Marco terico del practicanteDestilacin

Ladestilacines laoperacinde separar, mediantevaporizacinycondensacinen los diferentes componentes lquidos, slidos disueltos en lquidos o gases licuados de una mezcla, aprovechando los diferentespuntos de ebullicinde cada una de las sustancias ya que el punto de ebullicin es unapropiedad intensivade cadasustancia, es decir, no vara en funcin de la masa o el volumen, aunque s en funcin de la presin.

Destilacin simpleLa destilacin simple o destilacin sencilla es una operacin donde losvaporesproducidos son inmediatamente canalizados hacia un condensador, el cual los enfra (condensacin) de modo que el destilado no resulta puro. Su composicin ser diferente a la composicin de los vapores a la presin y temperatura del separador y pueden ser calculada por laley de Raoult. En esta operacin se pueden separar sustancias con una diferencia entre 100 y 200 grados Celsius, ya que si esta diferencia es menor, se corre el riesgo de crearazetropos. Al momento de efectuar una destilacin simple se debe recordar colocar la entrada de agua por la parte de abajo del refrigerante para que de esta manera se llene por completo. Tambin se utiliza para separar un slido disuelto en un lquido o 2 lquidos que tengan una diferencia mayor de 50C en el punto de ebullicin.Destilacin fraccionadaLadestilacin fraccionada de alcohol etlicoes una variante de la destilacin simple que se emplea principalmente cuando es necesario separar lquidos conpuntos de ebullicincercanos.

La principal diferencia que tiene con la destilacin simple es el uso de unacolumna de fraccionamiento. sta permite un mayor contacto entre los vapores que ascienden, junto con el lquido condensado que desciende, por la utilizacin de diferentes "platos". Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que lo ceden) y los lquidos (que lo reciben).Destilacin al vacoLadestilacin al vacoconsiste en generar un vaco parcial por dentro del sistema de destilacin para destilar sustancias por debajo de su punto de ebullicin normal. Este tipo de destilacin se utiliza para purificar sustancias inestables por ejemplo las vitaminas.Lo importante en esta destilacin es que al crear un vaco en el sistema se puede reducir el punto de ebullicin de la sustancia casi a la mitad.

En el caso de la industria del petrleo es la operacin complementaria de destilacin delcrudoprocesado en la unidad dedestilacin atmosfrica, que no se vaporiza y sale por la parte inferior de la columna de destilacin atmosfrica. El vaporizado de todo el crudo a la presin atmosfrica necesitara elevar la temperatura por encima del umbral dedescomposicin qumicay eso, en esta fase del refino de petrleo, es indeseable.

El residuo atmosfrico ocrudo reducidoprocedente del fondo de la columna de destilacin atmosfrica, se bombea a la unidad de destilacin a vaco, se calienta generalmente en un horno a una temperatura inferior a los 400C, similar a la temperatura que se alcanza en la fase de destilacin atmosfrica, y se introduce en la columna de destilacin. Esta columna trabaja a vaco, con una presin absoluta de unos 20mm deHg, por lo que se vuelve a producir una vaporizacin de productos por efecto de la disminucin de la presin, pudiendo extraerle ms productos ligeros sin descomponer su estructura molecular.

En la unidad de vaco se obtienen solo tres tipos de productos:

Gas Oil Ligero de vaco (GOL).

Gas Oil Pesado de vaco (GOP).

Residuo de vaco.

Los dos primeros, GOL y GOP, se utilizan como alimentacin a la unidad de craqueo cataltico despus de desulfurarse en una unidad dehidrodesulfuracin(HDS).

El producto del fondo, residuo de vaco, se utiliza principalmente para alimentar a unidades decraqueo trmico, donde se vuelven a producir ms productos ligeros y el fondo se dedica a producir fuel oil, o para alimentar a la unidad de produccin decoque. Dependiendo de la naturaleza del crudo el residuo de vaco puede ser materia prima para producir asfaltosDestilacin azeotrpicaEnqumica, ladestilacin azeotrpicaes una de las tcnicas usadas para romper unazetropoen la destilacin. Una de las destilaciones ms comunes con un azetropo es la de la mezclaetanol-agua. Usando tcnicas normales de destilacin, el etanol solo puede purificarse a aproximadamente el 95%.

Una vez se encuentra en una concentracin de 95/5% etanol/agua, loscoeficientes de actividaddel agua y del etanol son iguales, entonces la concentracin delvaporde la mezcla tambin es de 95/5% etanol-agua, por lo tanto destilar de nuevo no es efectivo. Algunos usos requieren concentraciones de alcohol mayores, por ejemplo cuando se usa como aditivo para la gasolina. Por lo tanto el azetropo 95/5% debe romperse para lograr una mayor concentracin.

En uno de los mtodos se adiciona un material agente de separacin. Por ejemplo, la adicin de benceno a la mezcla cambia la interaccin molecular y elimina el azetropo. La desventaja, es la necesidad de otra separacin para retirar el benceno. Otro mtodo, la variacin de presin en la destilacin, se basa en el hecho de que un azetropo depende de lapresiny tambin 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 azetropo se salta, la destilacin puede continuar.

Para saltar el azetropo, el punto de ste puede moverse cambiando la presin. Comnmente, la presin se fija de forma tal que el azetropo quede cerca del 100% de concentracin, para el caso del etanol, ste 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 enva a una columna de destilacin que est a una presin diferente, se lleva el azetropo a una concentracin menor, tal vez al 93%. Ya que la mezcla est por encima de la concentracin azeotrpica actual, la destilacin no se pegar en este punto y el etanol se podr destilar a cualquier concentracin necesaria.

