FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

LA DESTILACION, DIVERSAS MANERAS DE SU REALIZACIN

CURSO: ENOLOGA

PROFESOR: Lpez Palomino, Luis Rodulfo

INTEGRANTE: Rojas Hinostroza, Michael Kevin2015-1

1. INTRODUCCIONEn la actualidad el proceso de separacin ms dominante en la industria es la destilacin, debido a sus mayores aplicaciones que las otras tecnologas de separacin existentes como extraccin, cristalizacin, adsorcin, etc. De hecho se considera un proceso primordial en las separaciones a nivel industrial debido a su utilidad en la recuperacin y purificacin de los productos.

Una de las grandes ventajas que presenta este proceso, frente a otros de transferencia de materia es que no necesita la adicin de otros componentes para efectuar la separacin, como ocurre en la extraccin de solventes; en este caso el agente de separacin utilizado es la energa y en efecto ms del 95 por ciento de la energa consumida por los procesos de separacin en las industrias se deben a la destilacin.

Es por ello, que la destilacin es un proceso importante permitiendo separar por diferencias de puntos de ebullicin los componentes de la mezcla e igualmente se emplea para purificar un componente obteniendo una concentracin mayor. Debido a este amplio espectro de utilizacin y sobre todo por su enorme significacin econmica en los procesos en los que participa, se explica la importancia que tiene este proceso en la industria y el intensivo estudio del que es objeto.

2. LA DESTILACION

La destilacin es una tcnica que nos permite separar mezclas, comnmente lquidas, de sustancias que tienen distintos puntos de ebullicin. Cuanto mayor sea la diferencia entre los puntos de ebullicin de las sustancias de la mezcla, ms eficaz ser la separacin de sus componentes; es decir, los componentes se obtendrn con un mayor grado de pureza. La tcnica consiste en calentar la mezcla hasta que sta entra en ebullicin. En este momento los vapores en equilibrio con el lquido se enriquecen en el componente de la mezcla ms voltil (el de menor punto de ebullicin). A continuacin los vapores se dirigen hacia un condensador que los enfra y los pasa a estado lquido. El lquido destilado tendr la misma composicin que los vapores y; por lo tanto, con esta sencilla operacin habremos conseguido enriquecer el lquido destilado en el componente ms voltil (Figura 1). Por consiguiente, la mezcla que quede en el matraz de destilacin se habr enriquecido en el componente menos voltil.

Proceso que consiste en calentar un lquido hasta que sus componentes ms voltiles pasan a la fase de vapor y, a continuacin, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma lquida por medio de la condensacin. El objetivo principal de la destilacin es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales voltiles de los no voltiles. En la evaporacin y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos voltil; el componente ms voltil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilacin es obtener el componente ms voltil en forma pura. Por ejemplo, la eliminacin del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama evaporacin, pero la eliminacin del agua del alcohol evaporando el alcohol se llama destilacin, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos.Si la diferencia en volatilidad (y por tanto en punto de ebullicin) entre los dos componentes es grande, puede realizarse fcilmente la separacin completa en una destilacin individual. El agua del mar, por ejemplo, que contiene un 4% de slidos disueltos (principalmente sal comn), puede purificarse fcilmente evaporando el agua, y condensando despus el vapor para recoger el producto: agua destilada. Para la mayora de los propsitos, este producto es equivalente al agua pura, aunque en realidad contiene algunas impurezas en forma de gases disueltos, siendo la ms importante el dixido de carbono.Si los puntos de ebullicin de los componentes de una mezcla slo difieren ligeramente, no se puede conseguir la separacin total en una destilacin individual. Un ejemplo importante es la separacin de agua, que hierve a 100 C, y alcohol, que hierve a 78,5 C. Si se hierve una mezcla de estos dos lquidos, el vapor que sale es ms rico en alcohol y ms pobre en agua que el lquido del que procede, pero no es alcohol puro. Con el fin de concentrar una disolucin que contenga un 10% de alcohol (como la que puede obtenerse por fermentacin) para obtener una disolucin que contenga un 50% de alcohol (frecuente en el whisky), el destilado ha de destilarse una o dos veces ms, y si se desea alcohol industrial (95%) son necesarias varias destilaciones.

