La destilación es un método de separación que utiliza la vaporización y condensación de una mezcla, aprovechando las diferencias en volatilidad de los componentes. Se realiza en una columna de destilación con bandejas o empaquetaduras, donde se logra un intercambio de masa entre las fases vapor y líquida, mejorando la separación con más etapas. A pesar de que existen métodos más nuevos, la destilación sigue siendo la técnica más utilizada en la industria química y petroquímica para la separación de mezclas líquidas.

1. Destilación
320 Capítulo 7 Destilación
La destilación es la técnica de separación preferencial de los componentes más volátiles de los menos
volátiles en una solución de alimentación por vaporización parcial de la alimentación seguida de
condensación. El vapor producido es más rico en los componentes más volátiles. La distribución de
los componentes en las dos fases se rige por la relación de equilibrio vapor-líquido. De este , sólo se
consigue una separación parcial de los componentes. Para obtener un mayor grado de , el contacto
multietapa entre las fases vapor y líquida se realiza en un dispositivo adecuado denominado "columna de
destilación" (por ejemplo, una columna de bandejas o una torre descrita en los capítulos 1 y 5). Las partes
más importantes de una unidad de destilación, tal y como se ilustra en la figura 7.1, son:
(a) una columna con bandejas o una empaquetadura y elementos internos adecuados (analizados en el
Capítulo 3), (b) un rehervidor y (c) un condensador. La alimentación entra por un punto adecuado de la torre.
El rehervidor, normalmente calentado por vapor, parcialmente el líquido recibido fondo de la columna. El
vapor asciende por las bandejas o por la empaquetadura de la , sale por la parte superior y entra en un
superior. Una parte del condensado se retira como producto superior y el resto se devuelve a la columna
como refiujo que fluye por las bandejas o la empaquetadura. En las bandejas o en la superficie de la
empaquetadura se produce un contacto íntimo entre el líquido que desciende y el vapor que asciende. Se
produce un intercambio de masa entre las fases líquida y de vapor. Los componentes más se desplazan de la
fase líquida a la fase vapor y los menos volátiles se desplazan en sentido inverso, de la fase vapor a la fase
líquida. Como resultado, las concentraciones de los componentes más volátiles aumentan gradualmente en el
vapor a medida que éste asciende, y las concentraciones de los componentes menos volátiles aumentan en la
fase líquida a medida que ésta desciende por la . De este modo, se consigue un mayor grado de separación de
los más volátiles de los menos volátiles. El producto superior extraído del condensador es rico en volátiles. El
producto final tiene una alta concentración de los menos volátiles y sólo una pequeña cantidad de los más
volátiles. Cuanto mayor sea el número de bandejas (o la profundidad de la empaquetadura) y mayor sea la
relación de reflujo (se define en la figura 7.1), mejor será la separación. Una columna de destilación como la
descrita anteriormente realiza el trabajo de "destilación fraccionada", es decir, la separación de una
alimentación en dos o más productos que difieren en puntos de ebullición o rangos de ebullición. La
destilación es la técnica más madura, aunque de alto consumo energético, de separación de mezclas líquidas
de pequeña a gran capacidad. Se han registrado columnas hasta 10 m de diámetro y 150 o más bandejas.
Figura 7.1 Esquema de una columna de destilación típica.
La destilación, que es una de las operaciones de transferencia de masa más antiguas, se habría inventado
en Alejandría (Egipto) en el siglo I de nuestra era. El uso más antiguo fue en la producción de bebidas
alcohólicas. La historia de la destilación ha sido descrita por Forbes (1948).
Conviene distinguir entre destilación y evaporación, ya que en esta última operación también se
separan los componentes de la solución volatilizando algunos de ellos. La principal diferencia es que en
la evaporación una solución que contiene un disolvente volátil y un soluto no volátil (o un soluto con una
volatilidad muy baja) se separa mediante la vaporización de una parte o de la totalidad del disolvente. :
evaporación de una solución azucarada (azúcar: soluto no volátil; agua: disolvente volátil), evaporación
de una solución de glicerol (glicerol: soluto poco volátil; agua: disolvente volátil). Pero en la destilación,
los componentes (al menos dos de ellos) tienen una volatilidad razonable. Ejemplo: destilación de etanol
acuoso (tanto el etanol como el agua son volátiles, pero el etanol es más volátil).
La destilación es la operación de transferencia de masa más común en las industrias de procesos,
particularmente en las industrias de procesos orgánicos. La función de la destilación puede ser la
separación de productos frente a una mezcla (ejemplo: separación de anilina y nitrobencina en el proceso
de fabricación de anilina), la recuperación de un producto (ejemplo: recuperación de etanol de su
solución en agua en el proceso de fabricación de alcohol), o el aumento de la pureza de un producto
(ejemplo: secado de benceno comercial para la eliminación de trazas de agua presentes en él). La
destilación es, de nuevo, la operación más importante en una refinería de petróleo. Un complejo
petroquímico también utiliza un gran número de columnas de destilación. A veces, la destilación puede
utilizarse junto con algunas otras operaciones de transferencia de masa (Stichlmair y Fair, 1998). Por
ejemplo, en una planta de acrilonitrilo, el producto se separa de la mezcla de reacción por absorción en
agua. La solución acuosa de acrilonitrilo que sale de la torre de absorción se separa en una columna de
destilación para producir acrilonitrilo de la pureza deseada. Del mismo modo, las corrientes de extracto
y refinado de una columna de extracción (analizadas en el capítulo 8) pueden separarse en una columna
de destilación dependiendo de la diferencia de volatilidad de los componentes (ejemplo: una unidad de
extracción de aromáticos en una refinería de petróleo). Debido a su importancia y a su amplio uso en la
separación de mezclas, la destilación se denomina
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2. Equilibrio Vuf'our-Liquid 32
el "caballo de batalla de las industrias químicas". A pesar de la aparición de procesos de separación más
nuevos y avanzados, la destilación sigue siendo la técnica de separación de mezclas y soluciones líquidas más
utilizada (Fair, 1988; Kunesh et al., 1995). El coste estimado de la producción anual mundial de columnas de
destilación era de 524.000 millones de dólares hace unos diez años, según Porier (1995). En la Tabla 7.1 se
citan algunos ejemplos comunes de aplicaciones de la destilación fraccionada. Aquí discutiremos brevemente
los principios básicos del cálculo y diseño de la destilación. Hay algunos libros excelentes que tratan el tema
con detalle (Billet, 1985, 1995; Kister, 1989, 1992; Stichlmair y Fair, 1998).
Tabla 7.1 Algunos ejemplos de separación de mezclas líquidas por destilación
522 Chapfet 7 Dislilluiiun
tiene dos grados de libertad. El número total de parámetros y variables es de cuatro: temperatura,
presión total, composición del líquido y composición del vapor. Dado que el número de grados de
libertad ( F ) es 2, es necesario fijar dos de estas cuatro magnitudes para definir el sistema en equilibrio.
Así, si la temperatura y la presión son fijas, las composiciones líquida y vapor serán automáticamente
fijas (es decir, sólo puede haber un conjunto de composiciones líquida y vapor para el que la presión
total ejercida en el espacio de vapor sea igual a la presión dada a la temperatura dada). Del mismo modo,
si la temperatura y la composición del líquido son fijas, la presión total y las composiciones del vapor se
fijarán automáticamente si el sistema está en equilibrio. La extensión a un sistema multicomponente no
es difícil.
Los equilibrios vapor-líquido constituyen la base física de la separación de una mezcla por destilación.
La mayor concentración de componente(s) más volátil(es) en la fase de vapor en comparación con el
Orude petróleo Óxido
de etileno/agua
Acrilonitamater
Slyrene/Ethylbenzene
Benceno/Etil benceno/otros
Propileno/Propano
EthanoMater
Acetic aciô'Acetic anhydnde Air
Anilina/Nitrobenceno
Refinería Varios productos petrolíferos
Petroquímica Óxido de etileno
dv Acrilonitrilo
-dv Estireno
dv Etilbenceno
de ^ropyIene
Fermentación/Destilación Etanol
Planta de anhídrido acético Anhídrido acético
Planta de separación de aire Nitrógeno, Oxígeno, Argón
Planta de anilina Anilina
hace posible la separación por destilación (véanse los datos i-y del sistema metanol-agua del Ejemplo
7.15). Para diseñar forma fiable una columna de destilación es esencial disponer de datos VLE precisos. Si
los datos experimentales no están disponibles (esto ocurre frecuentemente para sistemas
multicomponentes), se puede adoptar un método predictivo adecuado (por ejemplo, el método UNIFAC)
para el cálculo de los datos de equilibrio. A continuación describiremos un sencillo montaje
experimental para la determinación del equilibrio vapor-líquido en el laboratorio. A continuación se
describirán los tipos comunes de relaciones de equilibrio que presentan diversas mezclas líquidas.
7.1.1 Determinación experimental del equilibrio vapor-líquido (VLE)
Se han ideado diferentes tipos de montajes experimentales para medir la composición y la
temperatura/presión de las fases líquida y vapor en equilibrio. Las funciones básicas de un stiII de
equilibrio son vaporizar continuamente una mezcla líquida, condensar todo el vapor en un condensador
7.1 EQUILIBRIO VAPOR-LÍQUIDO
La separación de una mezcla por destilación se basa en la equilibrada de los componentes entre las fases
líquida y vapor. El conocimiento del equilibrio vapor-líquido es, por lo tanto, esencial para la comprensión de
los principios de la destilación. Consideremos una solución acuosa de etanol tomada en un recipiente cerrado
como el que se muestra en la Figura 4.1. La solución se hierve durante algún tiempo y el vapor junto con el
aire que se encuentra en el espacio por encima del líquido se expulsa a través de una váIvula, de forma que el
recipiente contiene ahora sólo moléculas de etanol y agua. Se cierra la válvula y introduce el recipiente en un
baño a temperatura constante. ¿Qué esperamos que ocurra? Con tiempo suficiente, el sistema alcanza el
equilibrio y las composiciones de líquido y vapor, así como la presión total en el espacio de vapor (es decir, la
presión total ejercida por la solución) alcanzan valores únicos. Ahora saca el recipiente del baño, introduce en
una cierta cantidad de etanol (o agua) y se vuelve a mantener el recipiente a la misma temperatura en el baño.
El sistema alcanzará un nuevo estado de equilibrio, es decir, tendrá un conjunto diferente de concentraciones
de líquido y vapor y una nueva presión total en el espacio de vapor. En una serie condiciones, la composición
del vapor de equilibrio aproxima a la composición del líquido, lo que se denomina equilibrio líquido-vapor
(EVP).
Pero, ¿qué se entiende por "un conjunto dado de condiciones"? La respuesta nos la da la regla de
fase de Gibb (ya comentada en el capítulo 4) expresada como
F= C - P 2 (7.1)
En el ejemplo anterior de equilibrio en el sistema etanol-agua, el número de componentes, C= 2; el
número de fases, P -- 2 (la fase vapor y la fase líquida). Por tanto, F -- 2 y el sistema
(utilizando un refrigerante adecuado) y reciclar el condensado al alambique o al flash de ebullición. Este tipo
de aparato se denomina "destilador de recirculación de líquido". Una alcanzado el equilibrio, se extrae una
muestra del líquido del destilador y se analiza para determinar la composición del líquido (x, fracción molar).
Se analiza una muestra del condensado (que tiene la misma composición que la del vapor) para obtener la
composición del vapor en equilibrio' (y*, fracción molar). Los experimentos se repiten con mezclas líquidas
de diferentes composiciones para generar los datos de equilibrio vapor-líquido (datos i-y*) que cubren toda la
gama de composición del binario (0 S i ñ 1).
Una primera del aparato utilizado con este fin es el "alambique O thmer", ideado por D.F. Othmer ya en
1928. De vez en cuando se han sugerido diversas modificaciones de este aparato, por ejemplo, el alambique
Colburn, el alambique Gillespie, el alambique Scheeline y Gilliland, etc. Dos fuentes comunes de error en los
experimentos son: (i) sobrecalentamiento del líquido (como resultado, el termopar/ termómetro indica una
temperatura de ebullición errónea de la mezcla líquida); (ü) pérdida de calor del alambique o del matraz de
ebullición que provoca la condensación parcial del vapor antes de que salga del matraz de ebullición. En la
figura 7.2 se describe una versión mejorada del alambique Gillespie (Yuan y Lu, 1963) que presenta estos
problemas.
Se introduce una mezcla líquida en el matraz de ebullición (B) que está provisto de una bobina de
calentamiento eléctrico interna (H ) dentro de una vaina de vidrio (G ). La mezcla líquido-vapor fluye a
través del tubo vertical P (a veces denominado "bomba de Cottrell") y entra en la cámara de equilibrio (E) en
la que las fases de vapor y líquido se separan y alcanzan el equilibrio. El líquido fluye hacia la
A menudo se utiliza un srar (") para indicar el valor de equilibrio; x e I' se refieren a l mero volátil en un binario.
Fœci/Gomponentes

