Este documento describe el proceso de destilación súbita o "flash", que consiste en separar una mezcla líquida en fases líquida y vapor mediante una descompresión rápida. Explica el modelo y cálculos para este proceso, asumiendo equilibrio termodinámico y binariedad de la mezcla. Además, presenta un ejemplo numérico de cálculo gráfico y analítico para la separación de una mezcla de hexano y heptano.

1. 5.2. Balance de materia para procesos en una única etapa
Destilación súbita o “flash”
1. Definición
La destilación súbita o “flash” es una operación es una operación de separación una única
etapa. En ella, una alimentación líquida se bombea a través de un cambiador de calor hasta
alcanzar una temperatura determinada. A continuación se descomprime bruscamente
haciéndola pasar a través de una válvula de expansión, lo que origina la vaporización parcial
del líquido tras lo cual la mezcla se introduce en un recipiente de mayor volumen con el
objeto de separar la fase condensada del vapor. El recipiente puede ser una cámara simple o
estar dotado de relleno u otro dispositivo para la eliminación de nieblas. El líquido y el
vapor que se separan pueden suponerse en equilibrio, por lo que esta separación se conoce
también como destilación de equilibrio.
La destilación súbita es un tipo de separación que se utiliza con mucha frecuencia en la
práctica industrial, especialmente en el refino de petróleo y la industria petroquímica. No
sólo se utiliza como separación en sí misma, sino también como separación previa a otras
más elaboradas con el fin de reducir la carga de los equipos.
F xF
V y
L x
Esquema de una destilación súbita
2. Modelo y cálculos
El cálculo de una destilación súbita se basa en un modelo simplificado con las siguientes
suposiciones:
1. La mezcla a separar es binaria o asimilable a binaria.
2. El sistema se supone en estado estacionario.
3. El líquido y el vapor se encuentran en equilibrio.
4. No hay pérdidas de calor con los alrededores.

2. Los flujos molares de alimentación, líquido y vapor se denominan respectivamente F, L, y
V. Las composiciones expresadas en fracción molar del componente más volátil se denotan
como xF, x e y, también respectivamente.
Balance global de materia: F =V + L [1]
Balance de materia al componente más volátil: F F x =V y + L x [2]
Denominando f a la fracción de alimentación que se vaporiza
V
   f
= 
 
F
, los balances pueden
escribirse de la forma siguiente:
1
L
= f
+ [3]
F
(1 ) F x = f y + - f x [4]
Combinando [3] y [4]:
(1 -
f ) x
F = - + [5]
y x
f f
La ecuación [5] es la ecuación de una línea recta que corresponde a la línea de operación de
la separación representada en un diagrama x-y. Por otro lado, por la suposición tercera, las
composiciones de líquido y vapor se encuentran sobre la línea de equilibrio, por lo que la
resolución de un problema de destilación súbita requiere determinar la intersección de la
línea de operación con la línea de equilibrio. Esto se puede realizar mediante un
procedimiento gráfico o por un método de cálculo numérico, (por ejemplo, utilizando un
programa de simulación).
3. Ejemplo de cálculo gráfico y numérico
Una mezcla del 50% (en moles) de n-hexano y n-heptano, se somete a destilación súbita con
una presión en el separador de una atmósfera, de forma que se vaporicen el 60% de los
moles de la alimentación:
0.5 F x =
f = 0.6
Base de cálculo: 100 moles de F (la separación es continua, pero no es necesario especificar
explícitamente una unidad de tiempo).
La ecuación de la línea de operación es, según [6]:

3. (1 -
0.6) 0.5
0.6 0.6
= - + [6]
y x
Resolviendo de forma aproximada:
y = - 0.667 x + 0.833 [7]
Los datos de equilibrio a una atmósfera para este sistema son los siguientes:
x 1.000 0.958 0.727 0.562 0.346 0.211 0.090 0.000
y 1.000 0.983 0.875 0.755 0.572 0.389 0.195 0.000
T(ºC) 68.7 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 99.2
El gráfico muestra (en rojo) la línea de operación [7] que se ha representado en el gráfico x-y
junto con los datos de equilibrio de la tabla anterior (en azul). La intersección corresponde
a la solución del problema:
x = 0.36
y = 0.59
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
x
y
Si es posible disponer de una forma analítica de la ecuación de equilibrio, el problema puede
resolverse sin la ayuda de una gráfica. En este caso, por ejemplo, el sistema es ideal y sigue
la Ley de Raoult (para cada componente). El gas también puede suponerse ideal, por lo que
se cumple que:

4. ·
A p
= [8]
y x
P
·
1 B (1 ) p
- y = - x
[9]
P
(Se ha denotado a. n-hexano como A y al n-heptano como B.) Las presiones de vapor
pueden calcularse a partir de los parámetros de la ecuación de Antoine:
log ( )
B
p A
T C
· = -
+
[10]
Para el n-hexano:
A = 14.0568
B = 2825.42
C = -42.7089
Para el n-heptano:
A = 13.9008
B = 2932.72
C = -55.6356
En la ecuación [10], p [=] kPa y T[=] K. Las ecuaciones [6], [8] y [9] forman un sistema de
tres ecuaciones con tres incógnitas, que puede resolverse para dar lugar a:
x = 0.368
y = 0.587
T = 84.7ºC
(Las fracciones molares no suman uno porque corresponden a fases distintas. El dato de
equilibrio a 85ºC de la tabla de datos de equilibrio corresponde a valores de x e y muy
próximos, por lo que los dos métodos ofrecen resultados coincidentes.)
4. Referencias
1. Calleja Pardo, G. (Ed.), García, F., de Lucas, A., Prats, D., Rodríguez, J.M.,
“Introducción a la Ingeniería Química”, Síntesis, Madrid, 1999, pp. 331-332.
2. McCabe, W., Smith, J.C., Harriott, P., “Operaciones básicas de Ingeniería Química”
McGraw-Hill, México, 2002, pp. 693-697.