3. TEORIA DE LA DESTILACION

En la mezcla simple de dos lquidos solubles entre s, la volatilidad de cada uno es perturbada por la presencia del otro. En este caso, el punto de ebullicin de una mezcla al 50%, por ejemplo, estara a mitad de camino entre los puntos de ebullicin de las sustancias puras, y el grado de separacin producido por una destilacin individual dependera solamente de la presin de vapor, o volatilidad de los componentes separados a esa temperatura. Esta sencilla relacin fue anunciada por vez primera por el qumico francs Franois Marie Raoult (1830-1901) y se llama ley de Raoult. Esta ley slo se aplica a mezclas de lquidos muy similares en su estructura qumica, como el benceno y el tolueno. En la mayora de los casos se producen amplias desviaciones de esta ley. Si un componente slo es ligeramente soluble en el otro, su volatilidad aumenta anormalmente. En disoluciones de alcohol muy concentradas, la desviacin es an mayor: la destilacin de alcohol de 99% produce un vapor de menos de 99% de alcohol. Por esta razn el alcohol no puede ser concentrado por destilacin ms de un 97%, aunque se realice un nmero infinito de destilaciones. El fundamento terico de esta tcnica de separacin se basa en la ley de Dalton y en la ley de Raoult. A partir de estas leyes de puede deducir que si tenemos una mezcla lquida en equilibrio con su vapor, la fraccin molar de cada componente de la mezcla en estado gaseoso -para un lquido de comportamiento ideal- est relacionado con las presiones de vapor de los componentes puros y con las fracciones molares de los mismos en estado lquido mediante la siguiente expresin:

A partir de esta expresin se deduce que el vapor en equilibrio con una mezcla lquida esta enriquecido en el componente ms voltil.

4. APARATO DE DESTILACIONTcnicamente el trminoalambiquese aplica al recipiente en el que se hierven los lquidos durante la destilacin, pero a veces se aplica al aparato entero, incluyendo la columna fraccionadora, el condensador y el receptor en el que se recoge el destilado. Este trmino se extiende tambin a los aparatos de destilacin destructiva o craqueo. Los alambiques para trabajar en el laboratorio estn hechos normalmente de vidrio, pero los industriales suelen ser de hierro o acero. En los casos en los que el hierro podra contaminar el producto se usa a menudo el cobre, y los alambiques pequeos para la destilacin de whisky estn hechos frecuentemente de vidrio y cobre. A veces tambin se usa el trmino retorta para designar a los alambiques.

5. TIPOS DE DESTILACION

5.1 DESTILACION SIMPLEEs el tipo ms bsico de destilacin en el que el ciclo evaporacin-condensacin solamente se realiza una vez. A continuacin se muestra un equipo modelo para realizar una destilacin sencilla.

