Destilación (página 2)

Partes: 1, 2

Destilación azeotrópica

En química, la destilación azeotrópica es una de las técnicas usadas para romper un azeótropo en la destilación. Una de las destilaciones más comunes con un azeótropo es la de la mezcla etanol-agua. Usando técnicas normales de destilación, el etanol solo puede ser purificado a aproximadamente el 95%.

Una vez se encuentra en una concentración de 95/5% etanol/agua, los coeficientes de actividad del agua y del etanol son iguales, entonces la concentración del vapor de la mezcla también es de 95/5% etanol-agua, por lo tanto destilaciones posteriores son inefectivas. Algunos usos requieren concentraciones de alcohol mayores, por ejemplo cuando se usa como aditivo para la gasolina. Por lo tanto el azeótropo 95/5% debe romperse para lograr una mayor concentración.

Procedimiento

El proceso de la destilación consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación. El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles.

En la evaporación y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura. Por ejemplo, la eliminación del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama evaporación, pero la eliminación del agua del alcohol evaporando el alcohol se llama destilación, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos.

Empaque

El empaque (llamado relleno en España) de la torre debe ofrecer las siguientes características:

1. Proporcionar una superficie interfacial grande entre el líquido y el gas. La superficie del empaque por unidad de volumen de espacio empacado am debe ser grande, pero no en el sentido microscópico.

2. Poseer las características deseables del flujo de fluidos. Esto generalmente significa que el volumen fraccionario vacío, o fracción de espacio vacío, en el lecho empacado debe ser grande. El empaque debe permitir el paso de grandes volúmenes de fluido a través de pequeñas secciones transversales de la torre, sin recargo o inundación; debe ser baja la caída de presión del gas.

3. Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están procesando.

4. Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la instalación.

5. Tener bajo precio.

Los empaques son principalmente de dos tipos, aleatorios y regulares.

Empaques al azar

Los empaques al azar son aquellos que simplemente se arrojan en la torre durante la instalación y que se dejan caer en forma aleatoria. En el pasado se utilizaron materiales fácilmente obtenibles; por ejemplo, piedras rotas, grava o pedazos de coque; empero, aunque estos materiales resultan baratos, no son adecuados debido a la pequeña superficie y malas características con respecto al flujo de fluidos.

Los anillos de Rasching son cilindros huecos, cuyo diámetro va de 6 a 100 mm o más. Pueden fabricarse de porcelana industrial, que es útil para poner en contacto a la mayoría de los líquidos, con excepción de álcalis y ácido fluorhídrico; de carbón que es útil, excepto en atmósferas altamente oxidantes; de metales o de plásticos.

Los plásticos deben escogerse con especial cuidado, puesto que se pueden deteriorar, rápidamente y con temperaturas apenas elevadas, con ciertos solventes orgánicos y con gases que contienen oxígeno. Los empaques de hojas delgadas de metal y de plástico ofrecen la ventaja de ser ligeros, pero al fijar los límites de carga se debe prever que la torre puede llenarse inadvertidamente con líquido. Los anillos de Lessing y otros con particiones internas se utilizan con menos frecuencia.

Los empaques con forma de silla de montar, los de Berl e Intalox y sus variaciones se pueden conseguir en tamaños de 6 a 75 mm; se fabrican de porcelanas químicas o plásticos. Los anillos de Pall, también conocidos como Flexirings, anillos de cascada y, como una variación, los Hy-Pak, se pueden obtener de metal y de plástico.

Generalmente, los tamaños más pequeños de empaques al azar ofrecen superficies específicas mayores (y mayores caídas de presión), pero los tamaños mayores cuestan menos por unidad de volumen. A manera de orientación general: los tamaños de empaque de 25 mm o mayores se utilizan generalmente para un flujo de gas de 0.25 m3/s, 50 mm o mayores para un flujo del gas de 1 m3/s.

Durante la instalación, los empaques se vierten en la torre, de forma que caigan aleatoriamente; con el fin de prevenir la ruptura de empaques de cerámica o carbón, la torre puede llenarse inicialmente con agua para reducir la velocidad de caída.

