TRANSFERENCIA DE MASA- DESTILACIÓN

 

       DESTILACIÓN

Definiciones:

        La destilación se define como:

                        Un proceso en el cual una mezcla de vapor o líquida de dos o más sustancias es separada en sus componentes de pureza deseada, por la aplicación o remoción de calor.  

                                                                   

La destilación se basa en el hecho de que el vapor de una mezcla hirviente es más rico en componentes de bajo punto de ebullición.

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).

El requisito básico para separar los componentes por destilación consiste en que la composición del vapor sea diferente de la composición del líquido con el cual está en equilibrio en el punto de ebullición de este último.

        Principios de destilación

La destilación es el proceso de separar los componentes o sustancias de una mezcla líquida mediante el uso de la ebullición selectiva y la condensación. La destilación puede resultar en una separación esencialmente completa (componentes casi puros), o puede ser una separación parcial que aumente la concentración de los componentes seleccionados en la mezcla.

En cualquier caso, el proceso explota las diferencias en la volatilidad de los componentes de la mezcla. En química industrial, la destilación es una operación unitaria de importancia prácticamente universal, pero es un proceso de separación física; No hay reacción química.

    Exposición de laboratorio de destilación:

1: Fuente de calor

2: Matraz de fondo redondo

3: Cabezal fijo

4: Termómetro / Temperatura de punto de ebullición

5: Condensador

6: Agua de enfriamiento en

7: Salida de agua de enfriamiento

8: Destilado / Matriz de recepción

9: Vacío / entrada de gas

10: receptor fijo

11: control de calor

12: control de velocidad del agitador

13: agitador / placa de calentamiento

14: baño de calentamiento (aceite/arena)

15: medios de agitación, por ejemplo (imagen), virutas de ebullición o agitador mecánico

16: baño de enfriamiento

 

Se indican en ambas líneas de punto de rocío y de burbuja, 
además de la zona de mezcla líquido vapor.

Para la construcción de dichos diagramas se requiere determinar las temperaturas, las composiciones y las presiones de vapor de los elementos de la mezcla a través de la Ley de Antoine y/o de la Ley de Raoult dependiendo de las consideraciones que se hagan (Smith  et al. , 1996).   

 

         Fundamentos:

La destilación es una técnica muy utilizada hoy en día, su descubrimiento se debe a los alquimistas en el año 300 d.C. Esta operación unitaria es muy empleada en la industria química, petroquímica, alimentaria, farmacéutica y cosmética, es empleada para la separación de los componentes que forman mezclas líquidas miscibles e involucra la transferencia de masa.

Se puede definir como la operación cuyo fin es la separación de dos o más líquidos miscibles mediante la ebullición, en donde los vapores obtenidos se recuperan y se condensan como producto deseable; dichos vapores son más ricos en el líquido o líquidos más volátiles, mientras que los fondos o líquidos remanentes son ricos en las sustancias menos volátiles.

Existen en la industria varios tipos de destilación, entre los que podemos mencionar:

Tipos de destilación

Destilación sencilla

Se utiliza para separar mezclas volátiles y mezclas de líquidos miscibles cuyos puntos de ebullición difieran 100ºC, purificar un compuesto líquido, o bien, determinar el punto de ebullición normal de un líquido. 

 

Otro tipo de destilación muy utilizada en la industria petrolera es la destilación fraccionada, donde se separan muestras muy complejas y los componentes tienen la variable de volatilidad muy variable. Este destilado tiene como característica principal que el destilado vuelve al condensador y goteado por una larga columna a una serie de placas. En este momento el vapor que se dirige al condensador hace burbujear al líquido de dichas placas. 

A continuación se muestra una torre de destilación fraccionada, en ella el vapor y el líquido interactúan de forma que parte del agua del vapor se condensa y parte del alcohol del líquido se evapora. Así, la interacción en cada placa es equivalente a una redestilación, y si se construye una columna con el suficiente número de placas, se puede obtener un producto destilado de la altísima pureza, como el alcohol de 96% en una única destilación.

  Este tipo de proceso se utiliza en la industria no solo para mezclas binarias simples, como el alcohol y agua en la fermentación, utilizando oxígenos y nitrógenos en el aire líquido. Este proceso también se utiliza para mezclas complejas como las que se encuentran en el alquitrán de hulla y en el petróleo. 

Destilación al vacío

Útil para mezclas en donde sus presiones de vapor son menores a la atmosférica. Tiene una velocidad de evaporación más rápida. Rotovapores: Recuperar rápidamente el disolvente con un soluto poco volátil. 

    Una variable muy importante es el punto de ebullición de algunos componentes, ya que esto provoca que no se realice una separación completa en una sola operación de destilación, por lo que suele realizarse en dos o más destilaciones. 

Un ejemplo que podemos mencionar es en la mezcla de alcohol etílico y el agua, el alcohol tiene un punto de ebullición de 78.5 °C y el agua de 100 °C, por lo que al hervir esta mezcla se desprenden vapores de ambas sustancias en diferentes concentraciones.

