Destilacion. ¿QUÉ ES LA PRESIÓN DE VAPOR?

DESTILACIÓN

Principios Generales

Los procesos de separación alcanzan sus objetivos mediante la creación de dos o más zonas que coexisten y que tienen diferencias de temperatura, presión, composición y fase.

En consecuencia, conforme el sistema se desplaza hacia el equilibrio, cada especie establecerá una concentración diferente en cada zona y esto da como resultado una separación entre las especies.

El proceso de separación denominado destilación utiliza fases de vapor y líquido, esencialmente a la misma temperatura y la misma presión para las zonas coexistentes.

• Líquido en ebullición →Condensación →Separación
• Permite:
•  purificación e identificación de  líquidos
• separar líquidos de sustancias no volátiles

¿QUÉ ES LA PRESIÓN DE VAPOR?

Un líquido determinado contenido en un recipiente cerrado y vacío se evapora hasta que el vapor alcanza una determinada presión, que depende sólo de la temperatura. Esta presión es la presión de vapor del líquido.

¿LA PRESIÓN DE VAPOR DE UN LÍQUIDO AUMENTA CUANDO AUMENTA LA TEMPERATURA?

Cuando la presión de vapor iguala el valor de la presión externa, el líquido hierve y la temperatura a la que ocurre es el Punto de ebullición.

¿QUÉ ES EL PUNTO DE EBULLICIÓN?

• Temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión externa.
• Temperatura a la cual las fases líquidas y vapor pueden coexistir en equilibrio a una presión externa definida (constante).

PROPIEDADES DEL PUNTO DE EBULLICIÓN

• Es una constante que depende fuertemente de la presión.
• EL Pto.eb. está relacionado con la masa de sus moléculas y la intensidad de las fuerzas de atracción entre ellas.
• Se altera por la presencia de impurezas.

DESTILACIÓN SIMPLE

En la destilación simple el vapor que se retira  del seno  del líquido, pasa inmediatamente al refrigerante donde condensa y luego  se recolecta el líquido destilado. Mediante este procedimiento pueden separarse mezclas de dos componentes que tengan una diferencia  de puntos de ebullición de, al menos, 60-80 °C.

Se usa cuando:

• Se quiere establecer si una sustancia es pura o no
• Se quiere separar un líquido de sustancias sólidas disueltas

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DESTILACIÓN DINÁMICA

El comportamiento dinámico o transitorio de una operación continua de destilación es importante para determinar:

• Los procedimientos de puesta en marcha y paradas.
• Las trayectorias de transición entre estados estacionarios.
• Los efectos de perturbaciones y variaciones sobre el control.
• Los tiempos de residencia y velocidades de transferencia de masa.
• Las estrategias de operación, que pueden involucrar la imposición deliberada de variaciones cíclicas u oscilaciones controladas.

El comportamiento dinámico puede analizarse sin controladores en el sistema, para obtener  la llamada respuesta a circuito abierto.

De manera opcional, pueden agregarse controlarse, mediante la manipulación de otras variables, para obtener la llamada respuesta de circuito cerrado. En este último caso, se puede considerar el empleo de controladores con diferentes niveles de complejidad [p.e., arranque-parada, proporcional (P), proporcional con acción integral (PI) y proporcional con acción integral y derivada (PID)] para los diferentes valores de los parámetros de ajuste, pudiéndose, si se desea, incorporar válvulas p.

DESTILACIÓN BINARIA IDEAL.

La respuesta en circuito cerrado durante la destilación dinámica de una mezcla binaria ideal, en la columna, con dos suposiciones: volatilidad relativa constante, con un valor de 2 y un flujo molar de vapor constante, para una alimentación líquida saturada en el plato NS. No es necesario incluir las ecuaciones de balance de energía para cada plato ni considerar como variables la presión y temperatura. El vapor que sale por el plato superior NT se condensa totalmente, con una retención despreciable de líquido, y el condensado fluye al tanque de reflujo, que tiene una retención molar del líquido constante estando perfectamente mezclado, MD. El caudal de reflujo LNT+1 se varía, mediante un controlador de la retroalimentación proporcional e integral (PI), para controlar la composición del destilado, en un punto establecido a 0,98, para la fracción molar XD del componente ligero. La retención del flujo  en la línea que regresa al plato superior es despreciable. En condiciones dinámicas, yNT puede no ser igual a XD.

