mi ensayo destilaciÓn
TRANSCRIPT
Introducción: La destilación
El ensayo pretende dar a conocer los diferentes tipos de destilación, las
características de las torres y los accesorios que se pueden utilizar para la
destilación y cómo se relacionan los conceptos de volatilidad relativa y grados de
libertad con el proceso de destilación.
Para ello necesitamos describir el proceso de destilación, que se considera un
proceso de separación de componentes entre dos sustancias líquidas mediante el
uso de sus características físicas; esto es, aprovechando que las dos sustancias
tengan diferentes puntos de ebullición. En el proceso se calienta la mezcla a la
temperatura del componente que tiene menor punto de ebullición y el vapor
liberado, que contiene mayor concentración de dicho componente, se enfría para
que se condense para obtener al componente en estado líquido con una mayor
pureza.
Diferentes tipos de destilación
El proceso de destilación actualmente se puede clasificar en cuatro tipos de
destilación: la destilación simple, destilación fraccionada, destilación instantánea o
flash, destilación por arrastre de vapor, destilación al vacio, destilación
azeotrópica, destilación molecular centrifuga y destilación por membranas. Las
más estudiadas son las primeras dos.
En la destilación simple se hierve la mezcla para propiciar la evaporación de uno
de los componentes en mayor concentración que el otro y se hace pasar el vapor
por una salida lateral para condensarlo al ponerlo en contacto con una pared fría,
esto se lleva a cabo en el equipo conocido comúnmente como alambique, como
se observa en el anexo 1.
El proceso de destilación fraccionada o rectificación sigue los lineamientos
teóricos de la destilación simple, pero se diferencia por considerar un reflujo (el
retorno de una parte del vapor condensado al equipo) a contracorriente que vuelve
a entrar en contacto con el vapor dentro de la columna para redirigirse al
condensador. Entre las características de este tipo de destilación se encuentra
que es un proceso continuo y que por lo mismo puede manejar grandes
cantidades de material obteniendo mayores noveles de pureza debido al reflujo en
la columna, un diagrama del equipo está en el anexo 2.
La destilación instantánea o flash implica la evaporación de una fracción del
líquido utilizando calentamiento a alta presión y manteniendo al vapor y al líquido
el tiempo necesario para que el vapor alcance el equilibrio con el líquido y poder
separar ambos componentes. Imagen en el anexo 3.
En la destilación por arrastre de vapor se va a utilizar un vapor vivo para provocar
el arrastre de la sustancia más volátil a separar en la mezcla, esta sustancia debe
ser insoluble en agua, lo que permite abatir la temperatura de ebullición evitando
así que los compuestos se descompongan al llegar a altas temperaturas o al pasar
su temperatura de ebullición, logrando una buena separación. Este tipo de
destilación es más usada a nivel industrial para la separación y obtención de
esencias aromáticas, un ejemplo del equipo se muestra en el anexo 4.
El uso de la destilación al vacio o a presión reducida se emplea en casos en los
que al calentar las sustancias a bajas temperaturas se pierden sus propiedades
químicas o que por el contrario, requieren grandes cantidades de energía para
llegar a su punto de ebullición, por ser este muy elevado. Este proceso consiste en
disminuir la presión del sistema para que la sustancia alcance su punto de
ebullición a temperaturas más bajas de las que emplearía habitualmente, ya que el
líquido hierve cuando su presión de vapor alcanza la presión de operación. Esta
destilación se suele usar para la obtención de vitaminas o productos industriales.
Diagrama en el anexo 5.
Dado que una mezcla azeotrópica es aquella mezcla líquida de dos o más
componentes que poseen una temperatura de ebullición constante y fija, lo que
implica que al evaporar la mezcla se observa la misma composición en la
evaporación parcial como en el líquido; la destilación azeotrópica consiste en
añadir otro componente a la mezcla que rompa la condición azeotrópica en la
mezcla y dependiendo del punto de ebullición del componente a destilar y
considerando que la composición de estas mezclas cambia si cambia la presión
exterior, se puede combinar el proceso con otros tipos de destilación, por ejemplo,
si el punto de ebullición es alto se puede usar la destilación al vacío. Diagrama en
el anexo 6.
La destilación molecular centrifuga utiliza la gravedad, ya que al colocar una
mezcla de vapores en una columna vertical hermética estos se separarán por sus
características de peso y densidad influidos por la gravedad, por lo que el equipo
de destilación molecular centrifuga se utilizan altas velocidades ara producir un
vórtice que separe los componentes ligeros de los pesados obteniendo una
separación eficaz de los vapores. Un ejemplo del equipo utilizado se muestra en el
anexo 7.
La destilación por membranas involucra el transporte de vapor de agua a través de
los poros de una membrana hidrofóbica debido a la fuerza que ejerce la presión de
vapor provista por la temperatura y/o la diferencia de concentración del soluto a
través de la membrana. Así, la superficie de la membrana se encuentra en
contacto directo con la fase líquida y el vapor, que se encuentran en equilibrio
térmico aunque una fase se encuentre considerablemente fría a comparación de la
otra fase. La destilación se basa en el flujo a contracorriente con diferentes
temperaturas.