La destilacin sencilla se puede utilizar para: - Separar un slido de un lquido voltil - Separar mezclas de lquidos miscibles de forma eficiente siempre y cuando los puntos de ebullicin de los componentes de la mezcla difieran al menos en 100C. - Purificar un compuesto lquido - Determinar el punto de ebullicin normal de un lquido.Es el mtodo que se usa para la separacin de lquidos con punto de ebullicin inferior a 150C a presin atmosfrica de impurezas no voltiles o de otros lquidos miscibles que presenten un punto de ebullicin al menos 25C superior al primero de ellos. Es importante que la ebullicin de la mezcla sea homognea y no se produzcan proyecciones. Para evitar estas proyecciones suele introducirse en el interior del aparato de destilacin ndulos de materia que no reaccione con los componentes. Normalmente se suelen utilizar pequeas bolas de vidrio.5.2 DESTILACION FRACCIONADALa destilacin fraccionada es un proceso de destilacin de mezclas muy complejas y con componentes de similar volatilidad. Consiste en que una parte del destilado vuelve del condensador y gotea por una larga columna a una serie de placas, y que al mismo tiempo el vapor que se dirige al condensador hace burbujear al lquido de esas placas. De esta forma, el vapor y el lquido interaccionan de forma que parte del agua del vapor se condensan y parte del alcohol del lquido se evapora. As pues, la interaccin en cada placa es equivalente a una redestilacin, y si se construye una columna con el suficiente nmero de placas, se puede obtener un producto destilado de altsima pureza, como el alcohol de 96%; en una nica destilacin. Adems, introduciendo gradualmente la disolucin original de baja concentracin del componente a destilar en un punto en mitad de la columna, se podr separar prcticamente todo este componente del disolvente mientras desciende hasta la placa inferior, de forma que no se desperdicie nada del componente a destilar.Este proceso se utiliza mucho en la industria, no slo para mezclas simples de dos componentes, como alcohol y agua en los productos de fermentacin, u oxgeno y nitrgeno en el aire lquido, sino tambin para mezclas ms complejas como las que se encuentran en el alquitrn de hulla y en el petrleo. La columna fraccionadora que se usa con ms frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que las placas estn dispuestas horizontalmente, separadas unos centmetros, y los vapores ascendentes suben por unas cpsulas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a travs del lquido. Las placas estn escalonadas de forma que el lquido fluye de izquierda a derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y all fluye de derecha a izquierda. La interaccin entre el lquido y el vapor puede ser incompleta debido a que puede producirse espuma y arrastre de forma que parte del lquido sea transportado por el vapor a la placa superior. En este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo de cuatro placas tericas, que realizan cuatro destilaciones. Un equivalente barato de la torre de burbujeo es la llamada columna apilada, en la que el lquido fluye hacia abajo sobre una pila de anillos de barro o trocitos de tuberas de vidrio.La nica desventaja de la destilacin fraccionada es que una gran parte, aproximadamente el 50%, del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez, con lo cual hay que suministrar ms energa en forma de calor. Por otra parte, el funcionamiento continuo permite grandes ahorros de calor, porque el destilado que sale puede ser utilizado para precalentar la mezcla que entra.Cuando la mezcla est formada por varios componentes, estos se extraen en distintos puntos a lo largo de la torre. Las torres de destilacin industrial para petrleo tienen a menudo 100 placas, con al menos diez fracciones diferentes que son extradas en los puntos adecuados. Se han utilizado torres de ms de 500 placas para separar istopos por destilacin.Se usa para separar componentes lquidos que difieren de en menos de 25 en su punto de ebullicin. Cada uno de los componentes separados se les denomina fracciones. Al calentar la mezcla el vapor se va enriqueciendo en el componente ms voltil, conforme asciende en la columna.

5.3 DESTILACION POR VAPORSi dos lquidos insolubles se calientan, ninguno de los dos es afectado por la presencia del otro (mientras se les remueva para que el lquido ms ligero no forme una capa impenetrable sobre el ms 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 slo depende de su presin de vapor a esa temperatura. Este principio puede aplicarse a sustancias que podran verse perjudicadas por el exceso de calor si fueran destiladas en la forma habitual.

5.4 DESTILACION AL VACIO

Un lquido entra en ebullicin cuando al calentarlo su presin de vapor se iguala a la presin atmosfrica. En una destilacin a vaco la presin en el interior del equipo se hace menor a la atmosfrica con el objeto de que los componentes de la mezcla a separar destilen a una temperatura inferior a su punto de ebullicin normal. Una destilacin a vaco se puede realizar tanto con un equipo de destilacin sencilla como con un equipo de destilacin fraccionada. Para ello, cualquiera de los dos equipos hermticamente cerrado se conecta a un sistema de vaco -trompa de agua o bomba de vaco de membrana o aceite- a travs de la salida lateral del tubo colector acodado. La destilacin a vaco se utiliza para destilar a una temperatura razonablemente baja productos muy poco voltiles o para destilar sustancias que descomponen cuando se calientan a temperaturas cercanas a su punto de ebullicin normal. Un tipo de destilacin a vaco muy utilizado en un laboratorio qumico es la evaporacin rotatoria. Este tipo de destilacin se realiza en equipos compactos comerciales denominados genricamente rotavapores y se usa para eliminar con rapidez el disolvente de una disolucin en la que se encuentra presente un soluto poco voltil habitualmente a temperaturas prximas a la temperatura ambiente, con lo que se minimiza el riesgo de descomposicin del producto de inters que queda en el matraz de destilacin.Otro mtodo para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su punto normal de ebullicin es evacuar parcialmente el alambique. Por ejemplo, la anilina puede ser destilada a 100 C extrayendo el 93% del aire del alambique. Este mtodo es tan efectivo como la destilacin por vapor, pero ms caro. Cuanto mayor es el grado de vaco, menor es la temperatura de destilacin. Si la destilacin se efecta en un vaco prcticamente perfecto, el proceso se llama destilacin molecular. Este proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y otros productos inestables. Se coloca la sustancia en una placa dentro de un espacio evacuado y se calienta. El condensador es una placa fra, colocada tan cerca de la primera como sea posible. La mayora del material pasa por el espacio entre las dos placas, y por lo tanto se pierde muy poco.

