DEPARTAMENTO DE ING. QUIMICA Y BIOQUIMICA

La destilación es una operación unitaria que consiste en la separación de los componentes de una mezcla líquida (en la que todos los compuestos son más o menos volátiles) por evaporación y condensación sucesivas.

La separación se basa en la diferencia de volatilidades absolutas de los componentes, lo que tiene como consecuencia la formación de un vapor de composición diferente a la del líquido del que procede.

La finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura.

La destilación es una operación unitaria que consiste en la separación de los componentes de una mezcla líquida (en la que todos los compuestos son más o menos volátiles) por evaporación y condensación sucesivas.

La separación se basa en la diferencia de volatilidades absolutas de los componentes, lo que tiene como consecuencia la formación de un vapor de composición diferente a la del líquido del que procede.

La finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura.

El proceso de destilación es una de las operaciones unitarias más importantes en la industria química y del petróleo, aunque en la industria alimentaria también se utiliza, como es el caso de las industrias alcohólicas, entre otras.

Se puede afirmar que prácticamente en cualquier proceso químico va a aparecer una destilación debido a la necesidad de separación de ciertos componentes de otros menos valiosos.

El proceso de destilación es una de las operaciones unitarias más importantes en la industria química y del petróleo, aunque en la industria alimentaria también se utiliza, como es el caso de las industrias alcohólicas, entre otras.

Se puede afirmar que prácticamente en cualquier proceso químico va a aparecer una destilación debido a la necesidad de separación de ciertos componentes de otros menos valiosos.

Algunos ejemplos de aplicación son:

Uno de los procesos más

empleados es el de separación del aire con el fin de obtener nitrógeno y oxígeno puros para su empleo en la industria electrónica.

En las refinerías de petróleo aparecen numerosas unidades de destilación que separan diversos productos según su aplicación.

En primer lugar aparece la torre de destilación atmosférica a partir de la cual el petróleo crudo se separa en diferentes fracciones en función de su punto de ebullición

Después el residuo atmosférico pasa a una torre de destilación a vacío

Algunos ejemplos de aplicación son:

Uno de los procesos más

empleados es el de separación del aire con el fin de obtener nitrógeno y oxígeno puros para su empleo en la industria electrónica.

En las refinerías de petróleo aparecen numerosas unidades de destilación que separan diversos productos según su aplicación.

En primer lugar aparece la torre de destilación atmosférica a partir de la cual el petróleo crudo se separa en diferentes fracciones en función de su punto de ebullición

Después el residuo atmosférico pasa a una torre de destilación a vacío

Atendiendo al modo de operación se encuentran los siguientes tipos de destilación:

Destilación por cargas (o discontinua): se introduce la mezcla a destilar directamente en el hervidor y el vapor pasa a una columna de fraccionamiento. Se emplea para recuperar componentes volátiles de una mezcla y cuando la cantidad a tratar es pequeña.

Destilación continua: la alimentación se introduce continuamente a la columna. Es la manera más común de operar.  

Atendiendo al modo de operación se encuentran los siguientes tipos de destilación:

Destilación por cargas (o discontinua): se introduce la mezcla a destilar directamente en el hervidor y el vapor pasa a una columna de fraccionamiento. Se emplea para recuperar componentes volátiles de una mezcla y cuando la cantidad a tratar es pequeña.

Destilación continua: la alimentación se introduce continuamente a la columna. Es la manera más común de operar.  

Según el número de componentes que contenga la mezcla entrante a la columna se distinguen:

Destilación binaria: la mezcla entrante a la columna está formada únicamente por dos compuestos.

Destilación multicomponente: se realiza la separación de una mezcla compuesta por más de dos sustancias químicas.  

Según el número de componentes que contenga la mezcla entrante a la columna se distinguen:

Destilación binaria: la mezcla entrante a la columna está formada únicamente por dos compuestos.

Destilación multicomponente: se realiza la separación de una mezcla compuesta por más de dos sustancias químicas.  

Otros tipos de destilación especiales son:

Destilación azeotrópica: si la mezcla presenta un azeótropo no se puede separar por destilación simple, es necesario añadir otro componente para romper la mezcla azeotrópica.

Destilación extractiva: se introduce un disolvente a la columna que altera las volatilidades relativas de los componentes de la mezcla.

Otros tipos de destilación especiales son:

Destilación azeotrópica: si la mezcla presenta un azeótropo no se puede separar por destilación simple, es necesario añadir otro componente para romper la mezcla azeotrópica.

Destilación extractiva: se introduce un disolvente a la columna que altera las volatilidades relativas de los componentes de la mezcla.

Diagramas de ebullición. En estos diagramas se representa la composición de la mezcla líquida frente a la temperatura de ebullición, a presión constante.

