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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:

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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#f2.1a

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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