Operaciones Unitarias Rigoberto Sols Martnez DESTILACIN Qu es la destilacin? Es un proceso que consiste en calentar un lquido hasta que sus componentes ms voltiles pasan a la fase de vapor y, a continuacin, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma lquida por medio de la condensacin. El objetivo principal de la destilacin es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales voltiles de los no voltiles. La finalidad principal de la destilacin es obtener el componente ms voltil en forma pura. La destilacin es una operacin utilizada con frecuencia para la purificacin y aislamiento de lquidos orgnicos. sta aprovecha las volatilidades y puntos de ebullicin de los componentes lquidos a separar. Tipos de destilacin: Destilacin simple: Se llama destilacin simple o destilacin sencilla a un tipo de destilacin donde los vapores producidos son inmediatamente canalizados hacia un condensador, el cual los refresca y condensa de modo que el destilado no resulta puro. Su composicin ser idntica a la composicin de los vapores a la presin y temperatura dados y pueden ser computados por la ley de Raoult. La destilacin sencilla se usa para separar aquellos lquidos cuyos puntos de ebullicin difieren extraordinariamente (en ms de 30 C aproximadamente) o para separar lquidos de slidos no voltiles. Para stos casos, las presiones de los componentes del vapor normalmente son suficientemente diferentes de modo que la ley de Raoult puede descartarse debido a la insignificante contribucin del componente menos voltil. En este caso, el destilado puede ser suficientemente puro para el propsito buscado. El aparato utilizado para la destilacin en el laboratorio es el alambique. Consta de un recipiente donde se almacena la mezcla a la que se le aplica calor, un condensador donde se enfran los vapores generados, llevndolos de nuevo al estado lquido y un recipiente donde se almacena el lquido concentrado. En la industria qumica se utiliza la destilacin para la separacin de mezclas simples o complejas. Una forma de clasificar la destilacin puede ser la de que sea discontinua o continua.
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Imagen sobre la destilacin simple Usos de la destilacin Simple: Se usa para separar lquidos con puntos de ebullicin inferiores a 150C de impurezas no voltiles, o bien para separar mezclas de dos componentes que hiervan con una diferencia de puntos de ebullicin de al menos 60-80C. Mezclas de sustancias cuyos puntos de ebullicin difieren de 30-60C se pueden separar por destilaciones sencillas repetidas, recogiendo durante la primera destilacin fracciones enriquecidas en uno de los componentes, las cuales se vuelven a destilar. Para que la ebullicin sea homognea y no se produzcan proyecciones se introduce en el matraz un trozo de plato poroso (o agitacin magntica). El lquido que se quiere destilar se pone en el matraz (que no debe llenarse mucho ms de la mitad de su capacidad) y se calienta con la placa calefactora. Cuando se alcanza la temperatura de ebullicin del lquido comienza la produccin apreciable de vapor, condensndose parte del mismo en el termmetro y en las paredes del matraz. La mayor parte del vapor pasa al refrigerante donde se condensa debido a la corriente de agua fra que asciende por la camisa de este. El destilado (vapor condensado) escurre al matraz colector a travs de la alargadera. La existencia de una capa de slido en el fondo del matraz de destilacin puede ser causa de violentos saltos durante la destilacin, especialmente si se utiliza una calefaccin local fuerte en el fondo del matraz. La calefaccin de un matraz que lleva cierta cantidad de slido depositado en el fondo se debe realizar siempre mediante un bao lquido. Ventajas y desventajas: Es la ms simple, fcil y econmica; pero no todos los compuestos pueden destilarse con este tipo de destilado.
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Destilacin Fraccionada: La destilacin fraccionada es un proceso fsico utilizado en qumica para separar mezclas (generalmente homogneas) de lquidos mediante el calor, y con un amplio intercambio calrico y msico entre vapores y lquidos. Se emplea cuando es necesario separar compuestos de sustancias con puntos de ebullicin distintos pero cercanos. Algunos de los ejemplos ms comunes son el petrleo, y la produccin de etanol. 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). Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los lquidos (que reciben). Ese intercambio 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. La mezcla se pone en el aparato de destilacin, que suele consistir en un matraz (u otro recipiente en general esfrico), en cuya parte inferior hay unas piedrecillas que impiden que el lquido hierva demasiado rpido. En la boca del recipiente, en la parte superior, hay una columna de fraccionamiento, consistente en un tubo grueso, con unas placas de vidrio en posicin horizontal. Mientras la mezcla hierve, el vapor producido asciende por la columna, se va condensando en las sucesivas placas de vidrio y vuelve a caer hacia el lquido, produciendo un reflujo destilado. La columna se calienta desde abajo y, por tanto, la placa de vidrio ms caliente est en la parte inferior, y la ms fra en la superior. En condiciones estables, el vapor y el lquido de cada placa de vidrio estn en equilibrio y, solamente los vapores ms voltiles llegan a la parte superior en estado gaseoso. Este vapor pasa al condensador, que lo enfra y lo dirige hacia otro recipiente, donde se lica de nuevo. Se consigue un destilado ms puro cunto ms placas de vidrio haya en la columna. La parte condensada en la placa ms cercana al azetropo contiene gradualmente menos etanol y ms agua, hasta que todo el etanol queda separado de la mezcla inicial. Este punto se puede reconocer mediante el termmetro ya que la temperatura se elevar bruscamente. Ventajas y desventajas: La principal ventaja es que se pueden separar mezclas con componentes de puntos de ebullicin muy similares; una de las principales desventajas es su alto costo.
