente para la separación de componentes que tienen temperaturas de ebullición muy diferentes. No es eficaz en la separación de componentes de volatilidad comparable, puesto que tanto el vapor condensado como el líquido residual distan mucho de ser componentes puros. Utilizando muchas destilaciones sucesivas se pueden obtener pequeñas cantidades de componentes prácticamente puros, pero este método es muy poco eficaz para las destilaciones industriales cuando se desean separaciones en componentes casi puros. Los métodos modernos, tanto en el laboratorio como en la industria, utilizan el fundamento de la rectificación que se describe en esta sección. o

La destilación flash se utiliza a gran escala en el refino del petróleo, donde las fracciones de petróleo se calientan en calderas tubulares y el fluido caliente se somete a una destilación flash para obtener un vapor de cabeza y un líquido residual, conteniendo ambas corrientes muchos componentes. Vapor al condensador f moles

e

b

d

c a

Alimentación

g

Líquido ( 1 - f ) moles

1 mol

Figura 5 Planta para destilación flash La Figura muestra los elementos de una planta de destilación flash. La alimentación se hace circular, por medio de la bomba a, a través del calentador b, y se reduce la presión en la válvula c. Una íntima mezcla de vapor y líquido entra en el separador d, en el que permanece suficiente tiempo para que se separen las corrientes de líquido y vapor. Debido al gran contacto existente entre el líquido y el vapor antes de su separación, las corrientes que salen de ambos están en equilibrio. El vapor sale a través de la línea e y el líquido a través de la línea g.



La destilación diferencial

Proceso de destilación que consiste en que el vapor, tan pronto como se forma, deja de estar en contacto con el líquido. De una manera gradual se va perdiendo líquido, que pasa al vapor o destilado. En la vaporización diferencial, la disminución en un instante determinado del número de moles de cualquier componente en el líquido, es igual al número de moles presente en dicho instante en el vapor.

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Destilación continua rectificada (con reflujo)

La destilación continua simple, se utiliza esencialmente para la separación de componentes que tienen temperaturas de ebullición muy diferentes. No es eficaz en la separación de componentes de volatilidad comparables, puesto que tanto el vapor condensado como el líquido residual distan muchos de ser componentes puros. Utilizando muchas destilaciones sucesivas se pueden obtener pequeñas cantidades de componentes prácticamente puros, pero este método es muy poco eficaz para las destilaciones industriales cuando se desean separaciones en componentes casi puros. Los métodos modernos, tanto en el laboratorio como en la industria, utilizan el fundamento de la rectificación que se describe en esta sección. Destilación continua rectificada Consiste en retornar una parte del destilado condensado del destilador en forma de reflujo, para que actúe sobre el vapor que se produce en el mismo. El reflujo lava los constituyentes del punto de ebullición más alto de la corriente de vapor y, al mismo tiempo pierde una parte de su contenido de material de punto de ebullición. El que la separación de los componentes de ebullición alta de una mezcla sea relativamente completa en un proceso de rectificación depende de: o o o o

Las volatilidades de los componentes respectivos. La relación del reflujo descendente al vapor ascendente La longitud del camino recorrido en contra corriente por el reflujo y el vapor, es decir, la altura de la torre. La eficacia del contacto conseguido entre el líquido y el vapor.

La relación del reflujo descendente y el vapor ascendente, tiene que realizarse considerando: el costo de l a operación, la altura de la torre necesaria y el área de la sección transversal de la torre (a medida que aumenta la relación del reflujo, disminuye la altura necesaria de la torre), aumentando el consumo de calor y el área de la sección de la torre. La longitud del camino recorrido en contracorriente y la eficacia del contacto en una relación de reflujo dada, determinada por el tipo de relleno de la torre.

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Columna de Rectificación

Figura 1: Aparato de destilación fraccionada

Los aparatos de destilación y rectificación continuos tienen por objeto descomponer a un tiempo una mezcla en varias partes. En algunos casos esto se logra bastante bien, especialmente cuando las substancias mezcladas se disuelven bien todas entre sí; pero si en la mezcla existen substancias que no se mezclan completamente con todas, sino solo con algunas, siendo más o menos insolubles en las otras, deja de ser posible la separación de todas las especies entre sí por reiteradas vaporizaciones. Así cuando se evapora una mezcla de dos líquidos insolubles entre sí, se forman independientemente de la proporción ponderal de los componentes a una temperatura de ebullición inferior a la del líquido más volátil, una mezcla de vapores de proporción constante de ambos componentes, que se mantiene así hasta haberse agotado uno de los componentes de la mezcla y luego, asciende rápidamente el punto de ebullición hasta llegar al del líquido menos volátil. Si existen tres componentes, con dos de ellos miscibles en toda proporción, pero, con el tercero insoluble, se produce una mezcla de vapores cuyo punto de ebullición de los dos componentes miscibles y a veces, por debajo de ellos hasta quedar agotados estos componentes miscibles, para acercarse luego más y más al tercero. Tales mezclas no pueden naturalmente separarse ni aún por reiterada vaporización en columnas, porque todos los vapores desarrollados en los distintos pisos tienen casi la misma composición constante.

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Las mezclas de sustancias muy semejantes entre sí, por constar de los mismos elementos, pero estar diversamente constituidas. Los líquidos de esta clase presentan, a menudo, la propiedad de alterar sus componentes durante el tratamiento en la columna, por transformarse unos en otros o formarlos nuevos con distintas constantes físicas.

Para una mayor comprensión se dará un ejemplo especialmente interesante; la separación de acetona y agua. Ambos líquidos son miscibles en todas las proporciones. La acetona hierve a 56°C; pero una mezcla de ambos líquidos, lo hace entre 56 y 100°C y el vapor que se forma, contiene acetona y agua. Es indudable que se forma principalmente más vapor de acetona que de agua, pero el vapor es una mezcla de ambos. La separación se consigue colocando una columna, un tubo ancho que contiene relleno u otro dispositivo y encima, un refrigerante de reflujo, de manera que resulte posible una buena distribución y mezclado mutuo de la mezcla ascendente de vapor y del condensado que refluye.

