DESTILACIÓNElaborado por:Daniel Velez MartínezMiguel de Jesús Luna Lara

•Operación unitaria que permite la separación de componentes de una mezcla cuando hay una diferencia de volatilidades entre ellos, se basa en el equilibrio de fases líquido y vapor.

• Es el método de separación más común en la industria de procesos químicos (90-95% de las separaciones en industrias).

•El componente más volátil tiende a concentrarse en el vapor y el componente menos volátil se concentra en el líquido.

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.

El proceso de destilación se puede realizar en diferentes tipos de columnas que pueden clasificarse, en relación a sus dispositivos internos en:

- columnas de platos - columnas de relleno

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.

DESTILACIÓN CONTINUA

   PROCESO DE DESTILACIÓN CONTINUA Los procesos de separación alcanzan sus objetivos mediante la creación

de dos o más zonas que coexisten y tienen diferencias de temperatura, presión, composición o fase. Cada especie molecular de la mezcla que se va a separar reaccionará de un modo  único ante los ambientes presentes en esas zonas. En consecuencia conforme el sistema se desplaza hacia el equilibrio, cada especie establecerá una concentración diferente en cada zona dando como resultado una separación entre las especies. Las características y flujos de un proceso convencional de destilación se ilustran en la figura.

En una columna de destilación, las fases de vapor y liquido fluyen en contracorriente dentro de una zona de transferencia de masa. La columna es equipada con platos o empaques para maximizar el contacto entre las dos fases.

Columna de destilación

La ventaja de la destilación es su simplicidad, bajo capital de inversión, y bajo riesgo potencial. En efecto, la destilación es el proceso de elección para separar componentes térmicamente estables a sus puntos de ebullición y que tengan una volatilidad relativa de 1,5 o más.

En el lado negativo la destilación tiene una baja eficiencia termodinámica. La destilación puede ser no atractiva cuando se presentan azeotropos, o cuando se deba separar bajas concentraciones de componentes con alto punto de ebullición que estén presentes en grandes volúmenes de agua.

En muchas aplicaciones la destilación es más ventajosa que los demás procesos de separación debido a su diagrama de flujo simple y costos de capital bajos, particularmente para grandes capacidades. Por ejemplo, el costo de capital de columnas con platos perforados se incrementa con la capacidad de acuerdo a la regla de “los seis décimos”, mientras que para procesos alternativos, tales como aquellos basados en membranas se incrementa mas linealmente con la capacidad.

La destilación continua es un proceso ininterrumpido en el cual se verifica la producción de un flujo continuo. El liquido o material orgánico a ser destilado puede ser continuamente introducido en el alambique o cargar-lo de una sola vez sin interrumpir la recogida del destilado.

En el momento de la realización del proceso de destilación simple el alambique necesita ser continuadamente lleno con el material que se pretende destilar y vaciando-lo en el final de cada destilación, interrumpiendo la recogida del destilado. Tal no sucede en la destilación continua una vez que no se interrumpe el proceso de destilación.

El ejemplo más importante de la destilación continua es el Alambique Armagnac, que en una sola destilación puede producir un destilado con un nivel alcohólico tan elevado como aquel que se obtiene después de una doble o triple destilación, utilizando la técnica de la destilación simple. La columna fraccionaria es continuamente suministrada con una solución alcohólica y luego que esta solución entre en contacto con los vapores calientes y ascendientes venidos de la caldera, los componentes más volátiles son expulsados de la solución y suben para la columna. Estos vapores salen y se condensan después de rectificaciones continuas (tema más profundizado en el método de destilación fraccionaria). Cuanto más densos o menos volátiles sean los componentes de la solución alcohólica más escurren para la caldera.

Los métodos de destilación fraccionaria o continua son meramente descriptivos de los varios procesos que ocurren, pudiendo ser todos incluidos en un único sistema de destilación.

El gracioso Alambique Charentais desarrollado en Francia, en el inicio del siglo XVI para destilar los mejores coñacs de los vinos charentais, posee y es considerado un sistema semi-continuo, una vez que permite suministrar vino continuadamente con la finalidad de efectuar la destilación. Esta unidad incluye un pote conectado a una cúpula con forma de cebolla o pre-calentador y a una unidad de condensación. Para ser destilado el vino es pre-calentado en la cúpula con forma de cebolla por los vapores que pasan en el cuello de cisne en dirección al recipiente de condensación. Cantidad tras cantidad, el vino que se encuentra en el pre-calentador es traspasado para el pote del alambique a través de un tubo existente entre los dos, cerrando, así, el circuito.  

El sistema de destilación Arrastre de Vapor Portugués es aún otro ejemplo de un sistema que posee un diseño de destilación continua. Se trata de un sistema muy versátil que puede ser concebido de acuerdo con las específicas necesidades de los clientes. Un sistema de dos o más columnas permite la extracción continua del destilado; en cuanto una columna es vaciada y nuevamente llenada el proceso de destilación prosigue en la segunda columna.