3. Fopo "r-IigWdfgWG6rr11m
Figura 7.2 Esquema de un alambique Gillespie modificado. B matraz de ebullición o "alambique"; H: calentador eléctrico interno, G:
vaina de vidrio del calentador; P: bomba Cottell, E: cámara de equilibrio; R,: recipiente de líquido, C: condensador total de un vapor; Rt:
recipiente de condensado;
T: termómetro o termopar
receptor (R ;) y el vapor fluye hacia el condensador (C ). El condensado se recoge en otro recipiente (R
2). Como todo el vapor que entra en el condensador se condensa (es un "condensador total"), la
composición del vapor y la del condensado son iguales. El matraz de ebullición (B), la cámara de
equilibrio (E ) y el recipiente de líquido (R ; ) están bien aislados. (Si el aislamiento no es bueno, puede
producirse la condensación de un poco de vapor en E y R ; provocando la "rectificación" del vapor.
Como resultado, el vapor estará más enriquecido en volátiles de lo que debería estar en "equilibrio"). El
líquido de R y el condensado de R2 rebosan continuamente y se reciclan de nuevo al matraz de
ebullición a través de los tubos de conexión, como se muestra en la figura 7.2. El alambique funciona
durante un tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio. Las muestras del líquido y del vapor
(condensado en el recipiente R2) se recogen abriendo los grifos de cierre y se analizan para averiguar las
composiciones de equilibrio de las fases. La temperatura en la cámara de equilibrio se mide
introduciendo un termopar o un termómetro en la vaina, T. La temperatura indicada en el equilibrio es
igual al punto de burbuja del líquido e igual al punto de rocío del vapor en equilibrio. (Debe tenerse en
cuenta que si la temperatura de ebullición se mide introduciendo un termómetro en un termopozo del
matraz de ebullición, puede haber un error debido al recalentamiento del líquido). Si el destilador
funciona a una presión diferente de la presión ambiente, se adoptará una disposición adecuada para
mantener la presión en el destilador.
El aparato descrito anteriormente es útil para medir los datos de equilibrio a "presión constante".
Con algunas modificacionespuede utilizarse para medir el equilibrio a "temperatura constante", cuando
la presión total, además de las concentraciones de líquido y vapor en equilibrio, se mide a una
temperatura constante dada.
324 Capítulo 7 Destilación
7.1.2 Temperatura constante o presión constante Equilibrios binarios
Repitiendo el experimento anterior con mezclas líquidas de distintas composiciones, podemos recopilar los
datos T-x-y- de un sistema. Si se representa la temperatura de ebullición en función de la composición i del
líquido, se obtiene la "curva del punto de burbuja". Si se representa la temperatura en función de y*, la
composición del vapor en equilibrio, se obtiene la curva del "punto de rocío". En la Fig. 7.3(a) se muestran
las curvas de burbuja y punto de rocío para mezclas binarias de ciclopenina(A) y benceno(B) a 1 atm de
presión total. Las concentraciones en fase líquida y vapor (i e y*) de ciclo/pentano (el más volátil) se
representan a lo largo del eje horizontal y la temperatura a lo largo del eje vertical. Debajo del diagrama T-. -
y- en el que x se representa en el eje horizontal e y- en el eje vertical [Figura 7.3(b)]. Una representación
bidimensional
Figura 7.3 (a) Curvas de burbuja y punto de rocío, y (b) diagrama de equilibrio del sistema ojo/a-pentano (1)-benceno (2) a 1 atm
[Myers, /nd. Eng. Chem., 4B(1956) 1104.].

4. I
Vupour-Liqui'I Cyrilit rium 325
de los datos T-x-y o i-y sólo es posible para las mezclas binarias. Para un sistema de tres componentes, estos
datos pueden representarse mediante superficies en un espacio tridimensional o en tabular.
326 Capítulo 7 Destilación
fase vapor de equilibrio de cantidad V kmol (concentración= y-). Ahora podemos escribir las siguientes
ecuaciones de balance de masa [véase la figura 7.5(a)].
En un segmento de línea horizontal, digamos LV en Y i ure 7.3 a , la abscisa del punto L da la
concentración de A en la fase líquida saturada' (i), y la del punto Y da su concentración de equilibrio en
fase vapor (y*); £V' se denomina 'línea de enlace'. Las líneas £Y, ñfN, M N , y L V de la figura son
también líneas de enlace.
Imaginemos que una pequeña cantidad de una mezcla líquida con una fracción molar x (generalmente no
se utiliza un subíndice para denotar la concentración del más volátil en una mezcla binaria) de ciclopentano y
el resto de benceno se toma a una presión constante de 1 atm en un recipiente provisto de un "pistón sin
fricción" y se calienta gradualmente. La temperatura y la composición del líquido las siguientes
Balance de masa global: F -- L+ V
Balance del componente A: F Zy --Lx+ Vy*
Eliminando F de las Ecs. (7.2) y (7.3), obtenemos
L _ v- - ¿y _ longitud de la sección fV Y *
z- x * longitud de la sección LF
(7.2)
(7.3)
(7.4)
por el punto G de la figura 7.3(a). Cuando su temperatura alcanza el punto jvf, ii empieza a hervir y la
composición del vapor inicial viene dada por la abscisa del punto N, que es el otro extremo de la línea
de unión que pasa por M. Se observa que y*> i; decir, el vapor es más rico en A, yace especie más
volátil en la mezcla. A medida que avanza el calentamiento, se genera cada vez más vapor (suponemos
que todo el vapor generado permanece en el espacio de vapor por encima del líquido a una presión
constante). La dirección
Así, las cantidades de líquido y vapor producidas tras la separación de fases de la mezcla pueden
calcularse mediante la Ecuación (7.4). Esta ecuación se denomina a veces la regla del brazo de palanca. Es
útil en el cálculo de la vaporización instantánea, cálculos que implican la extracción líquido-líquido y sólido-
líquido, etc. 800
La fracción molar del componente más volátil A en el líquido residual disminuye y el punto de ebullición del
líquido sigue aumentando a lo largo de la curva T-x. La última gota de líquido en vaporizarse tiene una
composición y un punto de ebullición dados por el punto M;. Cuando se vaporiza todo el líquido, el vapor
acumulado debe tener una composición igual a la del líquido inicial. No se calienta más y el estado final del
vapor (dado por su temperatura y composición) viene dado por el punto N de la línea vertical que pasa por G.
Sin embargo, si se sigue calentando este vapor (que ahora está saturado), su temperatura sólo aumentará a lo
largo de la línea vertical GH (esto es sobrecalentamiento del vapor). La línea T g-M -L-L -Tz es la curva del
punto de burbuja; T g-N -N-V- V -Tz es la curva del punto de rocío. Las curvas del punto de burbuja y del
punto de rocío se encuentran en los puntos Tg (el punto de ebullición del B puro a la presión dada) y en Tz (el
punto de ebullición del A puro).
Análogamente, si una cierta cantidad de vapor sobrecalentado, cuyo estado está representado por el
punto Si t, se introduce en un recipiente provisto de un pistón sin fricción y se enfría gradualmente
manteniendo una presión constante de 1 atm, la condensación comienza cuando la temperatura del vapor
desciende hasta el punto
Y. La composición de la primera gota de líquido formada dada por el punto £ (el otro extremo de la
línea de unión que pasa por D. A medida que avanza la condensación, la composición del vapor cambia
a lo largo de VVt y la composición del condensado sigue a LL . Cuando todo el vapor se condensa y el
líquido se enfría, alcanzamos un punto G; verticalmente por debajo de la mosca en el dominio del
líquido subenfriado. El
La figura 7.3(b) muestra el equilibrio
diagrama en el plano x-y. Puede obtenerse
directamente trazando el experimen- tal .r- -
datos nótese que tantoi como '* var de 0 a 1).
También puede obtenerse
las curvas del punto de burbuja y del punto de rocío, ')
siguiendo el procedimiento indicado en el
Fig. El punto 9 de la curva i-y* corresponde a
la línea de unión LV en el diagrama T-i-y.
Dado que y *> z, la línea e uili brium se
encuentra por encima de la dia onal (en
cualquier punto de la diagonal, z = y). El tipo
de datos de la figura 7.3 representa los datos
de equilibrio recogidos a presión constante.
Los datos de equilibrio también pueden
recogerse a temperatura constante. Si es así, el
total
700
600
T 500
400
300
200
"B
100
1.0
0.8
0.6
El punto de ebullición del B puro se encuentra verticalmente por encima del punto x= 0 (x= 0 significa B
puro). Similarl y, Tz
se produce verticalmente por encima de i = 1.
La región por debajo de la curva del punto de burbuja T JM -M-L-L -Tz representa una única fase
líquida; la región por encima de T g-N -N-V-V -Tz representa una única fase de vapor. Un punto de la redión
delimitado por estas curvas representa una mezcla de líquido y vapor. Cualquier mezcla de este tipo (dada por
el punto F de la figura 7.3(a), por ejemplo) se divide en una fase líquida y una fase vapor en equilibrio dada
por los extremos de la línea de unión £V que pasa por el punto J.
Sea la cantidad de la mezcla bifásica tomada denotada también por F kmol* a una concentración ; . Se
divide en una fase líquida de cantidad ñ kmol (concentración= x) y una fase líquida de
presión de vapor P ejercida por la solución
en equilibrio depende de su composición. A
menor concentración de A (es decir, mayor
concentración de la especie menos volátil B),
la mezcla ejercerá una presión de vapor total
menor. En la figura 7.4(a) se muestran los
gráficos de estos datos, x-P e y--P. Una línea
horizontal como LV es una línea de unión. Los
terminales (los puntos
() ,
0.4 Q
0.2
Diagonal (x= y)
Un líquido en su punto de equilibrio se denomina "saturado"; un vapor en su punto de rocío es un "vapor saturado".
"Esta práctica de representar una corriente y su caudal o cantidad mediante la misma notación es bastante común en el
estudio de las operaciones de transferencia de masa.
1 y W indican li NI +*P+^' Figura 7.4 (a) Presión en el punto de burbuja (x-P e y'-F], y (b]
concentraciones de fase de A en (diagramas z-y3 para dicfitorometano-4, 2-dicloroetano. El líquido, el vapor y el sistema
de dos a 40°0. [Davies et al. J. Soc. them. ln6. (Lond), 68(1 949) regiones de fase están demarcadas en el s I
} Equilibrio

