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Unidad 2
Destilacin
Definicin y objetivos de la destilacin en la industria alimentaria y sus
relaciones termodinmicas.
La operacin unitaria de destilacin es un mtodo que se usa para separar los
componentes de una solucin lquida, el cual depende de la distribucin de estos
componentes entre fase de vapor y una fase lquida. Ambos componentes estn
presentes en las dos fases. La fase de vapor se origina de la fase lquida por
vaporizacin en le punto de ebullicin.
El requisito bsico para separar los componentes por destilacin consiste en que la
composicin del vapor sea diferente de la composicin del lquido con el cual est en
equilibrio en el punto de ebullicin de este ltimo.
La destilacin se basa en soluciones en las que todos los componentes son bastante
voltiles, como soluciones amoniaco-agua o etanol- agua, en las que ambos
componentes tambin estn en fase de vapor. Sin embargo, al evaporar una solucin
de sal y agua, se vaporiza el agua pero la sal no.
Formas de desarrollo de la destilacinDestilacin simple
La destilacin se puede llevar a cabo en la prctica por medio de cualquiera de dosmtodos principales. El primero consiste en la produccin de un vapor por ebullicin de
la mezcla lquida que se va a separar en una sola etapa, para recuperar y condensar
los vapores.
En este tipo de destilacin, primero se introduce lquido en un recipiente de
calentamiento. La carga lquida se hierve lentamente y los vapores se extraen con la
misma rapidez con que se forman, envindolos a un condensador donde se recolecta
el vapor condensado (destilado). La primera porcin de vapor condensado es ms rica
en el componente ms voltil. A medida que se procede con la vaporizacin, el
producto vaporizado es ms pobre.
Destilacin fraccionada
El vapor saliendo de una etapa de destilacin es ms rico en componentes ms
voltiles que la alimentacin. El lquido saliendo de la etapa es ms rico en
componentes menos voltiles que la alimentacin. En razn de mejorar la separacin,
se usan mltiples etapas.
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Ratificacin
La rectificacin o destilacin por etapas con reflujo se puede considerar desde un punto
de vista simplificado como un proceso en el cual se lleva acabo una serie de etapas de
vaporizacin instantnea, de manera que los productos gaseosos y lquidos de cada
etapa fluyen a contracorriente. El lquido de una etapa se conduce o fluye a la etapainferior y el vapor de una etapa fluye hacia arriba a la etapa superior.
Destilacin por arrastre de vapor
Los lquidos con alto punto de ebullicin no se pueden purificar por destilacin a
presin atmosfrica, puesto que los componentes de la mezcla lquida podran
descomponerse a las temperaturas elevadas que se requieren. Con frecuencia, las
sustancias de alto punto de ebullicin son casi insolubles en agua; entonces se logra
una separacin a temperatura ms baja por medio de una destilacin simple con
arrastre de vapor, mtodo que se usa con bastante frecuencia para separar uncomponente de alto punto de ebullicin de cantidades pequeas de impurezas no
voltiles.
En la destilacin con arrastre de vapor, mientras haya agua lquida presente, el
componente de alto punto de ebullicin se vaporizar a temperatura muy inferior a su
punto de ebullicin normal sin usar vaco. Los vapores de agua y el componente de alto
punto de ebullicin se suelen recolectar en un condensador y las dos fases lquidas
inmiscibles resultantes se separan.
Se emplea algunas veces en la industria alimenticia para eliminar contaminantes y
sabores de grasas y aceites comestibles. En muchos casos se emplea a vaco en vez
de destilacin por arrastres de vapor para purificar materiales de alto punto de
ebullicin.
Equilibrio a presin y temperatura constante para un sistema liquido-vapor
Se simplifica omitiendo el factor de correccin de Poyting, el cual es usualmente
pequeo a bajas presiones.
Volatilidad relativa
Valores Ky Volatilidad Relativa
Ki =
Fraccin molar del componente i en la fasevapor
= yi/xi (2.1)Fraccin molar del componente i en la faseliquida
El valor K es una medida de la tendencia del componente ia vaporizarse.
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Si el valor Kes alto, el componente tiende a concentrarse en el vapor; si es bajo,
tiende a concentrarse en el liquido. Si el valor Kes la unidad, el componente se dividir
igualmente entre el vapor y el liquido.
El valor K es una funcin de la temperatura, presin y composicin. En el
equilibrio, si se fijan dos de estas tres variables, se fija la tercera. Entonces el valor K
puede considerarse como una funcin de la presin y composicin, o temperatura y
composicin (o temperatura y presin)
La volatilidad relativa de componentesi, j se define como:
aij=
Valor Kdel componente i
(2.2)Valor Kdel componentej
Convencionalmente, la volatilidad relativa es definida como la razn de los
valores K del componente ms voltil al menos voltil, por lo cual la volatilidad relativa
siempre ser mayor o igual a la unidad
La destilacin es una tcnica de separar componentes de acuerdo a su
volatilidad relativa, la cual es una medida de la facilidad de separacin y est dada por
la razn entre la tendencia a vaporizar de dos componentes. Si la volatilidad relativa esalta, un componente tiene una tendencia mucho mayor a vaporizar (es ms voltil) que
el otro, y ser fcil separarlos uno del otro mediante la vaporizacin de uno
(destilacin). De otro lado cuando la tendencia a vaporizar de los componentes es
similar, la volatilidad relativa se acercar a la unidad y ser difcil separar los
componentes por destilacin. Si la volatilidad relativa es la unidad, cada componente es
tan voltil como el otro, y no pueden separarse por destilacin
Para un sistema binario, y2= (1
y1), x2= (1
x1),adems de las Ec. (2.1)y(2.2)se tiene:
http://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#2.1.1#2.1.1http://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#ec2.2#ec2.2http://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#ec2.2#ec2.2http://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#2.1.1#2.1.15/21/2018 destilacion
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La Ec. (2.4) expresa la fraccin molar del componente ms voltil (CMV) en el
vapor como una funcin de la fraccin molar del CMV en el liquido y la volatilidad
relativa. Esta relacin se grafica en laFig. 2.1
LaFig. 2.1a es una grfica llamada diagramax y. Los ejesxe ymuestran la
concentracin del CMV en el liquido y en el vapor respectivamente. La diagonal de 45
representa puntos a los cuales las composiciones del vapor y el liquido son las mismas.