Para lograr la concentracin requerida para que el etanol sirva como aditivo de la gasolina se utiliza etanol deshidratado. 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 concentracin, que permite destilaciones posteriores. Luego el tamiz se calienta para eliminar el agua y puede reutilizarse.Destilacin por arrastre de vaporEn la destilacin por arrastre devapor de aguase lleva a cabo la vaporizacin selectiva del componente voltil de una mezcla formada por ste y otros "no voltiles". Lo anterior se logra por medio de la inyeccin de vapor de agua directamente en el interior de la mezcla, denominndose este "vapor de arrastre", pero en realidad su funcin no es la de "arrastrar" el componente voltil, sino condensarse en el matraz formando otra fase inmiscible que ceder su calor latente a la mezcla a destilar para lograr suevaporacin. En este caso se tendrn la presencia de dos fases insolubles a lo largo de la destilacin (orgnica y acuosa), por lo tanto, cada lquido se comportar como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos ejercer su propia presin de vapor y corresponder a la de un lquido puro a una temperatura de referencia.

La condicin ms importante para que este tipo de destilacin pueda ser aplicado es que tanto el componente voltil como la impureza sean insolubles en agua ya que el producto destilado voltil formar dos capas al condensarse, lo cual permitir la separacin del producto y del agua fcilmente.

Como se mencion anteriormente, lapresintotal del sistema ser la suma de las presiones de vapor de los componentes de la mezcla orgnica y del agua, sin embargo, si la mezcla a destilar es unhidrocarburocon algnaceite, la presin de vapor del aceite al ser muy pequea se considera despreciable a efectos del clculo:

P = Pa + Pb

Donde:

P = presin total del sistema

Pa= presin de vapor del agua

Pb= presin de vapor del hidrocarburo

Por otra parte, el punto deebullicinde cualquier sistema se alcanza a la temperatura a la cual la presin total del sistema es igual a la presin del confinamiento. Y como los dos lquidos juntos alcanzan una presin dada, ms rpidamente que cualquiera de ellos solos, la mezcla hervir a unatemperaturams baja que cualquiera de los componentes puros. En la destilacin por arrastre es posible utilizar gas inerte para el arrastre. Sin embargo, el empleo de vapores o gases diferentes al agua implica problemas adicionales en la condensacin y recuperacin del destilado o gas.

El comportamiento que tendr la temperatura a lo largo de la destilacin ser constante, ya que no existen cambios en la presin de vapor o en la composicin de los vapores de la mezcla, es decir que el punto de ebullicin permanecer constante mientras ambos lquidos estn presentes en la fase lquida. En el momento que uno de los lquidos se elimine por la propia ebullicin de la mezcla, la temperatura ascender bruscamente.

Si en mezcla binaria designamos por na y nb a las fracciones molares de los dos lquidos en la fase vapor, tendremos:

Pa = na P Pb = nbP dividiendo:

Pa = na P = na

Pb = nb P = nb

na y nb son el nmero de moles de A y B en cualquier volumen dado de vapor, por lo tanto:

Pa = na

Pb = nb

Y como la relacin de las presiones de vapor a una "T" dada es constante, la relacin na/nb, debe ser constante tambin. Es decir, la composicin del vapor es siempre constante en tanto que ambos lquidos estn presentes.

Adems como: na = wa/Ma y nb= wb/Mb

Donde: wa y wb son los pesos en un volumen dado y Ma, Mb son los pesos moleculares de A y B respectivamente. La ecuacin se transforma en:

Pa = na = waMb Pb nb wbMa O bien: wa = MaPa wb MbPb

Esta ltimaecuacinrelaciona directamente los pesos moleculares de los dos componentes destilados, en una mezcla binaria de lquidos. Por lo tanto, la destilacin por arrastre con vapor de agua, en sistemas de lquidos inmisibles en sta se llega a utilizar para determinar los pesos moleculares aproximados de los productos o sustancias relacionadas.

Es necesario establecer que existe una gran diferencia entre una destilacin por arrastre y una simple, ya que en la primera no se presenta un equilibrio de fases lquido-vapor entre los dos componentes a destilar como se da en la destilacin simple, por lo tanto no es posible realizar diagramas de equilibrio ya que en el vapor nunca estar presente el componente "no voltil" mientras est destilando el voltil. Adems de que en la destilacin por arrastre de vapor el destilado obtenido ser puro en relacin al componente no voltil (aunque requiera de undecantacinpara ser separado del agua), algo que no sucede en la destilacin simple donde el destilado sigue presentando ambos componentes aunque ms enriquecido en alguno de ellos. Adems si este tipo de mezclas con aceites de alto peso molecular fueran destiladas sin la adicin del vapor se requerira de gran cantidad deenergapara calentarla y empleara mayor tiempo, pudindose descomponer si se trata de un aceite esencial.MARCO TERICO DEL ALUMNOMtodos de separacin de mezclasLos mtodos de separacin de mezclas son los procesos fsicos, que pueden separar los componentes que conforman una mezcla. La separacin consiste en que una mezcla se somete a un tratamiento que la separa en 2 o ms sustancias diferentes. En esta operacin las sustancias mantienen su identidad si algn cambio en sus propiedades qumicas. Las sustancias se encuentran en forma de mezclas y compuestos en la naturaleza y es necesario purificar y separar para sus propiedades. La mayora de la veces el mtodo a utilizar se encuentra dependiendo del tipo de componente de la mezcla y sus propiedades particulares as como las diferencias mas significativas.

Destilacin.La destilacin es el procedimiento ms utilizado para la separacin y purificacin de lquidos, y es el que se utiliza siempre que se pretende separar un lquido de sus impurezas no voltiles.

La destilacin, como proceso, consta de dos fases: en la primera, el lquido pasa a vapor y en la segunda el vapor se condensa, pasando a lquido en un matraz distinto al de destilacin.