DESTILACIÓN
Proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación.
El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles.
En la evaporación y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha.
Sin embargo, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura.
Por ejemplo, la eliminación del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama evaporación, pero la eliminación del agua del alcohol evaporando el alcohol se llama destilación, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos.
Si la diferencia en volatilidad (y por tanto en punto de ebullición) entre los dos componentes es grande, puede realizarse fácilmente la separación completa en una destilación individual.
El agua del mar, por ejemplo, que contiene un 4% de sólidos disueltos (principalmente sal común), puede purificarse fácilmente evaporando el agua, y condensando después el vapor para recoger el producto: agua destilada.
Para la mayoría de los propósitos, este producto es equivalente al agua pura, aunque en realidad contiene algunas impurezas en forma de gases disueltos, siendo la más importante el dióxido de carbono.
Si los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla sólo difieren ligeramente, no se puede conseguir la separación total en una destilación individual.
Un ejemplo importante es la separación de agua, que hierve a
Con el fin de concentrar una disolución que contenga un 10% de alcohol (como la que puede obtenerse por fermentación) para obtener una disolución que contenga un 50% de alcohol (frecuente en el whisky), el destilado ha de destilarse una o dos veces más, y si se desea alcohol industrial (95%) son necesarias varias destilaciones.
La destilación es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla, aprovechando las diferencias de volatilidades de los compuestos a separar.
Una forma de destilación conocida desde la antigüedad, es la obtención de alcohol aplicando calor a una mezcla fermentada (obtenida de alguna planta como la caña de azúcar, maíz, etc.).
El aparato utilizado para la destilación en el laboratorio, es el alambique, que consta de un recipiente donde se almacena la mezcla, a la que se le aplica calor, un condensador donde se enfrían los vapores generados, llevándolos de nuevo al estado líquido y un recipiente donde se almacena este líquido concentrado.
En la industria química se utiliza la destilación para la separación de mezclas simples o complejas. Una forma de clasificar la destilación puede ser la de que sea discontinua o continua.
Aparato de destilación simple
Un Aparato de destilación simple es un aparato empleado en laboratorios de química, para producir una destilación simple:
En el esquema ubicado a la derecha puede observarse un aparato de destilación simple básico:
1. Mechero, proporciona calor a la mezcla a destilar.
2. Balón de destilación, que deberá contener pequeños trozos de material poroso (cerámica, o material similar) para evitar sobresaltos repentinos por sobrecalentamientos.
3. Cabeza de destilación: No es necesario si el balón de destilación tiene una tubuladura lateral.
4. Termómetro: El bulbo del termómetro siempre se ubica a la misma altura que la salida a la entrada del refrigerador. Para saber si la temperatura es la real, el bulbo deberá tener al menos una gota de líquido. Puede ser necesario un tapón de goma para sostener al termómetro y evitar que se escapen los gases (muy importante cuando se trabaja con líquidos inflamables).
6. Entrada de agua: El líquido siempre debe entrar por la parte inferior, para que el tubo permanezca lleno con agua.
7. Salida de agua: Casi siempre puede conectarse la salida de uno a la entrada de otro, porque no se calienta mucho el líquido.
8. Se recoge en un balón, vaso de precipitados, u otro recipiente.
9. Fuente de vacío: No es necesario para una destilación a presión atmosférica.
10. Adaptador de vacío: No es necesario para una destilación a presión atmosférica.
Destilación simple.
Destilación del petróleo
La destilación del petróleo se realiza mediante las llamadas torres de fraccionamiento. En ella, el petróleo, previamente calentado a temperaturas que oscilan entre los
El lugar al que ingresa el petróleo en la torre o columna se denomina "Zona Flash" y es aquí el primer lugar de la columna en el que empiezan a separarse los componentes del petróleo.
Los compuestos más volátiles, es decir los que tienen menor punto de ebullición, ascienden por la torre a través de platos instalados en forma tangencial al flujo de vapores. En estos platos se instalan varios dispositivos llamados "Copas de Burbujeo", de forma similar a una campana o taza, las cuales son instaladas sobre el plato de forma invertida. Estas copas tienen perforaciones o espacios laterales. El fin de las copas de burbujeo, o simplemente copas, es la de hacer condensar cierto porcentaje de hidrocaburos, los más pesados, y por consiguiente llenando el espacio comprendido entre las copas el plato que lo sostiene, empezando de esta manera a "inundar" el plato. La parte incondensable, el hidrocaburo volátil, escapará de esa copa por los espacios libres o perforaciones con dirección hacia el plato inmediato superior, en el que volverá a atravesarlo para entrar nuevamente en las copas instaladas en dicho plato, de manera que el proceso se repita cada vez que los vapores incondensables atraviesen un plato. Al final, en el último plato superior, se obtendrá un hidrocarburo "relativamente" más ligero que los demás que fueron retenidos en las etapas anteriores, y que regularmente han sido extraídos mediante corrientes laterales.
En la primera extracción, primer plato, o primer corte, se puede obtener gas, gasolina, nafta o cualquier otro similar. Todo esto dependerá del tipo de carga (alimentación a la planta), diseño y condiciones operativas de los hornos que calientan el crudo, y en general de la planta.