Figura 2 : Aparato de fraccionamiento continuo En la figura se muestra la columna de fraccionamiento continuo. Sobre la columna (1), se dispone el refrigerante (2), de manera que el condensado que sale de él, vuelva a la cabeza de la columna (3), dejando fluir al colector (4) otra parte del condensado. Cuando comienza a hervir la mezcla líquida contenida en la caldera, ascienden conjuntamente vapores de acetona y agua que calientan el material de relleno, alcanzan al refrigerante y se condensan de nuevo. Simultáneamente se controla la temperatura de la caldera y de la columna que va al refrigerante (5). Al principio, la temperatura de este paso será considerablemente mayor a 56ºC, pues la mezcla contiene todavía vapor de agua. Por esta razón, se regula el flujo de modo que vuelva totalmente a la columna. De la caldera asciende la mezcla de vapores calientes de acetona y agua, de arriba viene en dirección contraria el condensado frío, la mezcla de vapores calientes intercambia su calor con el condensado frío y el vapor de agua se condensa completamente, pero el vapor de acetona lo hace parcialmente. Por consiguiente, el vapor de agua es concentrado hacia abajo por el condensado que vuelve, “el reflujo”, mientras que finalmente, en la parte superior, se enriquece de acetona y si se regula correctamente, pasa a la cabeza como acetona pura. Poco después de haber comenzado la ebullición, la temperatura en la zona de paso desciende a 56ºC. En cuanto se establezca este equilibrio se regula el reflujo, para que pueda recogerse en el colector una parte del condensado de acetona pura. Este fraccionamiento se lleva a cabo en forma continua. Si se dispone de una entrada para la mezcla líquida, por la que se puede introducir continuamente durante la destilación, que comienza cuando la temperatura es de 100ºC en la caldera y en la zona de paso es de 56ºC, es decir, cuando se ha establecido el equilibrio en la columna, ya precalentada y se aumenta el calentamiento para alcanzar los requerimientos térmicos, que son ahora más elevados. De la caldera se extrae continuamente agua (7) y del refrigerante, sale también continuamente el reflujo (3) que retorna a la columna y el destilado (8) de acetona pura que refluye al colector.

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Combinación de rectificación y agotamiento En la fig.3 se representa una columna típica de fraccionamiento continuo y agotamiento. La columna A se alimenta cerca de su parte central con un determinado flujo de alimentación con una concentración definida. Supóngase que la alimentación es un líquido a su temperatura de ebullición. La acción de la columna no depende de esta suposición y más adelante se considerarán otras condiciones de la alimentación. El plato en el que se introduce la alimentación recibe el nombre de plato de alimentación. Todos los platos por encima del plato de alimentación constituyen la sección de rectificaciones, mientras que todos los platos por debajo de la alimentación, incluyendo también el plato de alimentación, constituyen la sección de agotamiento. La alimentación desciende por la sección de agotamiento hasta el fondo de la columna, donde se mantiene un definido nivel del líquido. El líquido fluye por gravedad hasta el calderín B, que es un vaporizador calentado con vapor de agua que genera vapor y lo devuelve al fondo de la columna. El vapor asciende por toda la columna. En un extremo del calderín hay un vertedero. El producto de cola se retira por el vertedero del calderín y pasa a través del enfriador G. Este enfriador también precalienta la alimentación mediante intercambio de calor con las colas calientes.

Vapor

Condensador C Acumulador D

agotamiento

Seccion de

Líquido

Seccion de rectificacion

Enfriador E

A

Agua fría

Bomba de reflujo F

Producto de cabeza

Plato de alimentación Vapor

Hervidor B Vapor de agua

Condensado Purgador Enfriador de colas G Producto Alimentación de cola FIG.3_Columna de fraccionamiento continuo con secciones de rectificación y agotamiento.

Los vapores que ascienden a través de la sección de rectificación se condensan totalmente en el condensador C, y el condensado se recoge en el acumulador D, en el que se mantiene un nivel definido. La bomba de reflujo F toma el líquido del acumulador y lo descarga en el plato superior de la torre. Esta corriente de líquido recibe el nombre de reflujo. Constituye el líquido que desciende por la sección de rectificación que se requiere para interaccionar con el vapor que asciende. Sin el reflujo no habría rectificación en esta sección de la columna y la concentración del producto de cabeza no sería mayor que la del vapor que asciende del plato de alimentación. El condensado que no es tomado por la bomba de reflujo se enfría en el cambiador de calor E, llamado enfriador de producto, y se retira como producto de cabeza. Si no se forman azeótropos, los productos de cabeza y cola pueden obtenerse con cualquier pureza deseada si hay suficientes platos y se utiliza un reflujo adecuado.

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La planta que se representa en la FIG.3, con frecuencia se simplifica para pequeñas instalaciones. En lugar del calderín puede instalarse un serpentín de calefacción en el fondo de la columna y generar vapor desde la masa de líquido. Con frecuencia el condensador se sitúa encima de la parte superior de la columna y se suprimen el acumulador y la bomba de reflujo. En este caso el reflujo retorna por gravedad al plato superior. Una válvula especial, llamada divisor de reflujo, puede utilizarse para controlar el flujo de retorno del reflujo. El resto del condensado constituye el producto de cabeza.

 DESTILACIÓN DISCONTINUA La destilación discontinua o intermitente, se define como un proceso de destilación en el que se carga un peso dado de material en un alambique o caldera adecuada y se destila una parte de la carga. Los vapores se eliminan continuamente a medida que se forman. Los componentes más volátiles se encuentran en mayor concentración en el vapor que en el líquido; por consiguiente, el líquido se va empobreciendo de los componentes más volátiles a medida que prosigue la vaporización. Así, pues tanto la composición como la del vapor producido, varían durante la destilación discontinua. Este tipo de destilación, se refiere a la de los componentes miscibles. Los aparatos de destilación o rectificación continua, separan en sus distintos componentes una mezcla de sustancias que se disuelven entre sí (o miscibles), comenzando por las más volátiles y siguiendo, sucesivamente, hasta la de más elevado punto de ebullición. Las aplicaciones actuales de la destilación discontinua en las fábricas, se limitan en su mayor parte a las de pequeña escala de carácter intermitente y en las que puede sacrificarse el rendimiento en la separación y en la utilización del calor para conseguir un costo inicial bajo. En el laboratorio, pueden realizarse simples destilaciones intermitentes si la parte superior del frasco de destilación está bien aislada para evitar las pérdidas de calor, por ejemplo: haciendo un punto situado más arriba del tubo de salida del vapor.

