Destilación
La destilación es un método de separación que mediante la transferencia de masa permite la separación de una mezcla líquida de sustancias miscibles y volátiles en sus componentes individuales. Para ello se requiere que dichos componentes se distribuyan en una fase gaseosa y una fase líquida; luego mediante la evaporación o condensación se crea una nueva fase a partir de la solución original (McCabe et al., 1991).
El requisito básico para separar los componentes por destilación consiste en que la composición del vapor sea diferente de la composición del líquido con el cual está en equilibrio en el punto de ebullición de este último.
Figura 1. Esquema general de un proceso de destilación.
Características de la destilación:
- La destilación es la técnica de separación más común.
- Consume cantidades enormes de energía en requerimientos de calor y enfriamiento.
- Constituyen más del 50% de los costos de operación de planta (Núñez, 2006).
Las variables que determinan los equilibrios son la presión (de vapor) y la temperatura, en las mezclas binarias se considera también la composición permitiendo hacer una representación gráfica del equilibrio.
Figura 2. Diagramas de Temperatura-Composición (izquierda) y Presión-Composición (derecha). Se indican en ambas las líneas de punto de rocío y de burbuja, además de la zona de mezcla líquido vapor.
Para la construcción de dichos diagramas se requiere determinar las temperaturas, las composiciones y las presiones de vapor de los elementos de la mezcla a través de la Ley de Antoine y/o de la Ley de Raoult dependiendo de las consideraciones que se hagan (Smith et al., 1996 ).
Componentes de un sistema de destilación:
- Armazón vertical: Donde tiene lugar la separación de los componentes del líquido
- Componentes internos de la columna: Tales como platos (trays) y/o empaquetaduras (packings) que se usan para promover la separación de componentes
- Ebullidor: Provee la vaporización necesaria para el proceso de destilación
- Condensador: Se usa para enfriar y condensar el vapor saliente de la parte superior de la columna .
- Tanque de reflujo: Maneja el vapor condensado que viene de la parte superior de la columna de manera que el líquido (reflujo) pueda ser recirculado a la columna (Guerra et al., 2008).
Figura 3. Elementos de un sistema de destilación fraccionada con recirculado.
Tipos de destilación
Destilación simple
Se utiliza para separar mezclas volátiles y mezclas de líquidos miscibles cuyos puntos de ebullición difieran 100ºC, purificar un compuesto líquido, o bien, determinar el punto de ebullición normal de un líquido.
Destilación fraccionada
Los ciclos de evaporación y condensación se repiten varias veces a lo largo de la columna de fraccionamiento. Es un tipo de destilación mucho más eficiente que la destilación sencilla y permite separar sustancias con puntos de ebullición muy próximos. Su eficiencia depende del número de platos teóricos de la columna.
Destilación al vacío
Útil para mezclas en donde sus presiones de vapor son menores a la atmosférica. Se tiene una velocidad de evaporación más rápida. Rotovapores: Recuperar rápidamente el disolvente con un soluto poco volátil.
Destilación bajo atomósfera inerte
Se sustituye el aire atmosférico por un gas inerte como el nitrógeno o argón. Se utiliza cuando alguno de los componentes de la mezcla a destilar es sensible a alguno de los componentes del aire atmosférico o para obtener disolventes puros completamente anhidros tras un proceso de secado utilizando agentes químicos .
(Geankoplis, 2006)
A continuación,se muestran tres ejercicios para destilación.
Primero, se muestra cómo a través de excel se facilita el desarrollo de los diagramas "P-x-y" y "T-x-y" para EVL.
En segundo lugar, les mostramos un ejemplo de destilación flash. En este problema encontraremos la aplicación del diagrama "T-x-y" visto anteriormente con base en la Ley de Raoult.
Posteriormente, les mostramos un ejemplo de destilación fraccionada a través del método McCabe-Thiele.
Destilación Mc-Cabe.pptx.pdfRerefencias:
1. Geankoplis, C.(2006). Procesos de transporte y principios de Procesos de separación. CECSA.4ta ed. México.
2. Guerra, J.; Mallén, C.; Struck, A. y Varela, T. (2008). Destilación Simple. Procesos de Separación. Universidad Iberoamericana. México.
3. McCabe, W.; Smith, J. y Harriot, P. (1998). Operaciones Unitarias en ingeniería química. McGraw-Hill. 4ta ed. México.
4. Núñez, M. (2006). Destilación. Operaciones Unitarias. Universidad Autónoma de Sonora. México.
5. Smith, J. ; Van Ness, H. y Abbott, M. (1996). Introducción a la termodinámica en ingeniería química. McGraw-Hill. 5a ed. México.