Importancia DE LA Destilacion PDF

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Destilación ...

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DESTILACIÓN 1.1.

Introducción.

La operación unitaria de destilación es una de las más empleadas en la industria química, petroquímica, alimentaria, farmacéutica y perfumera, para la separación de los componentes que forman mezclas líquidas miscibles. La destilación es una operación unitaria de transferencia de masa, tal como la absorción o la cristalización. De acuerdo con el diccionario (Valiente, 1990) la destilación es la operación cuyo fin es la separación de dos o más líquidos miscibles mediante la ebullición. Los vapores obtenidos se recuperan como producto deseable y se condensan. Los vapores condensados son más ricos en el líquido o líquidos más volátiles, mientras que los fondos, o líquidos remanentes, son más ricos en las sustancias menos volátiles

1.2. Definición. La

destilación

comúnmente purificación

es

un

utilizado de

método para

líquidos

y

la la

separación de mezclas con el fin de obtener

sus

componentes

individuales. 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).

1.3.

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.

1.4.

Tipos de columnas de destilación

Hay varios tipos de columnas de destilación, cada una diseñada para un determinado tipo de separación y cada una difiere de la otra en términos de complejidad. Una manera de clasificar las columnas de destilación es observar cómo operan. Por tanto tenemos: •

Columnas batch

• Columnas continuas

1.4.1.

Columnas batch

En una operación batch, la alimentación a la columna es introducida por lotes. Esto es, la columna se carga con un lote y es entonces cuando se lleva a cabo el proceso de 5 destilaciones. Cuando el objetivo deseado es alcanzado, se introduce el siguiente lote de alimentación.

1.4.2. Columnas continuas.

Una columna continua recibe un flujo de alimentación continuo. No ocurren interrupciones a menos que se presenten problemas con la columna o en los alrededores de las unidades de proceso. Son capaces de manejar grandes cantidades de material prima y son las más comunes de los dos tipos.

1.4.2.1.

Tipos de Columnas Continuas

Las columnas continuas pueden ser convenientemente clasificadas de acuerdo a: a) La naturaleza del flujo de alimentación que se está procesando: •

Columnas binarias: el flujo de alimentación contiene solo dos componentes • Columna multicomponente: el flujo de alimentación contiene más de dos componentes

b) El número de flujos de productos que posea: •

Columna multiproducto: columna que tiene más de dos flujos de productos.

c) Los dispositivos internos: •

Columna de platos: donde platos de varios diseños son usados para manejar el líquido, de manera que se provee un mejor contacto líquidovapor, y por tanto una mejor separación

•

Columna de relleno: donde en lugar de platos, se usan rellenos para acentuar el contacto líquido-vapor.

1.5.

Principales componentes de una columna de destilación.

Las columnas de destilación constan de varios componentes, cada uno es usado ya sea para transferir energía calorífica o transferir materia. Una

típica columna de destilación contiene los siguientes componentes (entre paréntesis va la terminología en inglés): •

Un 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.

•

Un ebullidor (reboiler) que provee la vaporización necesaria para el proceso de destilación.

•

Un condensador (condenser) que se usa para enfriar y condensar el vapor saliente de la parte superior de la columna.

•

Un tanque de reflujo (reflux drum) que 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.

1.6. Principios de Destilación. La separación de componentes de una mezcla líquida mediante destilación depende de las diferencias de los puntos de ebullición de los componentes individuales. Además, dependiendo de las concentraciones de los componentes presentes, la mezcla líquida tendrá diferentes características de su punto de ebullición. En consecuencia, el proceso de destilación depende de las características de presión de vapor de las mezclas líquidas.

1.6.1. Presión de valor y ebullición. La presión de vapor de un líquido a una temperatura particular es una presión de equilibrio ejercida por las moléculas saliendo y entrando a la superficie del líquido. Citemos algunos puntos importantes de la presión de vapor: •

La entrada de energía eleva la presión de vapor.

•

La presión de vapor está relacionado con la ebullición.

•

Un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala la presión circundante.

•

La facilidad con que un líquido hierve depende de su volatilidad.

•

Líquidos con altas presiones de vapor (líquidos volátiles) ebullen a temperaturas inferiores.

•

La presión de vapor y por tanto el punto de ebullición de una mezcla líquida depende de las cantidades relativas de los componentes en la mezcla.

• La destilación ocurre a causa de las diferencias en la volatilidad de los componentes en la mezcla líquida.

1.6.2. El diagrama del punto de ebullición de mezclas binarias. El diagrama del punto de ebullición muestra como

varían

las

composiciones

de

equilibrio

los

de

componentes de una mezcla líquida con la temperatura

a

una

presión determinada. Considere como ejemplo de una mezcla líquida que contiene 2 componentes (A y B), una mezcla binaria. Este tiene el diagrama de punto de ebullición que se muestra en la gráfica. 1. El punto de ebullición de A es el que corresponde cuando la fracción molar de A es 1. El punto de ebullición de B es el que corresponde cuando la fracción molar de A es 0 (siendo las composición de A más volátil que la composición de B) dando como resultado que el punto de ebullición de A es menor que el de B.