Los siguientes, son los derivados más comunes que suelen ser obtenidos en las torres de destilación. Todos ordenados desde el compuesto más pesado al más ligero:
1. Residuos sólidos
2. Aceites y lubricantes
4. Queroseno
5. Naftas
6. Gasolinas
7. Disolventes
8. GLP (Gases licuados del petróleo)
Si hay un excedente de un derivado del petróleo de alto peso molecular, pueden romperse las cadenas de hidrocarburos para obtener hidrocarburos más ligeros mediante un proceso denominado craqueo.
Existe también un proceso no tan severo como el craqueo, llamado Visbreaking, el cual busca principalmente obtener, a partir de residuales asfálticos u otros "fondos de barril", productos más ligeros. Sin embargo este proceso no es tan conveniente ya que no logra aligerar grandemente la carga requerida.
Azeótropo
Un azeótropo es una mezcla líquida de dos o más componentes que poseen un único punto de ebullición constante y fijo, y que al pasar al estado vapor se comporta como un líquido puro, o sea como si fuese un solo componente.
Un azeótropo, puede hervir a una temperatura superior, intermedia o inferior a la de los constituyentes de la mezcla, permaneciendo el líquido con la misma composición inicial, al igual que el vapor, por lo que no es posible separarlos por destilación simple.
El azeótropo que hierve a una temperatura máxima se llama azeótropo de ebullición máxima y el que lo hace a una temperatura mínima se llama azeótropo de ebullición mínima. Ambos tipos de azeótropos presentan una característica común, que la composición de la fase líquida y vapor en equilibrio líquido-vapor es idéntica en el punto donde se forma el azeótropo. Los sistemas azeotrópicos de ebullición mínima son más frecuentes que los de ebullición máxima.
Un ejemplo es la mezcla de etanol y agua, que forma un azeótropo para una concentración del 95% en peso de alcohol, que hierve a una temperatura de 78,2 ºC. Con una destilación simple se obtiene un alcohol con este título, pero para conseguir un compuesto más puro se necesita utilizar recursos especiales como una destilación azeotrópica.
Ejemplos
- Ácido nítrico (68,4 %) / agua, hierve a
- Ácido perclórico (28,4 %) / agua, hierve a
- Ácido fluorhídrico (35,6 %) / agua, hierve a
- Etanol (95%) / agua, hierve a
- Ácido sulfúrico (98,3%) / agua, hierve a
- Acetona / metanol / cloroformo forma un azeótropo intermedio.
Destilación azeotrópica
En química, la destilación azeotrópica es una de las técnicas usadas para romper un azeótropo en la destilación. Una de las destilaciones más comunes con un azeótropo es la de la mezcla etanol-agua. Usando técnicas normales de destilación, el etanol solo puede ser purificado a aproximadamente el 95%.
Una vez se encuentra en una concentración de 95/5% etanol/agua, los coeficientes de actividad del agua y del etanol son iguales, entonces la concentración del vapor de la mezcla también es de 95/5% etanol-agua, por lo tanto destilaciones posteriores son inefectivas. Algunos usos requieren concentraciones de alcohol mayores, por ejemplo cuando se usa como aditivo para la gasolina. Por lo tanto el azeótropo 95/5% debe romperse para lograr una mayor concentración.
En uno de los métodos se adiciona un material agente de separación. Por ejemplo, la adición de benceno a la mezcla cambia la interacción molecular y elimina el azeótropo. La desventaja, es la necesidad de otra separación para retirar el benceno. Otro método, la variación de presión en la destilación, se basa en el hecho de que un azeótropo depende de la presión y también que no es un rango de concentraciones que no pueden ser destiladas, sino el punto en el que los coeficientes de actividad se cruzan. Si el azeótropo se salta, la destilación puede continuar.
Para saltar el azeótropo, el azeótropo pude ser movido cambiando la presión. Comúnmente, la presión se fija de forma tal que el azeótropo quede cerca del 100% de concentración, para el caso del etanol, éste se puede ubicar en el 97%. El etanol puede destilarse entonces hasta el 97%. Actualmente se destila a un poco menos del 95.5%. El alcohol al 95.5% se envía a una columna de destilación que está a una presión diferente, se mueve el azeótropo a una concentración menor, tal vez al 93%. Ya que la mezcla está por encima de la concentración azeotrópica actual, la destilación no se “pegará” en este punto y el etanol podrá ser destilado a cualquier concentración necesaria.
Para lograr la concentración requerida para el etanol como aditivo para la gasolina se usan comúnmente tamice moleculares en la concentración azeotrópica. El etanol se destila hasta el 95%, luego se hace pasar por un tamiz molecular que absorba el agua de la mezcla, ya se tiene entonces etanol por encima del 95% de concentración, que permite destilaciones posteriores. Luego el tamiz se calienta para eliminar el agua y puede ser reutilizado.