Los sistemas profesionales de destilación continua tienen evidentes aplicaciones en la producción en grande escala de alcohol con un elevado grado alcohólico, poseyendo un potencial ilimitado para producir cualquier bebida alcohólica. El destilador aficionado puede experimentar de utilizar el alambique charentais, una unidad completamente funcional y dotada de un bonito diseño. El Arrastre de Vapor Portugués es un sistema de destilación con múltiples propósitos debido a su versatilidad, pudiendo ser utilizado para destilar bebidas espirituosas, aceites esenciales, extractos de plantas medicinal, perfumes, agua de rosas, entre otros.  

Rectificación La rectificación es la forma más importante de desarrollar la

destilación y a diferencia delas otras formas, el vapor formado y condensado se devuelve al sistema como líquido, produciendo una corriente denominada reflujo, que provoca una mejora en la separación. En la rectificación al realizarse condensaciones y vaporizaciones sucesivas puede conseguirse un sustancial incremento del contenido del componente más volátil en la fase vapor. El equipo utilizado para ello se denomina columna de rectificación y en ella se ponen en contacto en contracorriente una fase líquida descendente y una fase vapor ascendente. El equipo consta básicamente de una columna cilíndrica con un hervidor en su base, en el que hierve continuamente la mezcla a separar generando el vapor que ascenderá hasta la parte superior de la columna, como se puede observar en la figura 1.

Fig. 1 Columnas de destilación de platos en la industria química.

DESTILACION CONTINUA BINARIAMETODO DE Mc CABE THIELE

Desarrollado en 1925, es un método de solución grafico donde se trazan líneas rectas por sección (líneas de operación) en un diagrama y-x para obtener el número de etapas para lograr la separación, es aplicable a mezclas binarias.

Consideraciones del método:• Operación adiabática.• No hay efecto de entalpía de mezclado y se

desprecia el efecto del calor sensible.• Existencia de FLUJO MOLAR CONSTANTE en cada

sección de la columna.Calores de vaporización por mol constantes, no

dependen de la concentración.

Consola electronica

OPERACIONES COMPLEJAS DE DESTILACIÓN

Todas las operaciones de separación requieren un suministro de energía en forma de calor o trabajo. En la operación convencional de destilación, como la mostrada en la Fig. 1.1, la energía requerida para la separación de las especies se agrega en forma de calor al rehervidor, en el fondo de la columna, donde la temperatura es máxima. Luego se elimina calor en el condensador, en la parte superior de la columna, donde la temperatura es mínima. Con frecuencia, esto da por resultado un requerimiento elevado de suministro de energía y una eficiencia termodinámica total muy baja, que tenia poca importancia (excepto para los procesos criogénicos y de temperaturas altas) cuando los costos de energía eran bajos.

Con el incremento de los costos de energía, se están revisando las operaciones complejas de destilación, estas operaciones tienen una eficiencia termodinámica más alta y menores requerimientos de suministro de energía. En algunos casos toda o parte de la energía se suministra como trabajo.

Las operaciones complejas de destilación pueden utilizar columnas sencillas o dos o más columnas que estén térmicamente unidas.

Cuando existe una gran diferencia de temperatura entre los extremos de la columna, se pueden instalar inter-calentadores, que suministran calor o inter-condensadores que eliminan calor. Estos intercambiadores de calor intermedios pueden estar acoplados con una bomba de calor, que toma energía del condensador y utiliza el trabajo de eje para elevarla hasta una temperatura lo suficientemente alta para transferirla al calentador.

Destilación Flash

Evaporación rápida -En una sola etapa Vaporización de una fracción definida del líquido. Condensación del vapor Se usa para componentes que tienen Temperatura de

ebullición muy diferentes.

Elementos de un planta de destilación flash

La alimentación se hace circular, por medio de la boma a, a través del calentador b, y se reduce la presión en la válvula c. Una íntima mezcla de vapor y líquido entra en el separador d, en el que permanece suficiente tiempo para que se separen las corrientes de líquido y vapor. Debido al gran contacto existente entre el líquido y el vapor antes de su separación, las corrientes que salen de ambos están en equilibrio. El vapor sale a través de la línea e y el líquido a través de la línea g.

Los procesos de separación flash son muy comunes en la industria, particularmente en la refinación de petróleo. Aunque se utilicen otros métodos de separación, no es raro encontrar destilaciones flashes preliminares para reducir la carga de entrada a los otros procesos.

[1] WANKAT, P. “Ingeniería de procesos de separación”. 2da edición. Pearson Educación. México, 2008. Capítulo 3.

[2] JUDSON KING. C. “ Procesos de Separación”. Ediciones Repla, S.A. México, 1988. Capítulo 4.

[3] COULSON J, RICHARDSON J. “Chemical Engineering volume 2: Particles Technology and Separation Processes” 5ta edición. Pág. 542. [4] SEADER, J; HENLEY E. “Operaciones de Separación por etapas

de equilibrio en ingeniería química”. Editorial Reverté, S.A. México, 2000

http://www.copper-alembic.com/distilling_proc_cont.php?lang=es http://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/

catalogo/COLUMNAS/Tipo1.htm http://www.plantasquimicas.com/Destilacion/d1.htm

REFERENCIAS