2. El punto de rocío es la temperatura al cual el vapor saturado. El punto de burbuja es la temperatura al cual el líquido comienza a hervir. 3. Cuando el diagrama presenta una temperatura constante la región arriba de la curva del punto de rocío muestra la composición de equilibrio del vapor sobrecalentado mientras la región debajo de la curva del punto de burbuja muestra la composición de equilibrio del líquido subenfriado, sin embargo cuando la presión es constante todo esto sucede al revés . 1.6.3. Volatilidad relativa. La volatilidad relativa es la medida de la diferencia de las volatilidades entre 2 componentes, y por tanto de sus puntos de ebullición. Indica cuán fácil o difícil puede resultar la separación. La volatilidad relativa del componente i con respecto al componente j está definido como:

α ij =

( ) ( ) yi xi

yj xj

Donde: yi =Fracción molar del componente i en el vapor. xi = Fracción molar del componente j en el liquido. De esta manera, si la volatilidad relativa entre dos componentes es bastante cercana a uno, indica que tienen características de presión de vapor bastante similares. Esto significa que tienen puntos de ebullición bastante similares y por tanto, será difícil separar los dos componentes mediante destilación.

1.6.4.

Equilibrio Líquido-Vapor

Las columnas de destilación son diseñadas basadas en las propiedades del punto de ebullición de los componentes de las mezclas siendo separadas. Por tanto los tamaños,

particularmente

altos,

de

las

columnas

de

destilación

están

determinados por la información equilibrio líquido-vapor (ELV) de las mezclas

•

Curvas equilibrio líquido-vapor (ELV) La información de ELV a presión constante es obtenida de los diagramas de punto de ebullición. La información de mezclas binarias es frecuentemente presentada en una gráfica. La gráfica ELV nos muestra el punto de burbuja y el punto de rocío de una mezcla binaria a presión constante La línea curva es llamada la línea de equilibrio, y describe las composiciones de líquido y vapor en equilibrio a una presión determinada.

1.7.

Proceso de destilación.

Paso 1: La solución de agua y sal se calientan en un balón de destilación. Mientras es calentada la mezcla se generara vapor de agua.

Paso 2 : El vapor de agua generado viaja por el tubo refrigerante convirtiendo el agua de estado gaseoso a estado líquido (condensación)

Paso 3: Finalmente la totalidad de agua se condensa en un recipiente separado. La sal no se evapora y se queda en el balón de destilación.

La destilación se utiliza ampliamente en la industria, permitiendo procesos como la obtención de bebidas alcohólicas, refinado del petróleo, obtención de productos petroquímicos de todo tipo y en muchos otros campos. Es uno de los procesos de separación más extendidos

1.7.1. Aplicación para la refinación de petróleo por destilación atmosférica.

Paso 1: El crudo se bombea desde el almacenamiento y es precalentado en un tren de cambiadores por intercambio con las corrientes de destilado salientes de la unidad.

Pasó 2: A una temperatura entre 100 y 150ºC se inyecta agua y emulsiona el crudo tratándose en un desalador deshidratador. El crudo desalado se envía a un depósito de espera donde se separan una parte del agua no separada en la operación.

Pasó 3: Esta corriente se envía a la zona de expansión de la destilación (Flash) sin ser precalentada.

Pasó 4: Una bomba aspira el crudo y lo envía al horno tras pasar por el resto de intercambiadores donde enfría las corrientes que abandonan la destilación.

Paso 5: El crudo calentado en el horno se vaporiza parcialmente al entrar en la torre. El crudo entra en la zona inferior de flash de la torre. La fracción liquida de la alimentación abandona la destilación por fondos de la torre tras someterse a un stripping con vapor.

Paso 6: Los destilados se recuperan en diferentes platos, tratándose estas corrientes en diferentes strippers laterales para eliminar ligeros enviando el producto al almacenamiento o introduciéndolo en otra operación de la refinería, y los ligeros y el vapor de agua es reintroducido en la torre por encima del plato de extracción.

Paso 7: La corriente de productos más ligeros (LPG y naftas) abandonan la torre por la parte superior condensados y recogidos en el depósito de reflujo de cabeza, utilizándose una parte como reflujo mientras que la restante se envía a la unidad de ligeros para su posterior estabilización y destilación.

1.8.

Componentes de un sistema de destilación: Para ejecutar una destilación se debe montar un aparato como el mostrado en la figura 1, incluyendo, como factor importante, el anclaje de las partes como se indica ya que el sistema es inestable y puede volcarse y romperse durante el proceso, especialmente por la influencia de las mangueras flexibles utilizadas para alimentar con agua de enfriamiento el condensador.

El aparato está formado por piezas especializadas: 

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).

BIBLIOGRAFÍA Y ENLACES

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. Fundamentos del proceso de destilación (Cap 1) Operaciones Unitarias en ingeniería bioquímica McCabe. 7ma.ed....