Destilación fraccionada
La destilación fraccionada es un proceso físico utilizado en química para separar mezclas (generalmente homogéneas) de líquidos a mediante el calor, y con una amplio intercambio calórico y másico entre vapores y líquidos. Se emplea principalmente cuando es necesario separar compuestos con puntos de ebullición cercanos. Algunos de los ejemplos más comunes son el petróleo, y la producción de etanol.
La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los vapores que ascienden con el líquido condensado que desciende, por la utilización de diferentes "platos". Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores con mayor P. E. pasan al estado líquido.
Método
Como ejemplo, se considerará la destilación de una mezcla de agua y etanol. El etanol hierve a 78,5ºC, mientras que el agua lo hace a
La mezcla es puesta en el aparato de destilación, en el frasco redondo inferior con unas piedrecillas que impiden que el líquido hierva demasiado deprisa. La columna de fraccionamiento es puesta en la parte superior. Mientras la mezcla hierve, el vapor llega a esta columna, y se condensa en la plataforma de vidrio que está en el interior de la columna y vuelve a bajar hacia el líquido, produciendo un reflujo destilado. La columna es calentada desde abajo. La superficie de vidrio mas caliente está, por tanto, en la parte inferior, y el mas frío en la superior. En condiciones estables, el vapor y el líquido de cada plataforma de vidrio están en equilibrio. Solo los vapores más volátiles llegan arriba en forma gaseosa. Entonces este vapor pasa al condensador, que lo enfría y lo dirige hacia abajo hasta que se licua. La separación es mas pura mientras mas superficies de vidrio haya en la columna. La parte condensada en la plataforma mas cercana al azeótropo contiene gradualmente menos etanol y mas agua, hasta que todo el etanol queda separado de la mezcla inicial. Este punto se puede reconocer mediante el termómetro ya que la temperatura se elevará bruscamente. --Hiragana 13:26 6 ene 2007 (CET).
Destilación atmosférica
La destilación atmosférica o también llamada topping en la ingeniería del petróleo, es la destilación que se realiza a una presión cercana a la atmosférica. Se utiliza para extraer los hidrocarburos presentes de forma natural en el crudo, sin afectar a la estructura molecular de los componentes.
En las unidades de destilación atmosférica, el objetivo es obtener combustibles terminados y cortes de hidrocarburos que luego se procesarán en otras unidades.
Se basa en la transferencia de masa entre las fases líquido-gas de una mezcla de hidrocarburos. Permite la separación de componentes en función de su punto de ebullición. Para que se produzca el fraccionamiento o separación, es necesario que exista un equilibrio entre las fases líquido y vapor, que es función de la temperatura y presión del sistema. Así los componentes de menor peso molecular se concentran en la fase vapor y los de peso mayor, en el líquido. Las columnas se diseñan para que el equilibrio líquido-vapor se obtenga de forma controlada y durante el tiempo necesario para obtener los productos deseados.
El proceso consiste en vaporizar el crudo y luego condensar los hidrocarburos en cortes definidos, modificando la temperatura a lo largo de la columna fraccionadora.
La fase líquida se obtiene mediante reflujos, que son reciclos de hidrocarburos que retornan a la columna después de enfriarse intercambiando calor con fluidos refrigerantes o con carga más fría. Su función es eliminar controladamente la energía cedida en el horno de precalentamiento.
La columna de destilación está rellena de bandejas de platos, que es donde se produce el equilibrio entre los vapores ascendentes y los líquidos que descienden.
En la zona de agotamiento o stripping, situada en la parte inferior de la columna, se le inyecta vapor que agua, que sirve para disminuir la presión parcial de los hidrocarburos, favoreciendo la vaporización de los compuestos más volátiles y ayudarles a que asciendan a la zona de la columna que tenga a presión y temperatura adecuada para que se produzca el equilibrio líquido-vapor y se produzca la extracción del producto definido.
Hoy en día, debido a las medidas medioambientales, de especificación de los productos y de la obtención del máximo rendimiento, todas las corrientes que se extraen de la columna de topping, pasan, previo a su comercialización, por otros procesos industriales para mejorar su calidad o para convertirlos en nuevos productos de mayor valor añadido.
En la unidad de topping se obtienen los siguientes productos, empezando por la parte superior o cabeza de la columna:
· Gas de refinería (Fuel Gas).
Es una mezcla de todos los compuestos incondensables (esencialmente hidrógeno, metano, etano y etileno), presentes de forma natural en el crudo que se está procesando. Este combustible se utiliza en refinería, después de endulzarlo (eliminarle los compuestos sulfurosos), para quemarlo en los diferentes procesos.
· Gas licuado de petróleo (GLP).
Se separan sus diferentes compuestos para su venta individualizada, esencialmente propano y butano
· Nafta ligera.
Se envía como carga para isomerización para mejorar su RON y MON (octanaje) y formar parte de las corrientes de gasolinas de automoción, que se formulan en el blending.
· Nafta pesada.
Se envía como carga al reformado catalítico, para mejorar su RON y formar parte de las corrientes de gasolinas de automoción.
· Keroseno.
Que, una vez endulzado, es la base de la producción de Kero Jet, combustible para las turbinas de los aviones.
· 04/05/07 · 0 comentarios · Autor: edgar-morillo ·
