INTRODUCCIÓN TEÓRICA. T1: temperatura al inicio de la ebullición. Al separarse esta vapor la composición del líquido se desplaza a la izquierda siguiendo la curva de equilibrio. xA2: composición final en componente más volátil en el líquido. La ebullición comienza a la temperatura T1 obteniéndose un vapor de composición yA1 originado a partir de la mezcla de composición en el componente más volátil xA1. T2: temperatura al final de la destilación. Este proceso se mantiene hasta que se recoge una cantidad prefijada de destilado o la composición de residuo es la que buscábamos. El vapor producido tiene una composición más rica en componentes volátiles que el alimento. Ver gráfica de la página siguiente. En una mezcla binaria tenemos el componente A (más volátil) y el B. comenzando la ebullición. Separación de una mezcla binaria de agua y metanol de composición desconocida en sus componentes por medio de una destilación intermitente. El vapor se condensa y se recoge en forma de líquido.DESTILACIÓN INTERMITENTE OBJETIVO. siendo la temperatura T2. A medida que se va evaporando el componente más volátil la temperatura de ebullición de la mezcla va aumentando. . yA2: composición final en componente más volátil del vapor. yA1: composición inicial en componente más volátil del vapor. que se mantiene. El destilado recogido tiene una composición comprendida entre yA1 e yA2. y por tanto aumenta la temperatura de ebullición. Destilación intermitente o diferencial: operación intermitente en la que la mezcla se calienta hasta su temperatura de burbuja. Destilación: operación unitaria consistente en la separación de los componentes de una mezcla basándose en la diferencia entre la presión de vapor de éstos. Los datos de composición que obtengamos empíricamente los compararemos con los valores teóricos pronosticados por los balances de materia y la ecuación de Lord Rayleigh. Supondremos que el alimento y el vapor generado están en equilibrio dinámico y por tanto su composición variará continuamente. xA1: composición inicial en componente más volátil en el líquido. Cuando la composición del líquido residual es xA2 el vapor originado tiene una composición yA2. que da lugar a un vapor más rico que la mezcla en el componente más volátil (destilación simple). a su vez este condensado se calienta dando lugar a un vapor aún más rico en el componente más volátil (más ligero.Columna de fraccionamiento Esquema de una columna de destilación fraccionada Una columna de fraccionamiento. Una destilación fraccionada es una técnica que permite realizar una serie completa de destilaciones simples en una sola operación sencilla y continua. El vapor pasa a la parte superior de la columna donde condensa. que vuelve a ascender en la columna (nueva destilación simple). de menor punto de ebullición). y se utiliza fundamentalmente en la separación de mezclas de componentes líquidos. De la misma forma el líquido condensado de cada paso va refluyendo hacia la parte baja de la columna. Como la temperatura sigue aumentando. Fundamento teórico El fundamento teórico del proceso consiste en el CR7 calentamiento de la mezcla. haciéndose cada vez más rico en el componente menos volátil. . La destilación fraccionada es una operación básica en la industria química y afines. también llamada columna de platos o columna de platillos. es un aparato que permite realizar una destilación fraccionada. pero en ambos casos existe en la parte inferior un aparato que calienta la mezcla y en la parte superior un condensador. etano. etc. pero rematado por una cazoleta invertida que obliga al vapor a borbotear sobre el líquido contenido en el plato. En el caso de este último. Así se asegura el contacto entre el líquido condensado en el plato y el vapor que ha hervido en el plato inferior. y permite separar incluso líquidos de puntos de ebullición parecidos. trozos de tubo de vidrio o similares. Diseño El número de etapas o de platos necesario para una determinada separación se puede calcular teóricamente. se utiliza para separar o fraccionar componentes propios de dicho gas como el metano. Y el principal uso industrial. La eficiencia de la separación depende de múltiples factores como la diferencia de puntos de ebullición de los componentes de la mezcla. En el caso de un aparato de laboratorio normalmente la columna es de vidrio y está rellena de un material que asegure el máximo contacto entre la fase líquida y la fase de vapor. En la práctica el número de platos reales necesarios es siempre superior al de platos teóricos calculados. con mucha mayor importancia que cualquier otro. es la destilación fraccionada del petróleo o del gas natural. ya que no es más que la combinación de una serie de destilaciones simples. Clases La columna de fraccionamiento puede ser tanto un aparato de laboratorio como una instalación industrial propia de la ingeniería química o ingeniería de gas. Aplicación La principal aplicación en el laboratorio es la separación de sustancias de puntos de ebullición próximos. butano.Esto tiene como consecuencia una serie completa de evaporaciones y condensaciones parciales en toda la longitud de la columna de fraccionamiento. la presión a la que se trabaje y otros parámetros fisicoquímicos de los componentes. como bolitas de vidrio. el tipo de relleno o de platos. Estos ciclos de evaporación-condensación equivalen a múltiples destilaciones simples. por lo que la destilación fraccionada es mucho más eficiente que la simple. En el caso de una instalación industrial la columna está formada por una serie de platos. con la finalidad de obtener dicho componente libre de otros con los que normalmente viene acompañado. De la misma manera en función del resultado buscado se diseñan el diámetro de la columna. . Aquí todos los componentes son habitualmente metálicos. cada uno de ellos atravesado por un tubo que permite el ascenso del vapor desde el plato inferior. entre otros. La industria química La industria química produce un gran número de mezclas y utiliza la destilación para separarlas en productos útiles que se pueden vender. destila el petróleo para separarlo en componentes. La destilación puede separar mezclas que contienen impurezas sólidas y extraer el líquido puro. La destilación permite a la industria de extraer el producto puro y . y la recolección y recondesación por separado de los vapores. los filtros no funcionarán. Para dos líquidos mezclados que tienen puntos de ebullición próximos entre sí. La destilación simple proporciona una mezcla impura de varios alcoholes y agua. generalmente son más rentables los filtros. donde el vapor impuro se alimenta de nuevo en la mezcla. pero la destilación fraccionada puede producir alcohol etílico puro. diesel y combustible para calefacción. tales como gasolina. para las suspensiones de sólidos. contiene agua y gas. brandy y otras bebidas con alto contenido de alcohol está muy extendida. whisky. A continuación. La industria del petróleo Cuando el petróleo mineral es bombeado a la superficie. y muchas de las mezclas producidas a partir de materias primas contienen el producto deseado. Si el sólido está en solución. es la más indicada para llevar a cabo. y la destilación será la que se utilizará para extraer un líquido puro. el alcohol en las bebidas alcohólicas. ginebra. la destilación fraccionada es la que se utiliza para aumentar la eficiencia del proceso de destilación. La destilación separa mezclas de fluidos en sus componentes cuando los componentes tienen un punto de ebullición con gran variación. Destilación del alcohol La destilación de alcohol a partir de una mezcla de agua. pero. La compañía utiliza la destilación para separarlo en los tres componentes mediante el calentamiento de la mezcla. Algunos de estos materiales tienen puntos de ebullición que están próximos entre sí de modo que la destilación fraccionada.Qué tipo de sustancias pueden ser separadas por destilación Los clérigos usaban la destilación para concentrar el alcohol en la Edad Media. levadura e hidratos de carbono para hacer licor se ha practicado desde la Edad Media. pero en una forma muy impura. pero la destilación comercial para producir vodka. La destilación casera de alcohol es ilegal en la mayoría de las jurisdicciones. La pureza del producto es esencial en muchos casos. en lo principal. Cuando las impurezas consisten en materiales sólidos en suspensión. en cierta profundidad. figura en un lugar preponderante la elección de los sensores y actuadores a utilizar. Discusión del caso de las Columnas de Destilación Introducción Considerando que los estudiantes comprenden. Aspectos de Diseño Entre las múltiples decisiones que se deben adoptar al diseñar un sistema de control de la dinámica de un sistema. los filtros no va a lograr extraer los sólidos. en cierto detalle. El objetivo de control podría ser la mantención del destilado (pentano) en una concentración del 95 (± 2)% molar. la destilación puede purificar el líquido. En el caso de los sólidos en solución. y dejando el sólido disuelto como un residuo seco. Líquidos con impurezas Cuando un líquido contiene impurezas. Los cosméticos líquidos. considere una columna de destilación de una simple mezcla binaria de pentano (destilado) y hexano (fondo). pero los filtros son los que se utilizan normalmente porque destilación es cara. un sistema de control que logra operar adecuadamente una cierta destilación podría resultar totalmente inapropiado en otra. el proceso de separación basado en destilación. produciendo un líquido puro. Prentice Hall International Editions. Chemical Process Control: An Introduction to Theory and Practice.concentrarlo tanto como sea necesario. El material que se presenta está basado. como sal en el agua. debido a la gran cantidad de calor necesario para vaporizar el líquido. en Stephanopoulos G. el metanol y las materias primas para los insecticidas son ejemplos de componentes químicos preparados por destilación. se utilizará esta operación para discutir. dejando las impurezas detrás. En un nivel de análisis superficial. 1984. la comprensión de su dinámica y su eventual control automático. por lo que se usa la destilación para hervir la mezcla y volver a condensar el vapor. No es casual que las operaciones de destilación ocupen un lugar destacado en los estudios de control de procesos: se debe a que su complejidad requiere su comprensión acabada. la destilación puede extraer el líquido puro. La primera posibilidad será la utilización de un sensor de composición para medir la concentración de pentano en el destilado y utilizar control feedback (retroalimentado) para manipular la tasa de reflujo: . una columna de destilación). antes de resolver el diseño del controlador se debe conocer la dinámica de la operación (en este caso. Modelamiento de una columna de destilación binaria ideal Considere la mezcla binaria de los compuestos A y B. la operación es: .Tal decisión presupone que el diseñador sabe que la manipulación de la tasa de reflujo altera la composición del destilado. ¡el diseñador sabe si es posible obtener una concentración del 95% de pentano! Es decir. El requisito de la operación de destilación convencional será su separación en dos líneas distintas: o o el destilado (D) y el fondo (B) En términos de diagramas de bloques. aún más. también. en síntesis. es decir. numerados desde el fondo hacia arriba. En el fondo se retira. xB. En el fondo de la columna se retira el producto pesado a tasa de flujo másico FB y con composición dada por la fracción molar de A en esa línea. Las variables anteriores se pueden apreciar en el diagrama de equipo (el atento lector observará que contiene más detalles que los diagramas anteriores) que incluye la nomenclatura definida más arriba. líquido a una tasa molar V para calentarlo con vapor y devolverlo al primer plato de la columna. que llamaremos el plato de carga. en su punto de burbuja. se retira una cantidad de producto destilado a tasa FD y cuya composición está definida por xD la fracción molar de destilado en esa línea. Llamaremos MB al volumen líquido contenido en el circuito rehervidor. Desde el tambor de reflujo. la masa molar de vapor es insignificantemente pequeña). en condiciones de líquido saturado. definida como cf (se podría haber especificado flujo y fracción molar de B o. El caudal entrante (Ff) debe ingresar una altura intermedia. Se utilizará MTR para representar el holdup de líquido en el tambor de reflujo.Donde la entrada a proceso ingresa a una tasa de flujo másico (molar) dada por Ff y su composición está caracterizada completamente mediante la fracción molar del compuesto A. las tasas molares de A y de B. . El vapor del punto de máxima altura de la columna de destilación (el plato número N) se enfría (con agua) y condensa completamente para caer al tambor de reflujo. La columna se supone construida mediante N platos. El vapor contenido en cada plato será despreciado (porque si existe líquido. por ende. Parte del contenido del tambor de reflujo se recicla al plato superior de la columna a una tasa molar FR (flujo recirculado). basta especificar los 2 grados de libertad resultantes). En cada plato existe tanto fase líquida como sólida de la mezcla y llamaremos Mi al holdup de líquido en el plato i. existen 3 variables y una ecuación que las liga y. también. Además la fracción molar de A que evoluciona desde el plato i (yi) se obtiene del equilibrio gas/líquido y de la separación: . dado que tiene propósitos de análisis dinámico y posterior control mediante bucles de realimentación.. = VN) de modo que no es necesario el balance de energía en cada plato. Entonces. ver Perry). El vapor que evoluciona de un plato está en equilibrio con el líquido que cae del plato (eficiencia del 100%).El modelo. Vi = V para todos los platos. puede ser simplificado de manera importante mediante un conjunto de hipótesis medianamente razonables: El holdup de vapor es despreciable (i. La respuesta dinámica del condensador y del rehervidor será despreciada (en un primer análisis). No habrá intercambio de calor con el ambiente. Los calores de vaporización de A y de B son iguales (1 mol de vapor condensado provee el calor necesario para vaporizar 1 mol de líquido). a .e.. El flujo molar de líquido (Li) que cae de cada plato se relaciona con el holdup de líquido en el plato mediante Francis (para vertederos. La volatividad relativa de A y B. es decir: Li=f(Mi) para cualquier plato i.permanece constante. V= V1= V2= .