5. Vupour-Liqui'f Cyrilit rium 327 328 Cltapfet 7 Disliltuliun
figura. La región situada por debajo de la curva P'g -V-E'-P representa el vapor "sobrecalentado"; la redión
situada por encima de P'g-L-E-P representa el líquido "subenfriado" (Pz y P'g son las presiones de vapor de los
líquidos puros a la temperatura dada). Si una cantidad de vapor sobrecalentado en el estado dado por el punto C se
comprime isotérmicamente, comienza a condensarse al alcanzar el punto V y el primer Acetona
Tabla 7.2 Constantes de la relación de presión de vapor (ecuación de Antoine)
(Con/d.)
56.2 16 39112 2787.5
229.67
gota de líquido formada tiene una composición dada por el punto L. Al comprimirse más, se forman más Acetonitrilo 81.5 16 90395 3413.1 250.48
el vapor se condensa y la composición del líquido condensado acumulado cambia a lo largo de L£ Acrilonitrilo 77.5 15.92847 2782.21 222
y la composición del vapor cambia a lo largo de VE'. A una presión correspondiente al punto -33.4 17.51202 2363.24 250.54
ñ, el vapor se condensa completamente. Ahora la composición del líquido es la misma que la composición 184.5 16.67784 3858.22 200
del vapor original. Si la presión aumenta aún más, el líquido puede considerarse "subenfriado". Benzaldehído 179 6.73163 1369.460 177 081
Las composiciones de equilibrio correspondientes a la línea de unión LV están representadas por el punto QP en Benceno 80 I 5.9037 2789.0 4 220.79
el diagrama x-y de la Figura 7.4(b). La región bifásica en un diagrama T-x-y o P-x-y se estrecha n-Butano -0.5 15 68151 2154.9 238.74
con el aumento de la tepmeratura y la presión y, finalmente, desaparece en el punto crítico. La dirección n-ButanoI 117.6 17.62995 3367.12 188.7
Los detalles de estos fenómenos están disponibles en los textos estándar sobre termodinámica. iso-Butano -11.7 IN.77506 2133.24 245
iso-ButanoI 108 18.02933 3413.34 199.97
7.1.3 Ley de Kaoult
0 xígeno
-183 15 06244 674 59 263.07
PA (°C) A' B' C'
La ley de Raoult, que describe los equilibrios vapor-1 líquido de las soluciones ideales, ha sido discutida Tetracloruro de carbono 76 5 15.8434 2790.78 226.46
en el apartado 4.3.1. La ecuación (4.1), que es la expresión de la ley de Raoult, se escribe a continuación Clorobenceno 131.5 16.4 3485.35 224.87
Ecuación 7.5)] para ambos componentes A y B para dar las presiones parciales de equilibrio de los
componentes A y B.
61.2 16.017 2696.25 226.24
componentes en una mezcla líquida binaria. Si .r es la fracción molar de A en la solución binaria, que Ciclohexano 80.5 15.7794 2778
de B es (1 ). Oyclohexanol 161 19.23534 5200.53
Ciclohexanona 155.5 16.40517 3677.63
P---xP' n^ P -- (1 x PI (7.ñ) 49.2 45.8602 2589.2 231.36
La presión total: P -- p+ p*y -- x P¿ -F (1 - x) Pg (7.6) 1-4-Dioxano 40L5 17.4454 3579.78 240.35
Aquí p y pg son las presiones parciales de equilibrio de A y B en el vapor; Pz' y P son lie Diclorometano 40 470635 3053.08 252.6
presiones de vapor de A corteza B ui la temperatura dada. La fracción molar de A en el vapor es Éter dietílico 84.5 46.5444 2847.72 253
dada por Dietilamina 55.5 15.73382 2434.73 212
Etanol 78.3 18.68233 3667.70 226.1
y= p IP -- (x Pz' )lP (7.7) Acetato de etilo 77 16 35578 2866.6 217.9
La ecuación (7.7) puede utilizarse para calcular los datos de equilibrio vapor-líquido (x-y-) para un ideal Etilbenceno 136 16.04305 3291.66 213.8
mezcla binaria. El procedimiento para calcular las concentraciones de equilibrio así como la burbuja 16 5 7.3862 1137.300 235.85
y el punto de rocío a una presión total constante P, se describe a continuación. Ácido fórmico 100.5 15.9938 2982.45 218
Furlural 162 15.14517 2760.09 162.8
(a) Hallar las presiones de vapor (P y P ) de A y B a una temperatura Z' (Z'j< Z<Z'g). n-Hexano 69 15.9155 2738 42 226.2
(b) Conocida la presión total P, calcular a partir de la Ec. (7.6). n-Hep tane 98.5 15 877 2911.32 226.65
(c) Calcula y- a partir de la Ec. (7.7). Metanol 64.5 48.6 4042 3392.57 230
El procedimiento se ilustra en el ejemplo 7.1. Las constantes de la ecuación de Antoine para Acetato de metilo 57 16.58646 2839.21 228
La presión de vapor de algunos líquidos esclccdos se muestra en la tabla 7.2. Nitrooenzeno 131.5 16.42172 3485.35 224.84
Nitrógeno -195.B 15.3673 648.59 270.02
Tablg 7.2 Constantes de la relación vapor-presión (ecuación de Antoine) n-Octano 126 15.9635 3128.75 209.85
PA (°C) A' B'
1-OctanoI 195 7.18653 1515.427 156 767
Acetaldehído 20.5 16.6006 2532.41 n-Pentano 36 15.8365 2477.07 233.21
Ácido acético 118 4457.83 25B46 Fenol 180 179614 318367 159.fi
Acetato de butilo 126 16.4145 3293.66 210.75
Disulfuro de carbono 46 15.77889 2585.12 236.46

6. Tabla 7.2 Constantes de la relación de presión de vapor (ecuación de Antoine) (Con/d.) Th r" , i r= 7o-c "d P -- 760 mm Hg, la fracción molar vT A en li(uiâ en equilibrio es i= 0,237.
Fracción molar de A en el vapor de equilibrio, y-= .x(Pz'lP) -- (0.237)(1434)/760= 0.447
n-P ropanol 97.2 17.8349 3310.4 198.5 Así, el punto de burbuja de una solución que tiene 0,237 fracciones molares de A a 1 atm de presión
total es
/so-PropanoI 82.2 20.4463 4628.95 252.64 70°C. Este es también el punto de rocío de un vapor que tiene 0,447 fracciones molares de A.
Propano
Estireno
-42
115
135
15.7277
16.1520
15.94618
1872.82
3124.45
3270.26
250
212.66
206
Los puntos de bu bla y rocío de líquidos y vapores de otras composiciones son similares
calculados y representados en la Figura 7.5(a). Los datos i-y* calculados se representan en la figura 7.5(b).
Los datos experimentales de i-y* también se muestran en la misma figura. Se observa que la desviación
respecto al ideal
Tetrahidrofurano 66 16.11023 2768.37 226.3 comportamiento esmaL. El sistema es casi ideal.
3090.78 219.14
Tricloroetileno 2345.48 192.73 (b) El estado de la alimentación (68°C; 1 atm; z,= 0.42) está representado por el punto F que se encuentra en
el punto
Trietilamina 2674.7 205 región bifásica de la figura 7.5(a). Ahora se deja que la mezcla se separe en un líquido y un
a-XyIene 1476.393 213 872 fase vapor en equilibrio. Trace una línea horizontal a través de F que se encuentre con la curva del punto
de burbuja
p-XyIene j 45$.4g 215 307 en L y la curva del punto de rocío en Y. La abscisa del punto £(i) da la composición del
3984.92 233.43 líquido; la punto V (y*) da la composición del vapor de equilibrio. A partir de la figura 7.5(a),
obtenemos *= 0.294, y*= 0..521.
Ecuación de Antoine: En PQ= A'- Pj en mm Hg, 8 en °C
C'*8'
EXAMEN P LE 7. 4 (Cálculo del punto b ubb Ie, punto de rocío y datos de para una mezcla binaria ideal)
Cfc/o-pentano(A) y benceno(B) forman soluciones casi ideales.
(a) Utilizando la ecuación de la presión de vapor de la tabla 7.2 (y suponiendo un comportamiento
ideal), prepare el punto de bur, el punto de rocío y las curvas de equilibrio vapor-líquido para este
binario a una presión total de I atm.
(b) Si se permite que un kilomol de una mezcla bifásica que tiene 42 moles'7o A a 68°C y 1 atm de
presión total se separe en una fase líquida y otra de vapor a 1 atm de presión total, calcule las
cantidades y composiciones de las dos fases.
(c) Consideremos una mezcla equimolar de A y B a 600 mm de presión total. (i) ¿Cuál es el punto de
burbuja de la mezcla y la composición del vapor inicial? (ii) Si una pequeña cantidad de la mezcla
se vaporiza lentamente en un recipiente cerrado y //te vapor permanece en contacto y en eqn ilibrio
wi//i el líquido, calcule la composición de la última gota del líquido.
(d) Si una mezcla equimolar de los compuestos tiene un punto de bu bilidad de 100°C, calcule la
presión total ejercida a esa temperatura en el equilibrio.
(a) Los puntos de burbuja y de rocío de mezclas de diferentes composiciones permanecen dentro de
49,2°C (punto de ebullición del cic/o-pentano puro a 1 atm) y 80 "C (punto de ebullición del benceno
puro a 1 atm). La presión total permanece constante a 1 atm (= 760 mm Hg). La presión de vapor de un
componente se indica explícitamente en función de la temperatura. Para calcular los datos T-x-y, es
conveniente comenzar con una temperatura y calcular las composiciones de líquido y vapor
correspondientes en equilibrio. A continuación se muestra un ejemplo de cálculo.
Tomemos T -- 70°C. ln P -- 15.8602- 2589.2/(231.36 + 70) Pz' -- 1434 mm Hg En P --
15.9037- 2789.01/(220.79 + 70) P -- 551 mm Hg
Usando la Ec. (7.6), presión total, P -- 760 mm Hg= i(1434)+ (1- x)(531) m x= 0.237
(a)
(Q)
Figura 7.5 (a) Los datos T-x-y' calculados (ley de Raoult) para mezclas ojo/a-pentano-benceno, y (b) los datos x-y* experimentales de Mayers, Ind.
Eng. Chem. 48(1956) 1104
PA (°C) A' B' C'

7. 332 Capítulo 7 Destilación
Para calcular las cantidades de las fases líquida y vapor producidas en la separación de fases, utilice
las siguientes ecuaciones de balance de materia. La cantidad total de la mezcla es F -- 1 kilomol.
N= ñ+ V 1= L+ Y y Fz p -- £x+ Py- (1)(0,42)= L(0,294)+ V(0,521)
Resolución de las ecuaciones de balance de materia anteriores,
idealidad. Las desviaciones pueden ser de dos tipos: desviación positiva y desviación negativa. Se dice
que una mezcla líquida que ejerce una presión de vapor total de equilibrio superior a la calculada por la
Ec. (7.6) presenta una "desviación positiva de la idealidad". Si la presión de vapor total es inferior a la
calculada a partir de la Ec. (7.6), la desviación se denomina "desviación negativa".
Dos casos extremos de desviación del comportamiento ideal dan lugar a lo que se denomina eótropos aZ. Si
Moles de líquido, ñ= 50 55a y moles de vapor, Y= 0 44 hay una gran desviación positiva de ideahty y las presiones de vapor de los componentes A
(c) Considere una mezcla equimolar de los componentes (es decir, i= 0,5) a una presión total de 600 mm Hg.
(i) Si el punto de burbuja es 8, utilizando la Ec. (7.6) y las ecuaciones de presión de vapor dadas, podemos
P -- P + ( i - )P 600= (0,5) 10'" "" * (1 - 0.5) 10 """
Resolviendo esta ecuación, el punto de burbuja de la mezcla equimolar a 600 mm Hg de presión es
8 --5%C
A 54°C, las presiones de vapor de los compuestos individuales son:
Pz' -- 885,7 mm Hg; PQ -- 315.3 mm Hg
A partir de la Ec. (7.7), la composición del vapor inicial,
y*= Pz' xlP -- (883,7)(0,5)/600= 0 738 e ac
(ii) Composición de la última gota de líquido restante". Cuando se vaporiza todo líquido excepto
una gotita, la composición del vapor es prácticamente la misma que la del líquido inicial,
es decir, y¿ = 0,5, yp = 0,5. En otras , el vapor equimolar que contiene A y B se encuentra en su punto de
rocío. Calculemos primero esta temperatura del punto de rocío.
Sii es la fracción molar de A en la última gota del líquido (que está en equilibrio con el vapor de y= 0,5),
entonces
Presión parcial de A en el vapor= P yz -- P xz m (G00)(0.5)= 300= P p'xz
Análogamente, la presión parcial de B en el vapor, 300= P')x g -- P ( I - i,)
Eliminando i¿ de las dos ecuaciones anteriores, (300/P )+ (300/PQ)= 1. Poniendo las expresiones
para P y P (las ecuaciones de presión de vapor) y resolviendo para 8, tenemos 8= 61.4°C.
A 8= 61,4°C, P -- 1114 mm Hg y P -- 411,3 mm Hg.
Entonces tfic composición líquida, i = Pyz IPz' -- (600)(0.5)/( 1114)= 0.27
y B no son muy diferentes, la curva de presión total puede pasar por un máximo a una determinada
concentración de líquido. Una mezcla líquida de tal carácter y composición es una "mezcla de ebullición
constantey se denomina azeótropo de ebullición mínima. Las curvas x-P e y--P se tocan en la composición
azeotrópica (en el punto azeotrópico= y-); las curvas z-T e y*-T pasan por un mínimo común. Por ello, un
azeótropo de este tipo se denomina mivinn um t'oi/ing. La curva de equilibrio (i-y*) cruza la línea diagonal en
la composición azetrópica. En la figura 7.6 se muestra el equilibrio en un sistema azeotrópico binario de
ebullición mínima.
La última gota de líquido contiene l27 e g p e oa e(A) .
(d) Las presiones de vapor de los componentes a l00°C son:
P -- 3120,2 mm Hg; PQ= 1350.5 mm Hg
La presión total de equilibrio ejercida sobre una mezcla equimolar a l00°C viene dada por
P -- Pz'xz+ P (I it)= (0,5)(3120,2)+ (1350,5)(1 0,5)= 2235 3 H
[Nota: El problema también puede resolverse utilizando los valores x de los componentes; véase el
apartado 7.1.6].
7.1.4 Desviación de la ldealidad y formación de azeótropos
En el apartado 4.3.1 se han enumerado los criterios cualitativos del comportamiento ideal de una solución. De
hecho, la mayoría de las soluciones no presentan un comportamiento ideal. En otras palabras, muestran
desviaciones de
Figura 7.6 Diagrama isotópico de equilibrio vapor-líquido de un azeótropo de ebullición mínima (etanol-benceno, 40°C): (a) presión del
punto de burbuja, y (b) diagramas de equilibrio.
Una "mezcla de ebullición constante" genera vapores de composición igual a la del líquido. Por lo tanto, la composición del
líquido y la temperatura de ebullición siguen siendo las mismas aunque se evapore una parte del líquido. Una mezcla de
este tipo no puede separarse mediante destilación ordinaria.