En la figura está representado el diagrama de ebullición para la mezcla de los líquidos A y B, de temperaturas de ebullición tA y tB a la presión considerada.

En este diagrama se representan dos curvas que coinciden en sus extremos. La curva superior se denomina curva de principio de condensación o de final de ebullición.

Diagramas de ebullición. En estos diagramas se representa la composición de la mezcla líquida frente a la temperatura de ebullición, a presión constante.

En la figura está representado el diagrama de ebullición para la mezcla de los líquidos A y B, de temperaturas de ebullición tA y tB a la presión considerada.

En este diagrama se representan dos curvas que coinciden en sus extremos. La curva superior se denomina curva de principio de condensación o de final de ebullición.

Considerando un punto C de esa curva su abscisa es la composición del vapor en equilibrio con el líquido de composición dada por la abscisa del punto D sobre la curva inferior y a la temperatura común de equilibrio.

El punto D corresponde a una mezcla líquida de composición xD que hierve a la temperatura t1 para la presión total P a la que se ha sido construido el diagrama, y el vapor producido en la ebullición de este líquido tendrá de composición yc. La curva del líquido es llamada también curva de principio de ebullición o de final de condensación.

Cualquier punto que se encuentre por encima de la curva superior, tal como el punto E corresponde a una mezcla de los componentes A y B al estado de vapor, de composición yE, y enfriando esta mezcla a presión constante iniciará su condensación en el punto F a la temperatura t2, dando un líquido de composición xG.

Considerando un punto C de esa curva su abscisa es la composición del vapor en equilibrio con el líquido de composición dada por la abscisa del punto D sobre la curva inferior y a la temperatura común de equilibrio.

El punto D corresponde a una mezcla líquida de composición xD que hierve a la temperatura t1 para la presión total P a la que se ha sido construido el diagrama, y el vapor producido en la ebullición de este líquido tendrá de composición yc. La curva del líquido es llamada también curva de principio de ebullición o de final de condensación.

Cualquier punto que se encuentre por encima de la curva superior, tal como el punto E corresponde a una mezcla de los componentes A y B al estado de vapor, de composición yE, y enfriando esta mezcla a presión constante iniciará su condensación en el punto F a la temperatura t2, dando un líquido de composición xG.

Cualquier punto que se encuentre por debajo de la curva inferior, tal como el punto H, representa una mezcla líquida de los componentes A y B de composición xH, cuya temperatura de ebullición t3, viene dada por la intersección de la abscisa del punto con la curva inferior, punto I, dando lugar a un vapor de composición yL.

Finalmente cualquier punto comprendido entre las dos curvas, tal como el punto M, representa una mezcla de líquido y vapor que, en el equilibrio entre fases a la temperatura t4, dará lugar a un líquido de composición xM y una vapor de composición yM.

Cualquier punto que se encuentre por debajo de la curva inferior, tal como el punto H, representa una mezcla líquida de los componentes A y B de composición xH, cuya temperatura de ebullición t3, viene dada por la intersección de la abscisa del punto con la curva inferior, punto I, dando lugar a un vapor de composición yL.

Finalmente cualquier punto comprendido entre las dos curvas, tal como el punto M, representa una mezcla de líquido y vapor que, en el equilibrio entre fases a la temperatura t4, dará lugar a un líquido de composición xM y una vapor de composición yM.

Ley de Raoult.

Cuando se trata de disoluciones ideales se pueden determinar los datos para la construcción de los diagramas a partir de las tensiones de vapor de los componentes puros.

Este comportamiento ideal se presenta en mezclas cuyos constituyentes muestran gran semejanza química; y se aproximan a este comportamiento las mezclas cuyos componentes tienen iguales presiones criticas.

Estas disoluciones obedecen a la ley de Raoult, según la cual << la presión de vapor de cada componente es igual al producto de la fracción molar de dicho componente en la fase liquida por la tensión de vapor del componente puro a la misma temperatura>>.

Ley de Raoult.

Cuando se trata de disoluciones ideales se pueden determinar los datos para la construcción de los diagramas a partir de las tensiones de vapor de los componentes puros.

Este comportamiento ideal se presenta en mezclas cuyos constituyentes muestran gran semejanza química; y se aproximan a este comportamiento las mezclas cuyos componentes tienen iguales presiones criticas.

Estas disoluciones obedecen a la ley de Raoult, según la cual << la presión de vapor de cada componente es igual al producto de la fracción molar de dicho componente en la fase liquida por la tensión de vapor del componente puro a la misma temperatura>>.