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Destilación discontinua simple (sin reflujo)

Se define como el proceso de destilación en el cual se carga en un alambique una cantidad de material, se produce la vaporización mediante la aplicación apropiada de calor y los vapores se eliminan de manera continua, a menudo que se forman, sin condensación parcial de los mismos; es decir, sin que el condensado refluya al aparato. Este tipo de destilación tal como se suele emplear, se refiere a la de componentes miscibles. La destilación simple discontinua se empleó mucho en otros tiempos, en la refinación del petróleo. En los últimos años, los alambiques simples intermitentes para dicho objeto, han sido sustituidos rápidamente por aparatos destilatorios intermitentes, con torres en las que puede utilizarse el reflujo y estos, a su vez, han sido reemplazados por alambiques continuos con torres de fraccionamiento.

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Condensador Destilador discontinuo

Agua de refrigeracion Receptor de producto

Vapor de agua

FIG.7 Destilación simple en un destilador por cargas. La Figura muestra el método más sencillo de operación, la mezcla se carga en un calderín y se le comunica calor por medio de un serpentín (o a través de la pared del recipiente) hasta que el líquido alcanza la temperatura de ebullición y se vaporiza después una parte de la carga. Los vapores pasan directamente desde el calderín hasta el condensador. El vapor que en un determinado momento sale del calderín está en equilibrio con el líquido existente en el calderín, pero como el vapor es más rico en el componente más volátil, las composiciones del líquido y el vapor no es constante.

 Destilación en el laboratorio La destilación simple discontinua que se realiza en laboratorios describe en general, el proceso. Se deposita el líquido a destilar en un matraz o en un balón de cuello esmerilado, a partir del cual se instala una unión de destilación esmerilada, que consiste en una pieza de vidrio cilíndrica doblada en ángulo agudo y que se comunica con un refrigerante. El refrigerante consiste en un tubo dispuesto en forma inclinada, por donde circulan los vapores que finalmente condensan, y que tiene una camisa externa de agua contracorriente y permiten utilizar de la manera más económica los materiales y las energías en acción. El extremo inferior del tubo interno del refrigerante debe terminar en un recipiente colector, con el objeto de recoger el líquido condensado producto de la destilación. Como regla general, se puede indicar que una mezcla cualquiera de dos componentes que hiervan con una diferencia de por lo menos 80 grados, puede separarse por una simple destilación sencilla. Sustancias cuyos puntos de ebullición difieran de 30 a 80 grados, se pueden separar por destilaciones sencillas repetidas.

Figura 8 Destilación simple en el laboratorio Izquierda, la primera fase (hervir para obtener vapor); K, trípode y mechero; J, malla de alambre; D, matraz; L, vapor; E, tubuladura lateral. Centro, la segunda fase (enfriar el vapor para condensarlo); el condensador de Liebig, sostenido por un soporte I y una abrazadera H, se acopla a la salida del matraz; el agua circula a contracorriente en la camisa A (entra por B y sale por C) y enfría el tubo recto interior. Derecha tercera fase: el vapor convertido en líquido cae por el adaptador F, en el frasco G.

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Destilación discontinua (con reflujo)

La destilación discontinua con un destilador sencillo no conduce a una buena separación, salvo que la volatilidad relativa sea muy grande. En muchos casos se utiliza una columna de rectificación con reflujo para mejorar la eficacia de un destilador discontinuo. Si la columna no es demasiado grande, se puede instalar sobre la parte superior del calderín o bien, puede acoplarse independientemente por medio de tuberías de conexión para las corrientes de líquido y vapor. En la operación por carga o intermitente, se carga una cantidad en el destilador, se calienta y cuando sus vapores alcanzan el sistema de condensación, se retorna como reflujo una porción de destilado o condensado. A medida que el producto de cabeza o que se desprende por la parte superior se retira, el contenido del destilador se va empobreciendo en los elementos más volátiles; en consecuencia, a medida que prosigue la destilación, tiene que aumentarse la relación de reflujo para mantener una cantidad constante del destilado que sale por la parte superior, o bien, tiene que admitirse un sacrificio en la precisión de la separación. Retomando el ejemplo anterior, acetona - agua, el fraccionamiento discontinuo se realiza como sigue: se llena la caldera y se destila hasta el final, o sea, hasta que la temperatura del líquido hirviente en la caldera, alcanza el punto de ebullición del componente menos volátil, en este caso, el agua. Aquí hay que interrumpir la destilación, vaciar la caldera y llenarla nuevamente con la mezcla.

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Condensador

Agua Reflujo

Columna Camisa refrig. Agua

Vacío

Vapor

Caldera con A + B

A

Serpentín de caldera

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B Colectores

Condensador Figura 6 Aparato de destilación discontinua.

Ventaja entre fraccionamiento continuo y discontinuo La mayor ventaja de la columna de fraccionamiento discontinuo es la sencillez del aparato. Si la mezcla inicial ha de separarse entre varias fracciones, éstas se van recogiendo una a continuación de la otra. En consecuencia, el procedimiento discontinuo es más conveniente cuando se debe obtener varias fracciones sin una separación muy neta entre ellas, de ahí si la producción es suficientemente grande, es preferible llevarla a fraccionamiento continuo, que se emplea cada vez más y es el único utilizado en muchos procesos de fabricación.

