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Operaciones Unitarias II: Destilación, Apuntes de Dirección de las Operaciones

Clase sobre el tema de la destilación química, su principio, métodos, tipos y diagramas de equilibrio. Explicación detallada de la separación de mezclas líquidas mediante destilación, incluyendo diagramas de presión de vapor y de equilibrio.

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 26/09/2021

rosalino-almeida
rosalino-almeida 🇲🇽

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CLASE 07-09-21
OPERACIONES UNITARIAS II.
Unidad I. Destilación.
1.1 Fundamentos. - La destilación es un método para separar los componentes de una solución;
depende de la distribución de las sustancias entre una fase gaseosa y una liquida, y se aplica a
los casos en que todos los componentes están presentes en las dos fases. Por otra parte, la
destilación se refiere a separar soluciones en que todos los componentes son apreciablemente
volátiles.
La destilación se puede llevar a cabo según dos métodos principales. El primer método se basa
en la producción de vapor mediante la ebullición de la mezcla liquida que se desea separar y la
condensación de los vapores sin permitir que el líquido retorne a la columna del equipo de
destilación. Por tanto, no hay reflujo.
El segundo método se basa en el retorno de una parte del condensado a la columna, en
condiciones tales que el líquido que retorna se pone en contacto íntimo con los, vapores que
ascienden hacia el condensador. Es posible realizar cualquiera de los dos métodos como un
proceso continuo o discontinuo (por etapas).
Tipos de destilación:
Destilación en columnas empacadas:
Las columnas empacadas con frecuencia se usan para la destilación cuando la separación es
relativamente fácil y se requiere de un diámetro de columna no muy grande. Por lo general,
son menos costosas que las columnas de platos y tienen menor caída de presión. La desventaja
principal es la dificultad de obtener una buena distribución del líquido, particularmente en
columnas de diámetro muy grande o columnas muy altas. La altura de la columna por lo general
se basa en el número de platos teóricos, y la altura de un plato teórico (HETP en ingles).
Destilación discontinua:
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CLASE 07- 09 - 21

OPERACIONES UNITARIAS II.

Unidad I. Destilación.

1.1 Fundamentos. - La destilación es un método para separar los componentes de una solución;

depende de la distribución de las sustancias entre una fase gaseosa y una liquida, y se aplica a

los casos en que todos los componentes están presentes en las dos fases. Por otra parte, la

destilación se refiere a separar soluciones en que todos los componentes son apreciablemente

volátiles.

La destilación se puede llevar a cabo según dos métodos principales. El primer método se basa

en la producción de vapor mediante la ebullición de la mezcla liquida que se desea separar y la

condensación de los vapores sin permitir que el líquido retorne a la columna del equipo de

destilación. Por tanto, no hay reflujo.

El segundo método se basa en el retorno de una parte del condensado a la columna, en

condiciones tales que el líquido que retorna se pone en contacto íntimo con los, vapores que

ascienden hacia el condensador. Es posible realizar cualquiera de los dos métodos como un

proceso continuo o discontinuo (por etapas).

Tipos de destilación:

Destilación en columnas empacadas:

Las columnas empacadas con frecuencia se usan para la destilación cuando la separación es

relativamente fácil y se requiere de un diámetro de columna no muy grande. Por lo general,

son menos costosas que las columnas de platos y tienen menor caída de presión. La desventaja

principal es la dificultad de obtener una buena distribución del líquido, particularmente en

columnas de diámetro muy grande o columnas muy altas. La altura de la columna por lo general

se basa en el número de platos teóricos, y la altura de un plato teórico (HETP en ingles).

Destilación discontinua:

En algunas plantas pequeñas, los productos volátiles se recuperan a partir de una solución

liquida por destilación discontinua. La mezcla se carga en un destilador o hervidor y se le

suministra calor por medio de un serpentín o a través de la pared del recipiente hasta que el

líquido alcanza la temperatura de ebullición y se vaporiza entonces una parte de la carga. El

método más sencillo de operación, los vapores pasan directamente desde un destilador hasta el

condensador, tal como se ve en la figura. El vapor que en un determinado momento sale del

destilador está en equilibrio con el líquido existente en el mismo, pero como el vapor es más

rico en el componente más volátil, las composiciones del líquido y el vapor no son constantes.

