DESTILACION FRACCIONADA

CURSO: FISICOQUIMICAPROFESOR: CHIGUALA CONTRERAS, YasserINTEGRANTES : DAVILA ILLATOPA,Cesia Ruth POSTILLO ESPINOZA, MessiasCICLO : II 2013

Tingo Maria-2013

DESTILACIN FRACCIONADA

DESTILACINLa destilacin es una tcnica muy importante para la purificacin de lquidos o separacin del soluto y del disolvente de una disolucin. Se utiliza pues, para separar componentes de una mezcla homognea en funcin de sus distintos puntos de ebullicin. La destilacin es un proceso en el que:

- Se vaporiza una sustancia por calentamiento. - Se condensa el vapor producido. - Se recoge en un recipiente aparte.

Proceso de destilacin:Se define como la operacin de separar, por transferencia de masa y calor, las sustancias de una mezcla aprovechando la diferencia de volatilidades o puntos de ebullicin.Depende de parmetros de equilibrio tales como:Mezcla lquido-vapor, temperatura, presin, composicin, energa (relacionados con sus presiones de vapor).

Los distintos tipos de destilacin que se pueden realizar son: 1. Destilacin simple. 2. Destilacin por arrastre con vapor. 3. Destilacin a presin reducida4. Destilacin fraccionada.

1. Destilacin SimpleConsiste en la separacin de uno o varios componentes de una mezcla lquida cuyos puntos de ebullicin difieren entre s (al menos 25C) y deben ser inferiores a 150C. El lquido a destilar se coloca en un matraz, para despus, mediante la adicin de calor, impulsar la vaporizacin. Una vez establecido el equilibrio lquido-vapor, parte del vapor se condensa en las paredes del matraz, pero el resto (mayora) pasa por la salida lateral, para posteriormente condensarse por efecto del enfriamiento ocasionado por agua fra que circula por un tubo refrigerante que forma parte del equipo en esta operacin.

FIGURA 1: DESTILACION SIMPLE

2. DESTILACIN POR ARRASTRE CON VAPORSe usa para separar sustancias ligeramente voltiles e insolubles en agua, de otras de volatilidad. Para extraer compuestos (generalmente aceites) por este mtodo se hace pasar una corriente de vapor de agua por la muestra que contiene el compuesto a extraer, esto hace que se caliente la muestra y el vapor arrastra los componentes voltiles hacia un sistema tpico de una destilacin simple. Luego el destilado se recoge y se separa empleando disolventes adecuados para finalmente deshidratarlo y purificarlo. (PROF. MANUEL BROSETA.) Departamento de fsica y qumica. Banyeres de Mariola.

FIGURA 2: DESTILACION POR ARRASTRE CON VAPOR

3. DESTILACIN A PRESIN REDUCIDALa destilacin por presin reducida consiste en disminuir la presin a la que est sometido el lquido a destilar (la presin normal es de 760 miligramos de Mercurio, la presin a la que se somete es de 40 miligramos de mercurio aproximadamente), de esta manera, su punto de ebullicin tambin disminuye, y al destilar el material no se pierde por evaporacin.

4. DESTILACIN FRACCIONADA.La destilacin fraccionada proceso fsico utilizado para separar mezclas de lquidos mediante el calor, y con un amplio intercambio calrico y msico entre vapores y lquidos. Se utiliza cuando es necesario separar compuestos de sustancias con puntos de ebullicin distintos pero cercanos.La 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 la 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.

La principal diferencia que tiene con la destilacin simple es el uso de una columna de fraccionamiento. sta permite un mayor contacto entre los vapores que ascienden con el lquido condensado que desciende, por la utilizacin de diferentes platos (placas), lo que facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los lquidos (que reciben). Ese produce un intercambio de masa, donde los lquidos con menor punto de ebullicin se convierten en vapor, y los vapores de sustancias con mayor punto de ebullicin pasan al estado lquido.

FIGURA 3: DESTILACION FRACCIONADA4.1. DESTILACION FRACCIONADA DEL PETRLEO

El petrleo crudo es una mezcla rica y compleja de hidrocarburos lquidos. Los diferentes componentes de esta mezcla tienen diversos usos. Los hidrocarburos de cadena larga, por ejemplo, se utilizan para la fabricacin de aceites lubricantes y ceras, mientras que los hidrocarburos de cadena ms corta se usan como combustible. La separacin de esta mezcla en los componentes se lleva a cabo a travs de la destilacin fraccionada, el paso ms importante en el proceso de refinacin.El petrleo natural no se usa como se extrae de la naturaleza si no que se separa en mezclas ms simples de hidrocarburos que tienen usos especficos, a este proceso se le conoce como Destilacin Fraccionada.El esquema que sigue ilustra como se realiza en la industria.