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Destilacin Fraccionada en el laboratorio
Columnas de destilacin
Destilacin Fraccionada del Petrleo
Operaciones Unitarias Rigoberto Sols Martnez Destilacin al vaco En general la 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. sta depende de parmetros como el equilibrio liquido-vapor, temperatura, presin, composicin, energa (todos relacionados con las presiones de vapor de las sustancias). Debido a que muchas sustancias, que se desean separar por destilacin, no pueden calentarse ni siquiera a temperaturas prximas a sus puntos normales de ebullicin (a una atmsfera de presin), por que se descompondran qumicamente, o bien, otras sustancias con puntos de ebullicin muy elevados demandaran gran cantidad de energa para su destilacin a la presin ordinaria, se emplea el mtodo de destilacin al vaco o a presin reducida. El cual consiste en reducir la presin de operacin para obtener la ebullicin a temperaturas bajas, ya que un lquido empieza a hervir cuando su presin de vapor iguala la presin de operacin. Se deben utilizar torres empacadas para destilaciones a presiones absolutas del orden de 7 a 35 KN/m2, se pueden disear platos de capucha y perforados con cadas de presin cercanas a 350 KN/m2, torres de aspersin para cadas de presin de 0.015 psi, y columnas de aspersin agitadas mecnicamente y las de paredes mojadas para cadas de presin an mas pequeas.
Plantas de destilacin al vaco. La destilacin al vaco se utiliza en productos naturales, como en la separacin de vitaminas a partir de aceites animales y de pescado, lo mismo que en la separacin de muchos productos sintticos industriales (como plastificantes). Un ejemplo usual sera la destilacin al vaco como operacin complementaria en la destilacin del crudo (petrleo), una vez destilado a presin ordinaria, como se muestra en la figura siguiente.
Operaciones Unitarias Rigoberto Sols Martnez Ventajas y desventajas: La principal ventaja de esta destilacin es que no se ocupar de elevadas temperaturas, por lo que se evitar la descomposicin de ciertas sustancias y el gasto de gran cantidad de energa.
Fig. 2: Componentes generales de una torre al vaco. DESTILACIN AZEOTRPICA Mezcla azeotrpica es aqulla mezcla lquida de dos o ms componentes que poseen una temperatura de ebullicin constante y fija, esta mezcla azeotrpica se forma debido a que al pasar al estado vapor se comporta como un lquido puro, es decir como si fuese un solo
Operaciones Unitarias Rigoberto Sols Martnez componente, esto se verifica en el hecho que el vapor producido por la evaporacin parcial del lquido tiene la misma composicin que el lquido. El azetropo que hierve a una temperatura mxima se llama azetropo positivo y el que lo hace a una temperatura mnima se llama azetropo negativo. La mayora de azetropos son del tipo negativo. Un azetropo, puede hervir a una temperatura superior, intermedia o inferior a la de los constituyentes de la mezcla, permaneciendo el lquido con la misma composicin inicial, al igual que el vapor, por lo que no es posible separarlos por destilacin simple, por lo que es necesario aadir otro componente para romper la mezcla azeotrpica. Si las temperaturas son muy altas, se puede utilizar la destilacin al vaco, lo que disminuye los puntos de ebullicin de las sustancias, as como la proporcin de las mezclas. La composicin de la mezcla azeotrpica cambia si cambia la presin exterior, pudiendo incluso a desaparecer dicha mezcla. Esto ocurre porque la temperatura de ebullicin depende de la presin exterior. En los grandes complejos petroqumicos, la destilacin azeotrpica es utilizada desde decenios, siendo todava el procedimiento ms actual en el tratamiento de disolventes termolbiles no miscibles con agua e impurificados con contaminantes lquidos. Ventajas y desventajas: La ventaja es que con sta se pueden separar compuestos azeotrpicas, la desventaja es que es complicada y se necesita equipo especial.