La curva de la Fig. 2.1a es una relacin de equilibrio. La Fig. 2.1a muestra como el
CMV se concentra en el vapor. Una mezcla liquida conteniendo una fraccin molarx1
de CMV (x1 = 0,45 en la Fig. 2.1a) est en equilibrio con un vapor conteniendo una
fraccin molar y1 de CMV (y1 = 0,71 en Fig. 2.1a) si este vapor es recogido y
condensado se obtiene una mezcla en la cual la fraccin molar de CMV se ha
enriquecido de 0,45 a 0,71
LaFig. 2.1b ilustra el efecto de la volatilidad relativa sobre la tendencia del CMV
para concentrarse en el vapor. Cuando la volatilidad es alta, el enriquecimiento es
grande. Por ejemplo cuando la volatilidad relativa es 10, una mezcla liquida
conteniendo una fraccin molar de 0,45 de CMV est en equilibrio con vapor
conteniendo una fraccin molar de 0,88 de CMV; esto deber requerir solo unas
cuantas etapas para convertir la mezcla liquida en componentes puros.
Contrariamente, cuando la volatilidad relativa es muy baja tal como 1,1 una mezcla
liquida conteniendo una fraccin molar de 0,45 del CMV est en equilibrio con vapor
conteniendo una fraccin molar de 0,47 del CMV. Bajo estas condiciones, se necesitaun nmero grande de etapas para separar la mezcla en los componentes puros.
http://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1b#f2.1bhttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1b#f2.1bhttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1ahttp://plantasquimicas.iespana.es/Destilacion/d2.htm#f2.1a#f2.1a5/21/2018 destilacion
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Fig. 2.1 Concepto de volatilidad relativa. (a) concentracin del
componente ms voltil CMV en el vapor. (b) efecto de la volatilidadrelativa sobre la concentracin del CMV en el vapor
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Operacin y control de la destilacin
Componentes principales de columnas de destilacin columnas de destilacin se
compone de varios componentes, cada uno de los cuales es usado ya sea para tranfer
energa de calor o aumentar la transferencia de materail. La destilacin tpica contiene
varios componentes principales:
un shell vertical donde se realiza la separacin de los componentes lquidos a cabo
internos de columna tales como bandejas / placas y / o envases que se usan para
aumentar las separaciones de los componentes
un intercambiador de calor para proporcionar la vaporizacin necesaria para el
proceso de destilacin
un condensador para enfriar y condensar el vapor que sale de la parte superior de la
columna
un tambor de reflujo para mantener el vapor condensado de la parte superior de la
columna de manera que el lquido (reflujo) puede reciclarse de nuevo a la columna
La cscara verticales alberga los elementos internos de columna y, junto con el
condensador y el rehervidor, constituyen una columna de destilacin. Un diagrama
esquemtico de una unidad de destilacin tpica con una sola alimentacin y dos
corrientes de producto se muestra a continuacin:
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Operacin bsica y Terminologa La mezcla lquida que se va a procesar se conoce
como la alimentacin y este se introduce generalmente en algn lugar cerca de la mitad
de la columna a una bandeja conocida como la bandeja de alimentacin. La bandeja de
alimentacin divide la columna en una parte superior (o enriquecimiento de
rectificacin) y una seccin inferior (stripping). La alimentacin fluye hacia abajo de la
columna donde se recoge en la parte inferior en el caldern.
El calor se suministra a la caldera para generar vapor. La fuente de entrada de calorpuede ser cualquier fluido adecuado, aunque en la mayora de las plantas qumicas es
normalmente vapor. En las refineras, la fuente de calentamiento puede ser de los flujos
de produccin de las otras columnas. El vapor elevada en el caldern se vuelve a
introducir en la unidad en la parte inferior de la columna. El lquido retirado del caldern
se conoce como el producto de cola o simplemente, fondos.
El vapor se mueve hacia arriba de la columna, y cuando sale de la parte superior de la
unidad, se enfra mediante un condensador. El lquido condensado se almacena en un
recipiente de retencin conocido como el tambor de reflujo. Parte de este lquido se
recicla de nuevo a la parte superior de la columna y esto se llama el reflujo. El lquidocondensado que se retira del sistema se conoce como el destilado o el producto de
cabeza.
Por lo tanto, hay flujos internos de vapor y el lquido dentro de la columna, as como los
flujos externos de los piensos y corrientes de productos, dentro y fuera de la columna.
Equilibrio y sus caractersticas
Diseo del equipo
Depsito vertical, donde es la separacin de componentes lquidos.
Un rehervidor para proporcionar la vaporizacin para el proceso de destilacin
Un condensador para enfriar y condensar el vapor que sale de la parte superior
de la columna.
Un tambor de reflujo para mantener el vapor.
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Diseo y equipo
Bibliografias.
McCabe Smith. Operaciones unitarias. McGraw Hill. 2002
http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r46122.DOChttp://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r46122.DOChttp://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r46122.DOC