5.5 DESTILACION POR MEMBRANASDestilacin por membranas, esta es una tcnica por membrana que involucra transporte de vapor de agua a travs de los poros de una membrana hidrofbica debido a la fuerza que ejerce la presin de vapor provista por la temperatura y/o la diferencia de concentracin del soluto a travs de la membrana.En este mtodo, las superficies de las membranas estn en contacto directo con dos fases lquidas, una solucin caliente y una fra. Como ha sido entendido, hay una diferencia de temperaturas pero el equilibrio trmico est bien establecido. Este mtodo est basado en un flujo a contracorriente de un fluido con diferentes temperaturas. La corriente de entrada de agua de mar fra fluye a travs de un condensador de paredes no permeables. Este sistema trabaja con un par de tubos, un condensador y un evaporador. Estos tubos estn separados por un hueco de aire. La pared del evaporador est hecha de una membrana hidrofbica. Las membranas recomendadas son aquellas con un 60-80% de porosidad y un tamao de poro de 0.1-0.5x10-6 m. vapor de agua puro pasa a travs de las membranas, mientras los slidos (sales, minerales, etc.) se quedan del otro lado de la membrana. Como fue mencionado, la diferencia de temperaturas de los fluidos, generan una diferencia de presin de vapor, la cual, obliga al vapor para que pase a travs de los poros de la membrana del tubo del evaporador y este se condensa en el hueco de aire, de esta forma el calor es parcialmente recuperado.

5.6 DESTILACION POR CONGELAMIENTOLa destilacin por congelacin es un interesante proceso, pues pudiera considerarse contraria a lo que se conoce como destilacin, no en cuanto a sus resultados, sino en cuanto a su proceso, mientras que la destilacin "comn" basa su principio de separacin en las diferencias de los puntos de ebullicin de los componentes, la destilacin por congelacin opera por la diferencia en los puntos de congelacin, dicho de otra manera, las fases pueden separarse gracias que una (o varias) de ellas, se encuentra en estado slido.Como es de esperarse hay sistemas en los cuales este proceso cuenta con una efectividad mucho mayor que la destilacin comn.En la preparacin de vodkas finos, puede apreciarse que el agua y el alcohol son separables por evaporacin, el punto de evaporacin del alcohol oscila por el orden de los 76C y el del agua los 100C, sin embargo el pequeos detalle de un azeotropo origina una limitante, ahora si tomamos como referencia que el alcohol pudiera ser un anticongelante (su punto de fusin se encuentra a los -117C) y que el punto de fusin del agua se encuentra alrededor de los 0C, resulta clara que la limitante no es la naturaleza de los componentes.

Un punto a resaltar es que este proceso se asemeja mucho a su antigua manera de purificacin (recordar que en Rusia las temperaturas descienden de los cero grados centgrados con frecuencia) del vodka, la cual se consideraba muy rudimentaria.

5.7 DESTILACION POR CAMBIO DE PRESIONEste mtodo de destilacin puede ser usado para la separacin de mezclas azeotropicas y se basa en el principio similar de la destilacin al vaco, esto es debido a la manipulacin de puntos de ebullicin por el cambio de presin de la atmsfera a la cual una solucin es expuesta.

Puede ser usada sobre la destilacin pura al vaco de un azetropo si aquella solucin, por ejemplo, tuviera un punto de licuefaccin tan bajo en la presin requerida para romper el azetropo que el equipo es incapaz de proveerlo, permitiendo al producto fluir por la corriente externa del condensador en una fuente de vaco. Aqu, en lugar de manipular solamente un punto de ebullicin, uno o ms son cambiados, uno tras otro;con el nmero de cambios de presin est determinado por el nmero de componentes en la solucin de alimentacin que se consideran contaminantes.Esto podra ser beneficioso para una purificacin ya que es probable crear menos exigencias trmicas. Simplemente, en vez del cambio de presin por destilacin en una sola direccin en un intento de romper el azetropo en un solo paso, la ruptura es llevada a cabo en dos o ms pasos con el cambio de la presin en dos direcciones para crear una lnea de operaciones centrada alrededor de temperaturas ms accesibles; quizs lleno de una presin negativa a la atmosfrica o a una presin positiva. En esencia, la destilacin por cambio de presin es un intentopor reducir la extrema dispersin de las condiciones de la manipulacin de carga a travs de los equipos de generacin de la destilacin medioambiente.