Destilación flash:

La destilación instantánea o flash consiste en la vaporización de una fracción definida del

líquido, en una manera tal que el vapor que se forma está en equilibrio con el líquido residual.

Separando el vapor del líquido y condensando el vapor. La figura 2 muestra los elementos que

conforman una planta de destilación instantánea. La alimentación se hace circular por medio

de una bomba a, a través del calentador b, y se reduce la presión en la válvula c,. una mezcla

intima de vapor y liquido entra en el separador d, en el que permanece el tiempo suficiente par

permitir que se separen las corrientes de vapor y líquido. Debido al gran contacto existente

entre el líquido y el vapor antes de su separación, las corrientes que se separan están en

equilibrio.

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO.

Diagramas de presión de vapor.- en estos diagramas se representan las composiciones

de las mezclas frente a la presión parcial de vapor de cada componte, a una

temperatura determinada. Se representa también en dichos diagramas la presión total

como de las presiones parciales ejercidas por ambos componentes.

Diagrama de equilibrio. - en estos diagramas se representan las composiciones del

líquido frente a las de vapor en equilibrio, a presión total constante.

Ley de dalton : la suma de las presiones parciales es igual a la presión total.

Ejemplo. Elaborar el diagrama de equilibrio a temperatura constante , de la siguiente mezcla etanol - propanol la temperatura va a ser de 5 8 0 C. Los valores para el etanol su intervalo de temperatura es de - 2 a 100 0 C. y sus constantes son a = 8.32109 b = 1718.10 c = 237. Los valores para el propanol su intervalo de temperatura es de - 2 a 120 0 C. y sus constantes son a = 7.84767 b = 1499.21 c = 204. Primero encontrar la presión de vapor de las dos sustancias utilizando las constantes.

log 8. 32109

p = − Pa* =321.57 mmHg etanol es mas volátil tiene mayor presión de vapor.

log 7. 84767

p = − Pb* = 137.85 mmHg para el propanol (presión de vapor)

Xa Xb Pa Pb Pt Ya= Pa/Pt 0 1 0 137.85 137.85 0 0.1 0.9 32.15 124.06 156.21 0. 0.2 0.8 64.3 1 110.28 174.5 9 0. 0.3 0.7 96.4 7 96.49 192.9 6 0. 0.4 0.6 128.6 2 82.71 211.3 3 0.

Ya = fracción de vapor, Xa = fracción del liquido. PT = Pa + Pb (la suma de la presiones parciales es igual al presión total. Pa = Xa. (Pa) la presión parcial es igual a la multiplicación de la fracción mol del liquido por la presión de vapor de A. Pa = Xa (Pa) = (0) (321.57) = 0 Pb = Xb (Pb) = (1) (137.85) = 137. Pa = Xa (Pa) = (0.1) (321.57) = 32.15 Pb = Xb (Pb) = (0.9) (137.85) = 124. Pa = Xa (Pa) = (0.2) (321.57) = 64.31 Pb = Xb (Pb) = (0.8) (137.85) = 110. Pa = Xa (Pa) = (0.3) (321.57) = 96.47 Pb = Xb (Pb) = (0.7) (137.85) = 96. Pa = Xa (Pa) = (0.4) (321.57) = 128.62 Pb = Xb (Pb) = (0.6) (137.85) = 82. Pa = Xa (Pa) = (0.5) (321.57) = 160.78 Pb = Xb (Pb) = (0.5) (137.85) = 68. Pa = Xa (Pa) = (0.6) (321.57) = 192.94 Pb = Xb (Pb) = (0.4) (137.85) = 55. Pa = Xa (Pa) = (0.7) (321.57) = 225.09 Pb = Xb (Pb*) = (0.3) (137.85) = 41.

Pa = Xa (Pa) = (0.8) (321.57) = 257.25 Pb = Xb (Pb) = (0.2) (137.85) = 27. Pa = Xa (Pa) = (0.9) (321.57) = 289.41 Pb = Xb (Pb) = (0.1) (137.85) = 13. Pa = Xa (Pa) = (1.0) (321.57) = 321.57 Pb = Xb (Pb) = ( 0 ) (137.85) = 0

diagrama de equilibrio a temperatura constante

(etanol-propanol)

0 50 100 150 200 250 300 350 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1. fraccion molar presion total en mmhg. liquido vapor