DISEÑO DE EQUIPO DE SEPARACIÓN.

DESTILACIÓN AZEOTRÓPICA

Destilación • Operación unitaria que permite la separación

de componentes de una mezcla por diferencia de volatilidades

Azeótropo• Mezcla líquida de dos o más compuestos químicos

que ebullen a temperaturas constantes y que se comportan como si estuvieran formadas por un solo componente.

Destilación azeotrópica• Es una destilación donde se añade otro

componente para romper la mezcla azeotrópica.

Introducción.

Destilación Azeotrópica.

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 sólo puede purificarse aproximadamente al 95% en mol.

La diferencia con la destilación extractiva es que el agente de separación

aparece en el destilado, del cual debe separarse y recircularse a la parte

superior de la columna.

Aplicaciones de la Destilación Azeotrópica

Algunas de las aplicaciones industriales para este tipo de destilación son:

Deshidratación azeotrópica del sistema etanol-agua usando diferentes disolventes (como por ejemplo: pentano, hidrocarburos, benceno, éter dietílico).

Destilación azeotrópica para separar ciclohexano del benceno utilizando acetona como disolvente.

Separación de butadieno de butilenos usando amoniaco como disolvente.

Deshidratación del ácido nítrico

Ejemplos de Diagramas de Equilibrio Azeotrópicas

FIGURA 2. Derecha: Azeótropo de punto de ebullición mínimo. Izquierda: Azeótropo de punto de ebullición

máximo

Esquema general de una destilación azeotrópica.

FIGURA 2. A la derecha diagrama X-Y de una destilación azeotrópica y a la izquierda esquema general de la destilación azeotrópica.

Ejemplo Destilación Azeotrópica Método de Mc Cabe-Thiele

Ejemplo

204 Kg de una mezcla Etanol-Agua 83% Etanol y el resto de agua es separada del azeótropo por medio de una destilación azeotrópica hasta llegar a un 95% de etanol. La alimentación entra a la columna con un porcentaje molar igual a la relación D/F.

Usando Mc-Cabe Thiele determinar:

a) Nmin

b) Rmin

c) N para R/min=1.3

d) Etapa óptima de alimentación

Balance de Materia

Alimentación = Destilado + Fondos F= B + D

204 = B + D

Balance de Materia

204 = B + D0.83 *(204)= 0.95

D+0.05B F= 163.4 Kgmol/h

D= 124.67 Kgmol/hB= 79.33 Kgmol/h

Balance de Materia

DF=124.67/204=0.899=Vf/F

q= 1-Vf/F =1-0.899=0.10098

yA= (q/q-1)xA – xF/ q-1

Donde xF es la composición azeotrópica.

yA= -0.6366Xa + 0.9818

Graficar la línea q

Comenzar en el punto 0.45

Graficar en el diagrama x vs y

X Y

0.45 0.45

0.41 0.51

0.35 0.6

Línea q

Línea de Rectificación

Sacar la ecuación que describe la curva de equilibrio.

yA= -42.408x^6+142.96x^5-188.81x^4+124.22x^3-42.417x^2+7.4532x+0.0204

Igualamos ambas ecuaciones

yA= -0.6366Xa + 0.9818

yA= -42.408x^6+142.96x^5-188.81x^4+124.22x^3-42.417x^2+8.0898x-0.9615

Reflujo de operación

Donde Rmin= 1.3

R=1.3 (1.5) =1.95

Recalcular la línea de rectificación

yA=( R/R+1)xA + yD/R+1

yA=0.661xA + 0.3320

Línea de Rectificación y de Fondos

x y

0.83 0.84

0.41 0.51

x y

0.05 0.05

0.41 0.51

Línea de Rectificación

Línea de Fondos

Línea de rectificación

Línea de fondos

Determinar el número de platos del sistema

BIBLIOGRAFIA

SEADER, J. D., HENLEY, E. J., Separation Process Principles, New York, John Wiley, 1998.

SMITH, J. C. HARRIOT, P., McCABE, P. W. L., Unit Operations of Chemical Engineering, USA, McGraw-Hill, 2000.

Manual del ingeniero químico. Tomo IV, Perry, Robert H, Ed: McGraw-Hill.; México, 1992.