8. 33a Capítulo 7 Destilación
Del mismo modo, si la desviación del comportamiento ideal es negativa y grande, las presiones parciales
de los coeficientes individuales son inferiores a los valores ideales. Los diagramas de la presión total frente a
las composiciones del líquido y del vapor a temperatura constante pasan por un mínimo común en el punto
azeotrópico [Figura 7.7(a)]. El diagrama -y- correspondiente se muestra en la Figura 7.7(b). Un azeótropo con
este comportamiento se denomina de ebullición máxima porque la temperatura de ebullición en el
azeotrópico es máxima si la presión total se mantiene constante.
750
Si A es el componente más volátil de la mezcla, n es mayor que 1 (lo no es cierto en todo el
intervalo de concentración si el sistema es azeotrópico). Utilizando las ecuaciones (7.5) y (7.7), la
volatilidad relativa o (= a¿p) en una solución binaria ideal puede expresarse en términos de las
presiones de vapor de los , es decir
* 700
650
g 600
O330
500
I .0
0.6
0.4
0.2
'A
Supetheated
O
(= relación entre las presiones de vapor de A y B) (7.9)
En una mezcla multicomponente, la volatilidad relativa del componente i con respecto al
componente y viene dada por
(7.10)
La cantidad o,/ da una medida del grado de enriquecimiento del componente i en el vapor en
comparación con el componente j cuando se vaporiza parcialmente una mezcla líquida. Su definición se
ha extendido también a otros procesos de separación en equilibrio. En operaciones de transferencia de
masa como la extracción, la separación por membranas, etc., una cantidad similar a a se denomina facto
r de separación.
7.1.6 Equilibrio en un sistema multicomponente
La separación de mezclas multicomponentes en lugar de binarias es mucho más común en las
industrias de procesos químicos. No se dispone de datos experimentales de VLE para la mayoría de las
mezclas multicomponentes, por lo que deben calcularse utilizando las ecuaciones o correlaciones
disponibles. El trabajo se simplifica bastante si tenemos un sistema multicomponente ideal de forma
que la ley de Raoult sea aplicable. Los hidrocarburos de una serie domóloga forman soluciones casi
ideales. Para el componente Uh en una solución ideal, podemos escribir
(7.11)
(b)
Figura 7.7 Diagrama de equilibrio isotérmico vapor-líquido de un azeótropo de ebullición máxima, acetato (A)-cloroformo (8) a 55°C.
7.1.5 Volatilidad relativa
donde, P j' -- presión de vapor del componente y a la temperatura dada
(7.12)
La volatilidad relativa de un componente A en una mezcla indica la facilidad de su separación de otro
componente B. Se define como la relación de concentración de A y B en la vspout dividida por la misma
relación en la fase líquida. Se suele denotar por "f". Para una binaria,
(7.8a)
(7.8b)
A una temperatura dada, las presiones de vapor de los componentes, P, "s son conocidas. Por lo
tanto, para una composición líquida particular (es decir, para valores dados de i, , z2, ..., x,), pueden
calcularse las composiciones de vapor (y{, y{, ... , y{). Teniendo en cuenta que aj= P;'lP j', la
ecuación (7.12) puede reescribirse como
(7.13)

9. 336 Capítulo 7 Destilación
Una vez conocidas las fracciones molares de equilibrio en fase vapor, pueden calcularse las presiones
parciales y la presión total a partir de la Ecuación (7.11).
Para las mezclas de hidrocarburos, existe una cantidad denominada relación de vaporización de equilibrio (denotada por K;
para el componente i-ésimo) se utiliza ampliamente para el cálculo de VLE. Sedefinecomo
(7.14a)
Los cálculos de distiLación, incluidos los cálculos de burbuja y punto de rocío, pueden realizarse
utilizando el combustible K-ve, si se dispone de él. El gráfico de DePriester [Figuras 7.8(a) y (b)] puede
utilizarse convenientemente para obtener valores X para hidrocarburos inferiores a diferentes
temperaturas y presiones.
Figura 7.8(a) Gráfico DePriester-rango de alta temperatura.
Flgure 7.8(b) DePriester chah-lowtemserature range
El cálculo del punto de burbuja, el punto de rocío y el equilibrio en una mezcla multicomponente
implica un enfoque iterotivr. Describimos aquí una técnica que utiliza la relación de vaporización de
equilibrio, K (en el Apéndice se da más información sobre esta cantidad para soluciones reales).
En una mezcla de n componentes, seleccionemos el r-ésimo componente como "componente de
referencia". La volatilidad relativa del i-ésimo componente con respecto al r-ésimo viene dada por
y,1y y,lx, K,
Por lo tanto, K, -- K, a" y, -- K;x, -- K a;,x, (7.14b)

10. Equilibrio vapor-líquido 37
En un problema de cálculo del punto de burbuja, se conoce la composición del líquido y se da la
presión total. Partimos de una temperatura supuesta y calculamos las presiones de vapor o K-y a fuel de
todos los . A continuación podemos calcular los valores de yi= K;x; (= x;P,'lP i I la solución es ideal). En el
punto de burbuja, la suma las yi debe ser la unidad, es decir
(7.15a)
El punto de ebullición de la sustancia de referencia puede tomarse como estimación inicial. Los
valores de K; (i = 1, 2,... , r, ..., n) y Hi, se calculan a esta temperatura y se introducen en la Ec.
[7.14(b)] para obtener un valor revisado de K z. Utilizamos este valor revisado de K para determinar la
.segunda ayyroxiiitación al punto de burbuja. El cálculo se repite hasta que la Ec. [7.14(b)] se satisface
con el grado de precisión deseado. El procedimiento de cálculo se ilustra en el Ejemplo 7.2.
33 Capítulo 7 Distiller ion
Paso J: Tenemos que volver a calcular el conjunto tomando el anterior "valor revisado" de,..
K -- P z'lP,- P -- 1,5 bar; es decir, 0,9289= P,'/P -- Pj/1,5
m Pz' -- (0.9289)(1.5)= 1.3934 bar= t045.4 mm Hg
Recalcular el punto de ebullición del componente de referencia, n-hexano (2), a 1,3934 bar de presión En
(1045,4)= 15,9155 - 2738,42/(8+ 226,2) = 79.5°C T -- 352,5 K
Las presiones de vapor de los otros dos componentes a esta temperatura (352,5 K) son: n-
pentano: P" -- 3,625 bar; n-heptano: P3' -- 0,5586 bar
Los valores Y son: ¥= 3.625/1.3= 2.4167; K z -- K -- 0.9289; Kz -- 0.5586/1.3= 0.3724
Paso 4: UWeek iI los valores x recalculados satisfacen la Ec. [7.15(a)].
EJEMPLO 7.2 (Cálculo del punto de burbuja de una mezcla multicomponente ideal) Calcular el punto de
burbuja de una solución ideal que contiene 20 moles No n-peiitano(1) y 40 mo1e'7o cada uno de i=1
K, x, -- (2.4167)(0.2)+ (0.9289)(0.4)+ (0.3724)(0.4)= 1.004= 1
n-hexano(2) y n-heptano(3) a I .fi bar de presión total. Utilizar la ecuación de presión de vapor de la Tabla
7.2.
Solución
Cley' 7- Calcular el peso molecular medio de la mezcla.
Dado que 3f j= 72, 3f2= 86, y M3= 100, 3f=(0,2)(72)+ (0,4)(86)+ (0,4)(100)= 88,8.
Se trata de un peso molecular cercano al del n-hexano. Seleccionamos el /t-hexano como
componente de referencia.
Etapa 2- Calcular el punto de ebullición del componente de referencia (es decir, el n-hexano) a la
presión dada (1,5 bar= 1125 mm Hg). A partir de la ecuación de Antoine,
Esto es suficiente. Se puede realizar otro ciclo de cálculo si se desea una precisión aún mayor.
Cálculo del punto de rocío: Para el cálculo del punto de rocío de un vapor de composición
conocida, es decir, yi conocidos, podemos partir de un valor supuesto del punto de rocío, y obtener las
presiones de vapor (o pistas K-v) de todos los componentes a esta . Como la presión total está dada, podemos
calcular las fracciones molares de los componentes en la fase líquida, zi = y¡lK;. (= y¡P/P;', si la solución
es ideal). Si la temperatura supuesta es el punto de rocío correcto, la suma de zi debe ser la unidad. Las
siguientes ecuaciones pueden utilizarse para un cálculo iterativo eficaz.
K,
(7.15b)
En(1125)= 13.913f-i 2738.42/(8 + 226.2) 8= 82°C T= 33fi K
Uno de los componentes se selecciona como komponen de referencia y el punto de ebullición del
componente de referencia se toma como estimación inicial del punto de rocío de la mezcla de vapor. El
Tome esta temperatura como primera aproximación del punto de bu de la mezcla. Calcular la volatilidad
relativa de los demás componentes - /t-pentano (1) y n-heptano (3)- con respecto al componente de
referencia, es decir, el n-hexano(2).
A 355 K, presión de vapor del n-pentano,
ln P' -- 15.8365 - 2477.07/(82+ 233.21) m P j'-- 3.8604 bar
Presión de vapor del n-heptano,
En Pz' -- I ñ.877 - 2911.32/(82+ 226.65) Pz' -- 0,6066 bar
Como la solución es ideal, O y -- P JP2' -- 3.8604/1.5= 2.5736; a32= 0.6066/1.5= 0.4044 Ahora use la Ec.
[7.14(b)].
Las presiones de vapor y los valores de ni de todos los componentes se calculan a esta temperatura supuesta y
se sustituyen en la Ec. [7.15(b)]. Se obtiene entonces un valor revisado de A y la correspondiente. Esta es la
segunda aproximación al punto de rocío. El cálculo se repite hasta alcanzar la precisión . El procedimiento se
ilustra en el ejemplo 7.3.
r-XAMPLfi 7.3 (Cálculo del punto de rocío de una mezcla ideal de vapores) Calcule el punto de
rocío de un vapor que contiene 1,5 mol'fo n-butano(1), 1,5 mol' o n-pentano(2), 20 mol' o cvc/o-
hexano(3), 20 mol'7o n-hexano(4) y 30 mol a n-heptano(3) a 1,5 bar de presión total. Se aplica la ley
de Raoult. Utilice la Tabla 7.2 para calcular las presiones de vapor de los componentes.
Paso 7: Calcular el peso molecular medio de la mezcla de vapor. Los pesos moleculares
K - -' - 1 , [2,5736)(0,2)+ (1)(0,4)+ (0,4044)(0,4)]= 1 K -- 0.9289
de los componentes individuales son: /lf;= 58, /lf2= 72, /lJ3= 84, 3f= 86, y 3f5= 100. Peso molecular
medio,
M z -- (0,15)(58)+ (0,15)(72)+ (0,20)(84) * (0,20)(86)+ (0,30)(100)= 83,6