CLASIFICACIÓN DE LAS TORRES DE FRACCIONAMIENTO Desde el punto de vista de su construcción interna, las torres de fraccionamiento se clasifican en: • • •

Torres de platos con casquetes o caperuzas de burbujeo Torres de platos perforados o cribas Torres de relleno

 Torres de Platos con casquetes o caperuzas de burbujeo Estas torres llevan varios platos horizontales, colocados a igual distancia unos de otros dentro de la envoltura de la torre vertical. Sus espacios varían entre 15 y 90 cm. El reflujo desciende por la torre de uno a otro plato, por medio de tubos adecuados de bajada o de rebosamiento. Los extremos inferiores de los tubos de rebosamiento quedan cerrados hidráulicamente por el líquido del plato a que sirven. Durante la operación, el vapor sube por los casquetes y es desviado hacia abajo por el sombrerete, descargándose en forma de pequeñas burbujas por las ranuras o entalladuras del borde, situado bajo el nivel del líquido. La alimentación líquida llega al platillo de arriba, pasa

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por el mismo y cae por el conducto de bajada hacia el platillo inferior, mientras que los vapores pasan hacia arriba, borboteando en el líquido y mezclándose de modo íntimo con él, a causa de la dispersión provocada por las ranuras de los sombreretes. Luego, los vapores de la superficie libre ascienden al platillo inmediato superior. De este modo, se establece un flujo en contracorriente entre el líquido que pasa hacia abajo y los vapores que ascienden por la columna. Las torres con platos de burbujeo son las más empleadas para las operaciones de fraccionamiento en las grandes instalaciones.

Vapor

Bandeja con sombrerete dentado y alargado

Bandeja con sombreretes circulares y ranurados

Vapor

Líquido

Vapor

Bandeja con sombreretes circulares y bordes dentados

FIG.9 Torre con platos de burbujeo.

 Torres con platos perforados o cribas Estas torres fueron utilizadas por Coffey en el año 1832. Esta columna se compone de placas horizontales distancias ente sí, 15 o más cm. Cada placa está perforada con un cierto número de agujeros (como tamices), distribuidos por todas ellas, siendo un diámetro conveniente entre 4 a 8 mm. La distancia entre los centros de 13 mm. Los vapores procedentes de abajo pasan por los orificios y atraviesan la delgada capa del condensador que se encuentra sobre el plano, donde la presión de vapor y la velocidad son suficientes para mantener una cierta cantidad de reflujo líquido en cada placa. Para impedir que se acumule demasiado líquido, cada plato un tubo de rebosamiento o bajada, que se eleva a unos 25 mm. Por encima de la placa lleva hasta unos 13 mm., de la placa inmediatamente inferior, sumergiéndose en una capa que forma un cierre hidráulico o líquido para impedir la acumulación de vapor. Las placas perforadas de este tipo, no funcionan con menos del 50% de flujo normal de vapor, pues de lo contrario, el líquido pasará a través de las perforaciones y cesará el contacto por burbujeo.

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FIG.10 Torre con platos perforados

Los inconvenientes de las placas de este tipo son:   

Las placas sólo funcionan bien en un intervalo limitado de flujos o gastos de vapor y del líquido. Si las placas no están perfectamente niveladas, todo el líquido se correrá al del lado más abajo y el vapor circulará por el lado más alto. Si se corren las placas, los orificios se agrandarán y el rendimiento bajará.

 Torre de relleno Las condiciones de contra corriente entre el líquido y el vapor y el contacto entre ambos, pueden establecerse mediante otro dispositivo diferente. Estos son, cilindros verticales rellenos con trozos sueltos de un material sólido de tamaño uniforme lanzado al azar (arcilla o metales en forma de anillo o silla de montar), entre cuyos intersticios se distribuyen el líquido del reflujo y el vapor que asciende por la torre. El material de relleno está soportado por un enrejado o parrilla situada en el fondo de la torre. Cuanto mas pequeños sean los materiales de relleno, más corta será la altura, pero más baja la velocidad admisible del vapor y, por lo tanto, mayor el diámetro. Rasching descubrió que los anillos de cualquier material, cumplen muy bien estas condiciones cuando el diámetro es igual a la longitud, por lo que los anillos quedan colocados con el eje oblicuo y las fases han de seguir un camino de zigzag. Otro tipo de relleno son los anillos Prym y las monturas; en lo que respecta al material empleando en los anillos de Rasching, son los que permiten una mayor libertad de elección, ya

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que pueden constituirse de metales moldeables (porcelana, piedra artificial, caucho, vidrio, carbón, etc.). Los anillos Prym solo se construyen de porcelana y metal. También se emplean esferas huecas, espirales de metal, etc. La ventaja más importante derivada del empleo de los cuerpos de relleno, es la posibilidad de la elección de un material inatacable para las condiciones de rectificación.

Salida del vapor Distribuidor del líquido Llegada del líquido

En algunas instalaciones se dispone una placa para fijar el relleno y evitar obturaciones Seccion de la torre rellena con el material Regilla y viga de doble l para soportar el material de relleno

Llegada del vapor

Salida del líquido Lluvia de líquido FIG.11 Representación esquemática de una torre con material de relleno.

Las columnas rellenas no se emplean para trabajar en gran escala, debido a incertidumbres en los resultados y a la falta de garantía de los datos sobre las grandes columnas rellenas y, en parte, a causa de que las grandes columnas con casquetes de burbujeo son más económicas.

Tipos de relleno en las columnas

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FIG.12_Aspecto de una pila de anillos con tabiques en cruz (U. S. Stoneware Co)

FIG.13_Anillos Rascching de relleno, tal como quedan al llenar la torre.

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 Columnas de Platos Borbotadores Un plato borboteador es un disco metálico exactamente adaptado a la columna, con perforaciones distribuidas por toda su superficie a las que se han soldado trozos cortos de tubos. Sobre cada trozo de tubo hay una “campana” que se puede subir y bajar con facilidad, pero no se puede quitar completamente. En un borde del plato hay un tubo de salida. Tales platos se distribuyen a lo largo de toda la columna y en gran numero. El vapor ascendente penetra por los orificios, choca contra la campana y se ve forzado a atravesar el condensado, con lo que se disuelve en él el componente menos volátil mientras el componente más volátil atraviesa el condensado y además arrastra partes del componente más volátil que estuviesen disueltas. El condensado fluye por el tubo de salida del plato al inmediatamente inferior. De este modo, en dirección ascendente se enriquece en cada plato el componente más volátil hasta su completa separación. Debido a su gran eficacia, las columnas de platos borboteadores son muy empleadas en la industria tanto en procesos de rectificación o fraccionamiento como en procesos de absorción.