Operaciones Unitarias Rigoberto Sols Martnez Destilacin destructiva: Cuando se calienta una sustancia a una temperatura elevada, descomponindose en varios productos valiosos, y esos productos se separan por fraccionamiento en la misma operacin, el proceso se llama destilacin destructiva. Las aplicaciones ms importantes de este proceso son la destilacin destructiva del carbn para el coque, el alquitrn, el gas y el amonaco, y la destilacin destructiva de la madera para el carbn de lea, el cido etanoico, la propanona y el metanol. Este ltimo proceso ha sido ampliamente desplazado por procedimientos sintticos para fabricar distintos subproductos. El craqueo del petrleo es similar a la destilacin destructiva.
La destilacin destructiva o seca se utiliza para convertir materiales en bruto, por ejemplo, derivados de la madera, en productos qumicos tiles. Los procesos tpicos de destilacin, como la desalinizacin, slo llevan a cabo la separacin fsica de los componentes. En cambio, la destilacin destructiva es una transformacin qumica; los productos finales (metanol, carbn de lea) no pueden ser reconvertidos en madera. Ventajas y desventajas: Una desventaja sera que el producto original ya no se recupera.
Destilacin Extractiva:La destilacin extractiva es una tcnica utilizada para separar mezclas binarias azeotrpicas, en la que se adiciona un agente de separacin o solvente, cuya caracterstica principal es que no presenta la formacin de azetropos con ninguno de los componentes de la mezcla a separar. El solvente altera de manera conveniente las volatilidades relativas de los componentes de
Operaciones Unitarias Rigoberto Sols Martnez la mezcla, por tal razn debe tener baja volatilidad para asegurar su permanencia en la fase lquida, adems, para garantizar el contacto con la mezcla a lo largo de toda la columna debe tener un punto de ebullicin superior al de los componentes a separar y se debe adicionar en una de las etapas cercanas al condensador, por encima de la etapa de mezcla azeotrpica. La configuracin tpica para un proceso de destilacin extractiva es mostrado en la Fig. 5.13, en la cual se separan metil ciclohexano y tolueno. Estos dos componentes no forman un azetropo, pero su volatilidad relativa es menos que 1,01 a bajas composiciones de tolueno. La volatilidad relativa de metil ciclohexano a tolueno es aumentada por la adicin de un solvente. Esto permite la separacin de estos dos componentes en menores etapas que las requeridas en destilacin simple El solvente elegido es menos voltil que cualquiera de los dos componentes y, en razn a mantener una alta concentracin de solvente a lo largo de toda la columna, debe introducirse a la columna de destilacin extractiva por encima del plato de alimentacin.
Fig. 5.13 Diagrama de flujo simplificado para proceso de destilacin extractiva para separar tolueno y metil ciclohexano
Destilacin por Arrastre de Vapor:Es una tcnica aplicada en la separacin de sustancias poco solubles en agua. La destilacin por arrastre de vapor se emplea para separar una sustancia de una mezcla que
Operaciones Unitarias Rigoberto Sols Martnez posee un punto de ebullicin muy alto y que se descomponen al destilar. De otra manera, la destilacin por arrastre de vapor de agua se lleva a cabo la vaporizacin selectiva del componente voltil de una mezcla formada por ste y otros "no voltiles". Lo anterior se logra por medio de la inyeccin de vapor de agua directamente en el seno de la mezcla, denominndose este "vapor de arrastre", pero en realidad su funcin no es la de "arrastrar" el componente voltil, sino condensarse en el matraz formando otra fase inmiscible que ceder su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporacin. En este caso se tendrn la presencia de dos fases insolubles a lo largo de la destilacin (orgnica y acuosa), por lo tanto, cada lquido se comportar como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos ejercer su propia presin de vapor y corresponder a la de un lquido puro a una temperatura de referencia. Tambin se emplea para purificar sustancias contaminadas por grandes cantidades de impurezas resinosas y para separar disolventes de alto punto de ebullicin de slidos que no se arrastran.
En 1918 Hausbrand public un diagrama de presin de vapor til para la destilacin por arrastre. Se grafic Ptotal - PH2O contra temperatura a tres presiones totales: 760, 300 y 70 mmHg (curvas descendentes) a las cuales se les conoce como curvas de agua. A su vez grafic la presin parcial (P) contra temperatura para diversos materiales a destilar (curvas ascendentes). La interseccin de la curva de agua con la del material a destilar nos proporciona la temperatura a la cual se dar la destilacin por arrastre. La condicin ms importante para que este tipo de destilacin pueda ser aplicado es que tanto el componente voltil como la impureza sean insolubles en agua ya que el producto destilado (voltil) formar dos capas al condensarse, lo cual permitir la separacin del producto y del agua fcilmente.