FIGURA 4: DESTILACION FRACCIONADA DEL PETROLEO

El petrleo natural hirviente (unos 400 grados centgrados) se introduce a la parte baja de la torre, todas las sustancias que se evaporan a esa temperatura pasan como vapores a la cmara superior algo ms fra y en ella se condensan las fracciones ms pesadas que corresponden a los aceites lubricantes. Continan a la prxima cmara aquellas que aun a esa temperatura son gases para condensar parcialmente en la fraccin de combustiblesDiesel. Este proceso de condensacin en fracciones de acuerdo al punto de ebullicin se contina ascendentemente hasta que al final por la parte superior salen los gases que no condensan a temperatura ambiente.

4.1.1. EBULLICION

Los hidrocarburos de cadena ms larga generalmente tienen mayorespuntosde ebullicin. Durante la destilacin fraccionada, el aceite se calienta y pasa al interior de una columna de destilacin, que es bsicamente como un alambique utilizado para destilar el alcohol. El vapor se enfra a medida que asciende la columna, y las diferentes fracciones, o cadenas de hidrocarburos, se condensan a diferentes temperaturas. Las bandejas en la columna de destilacin recogen el condensado para que pueda ser recuperado y procesado ms adelante.

5. DESTILACIN FRACCIONAD ATMOSFRICA

El objetivo es extraer los hidrocarburos presentes naturalmente en el crudo por destilacin, sin afectar la estructura molecular de los componentes.En las unidades de Topping, el objetivo es obtener combustibles terminados y cortes de hidrocarburos que sern procesados en otras unidades, para convertirlos en combustibles ms valiosos.La destilacin del crudo, se basa en la transferencia de masa entre liquido - vapor de una mezcla de hidrocarburos.La destilacin permite la separacin de los componentes de una mezcla de hidrocarburos, como lo es el petrleo, en funcin de sus temperaturas de ebullicin.Para que se produzca la "separacin o fraccionamiento" de los cortes, se debe alcanzar el equilibrio entre las fases lquido-vapor, as los componentes ms livianos se concentran en la fase vapor y los de mayor peso molecular predominan en la fase liquidaEl equilibrio liquido-vapor, depende principalmente de los parmetros termodinmicos, presin y temperatura del sistema en forma controlada y durante el tiempo necesario.La vaporizacin o fase vapor se produce en el horno y zona de carga de la columna fraccionadora. En el Horno se transfiere la energa trmica necesaria para producir el cambio de fase y en la Zona de Carga se disminuye la presin del sistema, producindose el flash de la carga, obtenindose la vaporizacin definitiva.La columna posee bandejas o platos donde se produce el equilibrio entre los vapores que ascienden y los lquidos descendentes.En puntos o alturas exactamente calculadas existen platos colectores desde lo que se extraen los combustibles destilados.

La columna posee bandejas o platos donde se produce el equilibrio entre los vapores que ascienden y los lquidos descendentes.En puntos o alturas exactamente calculadas existen platos colectores desde lo que se extraen los combustibles destilados.

La diferencia fundamental entre las unidades de Tpping y Vaco es la presin de trabajo. El Topping opera con presiones tpicas de 1 Kg/cm2 (manomtrica), mientras que en el Vaco trabaja con presiones absolutas de 20 mm de mercurio. Esto permite destilar hidrocarburos de alto peso molecular que se descompondran o craquearan trmicamente, si las condiciones operativas normales del Topping fuesen sobrepasadas.

6. DESTILACIN FRACCIONADA TOPPING

El crudo antes de ser fraccionado, debe ser acondicionado y preparado debidamente para lograr una operacin eficiente.La primera etapa se lleva a cabo en los tanques de recepcin.El petrleo desgasificado que se recibe en las Refineras, contiene impurezas que son perjudiciales para los equipos, productos y procesos. Las impurezas como: Sales, fundamentalmente cloruros de sodio, calcio y magnesio, presente en el agua de formacin que tiene el crudo, estas sales en las condiciones del proceso se hidrolizan formando cido clorhdrico, que es altamente corrosivo y sumamente perjudicial para los equipos. xidos de hierro, productos de la corrosin de los equipos y medios de transporte del crudo desde yacimiento, que afectan los coeficientes de ensuciamiento de equipos, calidades de productos y catalizadores. Slidos, arcilla, arena en general, provenientes de la formacin productora y lodos de perforacin, estos perjudican fundamentalmente los coeficientes de ensuciamiento de los equipos y afectan la calidad de los productos residuales por alto contenido de cenizas. Cristales de sal u xidos en suspensin, afectando los productos, el caso de los compuestos de sodio es especficamente perjudicial para los tubos de los hornos, ya que forman carbn, reduciendo la vida til del horno por disminucin del coeficiente de transferencia de calor. Para evitar o minimizar los efectos perniciosos de estas impurezas se realizan fundamentalmente tres tratamientos:

6.1. Decantacin en Tanques Consiste en decantar el agua libre que tenga el crudo por gravedad. Por tal motivo la temperatura del tanque es muy importante en esta etapa, ya que la propiedad fsica que la rige es la viscosidad. A mayor temperatura menor viscosidad, y por lo tanto se mejora la velocidad de decantacin del agua.Para evitar perdida de hidrocarburos voltiles, los tanques poseen techos flotantes que evitan este tipo de fugas. La temperatura se controla con serpentines a vapor, ya que el agua arrastra slidos en suspensin.

El crudo "decantado" en tanques es enviado a la unidad de Topping, donde se precalienta con corrientes de mayor temperatura (con flujos circulantes), permitiendo recuperar energa calrica, en el circuito de intercambio.El circuito de intercambio tiene como funcin, la recuperacin de energa, que permite minimizar el consumo de combustible en los hornos de calentamiento. Previo al horno se realizan dos operaciones fundamentales, el desalado y deshidratado del petrleo, para lo cual se necesitan condiciones termodinmica especficas.

6.2. DesaladoEl propsito de este proceso, es eliminar las sales e impurezas que tienen los petrleos crudos, carga de las unidades de Topping. Los slidos en suspensin y las sales disueltas en muy pequeas gotas de agua, dispersas en el seno del petrleo son extrados en los desaladores ya que es antieconmico decantarlas y eliminarlas por gravedad en los tanques de almacenamiento.Consiste en precalentar el crudo para disminuir la viscosidad, inyectar agua sin sales, producir una mezcla entre ambos, contactarla con el agua residual del crudo y posteriormente separar el agua contendiendo la mayor proporcin de impurezas. Se lleva a cabo la disolucin de las sales presentes en el crudo, generndose pequeos electrolitos (gotas), sensibles a las variaciones de un campo elctrico.Para lograr la mezcla se usan vlvulas emulsificadoras o mezcladores estticos.Posteriormente se lo enva a un acumulador donde se hace fluir la corriente uniformemente a travs de un campo elctrico de alto voltaje (20.000 V), generado por pares de electrodos. Las fuerzas elctricas dentro del campo provocan que las pequeas gotas de agua formen gotas ms grandes que pueden decantar por gravedad en el equipo.

6.3. Inyeccin de Hidrxido de SodioAl crudo efluente de los desaladores no se les elimina la totalidad de las sales ya que estos equipos tienen una eficiencia de desalado media del 95 %, por tal motivo se les inyecta una solucin custica para transformar los cloruros de calcio y magnesio en cloruros de sodio. El cloruro de sodio tiene una constante de hidrlisis menor que las otras sales, por lo cual se minimiza la generacin de cloruro de hidrgeno y por ende el ataque corrosivo a la unidad.Una vez eliminadas las impurezas del crudo, se contina precalentado y se lo enva a la torre pre flash, donde las condiciones termodinmicas son tales que el crudo vaporiza parcialmente. La fraccin vaporizada se enva directamente a la torre fraccionadora, lo que permite disminuir la carga a los hornos, disminuyendo el consumo de combustible (condiciones tpicas, 200 C y 1.5 kg/cm2).

Una vez alcanzada la mxima recuperacin de calor, el crudo es bombeado al horno, donde se le transfiere la energa necesaria para lograr la vaporizacin requerida, en la zona de alimentacin de la torre fraccionadora. En esta columna se lleva a cabo el fraccionamiento de los hidrocarburos. Condiciones tpicas de la zona de carga 370 C y 0.800 kg/cm2 de presin.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS KISTER, H. (1992).Distillation Design. Editorial McGraw Hill. .

KING, J. (1988). Procesos de separacin. Editorial Reverte. Edicin en espaol.

PERRY R., H.; GREEN, D. W.; MALONEY, J. O. (1998).Manual del IngenieroQuimico. Sexta Edicin. Editorial McGraw Hill