FIG.14_Plato Borboteador

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FACTORES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE COLUMNAS DE PLATOS Factores importantes en el diseño y operación de columnas de platos son el número de platos que se requieren para obtener una determinada separación, el diámetro de la columna, el espaciado entre los platos, la elección del tipo de plato y los detalles constructivos de los platos. En consonancia con los principios generales, en análisis de las columnas de platos se basa en balances de energía y equilibrios entre fases. El concepto de plato teórico o ideal tiene lugar cuando el vapor y el líquido están en equilibrio de fases. Este límite sólo puede realizarse en la práctica, cuando el intercambio entre el liquido y el vapor llega a completarse y el líquido se mezcla de modo que su composición sea homogénea. Para pasar de platos teóricos a platos reales es preciso aplicar una corrección para tener en cuenta una eficacia de los platos. Antes de que el diseño esté completo es preciso tomar otras importantes decisiones, algunas de tanta importancia como fijar el número de platos. Un error en estas decisiones da lugar a un mal fraccionamiento, menor capacidad de la deseada, baja flexibilidad de operación y, con grandes errores, una columna que no puede operar. La corrección de tales errores una vez que la planta se ha construido puede ser muy costosa. Puesto que en muchas de las variables que influyen sobre la eficacia de los platos dependen del diseño de los platos individuales, se consideran en primer lugar los fundamentos del diseño de platos. La variedad de las columnas de rectificación y sus aplicaciones es enorme. Las mayores unidades se encuentran generalmente en la industria del petróleo, pero también existen columnas grandes y plantas de destilación muy complicadas en el fraccionamiento de disolventes, en la separación del aire liquido y en los procesos químicos en general. Los diámetros de las torres pueden variar desde 1 pie (0,3 m) hasta más de 30 pies (9m) y el número de platos puede oscilar desde unos pocos hasta varias decenas. El espaciado entre platos puede variar desde seis pulgadas, o menos, hasta varios pies. Inicialmente la columna más utilizada fueron las de platos con campanas de borboteo, mientras que en la actualidad la mayor parte de las columnas contienen platos perforados o platos de válvula. Muchos tipos de distribuidores de liquido están especificados. Las columnas pueden operar a altas o bajas presiones y con temperaturas desde gases licuados hasta más de 1600 º F. que se alcanzan en la rectificación de vapores de Sodio y Potasio. Los materiales que se someten a destilación pueden variar grandemente en cuanto a viscosidad, difusibilidad, naturaleza corrosiva, tendencia a formar espuma y complejidad de composición. Las torres de platos son igualmente útiles en absorción y rectificación, y los fundamentos del diseño de platos se aplican a ambas operaciones. El diseño de columnas de fraccionamiento, especialmente las grandes unidades y las de aplicaciones no usuales, es preferible que se realicen por expertos. Aunque el número de platos ideales y los requerimientos de calor se pueden calcular con bastante exactitud sin tener mucha experiencia previa, existen otros factores que no se pueden calcular con exactitud y pueden encontrarse varias soluciones igualmente válidas parta un mismo problema. Tal como ocurre en la mayor parte de las actividades de la ingeniería, el buen dise o de columnas de fraccionamiento descansa en unos pocos principios, sobre cierto número de correlaciones empíricas (que están en constante revisión), y mucho sobre criterio y experiencia. El tratamiento que sigue está limitado al tipo habitual de columnas, equipadas con platos perforados, operando a presiones no muy diferentes de la atmosférica y tratando mezclas que tienen propiedades corrientes.

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Factores que influyen en la eficacia de los platos.

Aunque se han realizado muchos estudios sobre eficacia de platos, la estimación de la eficacia se realiza esencialmente de forma empírica. Sin embargo, se dispone de suficientes datos para conocer los principales factores que intervienen y para constituir una base de estimación de las eficacias para tipos convencionales de columnas que operan con mezclas de sustancias comunes. La condición más importante para obtener eficacias satisfactorias es que los platos operen correctamente. Un íntimo contacto entre el líquido y el vapor es esencial. Toda operación errónea de la columna, tal como excesiva formación de espuma o arrastre, mala distribución de vapor, cortocircuito, goteo o anegamiento de líquido, disminuye la eficacia de los platos. La eficacia de platos es una función de la velocidad de transferencia de materia entre él liquido y el vapor. La eficacia no varía mucho con la velocidad del vapor en el intervalo comprendido entre el punto de goteo y el punto de inundación. Al aumentar el flujo de vapor aumenta también la altura de la espuma creando más área de transferencia, de forma que la masa total transferida asciende aproximadamente como lo hace la velocidad del vapor.

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Platos perforados especiales.

En algunas columnas equipadas con platos perforados, con flujo en contra corriente, no se utilizan conductos de descenso. El líquido descarga a través de algunas perforaciones en un determinado momento y poco después a través de otras, asciendo el vapor a través de las restantes perforaciones. Tales columnas presentan algunas ventajas de coste con respecto a las columnas convencionales y no se ensucian fácilmente, pero su relación de giro (la relación entre la velocidad mínima permitida para el vapor y la menor velocidad para que la columna operara satisfactoriamente) es baja, generalmente 2 o menos.

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Rectificación en torres de relleno.

Las torres de relleno se utilizan con frecuencia para rectificación, especialmente cuando la separación es relativamente fácil. La mayoría de las torres de rectificación relleno son pequeñas, de 1 m. de diámetro o menos. Los fundamentos de su operación son los mismos que los de las torres de absorción. Su funcionamiento depende grandemente de la eficacia de la distribución de líquidos sobre el relleno

FORMAS DE DESTILACIÓN 21

 DESTILACIÓN AZEOTRÓPICA Un azeotrópo es una mezcla líquida que tiene un punto máximo o mínimo de ebullición, en relación con los puntos de ebullición de composiciones de mezclas circundantes; la aparición de un máximo o un mínimo en la superficie de la temperatura en función de la composición se debe a desviaciones negativas y positivas, respectivamente, de la ley de Raoult. Se llama mezcla azeotrópica o de punto de ebullición constante a aquellas que están constituidas por dos o más compuestos líquidos cuyo punto de ebullición no cambia cuando el vapor que se produce se elimina. Las mezclas azeotrópicas se clasifican en dos grupos :

 Homogéneas, en las que coexisten en una fase líquida en equilibrio con el vapor.  Heterogéneas, las que hay con dos o más fases líquidas en equilibrio. La destilación azeotrópica es un fraccionamiento que se facilita con la adición de un nuevo componente al sistema. El nuevo componente se elige juiciosamente para desplazar el equilibrio vapor-líquido en el sentido favorable; se considera como un “separador”, es decir, cambia las volatilidades relativas de los componentes originales. Volatilidad Relativa: se usa para comparar la presión de vapor de una sustancia con la otra, y aquella que posea presión de vapor más alta, es la más volátil. Esta operación se aplica para separar: 

Mezclas formadas de sustancias semejantes y cuyo punto de ebullición está muy próximo.



