DESTILACIÓN BINARIA

DESTILACIÓN BINARIA La destilación de mezclas binarias es una de las operaciones básicas más importante en la industria u!mica" En esencia la destilación binaria consiste en la #ormación de dos #ase $liuido% &apor' mantenidas en contacto lo su#iciente para ue se di#undan los componentes de #orma ue al separarlas se consi(an dos #racciones de distintas composición" )uede ser ue * Embulla el liuido + se condense a parte $destilación #las,' * Retorne parte del condensado al destilador $re#lu-o' de #orma ue el l!uido l !uido descendente contacta !ntimamente con el &apor ue asciende al condensador $recti#icación'" As!. As!. el &apor es más rico en el componente más &olátil de la mezcla" En la recti#icación. el contacto puede ser cont!nuo $columnas de relleno' o discont!nuo $columnas de platos'" En ambos. el mo&imiento relati&o entre #ases puede ser en paralelo. contracorriente o cruzado" En el dise/o de destiladores distin(uimos dos tipos de parámetros0 •

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Los ue dependen de ma(nitudes intensivas del sistema $n1 de platos. altura. etc' Los ue dependen de ma(nitudes extensivas del sistema $#lu-os. diámetro. potencias. etc'

El primer tipo se resuel&e cuantitati&amente mediante las l!neas de euilibrio + operación $ecuaciones del euilibrio #!sicou!mico + ecuaciones del balance de una unidad'" El se(undo se suele determinar por procedimientos emp!ricos o semiemp!ricos + balances de ener(!a" Equilibrios líquido-vapor 

2ezcla binaria $A%B3 A0 4 &oltátil'" Consideraciones0 % 2ezcla l!uida ,omo(5enea para todo C. no necesariamente ideales" % Sin complicación de p"e". má6imos o m!nimos" % A el más &olátil. lue(o

"

% 2ezcla binaria $A%B3 A0 4 &oltátil'" 0 #racc" mol de A en el líquido 0 #racc" mol de A en el vapor  % En destilación binaria 7C898:;0 < 8 C = 9 4 : 8 : ("l  9i-ando la presión. sólo la temperatura o la concentración podrán &ariar" &ariar" ⇒

El ob-eti&o de la destilación es alcanzar un destilado rico en el componente li(ero + un residuo rico en el componente pesado" La separación reuiere > ?na se(unda #ase debe ser #ormada tal ue las #ases de l!uido + &apor están presentes + puedan estar en contacto en cada etapa dentro de la columna" > Los componentes ten(an di#erente &olatilidad de manera ue se repartan entre las dos #ases de manera di#erente > Las dos #ases puedan separarse por (ra&edad u otro mecanismo" La destilación e6tracti&a es una t@cnica utilizada para separar mezclas binarias azeotrópicas. en la ue se adiciona un a(ente de separación o sol&ente. cu+a caracter!stica principal es ue no presenta la #ormación de azeótropos con nin(uno de los componentes de la mezcla a separar" El sol&ente altera de manera con&eniente las &olatilidades relati&as de los componentes de la mezcla. por tal razón debe tener ba-a &olatilidad para ase(urar su permanencia en la #ase l!uida. además. para (arantizar el contacto con la mezcla a lo lar(o de toda la columna debe tener un punto de ebullición superior al de los componentes a separar + se debe adicionar en una de las etapas cercanas al condensador. por encima de la etapa de mezcla azeotrópica" CL?2NA DE DESTILACIÓN BINARIA El ob-eti&o del dise/o de las columnas de destilación consiste no sólo en conse(uir un producto con la calidad reuerida a un costo m!nimo. sino ue tambi@n se debe proporcionar un producto con un (rado de pureza constante. aunue se produzca al(una &ariación en la composición de la mezcla de partida $alimentación'. ,ec,o bastante #recuente en las industrias" Los euipos de destilación están #ormados esencialmente por una o &arias etapas donde se e#ectan simultáneamente estas dos operaciones de &aporización + condensación parciales. e6istiendo tres m@todos de lle&arse a cabo0 destilación di#erencial. destilación sbita + recti#icación" En (eneral una columna de destilación binaria consiste de0 > ?na columna de N etapas teóricas > ?n condensador total para producir un reu-o > ?n reboiler parcial para producir &apor  > ?na etapa para la alimentación"

