DESTILACIÓN Y RECTIFICACIÓN

DESTILACIÓN Y RECTIFICACIÓN

PINCIPIOS DE LA INGENIERÁ QUÍMICA 27/03/2025

Jaime Menéndez Díaz Thalía Herrero Guerrero Gala Domínguez Fernández

TEMA 7, PARTE 1, GRUPO 4

ÍNDICE

1. Introducción

2.1.1.B Destilación con reflujo y rectificación.

2. Clasificación de las operaciones unitarias controladas por la transferencia de materia

2.1.1.C Otros tipos de destilaciones:-Destilación extractiva. -Destilación azeotrópica -Destilación por arrastre de vapor

2.1 Operaciones de separación con interfase gas-líquido

2.1.1.D Dispositivos utilizados en la rectificación.-Columna de platos. -Columna de rellenos.

2.1.1 Destilación

2.1.1.A Destilación Simple- Cerrada o de equilibrio y súbita o «flash» - Abierta o diferencial

1. INTRODUCCIÓN

1.1 El fenómeno de difusión

1.2 Contacto por etapas

1.3 Contacto continuo

1. Introducción

1.1 Fenómeno de difusión

Concepto de difusión

Proceso de difusión

03

01

La difusión en los distintos estados de la materia

Separación de componentes

02

04

+INFO

Proceso de difusión

La difusión es el movimiento de un componente dentro de una mezcla debido a un gradiente de concentración. La transferencia entre fases ocurre cuando dos fases con diferente concentración de un componente entran en contacto. Continúa hasta alcanzar el equilibrio y una vez en equilibrio, la transferencia neta cesa.

La difusión en los distintos estados de la materia

Estado líquido

Estado gaseoso

Estado sólido

Requisito 1

Requisito 2

Se debe evitar el equilibrio En el equilibrio la transferencia de materia cesa Lejos del equilibrio, esta aumenta

Debe existir un contacto íntimo entre las dos fases, de manera que se posibilite la separación de uno de los componentes de una fase mediante la acción de la otra.

Separación de componentes

En el caso de que se quiera separar un determinado componente, como en la mayoría de operaciones, se deben cumplir dos requisitos, que nos llevarán a los distintos modos de contacto entre fases

1.2 Contacto por etapas

Factores de separación

Contacto por etapas

Etapa Ideal

Etapa de contacto

Eficacia de etapa

1.2 Contacto Continuo

Cada una de las fases fluye sobre la otra sin interrupción y ambas están permanentemente en contacto

2. Clasificación de las operaciones unitarias controladas por la transferencia de materia

Operaciones de separación de interfase gas-líquido

Operaciones de separación de interfase gas-sólido

Operaciones de separación de interfase líquido-líquido

Destilación

Adosrción/Desorción

Extracción líquido-líquido

Adsorción/desorción

Operaciones de separación de interfase líquido-sólido

Intercambio iónico

Extración sólido-líquido

Adsorción/Desorción

OPERACIONES DE SEPARACIÓN INTERFASE GAS-LÍQUIDO

IMPORTANCIA DE LAS OPERACIONES DE SEPARACIÓN EN LA INGENIERÍA QUÍMICA

20XX

REDUCCIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL

OBTENCIÓN DE PRODUCTOS PUROS

EFICIENCIA EN LOS PROCESOS

2.1 OPERACIONES DE SEPARACIÓN DE INTERFASE GAS-LÍQUIDO

DIVERSIDAD DE APLICACIONES

SEGURIDAD INDUSTRIAL

DESTILACIÓN

Operación unitaria de transferencia de materia

INTRO DESTILACIÓN

+INFO

PRINCIPIO BÁSICO DE LA DESTILACIÓN

PRINCIPIO BÁSICO DE LA DESTILACIÓN

PUNTO DE EBULLICIÓN

VOLATILIDAD

CAPACIDAD QUE TIENE UNA SUSTANCIA PARA PASAR A LA FASE GASEOSA. UNA SUSTANCIA MÁS VOLÁTIL SE EVAPORA MÁS FÁCILMENTE.

TEMPERATURA A LA CUAL LA PRESIÓN DE VAPOR SE IGUALA A LA PRESIÓN EXTERNA, LO QUE PERMITE SU CAMBIO DE FASE A GAS.

