Destilación

Introducción

En esta investigación, los principios fundamentales y las relaciones que toman parte en los cálculos de destilación de multicomponentes son derivados a partir de los principios básicos. La destilación es la separación de las sustancias que tienen diferentes presiones de vapor a una temperatura dada y es un proceso utilizado en una gran gama de la industria desde la petroquímica, como en la alimenticia, farmacéutica, etc.

Existen varios tipos de destilación:

- Destilación fraccionada

- Destilación por vapor

- Destilación al vacío

- Destilación molecular centrífuga

- Sublimación

- Destilación destructiva

Los procesos de separación de componentes múltiples se pueden modelar utilizando el enfoque de etapas de equilibrio de fases, teniendo en cuenta algunas consideraciones que se mencionaran en esta investigación.

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.

Otras áreas mas comunes en las que se emplea la destilación son:

- Plantas productoras de bebidas alcohólicas (destilerías)

- Plantas que procesan gas natural

- Obtención de aceites esenciales a partir de materias aromáticas.

Para calcular la composición del producto de cabeza D y del producto de cola B que pueden resultar de la operación de una columna de destilación a unas condiciones determinadas es necesario obtener una solución de las siguientes ecuaciones.

1. Reacciones de equilibrio

2. Balances de materia por componente

3. Balances de materia total

4. Balances de energía

¿Qué es el proceso de destilación?

El objetivo general de la destilación es la separación de las sustancias que tienen diferentes presiones de vapor a una temperatura dada. La palabra destilación hace referencia a la separación física de una mezcla en 2 o más fracciones que tienen puntos de ebullición diferentes, de forma que los compuestos más ligeros se concentran en la fase vapor y los más pesados se concentran en la fase líquida. Una columna de destilación incorpora múltiples etapas de separación sucesivas, de forma que los vapores se van concentrando en los componentes ligeros a medida que ascienden en la columna, y los líquidos se van concentrando en componentes pesados a medida que descienden por la columna.

Variantes

Destilación fraccionada

Si se consigue que una parte del destilado vuelva del condensador y gotee por una larga columna a una serie de placas, y que al mismo tiempo el vapor que se dirige al condensador burbujee en el líquido de esas placas, el vapor y el líquido interaccionarán de forma que parte del agua del vapor se condensará y parte del alcohol del líquido se evaporará. Así pues, la interacción en cada placa es equivalente a una redestilación, y construyendo una columna con el suficiente número de placas, se puede obtener alcohol de 95% en una operación individual. Además, introduciendo gradualmente la disolución original de 10% de alcohol en un punto en mitad de la columna, se podrá extraer prácticamente todo el alcohol del agua mientras desciende hasta la placa inferior, de forma que no se desperdicie nada de alcohol.

Este proceso, conocido como rectificación o destilación fraccionada, se utiliza mucho en la industria, no sólo para mezclas simples de dos componentes (como alcohol y agua en los productos de fermentación, u oxígeno y nitrógeno en el aire líquido), sino también para mezclas más complejas como las que se encuentran en el alquitrán de hulla y en el petróleo. La columna fraccionadora que se usa con más frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que las placas están dispuestas horizontalmente, separadas unos centímetros, y los vapores ascendentes suben por unas cápsulas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a través del líquido. Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de izquierda a derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y allí fluye de derecha a izquierda. La interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que puede producirse espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior. En este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo de cuatro placas teóricas, que realizan cuatro destilaciones.

La única desventaja de la destilación fraccionada es que una gran fracción (más o menos la mitad) del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez, con lo cual hay que suministrar más calor. Por otra parte, el funcionamiento continuo permite grandes ahorros de calor, porque el destilado que sale puede ser utilizado para precalentar el material que entra.

Destilación por vapor

Si dos líquidos insolubles se calientan, ninguno de los dos es afectado por la presencia del otro (mientras se les remueva para que el líquido más ligero no forme una capa impenetrable sobre el más pesado) y se evaporan en un grado determinado solamente por su propia volatilidad. Por lo tanto, dicha mezcla siempre hierve a una temperatura menor que la de cada componente por separado. El porcentaje de cada componente en el vapor sólo depende de su presión de vapor a esa temperatura. Este principio puede aplicarse a sustancias que podrían verse perjudicadas por el exceso de calor si fueran destiladas en la forma habitual.

Destilación al vacío

Otro método para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su punto normal de ebullición es evacuar parcialmente el alambique. Por ejemplo, la anilina puede ser destilada a 100 °C extrayendo el 93% del aire del alambique. Este método es tan efectivo como la destilación por vapor, pero más caro. Cuanto mayor es el grado de vacío, menor es la temperatura de destilación. Si la destilación se efectúa en un vacío prácticamente perfecto, el proceso se llama destilación

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