PA = xAPA PB = xBPB = (1 - xA) PB

Si la mezcla cumple con la ley de Dalton (p = pA + pB), la presión necesaria para que la mezcla hierva será:

P = xAPA + (1 - xA) PB

Por otra parte como la fracción molar en la fase de vapor es la relación entre la presión parcial y la presión total, tendremos:

yA = pA/P yB = pB/P

PA = xAPA PB = xBPB = (1 - xA) PB

Si la mezcla cumple con la ley de Dalton (p = pA + pB), la presión necesaria para que la mezcla hierva será:

P = xAPA + (1 - xA) PB

Por otra parte como la fracción molar en la fase de vapor es la relación entre la presión parcial y la presión total, tendremos:

yA = pA/P yB = pB/P

Se denomina volatilidad de un componente en una mezcla a la relación entre su presión parcial de vapor y su concentración en la fase líquida, es decir:

Volatilidad de A = pA/xA

Volatilidad de B = pB/xB

Al cociente entre las volatilidades del componente más volátil y del menos volátil se le denomina volatilidad relativa, α; es decir:

yA/yB=α(xA/xB)

Se denomina volatilidad de un componente en una mezcla a la relación entre su presión parcial de vapor y su concentración en la fase líquida, es decir:

Volatilidad de A = pA/xA

Volatilidad de B = pB/xB

Al cociente entre las volatilidades del componente más volátil y del menos volátil se le denomina volatilidad relativa, α; es decir:

yA/yB=α(xA/xB)

Como yB = 1 – yA y xB = 1 – xA, podemos deducir la expresión:

En términos estrictos, la volatilidad relativa es función de la temperatura; sin embargo, para algunas mezclas permanece prácticamente constante en el intervalo normal de operación.

Como yB = 1 – yA y xB = 1 – xA, podemos deducir la expresión:

En términos estrictos, la volatilidad relativa es función de la temperatura; sin embargo, para algunas mezclas permanece prácticamente constante en el intervalo normal de operación.

En una destilación por lotes, el líquido que va a procesarse se carga a un calderín caliente, sobre la cual se instala la columna de destilación equipada con su condensador.

Una vez que se carga el líquido inicial ya no se suministra mas alimentación.

El líquido del calderín hierve y los vapores ascienden por la columna.

Parte del líquido que sale del condensador, se refluja y el resto se extrae como producto destilado.

No se extrae ningún producto del calderín sino hasta que se completa la corrida.

Debido a que el destilado que se obtiene es más rico en el componente volátil que el residuo del destilador, este se agotara en el componente más volátil a medida que progresa la destilación.

En una destilación por lotes, el líquido que va a procesarse se carga a un calderín caliente, sobre la cual se instala la columna de destilación equipada con su condensador.

Una vez que se carga el líquido inicial ya no se suministra mas alimentación.

El líquido del calderín hierve y los vapores ascienden por la columna.

Parte del líquido que sale del condensador, se refluja y el resto se extrae como producto destilado.

No se extrae ningún producto del calderín sino hasta que se completa la corrida.

Debido a que el destilado que se obtiene es más rico en el componente volátil que el residuo del destilador, este se agotara en el componente más volátil a medida que progresa la destilación.

La destilación por arrastre de vapor es una técnica de destilación que permite la separación de sustancias insolubles en H2O y ligeramente volátiles de otros productos no volátiles.

Esta técnica se utiliza cuando los compuestos cumplen con las condiciones de ser:

volátiles

inmiscibles en agua

presión de vapor baja

punto de ebullición alto (superior a 100°C)

La destilación por arrastre de vapor es una técnica de destilación que permite la separación de sustancias insolubles en H2O y ligeramente volátiles de otros productos no volátiles.

Esta técnica se utiliza cuando los compuestos cumplen con las condiciones de ser:

volátiles

inmiscibles en agua

presión de vapor baja

punto de ebullición alto (superior a 100°C)

Los vapores del producto volátil son arrastrados por el vapor de agua sobrecalentado; el líquido hierve antes de alcanzar su punto de ebullición ya que la presión de sus vapores, más la presión de vapor de agua, es superior a la presión atmosférica, dando lugar a la destilación.

P atmosférica = P vapor lí quido + P vapor de agua

Al destilar una mezcla de dos líquidos inmiscibles, su punto de ebullición será la temperatura a la cual la suma de las presiones de vapor es igual a la atmosférica.

Los vapores del producto volátil son arrastrados por el vapor de agua sobrecalentado; el líquido hierve antes de alcanzar su punto de ebullición ya que la presión de sus vapores, más la presión de vapor de agua, es superior a la presión atmosférica, dando lugar a la destilación.

P atmosférica = P vapor lí quido + P vapor de agua

Al destilar una mezcla de dos líquidos inmiscibles, su punto de ebullición será la temperatura a la cual la suma de las presiones de vapor es igual a la atmosférica.