Balances de materia y energía en la operación unitaria de destilación

2. Es una operación que consiste en separar dos o más
componentes de una mezcla líquida, aprovechando las
diferencias en sus presiones de vapor.
La mezcla líquida desprenderá vapores más ricos en
componentes volátiles. Cuando la mezcla a destilar
contiene sólo dos componentes se habla de destilación
binaria, y si contiene más, recibe el nombre de destilación
multicomponente.

3. Una operación unitaria o un proceso unitario
también se pueden dividir de
la siguiente forma:
 Continuos (o flow): en este caso, en cada etapa
las materias primas o los reactantes entran en
forma continua al equipo y los productos
también lo hacen de la misma forma.
 Discontinuos (o batch): en este caso, el equipo
se carga con la alimentación, se realiza la
operación o el proceso y luego se descarga el
producto.

4. Una operación o proceso unitario continuo puede
operar de dos formas:
 En estado estacionario: cuando todos los parámetros
que definen las corrientes que llegan o salen del
equipo, como así también los que controlan el equipo
(temperatura, presión, caudal, pH, etc.) no varían con el
tiempo.
 En estado no estacionario: cuando los parámetros
mencionados anteriormente varían con el tiempo. Esta
situación normalmente sucede cuando se pone en
marcha (o se para) una planta o un equipo
determinado.

5. La destilación puede llevarse a cabo de muchos modos,
distinguiéndose dos tipos básicos de operación:
destilación sin reflujo o simple y destilación con reflujo,
comúnmente llamada rectificación:
 Destilación simple
 Destilación súbita o flash
 Destilación con reflujo o rectificación
 Destilación con reflujo o rectificación

6.  Destilación simple
Es la operación de hervir el líquido de un recipiente (la
caldera) condensándose los vapores que constituirán el
destilado, quedando en la caldera el residuo. Esta
operación puede llevarse a cabo de forma continúa,
alimentando la caldera y extrayendo el residuo
continuamente, o de forma discontínua con lo que las
composiciones de vapor y líquido van cambiando con el
tiempo.

7.  Destilación súbita o flash
Es una forma de destilación simple en la que se calienta el
elemento a temperatura elevada pero manteniendo una
presión elevada, de manera que no hierva el líquido. A
continuación, el líquido se expansiona recalentado en una
columna hasta una presión menor, con la que vaporizarán
los componentes más volátiles. Abandonará la columna
una fase de vapor rica en volátiles y una fase líquida rica
en no volátiles. Ambas fases estarán en equilibrio en la
condiciones de presión y temperatura de la columna.

8.  Destilación con reflujo o rectificación
Es uno de los tipos más importantes de destilación, el
vapor que abandona la cabeza de la columna se
condensa y una fracción del líquido condensado se
devuelve a la columna -fracción que constituye el reflujo-
el resto se retira como producto destilado. En el interior
de la columna se pone en contacto el vapor ascendente
con el líquido descendente. En un nivel dado de la
columna, estas dos corrientes no están en equilibrio entre
sí, por lo que hay una transferencia de materia, pasan los
componentes más volátiles del líquido al vapor y los
componentes menos volátiles del vapor al líquido. Esta
transferencia provoca que el vapor se enriquezca en los
componentes más volátiles a medida que asciende por la
columna.

9. Los distintos tipos de destilación se llevan a cabo en las
columnas de destilación, que son recipientes cilíndricos
verticales con una entrada de alimentación por un punto
dado de la columna y con una salida por la parte superior
o cabeza para extraer los vapores a condensar. Estos
vapores pueden volver en parte a la columna, como
reflujo, a través de otra entrada por la cabeza.
Se dispone también de una salida inferior en la base de la
columna o cola para retirar residuos de la destilación.

10. . Para asegurar una adecuado contacto entre
el vapor y el líquido se han diseñado varios
dispositivos de laboratorio o industriales
basados en dos criterios:
 Columnas de contacto continúo entre vapor
y líquido o columnas de relleno
 Columnas de contacto por etapas o
columnas de platos.

11. • Columnas de relleno
Son columnas de relación diámetro altura
normalmente baja, llenas en su interior de
elementos sólidos pequeños, en relación con el
diámetro de la columna. Estos elementos de
relleno son inertes a las fases circulantes y están
distribuidos al azar u ordenadamente. La
corriente de líquido al caer sobre ellos se rompe
en pequeñas corrientes y se pone en contacto
íntimo con el vapor que circula en sentido
contrario. Hay muchos tipos de rellenos
comerciales, y entre otras características se
persigue que tenga una elevada área superficial
por unidad de volumen, poco peso, buena
resistencia mecánica y que los elementos no se
compacten entre sí.

12. • Columnas de platos
Los platos son superficies planas que dividen las columna
en una serie de etapas. Tienen por objeto retener una
cierta cantidad de líquido en su superficie a través de la
cual se hace burbujear el vapor que asciende de la
caldera consiguiéndose así un bien contacto entre el vapor
y el líquido.
El líquido del plato cae el plato inferior por un rebosadero
situado en un extremo del plato. Según la forma del
dispositivo que permite el paso del vapor a través del
líquido, se distingue entre platos perforados (con simples
agujeros), platos de campanas y platos de válvulas. En
los platos normalmente no se llega a alcanzar el equilibrio
entre el líquido y el vapor que abandona el plato, es decir,
la eficacia del plato no es del 100. Un plato ideal o teórico
es aquel en el que se alcanza el equilibrio entre las
corrients que salen del plato.

13. • Torre de destilación
• Calentador fuego directo con aprovechamiento de
calor en zona de conversión
• Calentador a fuego directo, en proceso
• Calentador a fuego directo, tipo caja
• Calentador a fuego directo tipo vertical
• Post enfriamiento de aire
• Ciclón
• Tolva
• Polipasto
• Chimenea
• Centrifugadora

14. Balance de materia
Balance de energía