11. wpo "r-tigmdżg "in6rr11m
Esto se aproxima al peso molecular vi c5'clo -her ix e(3). Tomémoslo como componente de referencia.
Calcular el punto de ebullición del ciclohexano(3) a 1,5 bar de presión (= 1125 mm Hg = dada la
presión total) utilizando la ecuación de la presión va o r,
In(1125)= 15,7794+ 2778/(8+ 223,14) m T= 367,5 K
Tomar 367,5 K (94,3°C) como primera aproximación del punto de rocío de la mezcla.
Etapa 2 Calcular las presiones de vapor de los demás componentes en punto de burbuja msumido,
367.5 K.
it-Butano.: ln P'(I)= 15,68151 - 2154,9/(94,3+ 238,74) m P"(1)= 9985,8 mm Hg= 13,31 bar
Del mismo modo,P'(2)= 5.211 bar; P'(4)= 2.122 bar; #'(5)= 0.8978 bar
Las volatilidades relativas (con respecto al componente de referencia, el ciclohexano) son:
H,= P'(I)I P'(3)= 13,31/1,5= 8,873; H=P'(2)IP'(3)= 5,211/1,5= 3,474;
Hą3= P'(4)I P'(3)= 2,122/1,5= 1,415; a j= P'(5)/P'(3)= 0,8978/1,5= 0,5985
De la Ec. (7.17), ź *'=1
340 Capítulo 7 Destilación
7.1.7 Equilibrio en un sistema no ideal
En general, el equilibrio en un sistema real no puede representarse mediante la ley de Raoult o ley de Henry.
En equilibrio, las fugas del componente i en la fase vapor y en la fase líquida son iguales, decir
/= /* (7.1ńa)
Las dos fugacidades son gi vcn por
(7.16b)
(7.16c)
'p*= el coeficiente de fugacidad
yi = el coeficiente de actividad del componente i en la solución
f; -- fugacidad del componente i en estado estándar.
Para presiones de bajas a moderadas, la fugacidad en estado estándar tomarse aproximadamente como
la presión de vapor de un componente a la temperatura predominante, es decir.
(7. l6d)
Así, en un equilibrio
1 0,15 0,15 0,20+ 0,20 0,
K, 8.873 3.474 1.0 1,415 0,5985
= 1 Kz--0.9027
Q, yi P= zip P* (7.17)
Aquí Pi' es la presión de vapor del componente i a la temperatura dada. Para un líquido conocido
xo r,= "(s)iP 0,9027= P'(3)l1.fi
m P'(3)= (0,9027)(1,5)= 1,354 bar (= 1016 mm Hg)
A partir de la Ec. de Antoine para c3'c/o -hexano (3),
In(1016)= 15.7794 - 2778/(8+ 223.14) T -- 363,8 K
Paso 3.- Tomar T -- 363,8 K (= 90,6°C) como segunda aproximación al punto de rocío de la mezcla de
vapor. Calcular las presiones de vapor de los otros componentes a esta temperatura.
n-butano: en P'(I)= 15,6813I- 2154,9/(90,6+ 238,74) m P'(I)= 12,3772 bar
Análogamente, a T -- 363,8 K, P'(2)= 4,7802 bar; P"(4)= 1,417 bar; P'(5)= 0,5924 bar.
Calcule ahora los valores K de todos los componentes a T= 363,8 K.
K -- P'(1)J P -- 12.3772/ 1.5= 8.2514
K z -- P'(2)lP -- 4.7802/1.5= 3.187
K z -- P'(3)lP -- 1.354/1.5= 0.9027 K --
P'(4)/#= 1.9188/1.5= 1.279 Kz -- P'(5)/P --
0.8021/1.5= 0.5347
Paso 4: Utiliza estos valores ñ para comprobar si se cumple la Ec. 7.15(b).
(i.c. conocido zi), el coeficiente de actividad yi puede calcularse mediante una ecuación (por ejemplo, la
ecuación de Wilson) o técnica (por ejemplo, UNIFAC) adecuadas. Si la presión es "baja", la fase de
vapor puede considerarse "ideal" (ip} = 1) y la composición correspondiente de la fase de vapor
calcularse directamente a partir de la ecuación (17.17). Si la presión es superior a moderada, hay que tener en
cuenta la no idealidad de la fase vapor y calcular el coeficiente de fugacidad ip} del componente
mediante una ecuación de adecuada. Dado que 'p* depende de la composición del vapor (es decir, yi), es
necesario un enfoque iterativo. Esto se ilustra en el Apéndice. A continuación explicaremos e ilustraremos
los principios de la destilación, ya sea suponiendo que la solución es ideal o utilizando datos
experimentales de equilibrio vapor-líquido. Esto se hará para que la presentación sea simple y fácilmente
comprensible. Sin embargo, para problemas que involucren soluciones no ideales, deberán ser utilizados
los datos experimentales de equilibrio o aquellos calculados utilizando la fu gacidad y los coeficientes de
actividad de los componentes. Por razones obvias, los datos experimentales de equilibrio
multicomponente disponibles en la bibliografía son escasos y los datos calculados de equilibrio
multicomponente son muy escasos.
Los datos de equilibrio se utilizan casi siempre en el diseño de procesos.
7.2 DIAG RAM ENTALPÍA-CONCENTRACIÓN
Un cambio en la composición de una fase durante la destilación va acompañado de un cambio en su
entalpía. Los diagramas de entalpía-concentración de las fases líquida y vapor en equilibrio son útiles en
el cálculo de la destilación. Para una temperatura T y una concentración z dadas de un líquido, la
entalpía molar /ft calcularse mediante la siguiente ecuación .
J; 0.15 15
K;°° 8,2514 3,187+ 0,9027
0,20+ 0,30
= 1,004
1,279 0,5347 H; -- cy,M z (T - Tz)+ ó H, (7.18)
Por tanto, se cumple la Ec. 7.15(b). El punto de burbuja es 363 8 K . Se puede hacer otra iteración
si se desea mayor precisión.

12. Em/to/p;'--Cunc¢n/rc/ion Di'igr'im 34 542 Capítulo 7 Dislilluiiun
donde
Aft= entalpía molar de la solución a la temperatura T, en kJ/kmol
cp ---- calor específico de la solución, en kJ/kg K M" --
peso molecular medio de la solución Tz -- temperatura
de referencia
Consideremos una solución con 20 moles'7o de acetona (T = 62,2°C), decir, i= 0,20. Pesos moleculares:
acetona--58; agua--18. Peso molecular medio de la solución, ñf" = (0,20)(58) + (0,80)(18)= 26. A partir de la
Ec. (7.18),
Hz --- c p UI z (T -- Tz)+ Af/,= (0.91)(26)(62.2 13) -- 187.2= 929k
EH, ---- calor de disolución a la temperatura de referencia 7'p, en kJ/kmol.
Dado que el calor de mezcla del vapor es despreciable, podemos utilizar la siguiente ecuación" para calcular
la entalpía molar del vapor saturado Qty a una temperatura T y una concentración y- dadas.
H y ---- y*/lfg[huevo(T -- 7'p)+ J9]+ (1 -- y*) /lfg[huevo(Z' -- 7'p)+ ;lg] (7.19)
whorc
c ,¿, c'pp= calores específicos de los líquidos puros A y B, en kl/kg K
Zg, kp= calores de vaporización de la corteza A B a la temperatura Z', en kJ/kg.
El cálculo de entalpías de soluciones y vapores se iLustra en el Ejemplo 7.4.
EJEMPLO 7.4 (Cálculo de los datos de entalpía--concentración) Los datos de entalpía--concentración tienen
Calcular éIp a partir de la Ec. (7.19) a 62,2 "C (composición del vapor de equilibrio: y= 0,815,
dado)
Hg ---- yz Mz[c yz (T -- Tz) z ]+ (1 -- yz )M z[c z(T -- Tz) I z]
= (0,815)(58)[(0,57)(62,2 -- 15)+ {125,8 -- (0,252)(62,2 -- 50) )]
* (* -- 0.815)(l8)[(1)(6 . -- *5) * 5501
= al9l056 ap u .
Se han calculado los valores de entalpía a otras concentraciones. Algunos de los valores se indican a
continuación. Los de entalpía se han representado gráficamente en la Figura 7.9(a)
(°0) (kcaIMmoI) (kcal/kg K) Un punto en la región por debajo de la curva x--/f¿ representa un líquido (un punto en la curva x--/ft
56.5 1.0 1.0 0 0.54 representa un líquido saturado, es decir, un líquido en su punto de burbuja). Un punto en la región por encima del
S7 0.95 0.963 0 0.56 y'--H z cuYye representa un vapor (un vapor saturado si el punto está en la curva y*--All). Un punto,
57.fl 0.90 0.9X --40.flS 0.56 digamos F, en la región comprendida entre las dos curvas representa una mezcla bifásica vapor-líquido. La dirección
58.2 0.80 0.898 --23.88 0.64 la mezcla tiende a separarse en una fase líquida y una fase vapor en el equilibrio representado por los puntos
58.9 0.70 0.874 --44.44 0.66 IY y D en la "línea de unión" que pasa por el punto [comparable a la línea de unión LV de la figura 7.3(a)].
59.5 0.60 0.859 --60.3 0.70
60 0.50 0.849 -88.56 0.75
60.4 0.40 0639 -121â 0.80
61 000 0.B0 -1717 0.8E
62.2 0.20 0.845 --487.7 0.94
66.6 04 0.755 --459.7 0.96
75.7 0.05 0.624 --406.8 0.98
94.7 0.04 0.2â3 -22.2 4.0
400 0.0 0.0 0 1.0
Otros datos relevantes: calor específico medio de la acetona líquida, cp= 0,57 kcal/kg K; calor
específico medio del agua, c ,g= 1,0 kcal/Lg K; calor de vaporización de la acetona, i¿= 125,8 0,252(8 --
50) kcal/kg; 8= temperatura en °C; calor medio de vaporización del agua, it= 550 kcal/kg.
Solución
Los datos de entalpía--concentración pueden calcularse utilizando la Ec. (7.18) para una solución y la Ec.
(7.19) para un vapor. Seleccionamos una temperatura de referencia, Tg--15°C (a la que la integral calienta
de solución). Se muestran ejemplos de cálculos para una solución y para el vapor de equilibrio.
Las cantidades de las fases líquida y vapor pueden determinarse b3 la regla de Lever-ann, Ec. (7.4). La recta
/7 es otra recta de enlace. El punto R del diagrama [x--y-] [Figura 7.9(b)] dibujado debajo del diagrama H--x-
-y' corresponde a la línea de unión WD, el punto Q del diagrama de equilibrio corresponde a la línea de unión
IJ puede el diagrama de entalpía .
Análogamentetomemos dos disoluciones cuyos s/"/es (gi vcn por las entalpías y composiciones) y
cantidades están ambos representados por M y N. Las disoluciones se mezclan para producir otra disolución
cuyo estado y composición están representados por el punto P [Figura 7.9(a); aquí el punto P representa una
corriente por composición así como por caudal y no debe confundirse con la presión total]. Siguiendo la
nomenclatura utilizada anteriormente, podemos escribir las ecuaciones de balance de materia y entalpía como
se indica a continuación.
Balance total de materiales: M+ N ---- P (7.20)
Saldo del componente A: M z,z+ N(---------Pz p (7.21)
Equilibrio de entalpía: quinto+ NHy -----PHp (7.22)
Aquí 5 representa la concentración de la especie A en una fase e If es su entalpía molar (se ha utilizado
la notación z, en lugar de x, porque las fases representadas por los puntos If y N pueden ser mezclas bifásicas
en el caso general).
a calcular para el sistema acetona(A)--w atei(B) a 1 atm de presión total. El calor integral de x 1.0 0.90 0.80 0.60 0.20 0.10 0.05 0.01 0.0
(a 15°C) a diferentes concentraciones, los calores específicos de las soluciones y los datos x--y - son y* 1.0 0.935 0.898 0.859 0.815 0.755 0.625 0.253 0.0
dadas a continuación (i, y-= fracciones molares de acetona en la solución y en el vapor de equilibrio //,(rc "I/LI "I' 1300 1297 1294 1248 929 930 1083 1390 1530
respectivamente). //, (k¢ I/L+ i) e500 8722 e812 6916 9056 9259 9659 10 754 11 250
Temperatura, 0 x y" AH, eg En la figura 7.9 también se muestran las curvas típicas i--All y '"--fly (sistema: metanol--agua).

13. Enf/iofpJ'-Cc'ncerif rofic'n Diagrama 3-;{3 344 Capítulo 7 Destilación
7.3 VAPORIZACIÓN FLASH (TAMBIÉN LLAMADA DESTILACIÓN FLASH)
Si se introduce una mezcla líquida suficientemente caliente en un recipiente, una parte de ella se
vaporizará. El vapor producido será más rico en el componente o componentes más volátiles y, por
tanto, se conseguirá una separación parcial del componente o componentes deseados. Esto se denomina
ori7nación de vaylash o vayori'-a- tión de equilibrio. En la figura 7.10 se muestra un esquema de una
unidad de vaporización flash. La alimentación se calienta primero en un intercambiador de calor a
presión y después se conduce a un tambor de vaporización instantánea mediante estrangulación, donde
se produce la vaporización parcial de la alimentación a presión reducida. El vapor sale del tambor por la
parte superior y se condensa para obtener el producto superior. El
La fracción con mayor concentración de menos volátiles
sale del tambor como un producto de fondo líquido.
ucto. Las gotas de líquido se forman cuando una
parte del líquido se convierte en vapor con fuerza. El
tambor de inflamación debe tener elementos internos,
como placas deflectoras, para reducir el "arrastre" de
gotas de líquido en la corriente de vapor saliente. La
presión en el tambor se ajusta adecuadamente. A
menudo se supone que las corrientes de líquido y
vapor que salen del tambor flash están en equilibrio
(el proceso también se denomina vaporización equi-
fif'ria). Pero las fases pueden no alcanzar el equilibrio
en la realidad. La vaporización flash es una operación
de distribución en una sola etapa. Sin embargo, el
producto inferior (o incluso el producto superior
condensado) puede no alcanzar el equilibrio.
Flash drum
Alimentar
produ
cto yp
Figura 7.9 (a) Diagramas de entalpía-concentración (x-y'-H), y (b) de eouilibrio para el sistema metanol (1)-agua (2) [Henley
producto) del tambor de flasheo puede calentarse y
flashearse de nuevo en una segunda unidad para obtener
un producto más puro.
Figura 7.10 Esquema de una unidaddedestilación Ilash
y Seader, 1982] - - entalpía ol líquido; --- entalpía de vapor.
Eliminando P de las Ecs. (7.20) y (7.21 ), Análogamente,
eliminando P de las Ecs. (7.20) y (7.22), N Hz - H
(7.23)
(7.24)
7.3.1 Vaporización flash de una mezcla binaria
Comenzamos con una mezcla binaria de los componentes A y B. Si el caudal, la composición y la entalpía de
la alimentación, producto superior condensado (o destilado) y el producto líquido inferior se denotan como
(F, z y, Mf ), (D, xz', Hz), y (W, iy, ltd), respectivamente, y Q es la tasa de suministro de calor al
intercambiador de calor, podemos escribir las siguientes ecuaciones de balance de materia y energía para una
unidad de vaporización en equilibrio estacionario.
H y - H p _ H p -
(7.25) Balance total de materiales: F -- D+ W
Equilibrio del componente A: Fz p -- Dx p+ Wxp
(7.26)
(7.27)
El lado izquierdo de la Ec. (7.25) da la pendiente de la sección NP y su lado derecho da la de MP
[Figura 7.9(a)]. Por tanto, los puntos 3f, N y P mueren colineales. La relación entre los puntos M, N y P
también puede verse de otra manera. Si tenemos una mezcla representada por el punto P (tanto en lo que
respecta al estado como a la cantidad), y eliminamos una parte de ella representada por el punto M
(también en lo que respecta al estado y a la cantidad), la parte de P que queda debería tener una entalpía
y una composición representadas por el punto N.
Tras esta breve introducción a los principios fisicoquímicos pertinentes, pasamos ahora a
m [D+ W)? y -- Dxz + Wx y
Balance de entalpía: FH y -¥ (j= DH z+ WH y
Eliminando F de las Ecs. (7.26) y (7.29) y utilizando la Ec. (7.28), tenemos
(7.28)
(7.29)
(7.30)
discutir los principios de las operaciones de destilación más importantes. El vapor que sale de la cámara se condensa en un líquido. Su composición se indica con xp. El subíndice "fi" representa el
destilado.
5000
0