En el fondo de la columna se instala un colector de líquido, en el que la retención molar de líquido MB es constante, encontrándose perfectamente mezclado. Una parte del líquido que fluye  a través de este colector pasa a través de un calderín de termosifón y el resto se toma como producto de cola, a una velocidad de flujo molar B. El vapor de reborboteo generado del calderín se varía, por medio  del controlador de retroalimentación PI, para controlar la composición de cola, a un valor establecido de 0,02, para la fracción molar xB del componente ligero. Las retenciones de líquido en el calderín y en las líneas procedentes del colector de fondo se consideran despreciables. Se supone que la composición del vapor de reborboteo, yB, está en equilibrio con la fracción molar del componente ligero xB.

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DESTILACIÓN POR LOTES

En las destilaciones por lotes, llamadas también batch, se carga al equipo una determinada cantidad de la mezcla de interés para que, durante la operación, uno o más compuestos se vayan separando de la mezcla original. Un ejemplo común corresponde a las destilaciones que ocurren en los laboratorios, donde el líquido es vaciado en un recipiente y calentado hasta hervir. El vapor formado se retira continuamente por condensación, que corresponde al compuesto más volátil.

En las separaciones por lotes no hay estado estable y la composición de la carga inicial cambia con el tiempo. Esto trae consigo un incremento en la temperatura del recipiente y decremento en la cantidad de los componentes menos volátiles a medida que avanza la destilación. La destilación por lotes se utiliza en los siguientes casos:

I. Cuando la capacidad requerida es tan pequeña que no permite la operación continua a una velocidad práctica. Las bombas, boiler, tuberías y equipos de instrumentación generalmente tienen una capacidad mínima de operación industrial.

II. Los requerimientos de operación fluctúan mucho con las características del material alimentado y con la velocidad de procesamiento. El equipo para operación por lotes generalmente tiene mayor flexibilidad de operación que los que operan en forma continua. Esta es la razón por la cual predomina el equipo de operación por lotes en plantas piloto.

III. La destilación intermitente se utiliza también cuando la mezcla a separar tiene un alto contenido de sólidos. El uso de una unidad por lotes puede mantener a los sólidos separados y permitir que se remuevan fácilmente al final del proceso.

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DESTILACIÓN SIMPLE POR LOTES O DIFERENCIAL

La destilación diferencial es una operación por lotes en la cual la mezcla que va a ser destilada, es cargada en un alambique o destilador y es calentada hasta su temperatura de ebullición originando una masa diferencial de vapor rica en el componente más volátil. Esta masa diferencial de vapor es continuamente eliminada del alambique y condensada para llevarla a su depósito, esto significa que la composición del líquido remanente y la de vapor formado cambiarán con el tiempo. Se observará también un incremento gradual en la temperatura de ebullición del líquido remanente y la composición del destilado será intermedia entre la composición de la primera y la última gota formada.

No obstante, este proceso no es efectivo como método de separación, especialmente en el caso en que los componentes a separar tengan muy alejados sus puntos de ebullición y los métodos que producen separaciones claramente definidas no son necesarios aun cuando sea posible utilizarlos.

Éste método es empleado en la industria de capacidad moderada y pequeña, para llevar a cabo separaciones parciales de los componentes más volátiles de mezclas de líquidos miscibles. Normalmente, la mezcla líquida es cargada a un recipiente y los vapores que se desprenden se eliminan continuamente, se condensan y se recolectan sin permitir que tenga lugar ninguna condensación parcial ni retorno al recipiente en donde se lleva a cabo el calentamiento y ebullición de la mezcla.

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DESTILACIÓN POR EXTRACCIÓN

La destilación por extracción se refiere a los procesos en que se agrega en un plato de la columna un disolvente de punto de ebullición elevado para modificar las volatilidades relativas de los componentes en una mezcla de alimentación principal en la columna.

La alteración de las volatilidades es necesaria debido a:

1) similitudes de presiones de vapor de los componentes de la alimentación o

2) la presencia de un azeótropo.

El disolvente hierve por lo común a una temperatura tan lejos, por encima de los componentes de la alimentación, que es imposible la formación de los nuevos azeótropos. Además los azeótropos problemáticos que se encuentran presentes en la alimentación no tratada desaparecen en presencia del disolvente. La ausencia de azeótropos más el hecho de que el disolvente se puede recuperar por destilación simple, hacen que la destilación por extracción sea un proceso más simple y mucho más utilizado que la destilación azeotrópica.

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