Mezclas formadas de sustancias desemejantes que se desvían de la ley de Roult y no pueden separarse a presiones de funcionamiento normales por simple destilación, aún cuando sus puntos de ebullición no estén muy próximos.

La operación es Azeotrópica si el agente separador forma uno o más azeotrópo con los componentes del sistema, estando presente en concentraciones apreciables en la mayoría de los platos de loa columna. El separador suele llamarse Formador de azeotrópo, Disolvente o Arrastrador; este último no deberá interpretarse como ningún mecanismo de arrastre mecánico. La destilación Azeotrópica se utiliza con facilidad por cargas, o sea intermitentemente, cargando en el hervidor la alimentación y el formador de azeotrópo, añadiéndose suficiente cantidad del ultimo para mantener una porción del mismo en el hervidor y la columna durante todo el ciclo. Para poder funcionar como un arrastrador o separador, el líquido ajeno debe presentar una selectividad y una volatilidad satisfactoria. La selectividad se refiere al efecto que el separador tenga sobre la volatilidad de los componentes del alimentador. El máximo beneficio del agente separador, se consigue cuando éste encuentra concentraciones sustanciales en el líquido en la mayoría de los platos de la columna. Otras propiedades que se deben tener en cuenta son: o No debe corroer el equipo empleado o No debe reaccionar con los componentes de la alimentación o Debe ser térmicamente estable o Fácil obtención o Debe ser poco costoso o Se prefiere de poco calor latente molar

Un interesante ejemplo de destilación azeotrópica es la separación de acetato de etilo y agua.

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A temperatura ambiente se disuelve en acetato de etilo un 4% de agua. El acetato de etilo puro hierve a 78ºC y el agua a 100ºC. Si se calienta a ebullición en un aparato de fraccionamiento acetato de etilo húmedo, destila una mezcla de 8% de agua y 92% de acetato de etilo a una temperatura de 68ºC y pasa como mezcla de composición constante. En la caldera no se enriquece, por consiguiente, el agua, sino el acetato de etilo a pesar de su menor punto de ebullición que es, sin embargo, superior al de la mezcla de vapores, pues ésta contiene doble cantidad de agua que la fase líquida.

FIG.15_Destilación Azeotrópica En la caldera (1) hay acetato de etilo hirviente. Por conducción (2) entra continuamente acetato de etilo acuoso. En la columna (3) asciende la mezcla de 8% de agua y 92% de acetato de etilo que pasa a 68ºC, al refrigerante (4) donde se condensa y fluye al separador (5). Aquí se separa el condensado en acetato de etilo acuoso con 4% de agua (6) y agua (7). El acetato de etilo acuoso refluye de nuevo (8) en la columna, donde se descompone nuevamente en el azeotropo que se evapora, y acetato de etilo puro que refluye a la caldera. El agua del separador que contiene acetato de etilo disuelto se deja salir continuamente para su ulterior empleo, y del mismo modo de la caldera fluye continuamente acetato de etilo puro que pasa a un colector.

 DESTILACION EXTRACTIVA 23

Al igual que la destilación Azeotrópica es un fraccionamiento que se facilita con la adición de un nuevo componente al sistema y es aplicada de igual manera. La operación es extractiva si el disolvente o el agente separador es mucho menos volátil que los componentes por separar, y por tanto se carga continuamente cerca de la parte superior de la columna destiladora para mantener una concentración apreciable del agente separador en líquido sobre la mayoría de los platos de la columna. La base de este cambio de volatilidad producido, es por la introducción del disolvente. Este cambio no es igual para cada componente; y la diferencia de volatilidades que resulta, permite el fraccionamiento de los componentes de la alimentación. Proceso de Destilación por Extracción: El patrón típico de flujo para un proceso de destilación por extracción se muestra en la figura. Como ejemplo se toma el metíl-ciclohexano y el tolueno, representando los materiales de punto de ebullición cercanos que se tienen que separar. La volatilidad del metíl-ciclohexano en relación con el tolueno se aumenta añadiendo un disolvente. Esto permite separar esos dos componentes en menos etapas que las que se necesitarían en una destilación simple. El disolvente escogido es menos volátil que cualquiera de los componentes y, para mantener una concentración alta de disolvente en la mayor parte de la columna, se debe introducir siempre a ésta última por encima de la etapa de alimentación fresca. Por lo común, se introducen unas cuantas etapas por debajo de la superficie y el número real se determina por la necesidad de reducir la concentración del disolvente en el vapor ascendente hasta una cantidad despreciable, antes de retirar el producto del domo. El derrame de disolvente líquido de etapa es relativamente constante debido a su baja volatilidad. La concentración real del disolvente cambiara bruscamente en el punto de introducción de la alimentación fresca, si se usa una alimentación en forma de vapor para evitar la dilución del disolvente, al incrementar la cantidad de material no disolvente en el sobreflujo líquido. En el caso de la destilación, la ventaja es inherente de las relaciones más altas de reflujo se debe balancear con el efecto sobre la concentración del disolvente y los cambios que se producen en las volatilidades relativas

FIG.16_Destilación Extractiva Como se muestra en la figura, la recuperación del disolvente es más sencilla en la destilación por extracción que en la azeotrópica. El disolvente escogido no forma un azeotrópo con el material no disolvente en el producto del fondo de la torre de destilación por extracción y la recuperación del disolvente se puede efectuar mediante la destilación simple. El flujo del disolvente, la relación de reflujo y la condición térmica de la alimentación se escogen para proporcionar el perfil de concentraciones a lo largo de la columna.