14. 94 0 a= e u h a np
rim' h v pori,vi ion 'Ai'o c "iie'i rm' h Dr'iiiiuiion' 345
Los problemas de vaporización flash binaria pueden resolverse mediante construcción gráfica y la ecuación
anterior es extremadamente útil para este fin. Los datos de equilibrio vapor-líquido y también los datos de
entalpía-concentración son necesarios para la construcción gráfica y los cálculos. La alimentación fría (si la
alimentación está por debajo de su punto de burbuja bajo la presión dada, se denomina alimentación
fría'fi está representada por el punto F vn la Figura 7.11(a) del Ejemplo 7.6. El pienso pasa a través del
intercambiador de calor y recibe una cantidad de energía calorífica Q. El estado del pienso caliente está
representado por el punto F que se encuentra en la región bifásica del diagrama H-i-y. Se transforma en una
fase de vapor y otra líquida al entrar en el tambor de inflamación. entalpía y la composición (en términos de
fracción molar de A) de las corrientes de vapor y líquido, denotadas por los puntos D y lY, se obtienen
trazando la línea de unión a través de F. El punto F'(Z p, 2 ) está situado en la diagonal del diagrama x-y
[véase la Figura 7.11(b) del Ejemplo 7.6], y el punto P está situado en la curva de equilibrio de forma que la
pendiente de la línea F'P i s -W/D en virtud de la Ec. (7.30). La línea F'P es, de hecho, la "línea de operación"
para el proceso de vaporización instantánea de una sola etapa.
Utilizando las curvas de entalpía y equilibrio, pueden calcularse las cantidades y las composiciones
de los dos productos para una alimentación dada y para un índice de suministro de calor, Q.
Alternativamente, si se especifica la fracción de alimentación que debe vaporizarse, puede calcularse el
índice de suministro de calor Q necesario. En el análisis anterior, hemos supuesto tácitamente que la
vaporización flash representa una etapa ideal. El análisis puede ampliarse fácilmente al caso de una
etapa real con un rendimiento determinado. La eficiencia de la etapa suele oscilar entre 0,8 y 1,0.
En los ejemplos 7.5 y 7.6 se ilustran los cálculos de flash de una etapa.
EJEMPLO 7.S (Destilación J'lash binaria) Una mezcla de 40 mol'7c de benceno y 60 mol'7° de tolueno se
está destilando flash a una velocidad de 10 kmol/h a 1 atm de presión total. El producto líquido no
debe contener más de 30 mo1'f' de benceno. Calcule las cantidades y las composiciones de los
productos superior e inferior. La volatilidad relativa del benceno en la mezcla es 2,5. Resuélvelo tanto
analítica como gráficamente.
Solución
Consulte la figura 7.10.
Solución algebi'aica
346 Capítulo 7 Destilación
Solución gráfica
La línea de equilibrio se traza utilizando el valor dado de la volatilidad relativa [véase la Ecuación 7.8(b)].
El punto F(7 y,7 y), es decir (0,4, 0,4) está situado en la diagonal, y la recta vertical que pasa por= 0,3 se
encuentra con la recta de equilibrio en P(0,3, 0,52). La pendiente de la recta FP es igual a (-W/D). Los
cálculos se dejan como un pequeño problema de ejercicio.
EJEMPLO 7.b (Cálculo de la eiierg y requerida en la vaporización flash en binnr y) Cincuenta kmol de 35
moles'7o de solución acuosa de acetona a 25°C se calientan y flashean en un tambor a 1 atm de presión
cuando se vaporizan 35'No del líquido. Utilizando los datos de entalpía-concentración del ejemplo 7.4,
calcule (a) las cantidades y las concentraciones de los productos vapor y líquido, y (b) el calor suministrado
a la alimentación.
(a) Sean F (= 50 kmoles; /y= 0,35) los moles de alimentación, y lY y D los moles de productos líquido y
vapor. Fracción de líquido vaporizado= 0,35. Por lo tanto,
DIF -- Dl(W+ D) -- 0,35 m WID -- 1,86
(i) Localice el punto F'(z p, zy) en el diagrama i-y dibujado debajo del diagrama entalpía-
concentración de la figura 7.11(b) y trace una recta F'P de pendiente-e IY/D ---1,86 que pase por el punto
F' y que se encuentre con la curva de equilibrio en P.
Concentración de acetona en el producto líquido,= 0 05 ; la del producto vapor (condensado), p=
0 76 .
Tenemos W+ D -- 50 y W(0,105)+ D(0,765)= (50)(0,35)
'= 3 44 D -- 8 56
Balance total de materiales: F -- D -F W,- dado: F -- 10, z= 0.4 10= D+ W
Balance de benceno: F z p= Dup+ lY
Giyen: iJy= fracción molar de benceno en el producto inferior= 0.3
(i) (b) Dibuje la línea tic WD en el diagrama entalpía-concentración al punto P. Una línea vertical que pasa por
F' se encuentra con WD en el punto N [véase la figura 7.11(b)]. Las coordenadas del punto F son (¿y, H y -F
Ql£).
(10)(0,4)= Dxz+ IY(0,3) es decir, 4 = Dxz+ (0,3) W (ii)
En la destilación flash de equilibrio, el destilado (vapor) y los productos de fondo (líquido) están en
equilibrio, es decir, . p y están en equilibrio, y se relacionan a través de la volatilidad relativa de la
siguiente manera:
Las ecuaciones (i), (ii) y (iii) pueden para las tres incógnitas:
D -- ; IY= 5 39 I ; ip= 0 5 7 .
A partir de la Figura 7.11(b), ft+ QIF -- 4000 kcal/kmol
El peso molecular medio del pienso es de 32. El calor integral de disolución se toma como =
-145 kcalfkmol y c¿,= 0,825 kcal/kg K (ilite rpolated from the data of Example 7.4). Tomando una
temperatura de referencia de l5°C, la entalpía del pienso (z= 0,35; temp., T -- 25°C) es de
H p -- (0,825)(32)(25 - 15) - 145= 119 kcal/kmol

15. 348 Capítulo 7 Destilación
Eliminando F de las Ecs. (7.31) y (7.32),
(7.33)
Poniendo xpi= yz,lK; [ver Ec. (7.14a)] y simplificando,
_ :'y, (I WID)
"' (I WIK, D)
y Z y" - ' (7.?4)
La ecuación anterior también puede escribirse para iyi puntuando Up,= K;x z;.
Si se conocen las temperaturas del tambor de flasheo y la composición de la alimentación, pueden
calcularse los K ¡ a partir de las ecuaciones de la presión de vapor (o del chari de De Priester, figura
7.8), y puede resolverse la ecuación (7.36) utilizando cualquier técnica numérica adecuada para calcular
/, es decir, la fracción de líquido vaporizado en el flasheo (véase el ejemplo 7.7).
Es bastante sencillo determinar si una mezcla se dividirá en dos fases. Podemos especificar las
siguientes condiciones a este respecto.
K, z y,>1
i K,
(7.37)
(7.38)
Flgure 7.11 (a) Entalpía-concentración, y (b) diagrama de equilibrio del sistema acetona-agua a atm de presión.
7.3.2 Destilación flash multicomponente
A continuación analizaremos la vaporización flash de una de n componentes. Para simplificar,
supondremos que el equilibrio vapor-líquido de la inulticomponente puede describirse cuantitativamente
mediante valores X (véase la sección 7.1.6). A continuación se presentan las ecuaciones de balance de
materia para el componente i (las notaciones son las mismas que en la sección anterior; se utiliza un
subíndice i adicional para denotar el componente i-ésimo).
Si se cumplen las dos desigualdades anteriores, la mezcla se separaría en dos fases bajo
las condiciones dadas.
7.7 (Destilación fiasca multicomponente) Tenemos una mezcla de 25 moI9o n-hexano(1), 40 mol'fo n-
heptano(2) y 35 mol°- n-octano(3) a 400 K y 2 bar de presión total. ¿Se separará la mezcla en dos fases?
En caso afirmativo, calcula las cantidades y las composiciones de los productos líquido y vapor.
Suponga que la solución es ideal. Véase en la Tabla 7.2 la fórmula de Antoine
COllSt All tS.
Solución
Presión de vapor del n-hexano(1) a 400 K (= 127°C):
En P'(I)= 15,9155- 2738,42/(127+ 226,2)= 3490 mm Hg= 4,652 bar
Saldo total de material: F= D+ W (7.3 I )
Saldo del componente i: Fz y; -- Dxz+ Wx z; (7.32) Dado que el vapor generado en el flasheo está completamente condensado, la composición del condensado es la misma que
la del vapor ( p, = yp,).
12000

16. Flash Vuporizution (También llamado Flush Disiillaiio ' 349
Las presiones de vapor de los otros dos componentes son: P '(2)= 2,177 bar y P'(3)= 1,05 bar.
Si suponemos un comportamiento ideal, las constantes de equilibrio de vaporización son:
K -- P"(1)lP -- 4.652/2.0= 2.326
K' -- 1,0885; Kz -- 0,525 [Los ¥ también pueden obtenerse de la figura 7.8].
No C de la mezcla: ;= 0,25; por= 0,4; z3 = 0,35.
y K, -- (0,25)(2,326)+ (0,40)(1,0885)+ (0,35)(0,525)= 1,2006> 1
35a Capítulo 7 Distiller ion
mezcla ternaria, Ec. (7.40) se reduce a una ecuación algebraica cuadrática. Si ponemos los datos del
Ejemplo 7.7 en la Ec. (7.40)obtenemos
(0,25)(2,326- 1)+ (0,4)(1,088-5 1)+ (0,35)(0,525- 1)
=0 (= 0,552
1*(2.326-1)( 1+(1,088-51)( 1+ (0,52-51)(
La relación de vaporización, /= (1 - ()/§= (1 - 0,552)/0,552= 0,812.
7.4 DESTILACIÓN AL VAPOR
Cuando una disolución hierve, la fracción molar de un componente A en el vapor (y*) depende de su
r, _ 0.25+ 0.40 0.35
K; 2,326 1,0885 0,525
= 1.1416> 1
fracción molar en el líquido (i). Si la solución es binaria ideal, la fracción molar de A en fase vapor
viene dada por la Ec. (7.7). Sin embargo, si los componentes A y B no son miscibles, su mezcla ejerce
una presión de vapor total que es igual a la suma de presiones de vapor de los componentes individuales.
Dado que se cumplen las condiciones de existencia de dos fases [Ecs. (7.37) y (7.38)], el
en dos . La fracción de vapor se calcula resolviendo la ecuación (7.36),
es decir
(2.326)(0.25) 1.0885)(0.40) (0.525)(0.35
2,326 * /+ 1,0885 * / 0,525+ / ' 1 + /
La solución de la ecuación anterior da la relación de vaporización, /= 0,812.
Tomando N = 1 kmol= D+ lY y /= W/D -- 0,812, iY y D calcularse fácilmente. Las composiciones de los
productos líquido y vapor pueden obtenerse a partir de las ecuaciones (7.34) y (7.35).
Eubank et aI. (2000) sugirieron una técnica más sencilla para calcular el flash. Si ( es la fracción de
la alimentación vaporizada en la cámara de flash,
líquidos a una temperatura dada. Por lo tanto, la temperatura de ede dicha mezcla es inferior al punto de
ebullición de A o D. Esta propiedad de una mezcla de líquidos inmiscibles constituye la base de la destilación
al vapor.
La destilación por vapor es un proceso de separación
en el que se insufla vapor vivo a través de un líquido que
contiene un componente A (normalmente de baja
volatilidad y baja solubilidad en agua) cuando A se
vaporiza lentamente (dependiendo de su presión de vapor
a la temperatura de funcionamiento) y sale con la cámara.
El compuesto A es el compuesto diana que queremos
recuperar en un estado rea- sonablemente puro. La
mezcla a separar puede contener trazas de una impureza
no volátil o puede ser una mezcla de A y otro compuesto
C que es
(= (7.39)
esencialmente no volátil. En algunos casos, la destila-
La destilación por vapor es similar a la destilación por
arrastre de vapor. En la figura 7.12 se muestra el esquema
de una unidad de destilación a vapor. La alimentación se
toma en el recipiente de destilación o alambique a través
del cual se inyecta vapor vivo en la parte inferior. El
vapor que contiene el producto A vaporizado, así como el
vapor, se conduce a un condensador. Si A tiene poca
miscibilidad
Vapor abierto
Figura 7.12 Esquema de una unidad de destilación a
vapor.
-Z =0
= 0 (7.40)
con agua, el condensado forma dos capas (una capa del material objetivo A y otra de agua) y puede separarse
fácilmente para recuperar el producto. Se produce cierta pérdida de calor de la unidad de destilación.
También se necesita energía para calentar la alimentación hasta su punto de burbuja y para la vaporización de
A. Se puede prever un serpentín de vapor en el alambique para cubrir estas necesidades energéticas y evitar la
condensación del vapor vivo. La distiLación del equipo S puede utilizarse convenientemente en los siguientes
:
Es fácil establecer que S 9/ d(< 0 para valores positivos de ( (de hecho, se encuentra entre 0 y 1). Así
que la Ec. (7.40) tiene una solución única dentro de 0<<1. La raíz de la Ec. (7.40) puede obtenerse mediante
una técnica numérica como el método de Newton-Raphson'. Es interesante observar que para a
Véase el Apéndice para más información sobre la solución de la Ec. (7.40).
" Separación de un material de alto punto de ebullición de una solución. Ejemplos:
decoloración/desodorización de aceites vegetales, recuperación y purificación de aceites
esenciales.
• Separación y purificación de sustancias peligrosas e inflamables liLe trementina
• Separación de una sustancia térmicamente inestable de una mezcla