Otro ejemplo es la destilación simple, la cual se utiliza para la separación de líquidos con un punto de ebullición inferior a 150°C con una presión atmosférica o de otros líquidos miscibles que presentan un punto de ebullición al menos de 25°C superior al primero. De ellos. Es importante recordar que el agua, al llegar al punto de ebullición, genera burbujas y comienza a desprender vapor, tal y como se observa a continuación

    

Esquema de un sistema de destilación en la industria. 

Clasificación de los destiladores en la industria 

La clasificación de los destiladores industriales puede variar según diferentes criterios, tales como el diseño del equipo, el método de operación, la aplicación específica y el tipo de mezcla que se destila. Aquí hay algunas formas comunes de clasificar los destiladores industriales

Según su diseño 

Destiladores de Bandejas : Utilizan bandejas perforadas o de campana para permitir el contacto entre el vapor y el líquido.

Destiladores de Empaque : Contienen un material de empaque que proporciona una gran superficie de contacto para el intercambio de calor y masa entre las fases líquida y vapor.

Destiladores de Columna : Equipos verticales que pueden estar equipados con bandejas o empaques.

Destiladores de Caldera : Utilizan una caldera separada para generar vapor que luego se alimenta a la columna de destilación.

Según el método de operación

Destilación Continua : El alimento se introduce continuamente y los productos se retiran continuamente.

Destilación por Lotes : Se procesa una cantidad fija de mezcla hasta completar la separación, luego se carga un nuevo lote.

 Según la Aplicación

Destiladores de petróleo : Utilizados en refinerías para separar diferentes fracciones del crudo.

Destiladores de Alcohol : Utilizados en la producción de bebidas alcohólicas y bioetanol.

Destiladores   Químicos : Empleados en la industria química para purificar productos químicos

Destiladores de Solventes : Utilizados para recuperar y purificar solventes.

Según el tipo de mezcla

Destiladores para Mezclas Homogéneas : Para mezclas de líquidos completamente miscibles

Destiladores para Mezclas Heterogéneas : Para mezclas que contienen componentes inmiscibles o fases distintas.

Según la energía utilizada

Destiladores de Vapor : Utilizan vapor para el calentamiento.

Destiladores de vacío : Operan a presión reducida para destilar a temperaturas más bajas.

Destiladores Solares : Utilizan la energía solar para calentar la mezcla.

Ejemplos de Equipos Específicos

Columna de Fraccionamiento : Utilizada principalmente en la industria petroquímica.

Alambique : Tradicionalmente utilizado en la destilación de bebidas alcohólicas.

Reboiler : Parte de un sistema de destilación que proporciona calor al fondo de la columna.

Aplicación de la destilación en la industria.

El objetivo principal de la destilación consiste en separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus diferentes volatilidades, o bien, separar materiales volátiles de otros no volátiles. 

La destilación se utiliza ampliamente en la obtención de bebidas alcohólicas, en el refinado del petróleo, en procesos de obtención de productos petroquímicos de todo tipo y en muchos otros campos de la industria

Destilación en la producción de petróleo y gas

En la industria del petróleo y gas, la destilación es un proceso crucial para separar los diferentes componentes de la mezcla cruda. Utilizando torres de destilación, se calienta la mezcla cruda y se separa en diferentes fracciones, como gasolina, diésel y queroseno. Esto permite obtener productos más puros y de mayor calidad.

Destilación en la producción de productos químicos

La destilación también se utiliza en la producción de productos químicos, como solventes y ácidos. Este proceso permite separar los componentes de una mezcla, eliminando impurezas y obteniendo productos más concentrados y puros. La destilación fraccionada es especialmente útil en este contexto, ya que permite separar componentes con diferentes puntos de ebullición.

Destilación en la producción de alimentos y bebidas

En la industria alimentaria, la destilación se utiliza principalmente en la producción de bebidas alcohólicas, como whisky, vodka y ron. Durante el proceso de destilación, se separan los diferentes componentes de la mezcla, obteniendo alcohol con mayor concentración. Además, este proceso también se utiliza para eliminar impurezas y sabores indeseables, mejorando la calidad del producto final.

Diapositivas:

Diapositivas (Destilación).

Video de Exposición. 

Exposición.

    CONCLUSIÓN

Podemos concluir que, la destilación juega un papel fundamental en la química y otras disciplinas científicas y técnicas al permitir la separación de componentes líquidos de una mezcla basada en sus puntos de ebullición. Este proceso se aprovecha de las variaciones en las temperaturas de ebullición para vaporizar, condensar y recoger de manera selectiva cada uno de los componentes.

El equipo de destilación es fundamental en química para separar componentes líquidos de una mezcla según sus propiedades físicas como el punto de ebullición. Su correcto funcionamiento y control son esenciales para obtener resultados precisos y seguros.

Cada tipo de destilador tiene sus propias ventajas y desventajas, y la selección del equipo adecuado depende de varios factores, incluyendo la naturaleza de la mezcla a destilar, los requerimientos de pureza del producto y las consideraciones económicas y operacionales.

    BIBLIOGRAFÍA

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García, A.; Smith, J. y Harriot, P. (1998). Operaciones unitarias en ingeniería química. Universidad McGraw-Hill. Cuarta edición. México

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