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Comparación de la Destilación Extractiva y Azeotrópica. 24

La destilación extractiva se asemeja a la azeotrópica en el empleo de un agente separador o disolvente para formar soluciones no ideales con uno o ambos de los componentes de la alimentación. El efecto del agente separador es el de incrementar la diferencia de la volatilidades de los componentes de la mezcla. Las dos formas de destilación difieren en el método empleado para mantener la concentración necesaria del disolvente sobre los platos de la columna.



En la destilación extractiva se mantiene la concentración requerida introduciendo el disolvente en un punto cercano a la parte superior de la columna y debido a que no es volátil, se hallará en altas concentraciones en todos los platos. La mayor parte del disolvente se toma del fondo de la columna principal, junto con el o los componentes cuyas volatilidades se ven menos afectadas por el solvente.



En la destilación azeotrópica el separador es más volátil que la alimentación y puede ser cargado ya seas en el tope de la columna o con la alimentación. La mayor parte del disolvente se toma corrientemente del destilado por la parte superior de la columna.



En la destilación extractiva, la volatilidad del disolvente no tiene que emparejarse con la de los componentes de la alimentación ; mientras que en la azeotrópica, el disolvente, para ser efectivo tiene que hervir dentro de un intervalo de 10ºC - 40ºC ; con alguno de los componentes de la alimentación para formar el azeotropo.



En consecuencia, hay mayor número de separadores adecuados para realizar una destilación extractiva que para una azeotrópica.



La destilación extractiva posee una amplia elección de condiciones a operar, ya que las proporciones del solvente y el reflujo pueden ser fijados a voluntad ; mientras que en la destilación azeotrópica, las restricciones de volatilidades limitan el flujo relativo del separador y el reflujo.



La principal ventaja de la destilación extractiva es la necesidad de menor calor ; y es así, porque no vaporiza ni condensa el total del solvente en cada ciclo a través de la planta. En cambio, en la azeotrópica, el consumo de calor es corrientemente mayor puesto que la mayor parte del disolvente se vaporiza y se toma del destilado por la parte superior.

 La destilación extractiva no se adapta tan fácilmente al proceso intermitente, debido a que ha de cargarse el disolvente continuamente a la parte superior de la columna. Por tanto se prefiere la azeotrópica para el funcionamiento intermitente tanto en la industria como en el laboratorio.

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 DESTILACIÓN AL VACÍO Es una destilación que se efectúa bajo una presión reducida. Como la reducción de presión ocasiona un descenso en el punto de ebullición, pueden destilarse así muchas sustancias que de otra manera se descompondrían bajo la acción de las altas temperaturas. Destilación intermitente por vapor de agua: Es la que efectúan la vaporización de los componentes volátiles de la carga del material a una temperatura rebajada, por la introducción de vapor directamente en dicha carga. El vapor de agua utilizado de esta manera se denomina “vapor directo”. La destilación intermitente por vapor, es una herramienta valiosa del químico orgánico, para la purificación de compuestos orgánicos en el laboratorio. Por medio de este tipo de destilación pueden separarse líquidos orgánicos volátiles de impurezas relativamente no volátiles, a temperatura suficiente bajas para que no se produzca descomposición térmica. Cuando se realiza este tipo de operación en escala industrial, resulta ventajoso emplear la destilación por vapor. La purificación de la glicerina y de ácido grasos son ejemplos de aplicaciones a escala industrial. 

 DESTILACIÓN DESTRUCTIVA Se conoce también como destilación Seca. Es la que comprende aquellas operaciones en las que el material tratado sufre primero una descomposición térmica y los productos volátiles formados se extraen luego en forma de vapores para recuperarlos. Como ejemplo esta el tratamiento de la madera para obtener alcohol. El cracking es una destilación destructiva y es un proceso mediante el cual se disocian los productos de destilación más pesados del petróleo, con objeto de obtener una proporción mayor de productos más ligeros, por ejemplo, gasolina. El proceso se lleva a cabo en columnas de alta presión. El número de fracciones o cortes obtenidos, depende de la base del crudo y de las condiciones en que se opera. Los distintos sistemas de destilación pueden clasificarse en: destilación en una etapa, en dos etapas con torre de vacío; siendo la destilación en dos etapas la más utilizada en las refinerías modernas

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

DESTILACIÓN EN UNA ETAPA

En la FIG.17 puede observarse una unidad para destilar crudo en una etapa. El crudo con el que se alimenta en la unidad, se recalienta aprovechando el calor de los vapores salientes, pasando a continuación a un horno de radiación calentado a fuego directo. Los distintos productos se separan en la columna de destilación, de acuerdo con sus puntos de ebullición, ascendiendo la fracción con punto de ebullición más bajo hacia la parte superior de la columna. La fracción que se desea, se extrae lateralmente de la columna a la altura correspondiente. La fracción derivada se somete a un nuevo fraccionamiento en pequeñas columnas de agotamiento llamadas strippers. En ellas, se utiliza vapor para liberar a una fracción de los componentes más volátiles, de forma que el punto inicial de ebullición del producto obtenido se ajusta al valor deseado.

FIG.17_Destilación de crudo en una etapa

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

DESTILACIÓN EN DOS ETAPAS

En las refinerías modernas se emplea frecuentemente el sistema de destilación en dos etapas, con el objeto de conseguir el suficiente números de corte para la obtención de la gama de productos deseados. Este sistema, que puede verse en la FIG.18, está formado por una primera torre, que trabaja a una presión de unos 3,5 kg/cm, una segunda torre a la presión atmosférica y una columna estabilizadora, siendo empleado cuando en el crudo deben efectuarse de 6 a 10 cortes ajustados. De la torre principal pueden extraerse lateralmente dos o más fracciones, mientras que las cabezas alimentan el estabilizador, en el cual puede trabajar como estabilizador normal o como despropanizador o desbutanizador y las colas de la torre principal pasan a ser la alimentación de la torre secundaria. En esta última, se hace circular como reflujo parte de la fracción ligera; el producto de la cabeza retorna a la torre principal, sacándose las distintas fracciones en los puntos correspondientes. Todas las fracciones derivadas pasan a través de los strippers para eliminar las cabezas.

FIG.18_Destilación en dos etapas

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APLICACIONES DEL PROCESO DE DESTILACIÓN Dentro de las aplicaciones del proceso de destilación se pueden destacar la destilación de licores, la refinación del petróleo, la desalación del agua, entre otras. 

Licores: Destilación Continua Simple

La primera diligencia en la elaboración de bebidas destiladas es la de preparar una solución azucarada y dejarla que fermente. La solución se obtiene prensando uvas, caña de azúcar u otras y plantas que contengan azúcar libre. También puede prepararse malteando y convirtiendo en mosto la cebada u otros granos para transformar su almidón en azúcar y posteriormente en alcohol. En el proceso de destilación, el mosto fermentado de la fruta o del grano malteado es sometido a caldeo en un alambique, que lo transforma en vapor a los 78,1 °C, punto de ebullición para la mezcla de agua y alcohol. En Europa se utiliza generalmente para este propósito el alambique de cobre caldeado directamente por la llama; la industria americana prefiere el alambique de columna continua, inventado por Roberti Stein en 1826 y perfeccionado posteriormente por Aeneas Coffey. De la cabeza del alambique arranca un tubo en espiral, el condensador de serpentín que atraviesa un envolvente refrigerante. En este condensador el vapor vuelve a transformarse en líquido, que destila gota a gota en una cuba receptora con revestimiento de vidrio. Como la destilación tiene por objeto incrementar el contenido alcohólico de una bebida, los licores destilados contienen generalmente una producción ponderal de alcohol que oscila entre el 40 y el 55%. Las distintas clases de Whisky (Borbón, de centeno Escocés e Irlandés) se destilan de cebada malteadas o de cereales macerados y fermentados, como el centeno, maíz y trigo. El ron tiene como materia prima melazas fermentadas o jugo de caña de azúcar macerado y fermentado. La destilación y redestilación del vino proporcionan coñac; otros diversos licores se obtienen destilando frutas maceradas y fermentadas manzanas, melocotones cerezas, albaricoques, ciruelas y moras negras. El envejecimiento de todos estos espíritus alcohólicos en recipientes de madera (preferentemente en toneles socarrados de roble albar) disminuye su color ambarino.

 Desalación del agua: Destilación Discontinua Simple 29

A través de los siglos, los científicos han buscado formas de eliminación de las sales del agua de mar, proceso denominado desalación, para aumentar el recurso; agua dulce. El océano es una enorme y extremadamente compleja disolución acuosa. Hay unos 1.5 x 1011 litros de agua de mar en el océano, de los cuales 3.5% (en masa) está constituido por material disuelto. La tabla a continuación contiene las concentraciones de siete sustancias que, juntas, comprenden más del 99% de los constituyentes disuelto en el agua de los océanos. En una era en que se han hecho avances espectaculares en la ciencia y la medicina, la desalación puede parecer un objetivo bastante simple. Sin embargo, a pesar de que existe la tecnología de la desalación, aún es muy costosa. Es una paradoja interesante que en nuestra sociedad tecnológica, lograr algo simple sea a menudo tan difícil como alcanzar algo tan complejo como enviar un astronauta a la luna. Composición del agua de mar: Iones

G/Kg. De agua de mar 19.35 10.76 2.71 1.29 0.41 0.39 0.14

Cloruro Sodio Sulfato Magnesio Calcio Potasio Bicarbonato

El método más antiguo de desalación, la destilación produce más del 90% de los 1893 millones de litros diarios, capacidad instalada de los sistemas de desalación que operan en el ámbito mundial. El proceso implica la evaporación del agua de mar y la condensación de vapor de agua pura. La mayoría de los sistemas de desalación emplean energía calorífica para llevar a cabo esto. Se han hecho intentos para utilizar la radiación solar, a fin de reducir el costo de la destilación. Esta propuesta es atractiva porque la luz solar es normalmente más intensa en las zonas áridas donde es máxima la necesidad de agua. Sin embargo, a pesar de la abundante investigación y esfuerzo de desarrollo aún persisten diversos problemas de ingeniería y los “alambiques” Solares todavía no operan a gran escala. Este proceso de destilación podría ser de manera continúa, pero, normalmente la desalación del agua, Compromete el uso limitado de energía. Por lo mismo se utiliza el procedimiento por cargas, es decir, discontinuo

 Petróleo.

Destilación Destructiva 30

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 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: o o o o o o o o

Residuos sólidos Aceites y lubricantes Gasóleo y fuel Querosén Naftas Gasolinas Disolventes 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 mas ligeros mediante un proceso denominado craqueo.

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IMPACTO AMBIENTAL La destilación en si, no es considerada contaminante del medio ambiente como tal, ya que contribuye con su proceso a mejorar la calidad del aire y las aguas en la industria, además de ser un gran ahorro económico para las empresas. Sin embargo, el grado de contaminación de esta operación unitaria, dependerá del tipo de los constituyentes de la mezcla, por ejemplo en la industria del petróleo normalmente tanto el producto destilado, como el residuo obtenido en la operación, resultan contaminantes lo que obliga a realizar un manejo adecuado de ellos.

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CONCLUSIÓN La destilación es un proceso que se encuentra de forma natural debajo del punto de ebullición del agua, ya que se vuelve nubes y finalmente llueve. Este método, que permite la separación de los constituyentes de una mezcla, es de gran utilidad en la industria alimenticia, del petróleo, química entre otras, siendo esto, lo que ha conllevado a la necesidad de contribuir el constante desarrollo tecnológico de esta operación. Si bien existen diversos tipos de destilación, estas se relacionan netamente con el compuesto que se utilice, cabe destacar que para elegir el tipo de destilación a desarrollar, hay que tener presente, las propiedades y composición físicas y químicas de la especie que se desee destilar.

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BIBLIOGRAFÍA



John Perry Manual del Ingeniero Químico Tomo 5 Editorial Hispanoamericana México 1974 Robert H Perry ; Cecil H Chilton



Biblioteca del Ingeniero Químico Volumen 4 Editorial Mc Graw - Hill México 1986

Tegeder, Fritz



Métodos de la Industria Química Editorial Reverté 1ª edición 1967.

WEBGRAFÍA



es.wikipedia.org/wiki/Destilación_del_petróleo

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