RELACIÓN DE CONCEPTOS

DIFERENCIA DE DESTILACIONES

2.DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE

1.DESTILACIÓN BINARIA

SI LA MEZCLA A DESTILAR ESTÁ CONSTITUIDA POR VARIOS COMPONENTES, HACIENDO NECESARIO UN DISEÑO MÁS AVANZADO, HABLAMOS DE ESTE TIPO DE DESTILACIÓN.

SI LA MEZCLA A DESTILAR ESTÁ CONSTITUIDA POR DOS COMPONENTES, HABLAMOS DE ESTE TIPO DE DESTILACIÓN.

+ INFO

+ INFO

TIPOS DE DESTILACIÓN

DESTILACIÓN CON REFLUJO O RECTIFICACIÓN

DESTILACIÓN SIMPLE

A. DESTILACIÓN SIMPLE

PROCESO:

1. CALENTAMIENTO DE LA MEZCLA 2. VAPORIZACIÓN PARCIAL DE LA MEZCLA: VAPOR GENERADO MÁS ENRIQUECIDO EN EL COMPONENTE + VOLÁTIL, PERO CON ALGO DEL - VOLÁTIL TAMBIÉN. 3. CONDENSACIÓN 4. RECOLECCIÓN DEL DESTILADO

APLICACIONES DE LA DESTILACIÓN SIMPLE

APLICACIONES DE LA DESTIlación simple:

• SEPARACIÓN DE MEZCLAS DE LÍQUIDOS

• INDUSTRIA FARMACÉUTICA (PURIFICACIÓN DE SOLVENTES Y COMPUESTOS MEDICIALES)

• PRODUCCIÓN DE ACEITES ESENCIALES Y PERFUMES

• INDUSTRIA ALIMENTARIA (PRODUCCIÓN DE BEBIDAS ALCOHÓLICAS COMO EL RON)

SUBTIPOS DE DESTILACIÓN SIMPLE

CERRADA O DE EQUILIBRIO

SÚBITA O ¨FLASH¨

ABIERTA O DIFERENCIAL

B. DESTILACIÓN con reflujo o rectificación

PROCESO:

1. SUBIDA DEL VAPOR 2. DESCENSO DEL LÍQUIDO (reflujo) 3. CONTACTO ENTRE VAPOR Y LÍQUIDO 4. SEPARACIÓN FINAL

IMPORTANCIA DEL REFLUJO EN LA MEJORA DE LA PUREZA DE LOS PRODUCTOS

EJEMPLO: Producción de etanol, un reflujo alto permite alcanzar una pureza del 95% en peso.

MAYOR REFLUJO MAYOR PUREZA DEL DESTILADO

CONTACTO REPETIDO ENTRE VAPOR Y LÍQUIDO MEJORA LA SEPARACIÓN

EJEMPLO: la re-evaporación de los componentes más volátiles

APLICACIONES DE LA DESTILACIÓN CON REFLUJO

APLICACIONES industriales:

• FARMACÉUTICA

ej: medicamentos y solventes puros.

• GASES INDUSTRIALES

ej: producción de oxígeno y nitrógeno.

• RECICLAJE Y RECUPERACIÓN DE SOLVENTES

ej: menos desperdicio y más eficiencia.

• REFINADO DE PETRÓLEO

ej: gasolina, diésel, queroseno, etc.

• QUÍMICA

ej: solventes y productos petroquímicos.

• BEBIDAS ALCOHÓLICAS

ej: licores y etanol puro.

2.1.1.C. Otros tipos de destilaciones

Destilación por arrastre de vapor

Destilación extractiva y destilación azeotrópica

Destilación extractiva

• Poco volátil.
• Técnica fundamental en la industria química.
• Hervir la mezcla y condensar los vapores producidos.

¡agente extractanteadecuado!

Destilación azeotrópica

¿Azeótropo?

• Mezcla azeotrópica.
• Se separan los componentes de la mezcla inicial.
• El azeótopo se puede romper.
• Presión
• Benceno

destilación por arrastre de vapor

Materia prima

Agua caliente

Aceite esencial

Agua perfumada

Condensación

• Inyección directa de vapor de agua recalentado.

• Este vapor de agua no llega a condensar.

2.1.1.D.Rectificación

Destilación más utilizada industrialmente.

