Elaborado por:
Daniel Velez Martínez
Miguel de Jesús Luna Lara
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•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.
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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 semicontinuo, 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.
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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.
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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
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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.
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Fig. 1 Columnas de destilación de platos en la
industria química.
DESTILACION CONTINUA BINARIA
METODO 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.
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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.
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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.
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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.
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.
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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.
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[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.copperalembic.com/distilling_proc_cont.php?lang=es
http://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/cat
alogo/COLUMNAS/Tipo1.htm
http://www.plantasquimicas.com/Destilacion/d1.htm
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Destilación Flash - Facultad de Ingeniería Química