COLUMNA DE DESTILACIÓN INTRODUCCIÓN La destilación es una operación unitaria que consiste en separar dos o más componentes de una mezcla líquida, aprovechando las diferencias en sus presiones de vapor. La mezcla líquida desprenderá vapores más ricos en componentes volátiles. Cuando la mezcla a destilar contiene sólo dos componentes se habla de destilación binaria, y si contiene más, recibe el nombre de destilación multicomponente. La destilación puede llevarse a cabo de muchos modos, distinguiéndose distinguiéndose dos tipos básicos de operación: destilación sin reflujo o simple y destilación con reflujo, comúnmente llamada rectificación. (Fernández, 2014)
DEFINICIÓN La destilación se define como: Un proceso en e l cual una mezcla de vapor o líquida de dos o más sustancias es separado en sus componentes de pureza deseada, por la aplicación o remoción de calor La destilación está basada en el hecho de que el vapor de una mezcla hirviente es más r ico en componentes de bajo punto de ebullición En consecuencia, cuando el vapor es enfriado y condensado, el condensado contendrá los componentes más volátiles. Al mismo tiempo, la mezcla original contendrá en más cantidad los componentes menos volátiles. Las columnas de destilación son diseñadas para alcanzar esta separación de manera e ficiente. Aunque mucha gente tiene una idea aceptable de lo que significa “destilación”, hay aspectos importantes que merecen ser destacados: • La destilación es la técnica de separación más común. • Consume cantidades enormes de energía en requerimientos de calor y enfriamiento. • Constituyen más del 50% de los costos de operación de planta.
La mejor manera de r educir los costos de operación de las existentes unidades, es mejorar la eficiencia y operación mediante procesos de optimización y control. Para alcanzar esta mej ora, es esencial un conocimiento profundo de los principios de destilación y como están diseñados los sistemas de destilación. (Fernández, 2014)
Destilación simple Es la operación de hervir el líquido de un recipiente (la caldera) condensándose los vapores que constituirán el destilado, quedando en la caldera el residuo. Esta operación puede llevarse a cabo de forma continua, alimentando la caldera y extrayendo el residuo continuamente, o de forma discontinua con lo que las composiciones de vapor y líquido van cambiando con el tiempo.
Destilación súbita o flash Es una forma de destilación simple en la que se calienta el alimento a temperatura elevada pero manteniendo una presión elevada, de manera que no hierva el líquido. A continuación, se expansiona el líquido recalentado en una columna hasta una presión menor, con la que vaporizarán vaporizarán los componentes más volátiles. Abandonará la columna una fase vapor rica en volátiles y una fase líquida líquida rica en no volátiles. Ambas fases estarán en equilibrio en la condiciones de presión y temperatura de la columna.
Destilación con reflujo o rectificación Es uno de los tipos más importantes de destilación, el vapor que abandona la cabeza de la columna se condensa y una fracción del líquido condensado se devuelve a la columna -fracción que constituye el reflujo- el resto se retira como producto destilado. En el interior de la columna se pone en contacto el vapor ascendente con el líquido descendente. En un nivel dado de la columna, estas dos corrientes no están en equilibrio equilibrio entre sí, por lo que hay una transferencia de materia, pasan los componentes más volátiles del líquido al vapor y los componentes menos volátiles del vapor al líquido. líquido. Esta transferencia provoca que el vapor se enriquezca en los componentes más volátiles a medida que asciende por la columna.
Columnas de destilación Los distintos tipos de destilación se llevan a cabo en las c olumnas de destilación, que son recipientes cilíndricos verticales con una entrada de alimentación por un punto dado de la columna y con una salida por la parte superior o cabeza para extraer los vapores a condensar. Estos vapores pueden volver en parte a la columna, como reflujo, a través de otra entrada por la cabeza. Se dispone también de una salida inferior en la base de la columna o cola para retirar re siduos de la destilación. Para asegurar una adecuado contacto entre el vapor y el líquido se han diseñado varios dispositivos de laboratorio o industriales basados en dos criterios:
Columnas de contacto continuo entre vapor y líquido o columnas de relleno.
Columnas de contacto por etapas o columnas de platos.
Columnas de platos Los platos son superficies planas que dividen las columnas en una serie de etapas. Tienen por objeto retener una cierta cantidad de líquido en su superficie a t ravés de la cual se hace burbujear el vapor que asciende de la caldera consiguiéndose así un bien contacto entre el vapor y el líquido. El líquido del plato cae el plato inferior por un rebosadero situado en un extremo del plato. Según la forma del dispositivo que permite el paso del vapor a través del líquido, se distingue entre platos perforados (con simples agujeros), platos de campanas y platos de válvulas. En los platos normalmente no se llega a alcanzar el equilibrio entre el líquido y el vapor que abandona el plato, es decir, la eficacia del plato no es del 100. Un plato ideal o teórico es aquel en e l que se alcanza el equilibrio entre las corrientes que salen del plato. (Fernández, 2014)
PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN Las columnas de destilación constan de varios componentes, cada uno es usado ya se a para transferir energía calorífica o transferir materia. Una típica columna de destilación contiene los siguientes componentes (entre paréntesis va la terminología en inglés): • Un armazón vertical donde tiene lugar la separación de los componentes del líquido. • Componentes internos de la columna tales co mo platos (trays) y/o empaquetaduras (packings) que se usan
para promover la separación de componentes. • Un ebullidor (reboiler) que provee la vaporización necesaria para e l proceso de destilación. • Un condensador (condenser) que se usa para enfriar y condensar el vapor saliente de la parte superior de la columna. • Un tanque de reflujo (reflux drum) que maneja el vapor condensado que viene de la parte superior de la columna de manera que el líquido (reflujo) pueda ser recirculado a la columna. (UDEP)
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Fig. 4 Columna de destilación del Laboratorio “K” de la Facultad de Ingeniería Química de la
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
INSTRUMENTO 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 17, 18 y 22.
TI
Indicador de Temperatura. (Termopar)
Sirve para indicar la temperatura en e l plato.
Salida señal eléctrica.
INSTRUMENTO 10.
FI
Indicador de Flujo. (Rotámetro) Sirve para indicar el flujo de agua para el condensador. Línea de proceso.
Fig. 4.2 Indicador de flujo
(Rotámetro).
INSTRUMENTO 11, 13, 14 y 16.
HV
Válvula manual de globo. Sirve para controlar el flujo de fluido o gas que se relaciona con la variable de interés. Línea de proceso.
Fig. 4.3 Válvula Manual
(Válvula de globo).
INSTRUMENTO 15
TC
Panel digital de temperatura. Sirve para indicar la temperatura y regularla de la manta de calentamiento. Entrada y salida eléctrica.
Fig. 4.4 Válvula Manual
(Válvula de globo).
INSTRUMENTO 19
TI
Indicador digital. Sirve para conocer la temperatura del proceso en cuestión. Línea de proceso.
INSTRUMENTO 21
HV
Válvula manual de compuerta. Sirve para controlar el flujo de fluido o gas que se relaciona con la variable de interés. Línea de proceso.
Fig. 4.5 Válvula Manual
(Válvula de compuerta).
INSTRUMENTO 20
Panel de control
Panel de control. Dentro de este equipo se encuentran las señales de los indicadores. Señal eléctrica
Fig. 4.6 Panel de control.
Bibliografía Fernández, G. (26 de Noviembre de 2014). INGENIERÍA QUÍMICA. Obtenido de http://www.industriaquimica.net/destilacion.html UDEP. (s.f.). Biblioteca Udep. Obtenido de http://www.biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_188_184_136_1785.pdf
