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DESTILACIÓN

BIOSEPARACIONES:

DESTILACIÓN

DESTILACION SIMPLE:

A partir de una mezcla L se produce vapor (2ª fase), que luego condensa, y se

Separarán de manera que el L y el V no se ponen más en contacto.

Usada para componentes con puntos de ebullición diferentes.

RECTIFICACIÓN: Parte del V producido se devuelve al destilador como L y se pone en contacto

con el V que hay en él.

Más común para la producción a gran escala.

Separación de componentes de una solución líquida por vaporización

parcial de la misma.

- Conseguir un producto con la calidad requerida al menor coste.

- Proporcionar un producto con un grado de pureza homogéneo(que se mantenga si se produjera variación en la composición de la alimentación).

La vaporización parcial de una mezcla conduce a un vapor enriquecido en componente más volátil (menor temperatura de ebullición) que el líquido a partir del cual se origina.

El principio de la rectificación consiste en una aplicación simultánea de la vaporización y condensación parcial y repetición de estos para poder separar casi totalmente la mezcla en sus componentes.

RECTIFICACIÓN

SISTEMA BINARIO (2 componentes):

Aplicación de la regla de las fases para poder definir un

sistema:

F + L = C +2

F: número de fases = 2 (L y V)

C: número de componentes = 2 (A y B)

L = 2 (grados de libertad)

(sistema definido cuando se establecen los valores de 2 de sus variables intensivas

Las 2 variables que suelen fijarse son: fracción molar del componente más volátil en la

fase líquida y la Tª o la P, dando lugar a los diagramas isotérmicos o

isobáricos, respectivamente.

Tipos de diagramas para

representar relaciones de

equilibrio L-V:

1. diagramas de puntos de ebullición (T, x-y): se representa Tª de

equilibrio de las fases frente a la fracción molar del componente

más volátil

2. diagramas (x,y): fracción molar del componente más volátil

en la fase V (y) frente a la misma en la fase L (x)

xA + xB = 1yA + yB = 1

V

L

y

x

(T, P)

A, B

RELACIONES DE EQUILIBRIO L-V:1. DIAGRAMAS DE PUNTOS DE EBULLICION

(P=cte)

Tª de condensación o punto de rocío

Tª de ebullición o

punto de burbuja

Punto de ebullición comp. B

Punto de ebullición comp. A

(menor valor, más volátil)

IMPORTANTE: Conocer las relaciones de equilibrio entre ambas fases

FUERZA IMPULSORA: alejamiento del equilibrio

RELACIONES DE EQUILIBRIO L-V:

La exigencia básica para la separación de los componentes de una mezcla por

destilación es que la composición del vapor sea diferente a la composición del líquido.

Cuando se cuenta con varios componentes en la mezcla, la

composición de L y V será diferente. Se va produciendo transferencia

en contracorriente. Al alcanzar el equilibrio dejaría de cambiar

la composición en función del tiempo.

yi

y0xi

x0

FASE L

FASE V

NA = Δc / Resistencia

Velocidad de transferencia:

F. Imp. Fase L

Fase V

Interfase (suele ser despreciable)

- Datos existentes obtenidos experimentalmente

- Determinarlos

- Considerar comportamiento ideal de las fases L y V

Ley de Dalton

PpA = PT yA

PT = ∑ Ppi = PPA +PPB

Ley de Raoult

PpA = PvA xA

yA / xA = PvA /PT

- Volatilidad relativa (α12) = Volatilidad comp. 1 /Volatilidad comp. 2 = (grado de separación)

y1/y2

x1/x2

= Pv1 / Pv2

α12 > 1Si compon. 1 es el más volátil:

Si α12 = 1 no se podrán separar los componentes

Conociendo α12 se podrá definir el equilibrio:α12 X1

1 + (α12 -1) X1

y1 =

DETERMINACIÓN DATOS EQUILIBRIO L-V:

DETERMINACIÓN DATOS EQUILIBRIO L-V:

Ejemplo: Calcular las composiciones del vapor y del líquido en

equilibrio a 95 °C para un sistema formado por una mezcla

benceno:tolueno, utilizando los datos de la siguiente

tabla (PT = 101,32 kPa):

T = 95 °C* PVB=155,7 kPa* PVT=63,3 kPa

PT = PPB +PPT

PpB = PvB xB

PpT = PvT xT = PvT (1-xB)

xB = 0,411

xT = 1-xB= 0,589

yB = xB (PvB /P) = 0,632

RELACIONES DE EQUILIBRIO L-V:2. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

CURVA DE yA EN FUNCIÓN DE xA

Cuanto mayor sea la distancia que existe entre

la curva de equilibrio y la línea de 45º, mayor

será la diferencia entre la composición del vapor

(yA) y la composición del líquido (xA), por lo que

la separación se lleva a cabo con más facilidad.