Esta con(uración permita conse(uir una separación e6cepto en los casos donde una azeotropo e6iste. donde uno de los producto este cerca de la concentración del azeotropo" 9ACTRES ?E IN9L?FEN EN EL DISEG F ANHLISIS DE LA DESTILACIÓN BINARIA > Composición. u-o. temperatura. #ase + presión de la alimentación > rado de separación deseado entre los componentes > )resión de operación. debe ser menor a la presión cr!tica de la mezcla > Ca!da de presión en la columna particularmente en las operaciones al &ac!o > 2!nimo reu-o + reu-o actual > 2!nimo numero de etapas de euilibrio + numero actual > Tipo de condensador $ parcial o total' > Tipo de reboiler  > Tipo de contacto $ platos o empaues' > Diámetro + altura de la columna > Etapa de alimentación Si los componentes se descomponen a la temperatura del reboiler es necesario utilizar destilación al Jac!o 2ETD DE DESTILACIN * 2@todo De 2ccabe = T,iele0 El en#oue (rá#ico presentado por 2cCabe + T,iele en K:M. conocido como el m@todo de 2cCabe%T,iele. se considera el más simple + uizás el más ilustrati&o para el análisis de la destilación #raccionada binaria" Este m@todo usa el ,ec,o de ue la composición de cada plato teórico $o etapa de euilibrio' está totalmente determinada por la #racción molar de uno de los dos componentes del destilado" El m@todo de 2cCabe%T,iele se basa en el supuesto de desbordamiento de molar constante ue e6i(e ue0 * Los calores molares de &aporización de los componentes de la alimentación son i(uales" * As! para cada mol de l!uido &aporizado se condensa un mol de &apor" * Los e#ectos del calor. tales como calores de disolución + la trans#erencia de calor ,acia + desde la columna de destilación se consideran despreciables" * 2@todo de Sorel0 El m@todo de Sorel consiste en un m@todo anal!tico donde se &a calculando plato a plato resol&iendo cada uno de los balances de materia + ener(!a para obtener los caudales de l!uido + &apor. la temperatura de plato + las composiciones"

* 2@todo de Leis0 La estructura de Leis. tambi@n llamada dia(rama de punto. modelo de Leis o representación de Leis. es una representación (rá#ica ue muestra los enlaces entre los átomos de una mol@cula + los pares de electrones solitarios ue puedan e6istir" Esto es posible cuando los calores de &aporización de los componentes de alimentación son apro6imadamente i(uales" Ejerccio

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componentes ori(inales. ,aciendo posible la separación" El sol&ente adicionado es de ba-a &olatilidad + no se e&apora apreciablemente en el #raccionador" Tal proceso se basa en la di#erencia en las des&iaciones de la idealidad entre el sol&ente + los componentes de la mezcla binaria a separar" DESTILACIÓN TERNARIA Se entiende por mezcla ternaria. a una mezcla con#ormada por tres sustancias di#erentes" ?n sistema ternario puede #ácilmente representarse mediante un dia(rama trian(ular $#i(ura ad-unta'" Cada &@rtice representa el K del componente representado en dic,o &@rtice" Los lados del trián(ulo representan mezclas binarias de los componentes situados en los &@rtices e6tremos" ?n punto situado en el interior del trián(ulo representa a una mezcla ternaria" La separación se puede ,acer utilizando las clásicas secuencias de destilación con&encionales. es decir. la secuencia directa en la cual los componentes se separan uno por uno en los destilados. o en la secuencia indirecta en la cual los componentes se separan uno por uno en los #ondos" TRRE DE DESTILACIÓN TERNARIA En una torre de destilación ternaria se alimenta en la columna cerca de su parte central con un determinado #lu-o + una concentración de#inida" El plato en el ue se introduce la alimentación recibe el nombre de plato de alimentación" Todos los platos por encima de este. constitu+en la sección de recti#icación. mientras ue todos los platos por deba-o de la alimentación. constitu+e la sección de a(otamiento" La alimentación desciende por la sección de a(otamiento ,asta el #ondo de la columna. donde se mantiene un ni&el de liuido de#inido el liuido #lu+e por (ra&edad ,asta el calderin. ue (enera &apor  + lo de&uel&e al #ondo de la columna. comenzando as! el ascenso por la columna de dic,o &apor" Del calderin se e6trae el producto de cola" Los &apores ue lle(an a la parte superior de la columna se condensan totalmente en un condensador" )arte de este condensado se de&uel&e al plato superior de la torre + parte se e6trae como producto" Esta corriente de l!uido recibe el nombre de re#lu-o" El liuido ue desciende es el ue interacciona con el &apor ascendente" Si no se #orman azeotropos. los productos de cabeza + cola pueden obtenerse con una pureza ele&ada si ,a+ su#icientes platos + utilizando un re#lu-o adecuado"

,ttp0,tml"rincondel&a(o"comdestilacion%de%una%mezcla%binaria%liuida",tml ,ttp0ebdelpro#esor"ula"&ein(enieriamoiraclasesclaseUa ,ttp0es"iVipedia"or(iViDestilaciCUBUn ?n azeótropo $o mezcla azeotrópica' es una mezcla l!uida de dos o

más componentes ue posee un nico punto de ebullición constante + #i-o. + ue al pasar al estado &apor $(aseoso' se comporta como un compuesto puro. o sea como si #uese un solo componente" ?n azeótropo. puede ,er&ir a una temperatura superior. intermedia o in#erior a la de los constitu+entes de la mezcla. permaneciendo el l!uido con la misma composición inicial. al i(ual ue el &apor. por lo ue no es posible separarlos por destilaciónsimple o por e6tracción l!uido%&apor utilizando l!uidos iónicos como el cloruro de K%butil%U%metilimidazolio" La destilación e6tracti&a es uno de los m@todos más estudiados para la separación de mezclas azeotrópicas. se basa en la adición de un a(ente de separación ue modi#ica la &olatilidad de los componentes e&itando la #ormación del azeótropo" En la columna de separación. los puntos de alimentación de la mezcla + el sol&ente. determinan unas zonas con #unciones di#erentes.