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Factores que afectan o contribuyen a los resultados: El equilibrio entre el vapor y el lquido de un compuesto est representadopor la relacin de moles de vapor y lquido a una temperatura determinada, tambin puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones de vapor.
La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de lacantidad de energa proporcionada al sistema, tambin influye en la composicin del vapor y el lquido ya que esta depende de las presiones del vapor.
La presin tiene directa influencia en los puntos de ebullicin de los lquidosorgnicos y por tanto en la destilacin.
La composicin es una consecuencia de la variacin de las presiones de vapor, dela temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.
Puntos de ebullicin, son aquellos puntos o temperaturas de compuestos puros alas que sus presiones de vapor igualan a la presin atmosfrica, producindose el fenmeno llamado ebullicin.
Preguntas:1. Qu es la destilacin? Es un proceso de separacin de mezclas que consiste en la evaporacin de la mezcla a separar, en la cual su componente ms voltil se volatilizar y se har pasar a travs de un canal de condensacin que convertir al componente
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vaporizado de la mezcla en lquido y ste caer puro en un recipiente. El componente menos voltil quedar en el recipiente contenedor inicial. 2. Cul es el campo de aplicacin de la destilacin en general? La destilacin es usada generalmente en la petroqumica para la separacin de los diferentes compuestos del petrleo; en la elaboracin de vinos y licores, al destilar el fermentado de las diferentes frutas para obtener el alcohol; en la fabricacin de perfumes, en la obtencin de los aceites esenciales de las plantas; y en la purificacin de sustancias. 3. A nivel industrial, Cules son los principales componentes de un equipo de destilacin? El alambique, que es el recipiente contenedor de la mezcla a destilar; el condensador, que enfra los vapores y los convierte en lquido; y el recipiente receptor, en el que se recibirn los destilados. 4. Cules son los diferentes tipos de destilacin? La destilacin simple, destilacin fraccionada, destilacin por arrastre de vapor, destilacin azeotrpica, destilacin al vaco, destilacin destructiva y extractiva. 5. Cules son las ventajas de la destilacin al vaco contra la destilacin simple? La destilacin al vaco, al bajar la presin del sistema de destilacin, hace que los componentes se volatilicen ms fcilmente y con menor temperatura; siendo esto una ventaja, pues los compuestos que se descomponen fcilmente con la temperatura no lo harn y adicionalmente se necesitar menos energa para alcanzar la temperatura de ebullicin. 6. En qu consiste la destilacin fraccionada? Es una destilacin normal, pero al contrario que las otras consta de una columna de destilacin, la cual a su vez consta de platillos a travs de los cuales ir pasando el componente ms voltil y se ir condensando en cada platillo para derivar los distintos subproductos de un compuesto. 7. Por medio de la destilacin fraccionada, Cuntos compuestos pueden obtenerse del petrleo crudo y en qu parte de la columna de destilacin?
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Alquitranes y asfaltos en la parte ms baja de la columna, seguidos por vaselinas, aceites pesados, aceites ligeros, queroseno, gasolina y gas. 8. Cules son los principales factores que influyen en la destilacin? La temperatura y presin, tanto del sistema como del ambiente. Y la composicin de las sustancias a destilar. 9. Cul es la relacin entre la temperatura y la presin de un sistema de destilacin con respecto a la sustancia a destilar? Mientras menos presin exista menor ser la cantidad de temperatura que se necesite para llegar al punto de ebullicin de la mezcla. 10. En los vinos y licores, para qu se emplea la destilacin y cmo se llaman los aparatos en los que se destila? Se emplean para destilar el alcohol de un fermentado alcohlico a partir de una fruta o producto vegetal; y en destilaciones sucesivas el alcohol se va haciendo ms puro hasta llegar a una pureza de aproximadamente no ms de 55%. El aparato usado para destilar se le conoce como alambique y generalmente es de cobre o hierro.
Bibliografa: http://operaciones-unitarias-1.wikispaces.com/Tipos+de+Destilacion http://quimicalibre.com/destilacion/ http://www.alambiques.com/tecnicas_destilacion.htm http://www.google.com.mx/search?hl=es&q=destilacion+por+arrastre+de +vapor&gs_sm=c&gs_upl=3991l4557l0l8210l4l2l0l1l1l0l226l396l0.1.1l3l0&b av=on.2,or.r_gc.r_pw.,cf.osb&biw=1093&bih=500&wrapid=tlif1318246688 30510&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi
