UNIDAD 1: DESTILACION
1.1 IMPORTANCIA Y TIPOS DE DESTILACION La destilación es el proceso de separación mas utilizado en la industria química Esta operación unitaria también es conocida como fraccionamiento o destilación fraccionada. La separación de los constituyentes se basa en las diferencias de volatilidad. En la destilación, una fase vapor se pone en contacto con una fase líquido, transfiriéndose masa del líquido al vapor y del vapor al líquido. Por lo general, el líquido y el vapor contienen los mismos componentes aunque en distintas proporciones. El líquido se encuentra a su temperatura de burbuja, mientras que el vapor en equilibrio está a su temperatura de rocío. En forma simultánea, se transfiere masa desde el líquido por evaporación y desde el vapor por condensación. El efecto neto es un incremento en la concentración de los componentes más volátiles en la fase vapor y de los menos volátiles en el líquido. La evaporación y condensación involucran calores latentes de vaporización de cada componente y por ello, al calcular una destilación deben considerarse los efectos del calor. IMPORTANCIA La destilación se utiliza mucho para separar mezclas líquidas en componentes más o menos puros. Debido a que la destilación implica evaporación y condensación de la mezcla, es una operación que necesita grandes cantidades de energía. Una gran ventaja de la destilación es que no es necesario añadir componente a la mezcla para efectuar la separación, mientras que en muchos otros procesos de separación requieren de la adición de otro componente, el cual, a su vez, deberá eliminarse en otra etapa de separación. La temperatura y el volumen de los materiales sometidos a ebullición dependen de la presión. Puede utilizarse una presión elevada para disminuir el volumen y/o incrementar la temperatura con objeto de facilitar la condensación; en otros casos será necesario disminuir la presión para llevar al punto de ebullición por debajo de la temperatura de descomposición térmica. Las aplicaciones de la destilación son muy diversas. El oxígeno puro que se utiliza en la fabricación de acero, en las naves espaciales y en aplicaciones medicínales, se produce por destilación del aire previamente licuado.
Las fracciones del petróleo (tales como gases ligeros, nafta, gasolina, queroseno, combustóleo, aceite lubricantes y asfalto) se obtienen en grandes columnas de destilación a las que se alimenta el crudo. Estas fracciones se procesan después para obtener los productos finales y, con frecuencia, la destilación también interviene en las etapas intermedias de este proceso. Se ha realizado un gran esfuerzo para aumentar la eficacia del equipo de destilación ya existente y para desarrollar nuevos tipos de dispositivos de contacto vapor-líquido que se acerquen más al equilibrio (la condición de eficacia 100%) entre las fases que destilan.
TIPOS DE DESTILACION La destilación se puede llevar a cabo en la práctica por medio de cualquiera de dos métodos principales. El primer método consiste en la producción de un vapor por ebullición de la mezcla líquida que se va a separar en una sola etapa, para recuperar y condensar los vapores. En este método no se permite que el líquido regrese al destilador de una sola etapa y se ponga en contacto con los vapores que se desprenden. El segundo método implica el retorno de una porción del condensado al destilador. Los vapores se desprenden a través de una serie de etapas o platos, y parte del condensado fluye hacia abajo a través de la serie de etapas o platos a contracorriente con respecto a los vapores. Este segundo método se llama destilación fraccionada, destilación con reflujo o rectificación. Existen tres tipos importantes de destilación que se verifican en una sola etapa o en un solo destilador y que no incluyen rectificación. El primero es la destilación en equilibrio o instantánea , el segundo es la destilación simple por lotes o diferencial , y el tercero es la destilación simple con arrastre de vapor.
Destilación de equilibrio o instantánea.
En este proceso, que se verifica en una sola etapa, la mezcla líquida se vaporiza parcialmente. Se permite que el vapor establezca un equilibrio con el líquido, y entonces se separan las fases de vapor y de líquido. Esto se puede hacer por lotes o en régimen continuo.
Destilación simple por lotes o diferencial
En este tipo de destilación, primero se introduce líquido en un recipiente de calentamiento. La carga líquida se hierve lentamente y los vapores se extraen con la misma rapidez con que se forman, enviándolos a un condensador donde se recolecta el vapor condensado (destilado). La primera porción de vapor condensado es más rica en el componente más volátil “A”. A medida que se procede con la vaporización, el producto vaporizado es más pobre en A.
Destilación simple con arrastre de vapor
Los líquidos con alto punto de ebullición no se pueden purificar por destilación a presión atmosférica, puesto que los componentes de la mezcla líquida podrían descomponerse a las temperaturas elevadas que se requieren. Con frecuencia, las sustancias de alto punto de ebullición son casi insolubles en agua; entonces, se logra una separación a temperatura más baja por medio de una destilación simple con arrastre de vapor, método que se usa con bastante frecuencia para separar un componente de alto punto de ebullición de cantidades pequeñas de impurezas no volátiles.
Destilación con reflujo ( fraccionada)
La rectificación (fraccionada) o destilación por etapas con reflujo se puede considerar desde un punto de vista simplificado como un proceso en el cual se lleva a cabo una serie de etapas de vaporización instantánea, de manera que los productos gaseosos y líquidos de cada etapa fluyen a contracorriente. El líquido de una etapa se conduce o fluye a la etapa inferior y el vapor de una etapa fluye hacia arriba, a la etapa superior.
Destilación de multicomponentes
Es un proceso de destilación que se utiliza para separar más de dos sustancias, y tener una mayor concentración de nuestra sustancia pura, por lo que es necesario utilizar dos o más columnas para que se lleve a cabo la separación.
Fig 1: ejemplo de una columna de destilación fraccionada y las partes que la forman.
1.2 DESTILACION FLASH Y DIFERENCIAL
DESTILACION FLASH:
El separador de flash en equilibrio es el más sencillo de los procesos de etapas de equilibrio con el que se puede encontrar el diseñador. Aun cuando interviene solamente una etapa, el cálculo de las composiciones y cantidades relativas de las fases de líquido y vapor para una temperatura y presión dadas requiere una tediosa solución por tanteo. Un flash es una sola etapa de destilación en la que la alimentación se vaporiza parcialmente para producir un vapor más rico en el componente más volátil. En la Fig. 2 se representa una alimentación líquida que se calienta a presión y se somete a una operación adiabática de flash mediante descenso de la presión a través de una válvula, separándose el vapor del líquido residual en una cámara de flash. Si se suprime la válvula, en el calentador se puede vaporizar parcialmente un líquido de baja presión y separar posteriormente las dos fases.
Fig. 2: ejemplo de una destilación flash
Excepto que la volatilidad relativa sea muy grande, el grado de separación de los componentes que se puede alcanzar en una sola etapa es bajo. Por esta razón, tanto la operación de flash como la condensación parcial son generalmente operaciones auxiliares para la preparación de corrientes de alimentación que
sufrirán un posterior tratamiento. Sin embargo, los métodos utilizados en el cálculo de una sola etapa son de gran importancia. Una destilación de flash en una sola etapa generalmente produce un vapor que es sólo algo más rico en los constituyentes de menor temperatura de ebullición que la alimentación. Un mayor enriquecimiento se puede alcanzar mediante una serie de destilaciones de flash en las que el vapor de una etapa se condensa y se somete nuevamente a flash. En principio se podría obtener la pureza deseada del producto mediante esta técnica utilizando un número adecuado de etapas. Sin embargo, en la práctica, la recuperación de producto sería pequeña, los requerimientos de calor y refrigeración elevados, y además se obtendrían cantidades relativamente grandes de distintos productos líquidos.
DESTILACION DIFERENCIAL:
El caso más sencillo de destilación por cargas, no hay reflujo; en un determinado momento, el vapor que sale de la caldera de destilación con una composición yD se admite que está en equilibrio con el líquido de la caldera, yD = xD. Por tanto, solamente hay una etapa. Fig.3: ejemplo de destilación diferencial
CONCLUSION La destilación es el proceso de separación mas utilizado en las industrias, sobre todo las químicas donde utilizan como materia prima el petróleo, el cual es un recurso indispensable para la producción de energía que utilizamos en nuestra vida cotidiana. En la destilación de una sola etapa, podemos mencionar los siguientes: la primera de ellas es; la destilación flash en donde por medio de un calentador la mezcla se evapora parcialmente obteniendo por la parte de arriba un destilado con mayor concentración en ligeros, mientras que la parte que se queda en fase liquida tendrá mayor concentración en pesados. La segunda es la destilación diferencial, en este tipo de separación utiliza un acumulador en la parte baja y se le proporciona calor, hasta que empieza a evaporarse, estos vapores son condensados y almacenados en otro acumulador, es importante mencionar que habrá una mayor cantidad en ligeros en los primeros vapores que suban y así ira disminuyendo la cantidad en ligeros conforme siga evaporándose nuestra mezcla.
BIBLIOGRAFIA:
Foust, A. S. & Wensel, L. A. Principios de Operaciones Unitarias. CECSA. Henley E. J. & Seader J. D. Equilibrium-Stage Separation Operations In Chemical Eng. Ed. Wiley.
Geankoplis Christie J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias . Ed. C.E.C.S.A.