Si la alimentacin continua es utilizada, o las presiones requeridas de destilacin son bastante grandes para garantizar el diseo especializado, cada paso puede requerir una columna de separacin. Si slo un lote es requerido la misma columna puede funcionar bajo todas las presiones requeridas, esta columna alcanza la presin con el vapor que se genera y es vaciado despus de la primera destilacin, el primer destilado vuelve al inicio y la destilacin es controlada de nuevo en las segundas condiciones de presin, etctera.

La seleccin de cada componente del destilado debe cruzarse hasta que pueda basarse en la energa requerida para evaporarlo de la solucin de alimentacin.La destilacin por cambio de presin es empleada durante la purificacin de acetato de etilo despus de su sntesis cataltica del etanol.

6. BEBIDAS ELABORADAS POR DESTILACINLas bebidas alcohlicas que incluyen destilacin en su proceso de elaboracin son muchas, y se distinguen las siguientes: Whisky:Incluye todas sus variedades; Escocs (Scotch), Irlands, Whiskies Estadounidenses y Canadienses. Incluyen cierto aejamiento segn sea su productor. Se elaboran siempre a partir decerealesomalta. Vodka: Los de Europa oriental y bltica se elaboran a base depatatasycereales, y los occidentales a partir decerealessolamente. Ron:Ronespaol o Rhum francs. Partiendo todos de lacaa de azcar, se agrupan en tres variantes bsicas. (1) los secos y de cuerpo liviano. Producidos en Cuba, Puerto Rico, Mxico, Argentina, Brasil y Paraguay; (2) los de cuerpo intenso producidos principalmente en Jamaica, Barbados y Demerara (Guyana Britanica); (3) los tipoBrandypero aromticos de Java e Indonesia, Hait y Martinica. Brandyo Cognac: A partir de la destilacin devinoo fruta y aejado entoneles de madera. Los ms conocidos son los que han tenido origen en Francia bajo el trmino de cognac y es el reconocido como destilacin devino. Los de fruta parten demanzanas,cereza,albaricoque(damasco),ciruela, etc. aunque son bebidas conocidas no comobrandyo cognac si no por las marcas del producto terminado o nombre histrico que se les haya asignado. La Slivovitzaque derivan su nombre de laciruelautilizada (Quetsch o Mirabelle). El Barat Palinka que deriva delalbaricoquey aejada enbarriles de madera. El Brandy decerezaque es tambin conocido comoKirschen Francia yKirschwasseren Alemania y Suiza que no tiene aejamiento alguno y por tanto color transparente. Tequila: Obtenido a partir delmezcaloagave, variedades de cactus de Mxico y del desierto del sur de Estados Unidos de Norteamrica. Su aejamiento aumenta su calidad. Se comercializa congraduaciones alcohlicasque van desde los 37 hasta los 50. Oke(Okelehao): Parte de la destilacin demelaza de caa de azucar, arroz y jugo de una fruta local con la que tambin hacen una comida llamada Poi. Es aejada enbarrilesde roble. Ng ka py: Es una variedad dewhiskychino de 43 hecho a partir demijoyhierbas aromticasy envejecidas enmadera. Aguardientes aromticos: Este grupo incluye varias bebidas alcohlicas dealta graduacin(mayor a 40). Aqu se encuentran laginebra, la Zubrovka y el Akvavit escandinavo, distinta al aquavitae escocs. Laginebrase elabora a partir decerealesaromatizados conbayasdeenebro. La Zubrowka (45) pero aromatizada con ciertas variedades de hierbas aromticas. El Akvavit escandinavo (46) que se produce en forma similar a laginebrapero incluye destilado de patatay se aromatiza con semillas decomino. La variedad Danesa es incolora y se aromatiza con semilla de carvi. Las variedades Noruegas y Suecas tienen tono rojizo, son ms dulces y picantes. La variedad Finlandesa se aromatiza concanela. La cachaa brasilea elabora a partir decaa de azcar, con la diferencia que no incluye aejamiento en madera y carece de aroma por lo que suele complementarse con azucares y ctricos. Licores: Es el grupo quiz de menorgraduacin alcohlicay que incluye las bebidas ms dulces y aromticas. La cantidad de combinaciones y sabores existente es ilimitada. En muchos casos es estandarizada y en otros es asociado a una marca. Sugraduacin alcohlica comienza en los 27 y termina con los ms fuertes en los 40.