Columna de rectificación

Columna de rectificación

• Destilación fraccionada.
• Separa los componentes utilizando los diferentes puntos de ebullición.
• Partes:
• Columna.
• Calderín.
• Condensador de reflujo.

¿Cómo funciona?

Tipos de columnas de rectificación

Columna de platos

Columna de relleno

Otras:

• Columna de destilación con discos y donas.
• Columna de destilación rotatorias.
• etc

Alimentación

Calderín

Dispositivo de calefacción

Residuo (corriente de colas)

Fase de vapor subiendo

Cabeza de columna

Condensador

Destilado (corriente de cabezas)

Reflujo

Fase líquida hacia el fondo

Plato de columna

Columna de platos

• Los platos dividen la columna en etapas.
• A un plato llegan dos corrientes que no están en equilibrio.
• En el plato se produce la transferencia de materia.
• Fuerza impulsora.

Columna de relleno

• Llena de pequeños elementos sólidos.
• El líquido al entrar en contacto con estos cae en pequeñas corrientes.
• El vapor se encuentra en el interior de la columna.
• Fuerza impulsora en toda la columna.

Gracias por vuestra atención

Mejoran la eficiencia y rentabilidad al recuperar materiales valiosos y minimizar pérdidas.

¿Qué es la difusión?

Difusión es el transporte o movimiento de la materia dentro de la materia.

DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE

• Se separan mezclas con más de dos componentes.
• Es más compleja.
• Requiere columnas fraccionadas con múltiples platos.
• Ej: refinado del petróleo.

RELACIÓN ENTRE LOS DOS CONCEPTOS

Porque la sustancia se evapora con más facilidad.

VOLATILIDAD

PUNTO DE FUSIÓN

• Se calienta la alimentación a una temperatura ELEVADA pero a ALTA PRESIÓN, para que esta no hierva.

• Se expansiona el líquido recalentado en una columna hasta una presión menor, de manera que se vaporizan en parte los componentes + volátiles.

• Abandona la columna un vapor rico en componentes volátiles y una fase líquida rica en componentes menos volátiles.

presión de vapor

Presión a la cual el vapor se encuentra en equilibrio con su líquido , para una temperatura determinada

• Cuanto MAYOR sea la Presión de Vapor para un líquido dado ,
• MÁS VOLÁTIL es, y por tanto, posee MENOR Punto de Ebullición.

DESTILACIÓN BINARIA

• Se separa una mezcla de 2 componentes: A y B
• A y B tienen diferentes volatilidades.
• Se usa esta columna de destilación donde los vapores que ASCIENDEN por la columna se enriquecen en el componente MÁS VOLÁTIL mientras que el componente MENOS VOLÁTIL se va enriqueciendo en el líquido que va BAJANDO por la columna.
• Ej: Separación de etanol y agua

Demuestra entusiasmo, esboza una sonrisa y mantén el contacto visual con tu audiencia: 'The eyes, chico. They never lie'.

ayudan en el tratamiento de desechos industriales

Puedes hacer un esquema para sintetizar el contenido y utilizar palabras que se graben a fuego en el cerebro de tu audiencia.

Mezcla líquida de varios componentes. En estado gaseoso se comporta como líquido.Punto de ebullición único.

Cuando hablamos de gradiente de concentraciones, no nos referimos a que dos fases están en equilibrio cuando la concentración del componente que se transfiera sea igual en las dos fases. Si tenemos dos fases el equilibrio se dará cuando la energía libre molar del componente A en la fase I es igual a la del componente A en la fase II. En definitiva si tenemos la misma energía libre de Gibbs en ambas fases, lo cual se puede calcular con la siguiente ecuación ΔG = ΔH - TΔS, estaremos en condiciones de hablar de equilibrio, totalmente distinto a decir que el equilibrio se da cuando la concentración es la misma en ambas fases.

Mezcla binaria

Volatilidad relativa

Tercer componente

• La mezcla líquida inicial se calienta hasta que comienza a hervir y los vapores se van eliminando constantemente.
• A medida de avanza el proceso, el líquido pierde los componentes + volátiles, por tanto, AUMENTA su punto de ebullición.
• Igual, los vapores también van perdiendo estos componentes + volátiles y su temperatura de condensación AUMENTA con el tiempo.