17. Caudal de vapor= 20 kg/h. Tiempo necesario= 8.874/20 h= 26 6
Destilación Steum 351
• Separación de impurezas volátiles de las aguas residuales. Ejemplos: eliminación de amoniaco,
compuestos orgánicos volátiles (COV) como hidrocarburos halogenados de las aguas residuales.
Consideramos los siguientes dos casos importantes de cálculo de las necesidades de vapor para un
proceso de disti Lación de vapor. El caso 2 se trata después del ejemplo 7.8.
Caso 1: La sustancia A es inmiscible con el agua. El pienso contiene A y trazas de no
volati Ie impurezas.
P la presión de vapor de A a la temperatura de funcionamiento, P' la presión de vapor del agua
(B -- agua) e I' la presión total. Dado que A (el compuesto objetivo) y B (agua) son esencialmente
inmiscibles, la presión total es la suma de las presiones de vapor individuales (aquí la presión parcial de una
sustancia es la misma que su presión de vapor).
Si se md moles de la sustancia introduciendo mt moles de vapor, y si el sistema funciona a cqui librium,
podemos w rite
352 Capítulo 7 Destilación
Utilice la Ec. (7.42) para calcular los moles de vapor necesarios,
= (3.244 x 10°')
908.7
(0.8)(7.48)
= 0,493 kmol= (0,493)( 18)= 8,874 kg vapor
Caso 2: El pienso es una mezcla de A y C; C es una sustancia esencialmente no volátil. A y
C /orm as id.cal so fusión y son inmisc ihle con agua.
Comencemos con un pienso que contiene mdimoles de A [aquí el subíndice i significa inicial, y
/ significa final] y m¿ moles de C. A la temperatura de funcionamiento, la presión de vapor de A es Pz' y
la del vapor es P . Como C no es volátil, m¿ permanece constante. Necesitamos calcular la cantidad de
vapor necesaria para reducir el número de moles de A de mi, a init. La eficiencia de vaporización es E.
Si los moles de A en el alambique en cualquier momento t son m¿, su fracción molar en C es
(7.41)
Sin embargo, si el sistema no funciona en equilibrio, la presión parcial de A será inferior a su presión
de vapor. Para tener en cuenta tal desviación, definimos un factor llamado yaporiJing efficienc y E del
producto tal que la presión parcial de A en la fase vapor es pz -- E Pz'.
La ecuación (7.41) se convierte entonces en
(7.42)
La eficiencia de vaporización suele oscilar entre 0,6 y 0,9. La ecuación (7.42) puede utilizarsepara
m¿+ m La
presión parcial de A en el vapor es: pz -- Exz P
Moles de A ye r mcsie de =
Si mt es la tasa de suministro de vapor, la tasa de volatilización de A puede escribirse como
dmz
dt
(7.43)
(7.44)
calcular la necesidad de vapor para una separación deseada.
EXAMEN 7.8 (Destilación simple al vapor) El geraniol (C ¢H tO) es un aceite esencial de valor
comercial. Se purifica de forma convencional mediante destilación al vapor. Se carga una unidad a
escala piloto con 0,5 kg de geraniol crudo que contiene una pequeña cantidad de impurezas no
volátiles. Se hace pasar vapor saturado vivo a l05°C a través del destilador a una velocidad 20 kg/h.
Calcule el tiempo de disti Ilación suponiendo que el geraniol es inmiscible con el agua. No tenga en
cuenta la condensación del vapor. El rendimiento de vaporización es de 0,8. La presión de vapor del
agua a 105°C es de 1,211 bar y la del geianioI(A) viene dada por
Ln Pz' -- 21.1- 7217/F,- P está en aiai Hg y T en K.
5solución
A partir de la ecuación dada, la presión de vapor del geraniol a 105°C, Pz' -- 7,48 mm Hp.
Presión de vapor del agua a l05°C (dada),
I' = 1,211 bar= (1,211/1,013)(760)= 908,7 mm Hg
Peso molecular del geraniol, M,= 154,1; moles de geraniol en el pienso, m,= 0,5/154,=
3,244 x 10 kmol.
Sustituyendo z de la Ec. (7.43) en la Ec. (7.44), reordenando e integrando desde i= 0, m= m¿i hasta I = /, md=
m¿/,
- E Pz' d mz -- E ii z Pz' dt
,_p
= rite i= vapor total necesario (7.45)
El ejemplo 7.9 ilustra los principios teóricos expuestos anteriormente.
fiXAMPLfi 7.9 (Destilaciin al vapor de una sustancia a partir de una mezcla) Treinta kilogramos
de citranelol snido (C pH2pO), un aceite esencial, deben purificarse mediante destilaciin al vapor. El material
contiene 20 mass' o del aceite esencial y el resto constituyen impurezas no volátiles de peso molecular
medio 260. Suponiendo que se aplica la ley de Raoult, calcule la tasa de suministro de vapor para la
recuperación de 90'7- del aceite si el tiempo del lote es de 2 horas. Se estima que 2'fo del vapor de entrada
se condensa para compensar las pérdidas de calor del destilador y también para suministrar calor
sensible y latente al . La temperatura de funcionamiento es de 105°C y el rendimiento de
vaporización es de 759a. La presión de vapor del citranellol(A) puede calcularse a partir de la ecuación
In P' [inin Hg)= 21,33- 7241/F.

18. Solución
B'ilch Di''lilluliun Al''u Cc/let Diff'r "nliul Dr lilluliun ur Ru) l "iyh Dr lilluliun' 3S3 g$4 Capítulo 7 Dislilluiiun
La destilación con reflujo será tratada en la Sección 7.7. Esquema de un sistema de destilación por lotes
Utilizar la Ec. (7.45). Presión de vapor del citranelol a l05°C (calculada a partir de la ecuación anterior), Pz' --
8,8 mm Hg. Masa total del producto bruto= 30 kg con 209a del aceite. Peso mol. del aceite = 156,1.
Masa de aceite= (30)(0,20)= 6 kg= 6/ 156,1 kmol= 0,03842 kmol= m¿, Masa de
impurezas no volátiles= 24 kg= 24/260 kmol = 0,0923 kmol = m¿
90a del petróleo debe recuperarse.
Moles del aceite restante, m /= (0.03842)(0.10)= 0.003842 kmol
Presión de vapor del agua(B), P -- 908,7 mm Hg
Eficacia de vaporización, ñ= 0.75
Presión total, P -- 908,7+ 8,8= 917,5 mm Hg
Poniendo los valores de las distintas cantidades en la Ec. (7.45),
917,5
-1 (0,03842 - 0,003842) *
(917,5)(0,0923)p 0,03842)
= 34,32 kmol
se muestra en la figura 7.13.
7.5.1 Destilación por lotes de una mezcla binaria
El análisis teórico de la destilación por lotes se basa en un "balance diferencial de masas", ya que las
concentraciones de los componentes en fase líquida y en fase vapor cambian continuamente a medida que
avanza la destilación. Sea, en cualquier momento, el número de moles de líquido en el alambique L con una
fracción molari del componente más volátil (es decir, A) y sean los moles de condensado acumulado D. La
concentración del vapor de equilibrio es y*. Durante un tiempo pequeño, el cambio en la cantidad de líquido
en el alambique es dL y la cantidad de vapor extraído es dD. Se pueden escribir las siguientes ecuaciones
diferenciales de balance de masa:
Balance total de materiales: -dL--dD (7.46)
Equilibrio del componente A: -d(Lx) = y-dD (7.47)
-Ldx --y*dD+ xdL --y*dD- xdD --(y*- x)dD (7.48)
La ecuación (7.46) significa que la cantidad total de vapor generado debe ser igual a la disminución
(0.75) (8.8) (0.75)(8.8) 0.003842
en la cantidad total de líquido (obsérvese que dL es intrínsecamente negativo y que se utiliza un signo negativo en
este
Pérdida de calor= 29cNecesidad real de vapor= 34,32/0,98= 35 kmol= 630 kg
El tiempo de lote, I= 2 h. Caudal de vapor, nip= 35/2= 17,5 kmol/h= 3
ecuación para que sea coherente con respecto al signo). Del mismo modo, la Ecuación (7.47) significa que la
pérdida en el número de moles de A del alambique debido a la vaporización es la misma que la cantidad de A
en la pequeña cantidad de vapor generada.
Poniendo dD -- - dL en la Ec. (7.48) y reordenando,
7.5 DESTILACIÓN POR LOTES (TAMBIÉN LLAMADA
DESTILACIÓN DIFERENCIAL O DESTILACIÓN RAYLEIGH)
dL dx
(7.49)
En la destilación por lotes, la alimentación se carga en el caldero al
que se suministra calor de forma continua a través de una
camisa de vapor o un serpentín de vapor. A medida que la
mezcla hierve, genera un vapor más rico en los más volátiles.
Pero a medida que continúa la ebullición, las concentraciones de más
volátiles en el líquido disminuyen. En general, se supone que en
el alambique se produce una vaporización de equilibrio. El vapor
se conduce a un condensador y el condensado o producto superior se
recoge en un recipiente. Al principio, el condensado será
bastante rico en los más volátiles, pero las concentraciones de los
más volátiles en él disminuirán a medida que el condensado se siga
acumulando en el . El condensado suele retirarse de forma
intermitente teniendo productos
o c ms de diferentes concentraciones. Se utiliza la destilación por lotes
cuando la velocidad de alimentación no es lo suficientemente grande
como para justificar la instalación de "
ea
"
Vapor
Condensar
Receptor
Siillpot
Condensado de
vapor
Si la destilación se inicia con F moles de alimentación de concentración y continúa hasta que la
cantidad de líquido se reduce a lY moles (composición = iy), la ecuación anterior puede integrarse
para obtener
(7.50)
La ecuación (7.50) es la ecuación básica de la destilación de datos por lotes y se "ecuación de Rayleigh". Si
se dispone de los datos de equilibrio vapor-líquido (*-y -) en tabular, el lado derecho de la Ecuación
(7.50) puede evaluarse gráficamente. Si se una relación algebraica entre y-, puede ser posible la
integración analítica. Por ejemplo, si la volatilidad relativa a de A en la mezcla binaria es constante (como ocurre
en el caso de una solución ideal), la relación entre x e y- puede obtenerse a partir de la Ec. [7.8(b)].
Sustituyendo y* de la Ec. [7.8(b)] en el lado derecho de la Ec. (7.50), se puede realizar la integración
para tener
una unidad de destilación continua. También se puede utilizar cuando los constimentos difieren mucho en
volatilidad. A continuación se discuten dos casos de destilación por lotes. Lote
ln - (7.51 a)
dL dx

19. I n
0.45
25
Batch Di''iiiioiion Ai''o c'u/e Differ mini Di''iiii "iion or R ) terg h Distribution' 355
La integral puede expresarse de una forma alternativa, y a veces más conveniente
(7.31b)
En la ecuación (7.51) intervienen cuatro cantidades: F, W, x y, end x y. Si se conocen tres de , se puede
calcular la restante. La composición media (yp q,) del destilado acumulado
(D) puede obtenerse mediante un simple balance de materiales.
Fx p -- D)'p "+ Wx z y F -- D+ W (7.52)
EJEMPLO 7.10 (Destilación por lotes simple) Se va a destilar por lotes una carga de 50 kmol de una
mezcla de benceno y chorobenceno con fi5 mol No del menos volátil. (a) Si se vaporizan 2fi moles de la
solución y se condensan como destilado, calcule la concentración del destilado acumulado. (b) Si la
concentración del producto acumulado es de 72 mol'No de benceno, calcule su cantidad. La volatilidad
relativa del benceno en la mezcla es 4,15.
Sofation
Utilice la Ec. [7.51(b)]. Giveri: moles de f "a, r -- so kmol; concentración de alimentación, ,= 1 - 0,55=
0,45.
(a) Destilado, D -- 25 kmo1, y lY= 25 kmol; yp", (= ip)= Poniendo los valores de
la Ec. [7.31(b)],
Balance de materia: Fx y -- Wx+ Dy p" (50)(0,45)= (25)(0,218)+ (25) yp",
vp",= 0.682
Composición del destilado recogido, zp= yp"" = 0 682
(b) Dado: yp",= ip= 0.72; D= ?
Balance total de materiales, 50= D -F W; balance de benceno, (50)(0,45)= Wry+ D(0,72)
356 Capítulo 7 Disciplina
de una hora. Es posible mantener un ritmo constante de suministro de calor al destilador mediante
serpentines de vapor, de forma que el ritmo de vaporización sea el mismo que el ritmo de adición de la
mezcla de alimentación al destilador. Calcule la cantidad y concentración del destilado compuesto que
se obtendría al cabo de una hora. La volatilidad relativa del benceno en la mezcla es de 2,51.
Sugerencias: Sea F --kmol de alimento cargado inicialmente con una concentración de benceno, xy; F'
--el ritmo horario de adición de la mezcla al ;i= fracción molar de benceno en el líquido del alambique e y* =
fracción molar de benceno en el vapor generado en cualquier momento /. Como los ritmos de adición y
vaporización son los mismos, los moles de líquido en el alambique permanecen constantes en F. Un balance
de materia instantáneo da
dx
di
La ecuación anterior significa que la tasa de acumulación de benceno en el alambique es la diferencia
entre la velocidad de su adición con la alimentación entrante y la velocidad de eliminación con el vapor.
Reordenando e integrando la ecuación anterior,
F
' dt -- -
F
O 'r
La integral es de la forma:
Poniendo los valores de las distintas cantidades en la ecuación integrada, tenemos
2t= -0,4254 - 0,9414a - 0,9756 In(1,604a - 0,6); t= 1 hora =
La concentración del destilado compuesto puede hallarse por balance de materia, ip= 0 695
A partir de las dos ecuaciones anteriores,
Sustituyendo en la Ec. [7.51(b)],
(ln 50 0.
13,5/(0,72 -< ) <
.
' 0.72
= ((4.15) ln
50 -1 0.45
13.5/(0.72 - xp) -1 xp
Podemos considerar una situación en la que se dispone de una gran cantidad de pienso y la destilación puede
continuar mucho tiempo, es decir.
At /= , In(1.604a - 0.6) - m 1,604a - 0,6= 0 = 0 374
Es la concentración del líquido en el alambique en un momento determinado. La fase de vapor correspondiente
Resolviendo, = 0.309; EN= (13.5)/(0.72 - 0.309)= 32.85
Cantidad de destilado, D -- F - W -- 50 - 32.85= 75
EZAM PLE 7.11 (Destilación por lotes con adición gradual de la alimentación) Se desea separar por
destilación por lotes 60 kilomoles de una mezcla de benceno y tolueno que contiene 60 moI9o de
benceno. Se de un alambique con capacidad para 20 kmol de la mezcla. Se prevé iniciar la destilación con
una carga de 20 kmol y añadir el resto (es decir, 40 kmol) al alambique de forma continua durante un
período de
de benceno es 0,6. Esto indica que a largo tiempo se alcanza el estado estacionario y la
El vapor sale a la misma velocidad y concentración que el de la alimentación que entra en el destilador.
7.5.2 Destilación por Lotes de una Mezcla Multicomponente
Considere L moles de una solución que contiene los componentes 1, 2, ..., n en fracciones molares x; , xj, . ...
, ,. Entonces, el número de moles de los componentes individuales en la solución arco:
(7.53)

20. 0 75 k 1 0 335 oI
B'ilrh Di''iill tion Al''o c "i/e Differ nii'il Di''lilluiion or R ;'l iyh Dislill lion' 357
Para simplificar, suponemos que la solución es ideal. La volatilidad relativa at del componente i con respecto
a otro componente y se toma como una constante. Además, tomaremos el componente y como base o
"componente de referencia" con respecto al cual se define la volatilidad relativa de cualquier otro
ponente de la mezcla. Las ecuaciones diferenciales de equilibrio de masas para los componentes i e
y se convierten en
35 Capítulo 7 Distillui ion
Un método de cálculo aproximado utiliza los valores medios de n a lo largo del intervalo de
puntos de ebullición. Para , se averigua la temperatura final de ebullición i* 8-"SSCd y las
volatilidades relativas (a2; y o23) a esta temperatura. A continuación se indican los pasos a seguir.
(i) Se determinan la temperatura inicial del punto de burbuja, los valores x y los valores a.
(ii) Se adivina la temperatura final. Los valores X y e se determinan en esta
Para el componcnt i: -dLi= -y@; dL
Para el componente y: -dL j= -yg/ dL
(7.54)
(7.55)
temperatura.
(iii) Se determinan los valores medios aritméticos de a. El número final de moles de los
componentes se calcula a partir de la Ecuación (7.57) o de la Ecuación (i).
dL¡ y , *, L;
Integrar del estado inicial al final,
[de las Ecs. (7.53) a (7.35)]
(7.56)
(iv) Ahora se calcula el punto de burbuja final. Se determinan los valores de £f en este punto. Los
valores medios de H y el número moles (Li's) se vuelven a calcular a partir de la Ec. (i). El
procedimiento puede repetirse para obtener una mayor precisión, si es necesario.
A 101,3 kPa (1 atm) y 64°C, K -- 2,3, Kz -- 0,87, K z -- 0,144 [de la figura 7.8(b)] Hø= KzJK --
0,87/2,3= 0,378; H=K,/X,= 0,87/0,144= 6,04
Esta ecuación se puede escribir para todos los pares posibles con el componente y como común para
obtener
/ inicial - = '"' "' ' ' [Puesto que o=1/o"] (7.57)
La ecuación (7.57), junto con la condición xt +i + z3 * + i, = 1, puede utilizarse para resolver un
problema de destilación por lotes multicomponente.
EXAMEN P LE 7. 4 2 (Destilación por lotes multicomponente) Mezcla de 0,3 kmol de n-pentano (1),
0,3 kmol de n-hexano (2) y 0,4 kmol de n-octano (3) se destilan por lotes a 1 atm de presión para
eliminar 90' - de n-pentano. Calcular la cantidad y composición del destilado. Tome los valores ñ de
la tabla de DePriester, figura 7.8(b).
Solución
El número inicial de moles de los componentes son: (Lt)i= 0.3, (L )i= 0.3, y (L3)i= 0.4. Estas son
también las fracciones molares de los componentes al . ('in=inicial; 'fi=final). La temperatura inicial
del punto de burbuja de la mezcla es de 64°C (los cálculos no se muestran aquí; esto puede obtenerse
siguiendo el procedimiento del Ejemplo 7.2 y utilizando los valores x dados en la Figura 7.8).
Cantidad de n-pentano eliminada = 90' o de 0,3 kmol= 0,27 kmol. Pentano restante= 0,03 kmol= (L;);j.
Tomando el n-pentano como componente de referencia, la ecuación de trabajo [Ec. (7.57)] puede
escribirse como
Supongamos una temperatura final de ebullición (cuando se eliminan 909c de ri-pentano) de 95°C. A esta
temperatura,
X;= 4,65, Kz -- 2,03 y X= 0,45 o2;= 2.03/4.65= 0.437 y o23= 4.51
Valores medios de a:
H2'= (0,378+ 0,437)/2= 0,407 y a = (6,04+ 4,51)/2= 5,27
Poniendo estos valores de a en la Ec. (i),
Compruebe que la temperatura de las aletas sea de 95°C:
Número total de moles al final= 0.03+ 0.1175+ 0.335= 0.482
Composición £iy "id:
x,= 0,03/0,482= 0,0623; i= 0,1175/0,482= 0,245; z,= 0,3337/0,482= 0,6927 Z K, x, --
(4,65)(0,0623)+ (2,03)(0,245)+ (0,45)(0,6927)= 1,0987> 1
Por tanto, la temperatura final supuesta de 95°C es un poco demasiado alta. Dado que el componente 2
(n-hexano) es el componente de referencia, su valor X revisado se toma como
Kz -- (R " )/1.0987= 2.03/1.0987= 1.85
0.4
'(/),
(¡) La temperatura correspondiente [de la figura 7.8(b)] es de 91°C. Los K-yalue$ para los componentes 1 y
3 a esta temperatura son:
Si se conocen o2; y o23, pueden calcularse fácilmente las cantidades finales de los componentes
2 y 3 en la mezcla. Los valores de n al principio pueden obtenerse a 101,3 kPa y 64°C (el punto de
burbuja inicial) utilizando los valores de ñ de la figura 7.8(b). Sin embargo, a medida que continúa la
ebullición, los componentes más volátiles se eliminan preferentemente y punto de burbuja del líquido
aumenta gradualmente. Los valores ñ y las volatilidades relativas también cambian en consecuencia.
K= 4,4, Kz -- 0,39; a = 1.85/4.4= 0.42, Ht,= 1.85/0.39= 4.74
Los valores n medios son:
a=(0,378+ 0,42)/2= 0,4; a,= (6,04+ 4,74)/2= 5,4
"

21. Fraccionamiento continuo multietapa de mezclas de bina 3S9
Se vuelven a calcular los valores de ( i)fi.
(<(2))r ' ( z)i" (10)" (4)=0,1194 kmol; (L3)t,= 0,3373 kmol
Estos valores se aproximan bastante a las estimaciones anteriores. Los moles totales del líquido final son:
0,03+ 0,1194+ 0,3373= 0,4867
Fracciones
molares:
3
ml= 0,03/0,4867= 0,0616
x2= 0,12/0,4867= 0,2466
g3' 0.692
K, x,= (4,4)(0,0616)+ (1,85)(0,2466)+ (0,39)(0,692)= 0,9971 - 1,0
i=l
Por tanto, la estimación de la temperatura final (91°C) es suficientemente
buena. Número de moles de destilado= 1.0 -- 0.4867= 0 51 k o
Composición: {xcID -- (0.3 -- 0.03)/0.5133= 0 52d
{xz)D-- (0.3 -- 0.12)/0.5133= 0 51
{x3)D -- 012
7.6 FRACCIONAMIENTO CONTINUO MULTIETAPA DE
MEZCLAS BINARIAS
La separación de una mezcla de líquidos volátiles en productos relativamente puros suele realizarse en
una columna de fraccionamiento continua. Se puede utilizar una torre de bandejas o de relleno, y la
elección depende de varios factores. Comprensiblemente, una columna continua es mucho más eficaz
que la destilación flash multietapa o la destilación por lotes. En esta sección discutiremos los principios
básicos de proyecto de una torre de bandejas continua para la destilación de una mezcla binaria.
En la figura 7.14(a) se muestra esquemáticamente una columna de bandejas y los caudales y las
concentraciones de las fases vapor y líquido en diferentes bandejas. En aras de la simplicidad, discutiremos
aquí los principios básicos del fraccionamiento de una mezcla líquida binaria. La alimentación (puede ser un
líquido, un vapor o una mezcla bifásica que contenga los componentes A y B, siendo A el componente más
volátil) entra en la columna por un lugar adecuado. La corriente de líquido desciende por la columna desde
una bandeja hasta la siguiente bandeja inferior; la corriente de vapor asciende burbujeando a través del
líquido de las bandejas. El vapor de la bandeja superior se condensa y el condensado se recoge en un tambor
de reflujo. Una parte de este líquido se extrae como producto superior y la otra parte se devuelve a la bandeja
superior (la bandeja superior está marcada como bandeja nº 1) como reflujo. El producto superior contiene el
componente A, más volátil, y un poco del B, menos volátil. El líquido de la bandeja inferior pasa a un
rehervidor donde se vaporiza parcialmente, el vapor se devuelve a la torre y la parte líquida se extrae
continuamente como producto inferior. El producto de fondo es rico en el componente menos volátil B y sólo
contiene una pequeña cantidad de A. En una se produce un contacto íntimo entre las fases líquida y de vapor,
lo que facilita un rápido intercambio de masa entre ellas. El transporte del componente más