Características de las torres de destilación
El equipo más usado para la destilación son las torres o columnas de destilación,
que consisten en un conjunto de platos colocados a diferentes alturas, uno bajo
otro, la función de los platos es contener cierta cantidad de la mezcla líquida y
hacer pasar el vapor a través de estos para que el vapor y la mezcla entren en
contacto y se lleve a cabo la transferencia de masa, el líquido desciende de plato a
plato hasta el plato inferior (Imagen en el anexo 8). Las torres de destilación de
platos están conformadas por la columna cilíndrica que contiene en su interior los
platos perforados o con campanas de burbujeo.
Los componentes de las torres de destilación son:
La caldera, que se encuentra en la base de la columna para generar el
vapor que subirá por la torre.
El condensador que se encuentra en la parte superior para condensar el
vapor que sube.
El acumulador, mayormente situado alado del condensador para recuperar
el líquido condensado.
Los pisos o platos que son la zona de contacto entre las dos fases, los
platos se pueden separar en dos importantes partes, la parte de arriba que
se conoce como zona de enriquecimiento por ser donde el vapor tiene
mayor concentración del componente más volátil y la zona de
empobrecimiento, que es la zona en la que el vapor le extrae la mayor
cantidad del componente más volátil al líquido presente en los platos. Las
columnas de platos pueden dividirse en (Imagen en anexo 9):
Plato de tapa circulatoria o capucha
Plato de válvula
Plato de orificios o de malla
Las torres también pueden ser de relleno o empacadas dependiendo de los
criterios de diseño y estas pueden ser:
Relleno aleatorio: contiene diversos tipos de relleno
Relleno estructurado: contiene rellenos tipo rejilla o los de anillo
estructurado.
La imagen para ilustrar una torre de destilación está en el anexo 5.
Volatilidad relativa
La volatilidad relativa se puede definir como el grado de separación posible entre
los componentes y está en función de las presiones de vapor de cada componente
y de las concentraciones de de los componentes en cada fase. Las formulas para
hallar la volatilidad relativa están dadas por la ecuación en base a las presiones de
los componentes: α= PA/PB
Grados de libertad
En un sistema cerrado en equilibrio los grados de libertad (L), en base a la regla
de las fases de Gibbs, están dados por el número de componentes químicos del
sistema (C) y el numero de variables externas no composicionales (N), menos el
numero de fases separadas (F), obteniendo así la ecuación: L= C – F + N
Conclusión
La destilación es uno de los procesos de separación más eficientes para la
obtención de compuestos volátiles mediante el uso de sus propiedades físicas,
sobre todo, aprovechando el conocimiento del punto de ebullición de los
componentes que constituyen la mezcla y la variación que puede tener este al
aumentar la presión del sistema. El diseño de los equipos de destilación depende
de estas características en la mezcla y del componente que se desea obtener al
final del proceso y el rendimiento que se necesita del producto. En el proceso de
separación se toma en cuenta la volatilidad relativa de la mezcla para conocer que
tanto se puede separar un componente de otro.
Anexos:
Anexo 1. Proceso de destilación simple
Anexo 2. Proceso de destilación fraccionada
Anexo 3. Proceso de destilación instantánea
Anexo 4. Destilación por arrastre de vapor
Anexo 5. Destilación por vacio
Anexo 6. Destilación azeotrópica
Anexo 7. Destilación molecular centrifuga
Anexo 8. Partes de una torre de destilación
Anexo 9. Tipos de platos
Bibliografía:
“Operaciones de transferencia de masa”, R.E. Estreybal, Segunda edición,
Editorial McGraw Hill, páginas 378 - 411.
“Procesos de transporte y operaciones unitarias”, C.J. Geankoplis, Tercera
edición, Editorial continental, 1998, páginas 712-756.
“Manual del ingeniero químico”, R.H. Perry, Sexta edición, Editorial McGraw
Hill, 2007, páginas 1305 - 1319.
“Operaciones básicas de transferencia de materia: rectificación”, Anónimo,
Documento en formato pdf, páginas 1 – 17.
“La destilación”, Anónimo, Documento en formato pdf, páginas 1-18.
“La destilación”, C.S. Gómez Q., Documento en formato pdf, páginas 1 – 15.
“Diseño de equipos: columnas de contacto”, Anónimo, Documento en formato
pdf, páginas 1 – 28.
“Destilación”, Anónimo, Documento en formato pdf, páginas 2 – 6.
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE
MÉRIDA
Ingeniería Bioquímica
OPERACIONES UNITARIAS III
Ensayo:
“DESTILACIÓN”
Alumna:
Delta Guadalupe Rivas Méndez
Grupo: 7B
Maestra:
Dra. Alicia Cardos Vidal
12 – Octubre – 2012