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