V L

V L

A

B

A

B

B

A

Componente más volátil

(A) pasa del L al V mientras

que el menos volátil va

exactamente a la inversa

Ayuda a conseguir funciones lineales en las

condiciones de operación

(se obtienen de BM)

Simplificación:

Flujos molares cte (V y L ctes)

L (reflujo) (condensación de vapores)

V (vapores

formados en calderín)

contracorriente

RECTIFICACIÓN:

Contacto entre fases

RELACIONES DE EQUILIBRIO L-V:

Plato n

Yn

Yn+1

Xn-1

Xn

EQUIL

OPER

OPER

Plato ideal: composiciones de corrientes

de salida están en equilibrio.

vapor se

enriquece

al ascender

Líquido se

empobrece

al descender

Esquema columna rectificación

calderín

DESTILADO

D, xD

vapor

L

Reflujo

RESIDUO

W, xW

+Q

-Q

condensador

L

L´

V

V´

Alimentación

F, xF

Zona de rectificación

Zona de agotamiento

condensador

calderín

Destilado

D, xD

vapor

L

Reflujo

Residuo

W, xW

+Q

-Q

L

L´

V

V´

Alimentación

F, xF

B global: F = D + W

BMcomp.: F·xF = D·xD + W·xW

Zona de rectificación

V = L + D

V ·y = D·xD+ L·x

xV

Lx

V

Dy D

Zona de agotamiento

L´= V´+ W

L´·x = V´·y + W·xW

WxV

Wx

V

Ly

´´

´

Determinación número de etapas teóricas (McCabe-Thiele):

► Recta operación de enriquecimiento

(ROE):

Punto (xD, xD) y Relación de Reflujo

DxV

Dx

V

Ly

xD

(xD, xD)

x

y

xF

Línea q

Reflujo

L

F, xF

D, xD

W, xW

LV

L´V´

residuoReflujo interno (Ri) = L/V

Reflujo externo (Re) = L/D

Dii xRxRy )1(V= L+D

eRDL

L

V

L

1

e

e

e R

R

RL

DL

L

V 111

e

e

R

R

V

L

1

DL

D

V

D

1

eR

D

DL

D

V

1

1

eRV

D

D

ee

e xR

xR

Ry

1

1

1

ROE: f(Ri)

ROE: f(Re)

Relación Re:Rie

e

R

RRi

1 i

ie

R

RR

1

► Recta operación de enriquecimiento

(ROE):

Punto (xD, xD) y Relación de Reflujo

Reflujo

L

F, xF

D, xD

W, xW

LV

L´V´

residuo

DxV

Dx

V

Ly

► Recta operación de agotamiento

(ROA):

Punto (xW, xW) y punto intersección ROE

WxV

Wx

V

Ly

´´

´

f (condiciones alimentación)

Línea q

xD

(xD, xD)

x

y

xF

Línea q

xW

(xW, xW)

Dii xRxRy )1( D

ee

e xR

xR

Ry

1

1

1

e

e

R

RRi

1i

ie

R

RR

1

)1()1(

q

xx

q

qy F

qqCalor que hay que aportar para

vaporizar la alimentación

Calor latente

Pasa (xF, xF) y pdte )1( q

q

hr

xr

Lr

Hr

yr

Vr

hA

xA

LA

HA

yA

VA

A, xA, hA

D

ee

e xR

xR

Ry

1

1

1

H-hA=ƛ

q

BALANCE GLOBAL DE MATERIA:

VA+Lr+A = LA+Vr

VA – Vr = LA-Lr-A

BALANCE GLOBAL DE ENERGÍA:

VA HA– Vr Hr= LAhA-Lrhr-AhA

LA-Lr

A=

H-hA

H-h

H-hA=

ƛ

BM y BE en la zona alimentaciónLínea q

Entalpía

vapor saturado Entalpía

alimentación

Condiciones

alimentaciónq pdte

Líquido bajo el PE > 1 > 1

Líquido en el PE 1 ∞

L-V en el PE 0<q<1 0 -∞

Vapor en el PE 0 0

Vapor sobre el PE < 0 < 0y

x

XF, yF

LFRIOLPE

L-VPE

VPE

VCALIENTE

Ejemplo 1: TA = TS

H-hA=ƛ

q

H - hA = (hS+ ƛ )-hS= ƛ

Calor que hay que aportar para


Calor latente

q = 1

)1()1(

q

xx

q

qy F

qq


qPdte: ∞

Condiciones

alimentaciónq pdte

Líquido bajo el PE > 1 > 1

Líquido en el PE 1 ∞

L-V en el PE 0<q<1 0 -∞

Vapor en el PE 0 0

Vapor sobre el PE < 0 < 0y

x

XF, yF

LFRIOLPE

L-VPE

VPE

VCALIENTE

Ejemplo 2: Vapor en PE

H-hA=ƛ

q

H - hA = H-H= 0

Calor que hay que aportar para


Calor latente

q = 0

)1()1(

q

xx

q

qy F

qq


qPdte: 0

Emplear condición de reflujo mínimo:

Condición en la que las concentraciones de operación se igualan

a las de equilibrio en un plato. En esta condición sería imposible de separar.

Determinación número de etapas reales (NER)

Re Ri = Pendiente ROERi minmin

min

min1 i

ie

R

RR

e

e

R

RRi

1

Ri

► Recta operación de enriquecimiento (ROE):Dii xRxRy )1(

Localización del plato de alimentación:

NÚMERO ETAPAS IDEALES (NEI); Se considera calderín como etapa ideal

EFICIENCIA GLOBAL: NPT / NER

= NEI – 1 (restar el calderín)NÚMERO PLATOS TEÓRICOS (NPT)

NER

Condición de reflujo total

(condición límite)

Valor límite de la relación de reflujo (Re=L/D)

V = L + D

V

L

Pendiente = 1

Condición en que

no hay destilado

ni residuo

Número mínimo de platos

DxV

Dx

V

Ly

Re = ꚙ D = 0

L = V

PRODUCTOS BIOTECNOLÓGICOS

DE SEPARACIÓN:

Obtención biotecnológica de

combustibles:

Producción de bioetanol

(por ej: a partir de residuos de

la fabricación del azúcar de caña)

USO DE BIOTECNOLOGÍA PARA CONVERTIR MATERIA

PRIMA DE “BAJO COSTO” EN

PRODUCTOS DE MAYOR VALOR COMERCIAL

USO DE UN PROCESO EFICIENTE EMPLEANDO OPERACIONES UNITARIAS

REDUCIR O

TRANSFORMAR

RESIDUOS RICOS

EN MATERIA

ORGÁNICAEl uso del bioetanol permite reducir el impacto en el

medio ambiente que producen los combustibles fósiles,

y se estima que, junto a otros biocombustibles,

movilizará el 20% del transporte mundial para el año

2040 (frente al 3% actual).

OBTENCIÓN DE ALCOHOL A PARTIR DE CAÑA

DE AZUCAR:

mejor oxidación de los hidrocarburos y reducción de las emisiones a la atmósfera

8-12 horas

transformación de

azucares en

Etanol (grado

alcohólico: 7 - 10 %)

y CO2

CAÑA DE AZUCAR

FERMENTACIÓN(Saccharomyces cerevisae)

BIOETANOL (99,5 % v/v)

DESTILACIÓN Tª ebullición: 76 ºC

Extracción jugo de caña

(rico en azúcares)y acondicionamiento.

recuperación

delevaduras

deshidratación

alcohol (95 % v/v)

LINK: https://www.youtube.com/watch?v=h5BezGFeqAk

METER VIDEO


DE AZUCAR:


DE AZUCAR:

OBTENCIÓN DE BEBIDAS ALCOHÓLICAS:

MELAZA DE CAÑA DE AZÚCAR

Link: https://www.youtube.com/watch?v=LLf1x1rgybo

FERMENTACIÓN

DESTILACIÓN(75-95 % ALCOHOL BASE)

ENVEJECIMIENTO

MEZCLADO O BLENDING

ENVASADO

DISTRIBUCIÓN RON

AGUARDIENTE

REDESTILADO

OBTENCIÓN DE BEBIDAS ALCOHÓLICAS:

METER VIDEO

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