Empaques regulares

Los empaques regulares ofrecen las ventajas de una menor caída de presión para el gas y un flujo mayor, generalmente a expensas de una instalación más costosa que la necesaria para los empaques aleatorios. Los anillos hacinados de Raschig son económicos solo en tamaños muy grandes.

Hay varias modificaciones de los empaques metálicos expandidos. Las rejillas o "vallas" de madera no son caras y se utilizan con frecuencia cuando se requieren volúmenes vacíos grandes; como en los gases que llevan consigo el alquitrán de los hornos de coque, o los líquidos que tienen partículas sólidas en suspensión.

La malla de lana de alambre tejida o de otro tipo, enrollada en un cilindro como sí fuese tela (Neo-Kloss), u otros arreglos de gasa metálica (Koch-Sulzer, Hyperfil y Goodloe) proporcionan una superficie interfacial grande de líquido y gas en contacto y una caída de presión muy pequeña; son especialmente útiles en la destilación al vacío.

Soportes de empaque

Es necesario un espacio abierto en el fondo de la torre, para asegurar la buena distribución del gas en el empaque. En consecuencia, el empaque debe quedar soportado sobre el espacio abierto. Por supuesto, el soporte debe ser lo suficientemente fuerte para sostener el peso de una altura razonable de empaque; debe tener un área libre suficientemente amplia para permitir el flujo del líquido y del gas con un mínimo de restricción. Se prefieren los soportes especialmente diseñados que proporcionan paso separado para el gas y el líquido.

Cuerpo de la torre

Esta puede ser de madera, metal, porcelana química, ladrillo a prueba de ácidos, vidrio, plástico, metal cubierto de plástico o vidrio, u otro material, según las condiciones de corrosión. Para facilitar su construcción y aumentar su resistencia, generalmente son circulares en la sección transversal.

Torres empacadas (o de relleno)

Las torres empacadas, o torres de relleno, utilizadas para el contacto continuo del líquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. El líquido se distribuye sobre éstos y escurre hacia abajo, a través del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas.

La columna o torre utilizada en química industrial es una instalación que se usa para realizar determinados procesos como son: destilación, absorción, adsorción, agotamiento, etc.. cuya utilidad es la de separar los diversos componentes de una mezcla simple o compleja.

En las columnas se produce habitualmente un movimiento a contracorriente entre el líquido que desciende y el vapor que asciende. Y es durante este movimiento cuando se purifican los componentes hasta la calidad deseado en el diseño.

Las torres de relleno, son columnas cilíndricas verticales, que estan rellenas con pequeñas piezas que se llaman empaques. Estos elementos tienen por objeto aumentar el área o superficie de contacto entre la fase gaseosa y líquida facilitando la absorción.

Uno de los materiales de relleno, se conoce como anillos de Rasching. Son de cerámica, con excelente resistencia a los ácidos y a las temperaturas etc. Pudiéndose emplear como relleno en torres de secado, de absorcion, torres de enfriamiento.

Práctica Nº 3

Destilación en una muestra de crudo Liviano

Mediante una torre por relleno

Luego e explicar lo que es la destilación, y el equipo (torre por relleno) entramos en materia explicando un poco lo que es la práctica:

Objetivos:

Caracterizar e identificar correctamente una muestra problema de crudo liviano.
Familiarizarse con los términos: punto de ebullición, gas, vapor, condensación, destilación por relleno, solvente orgánico, porcentaje de rendimiento, porcentaje de fracción, porcentaje de perdida, entre otros.
Seleccionar adecuadamente el material de vidrio, equipos, e instrumentos para el montaje de una destilación por relleno.
Conocer los efectos del punto de ebullición sobre el buen comportamiento del solvente orgánico
Trabajar con la norma ASTM D 2892-01 (Investigar un poco acerca de ella)
Formar equipos de trabajo.

Materiales y Equipos a utilizar

Descripción	Dimensión	Uso
Soporte Universal	S/D	Sostener recipientes
Pinza de uso múltiple	S/D	Permite sujetar materiales
Nuez doble	S/D	Sujetar materiales
Manta de Calentamiento	S/D	Calentar/ agitar
Condensador Espiral	S/D	Almacenar cargas eléctricas
Mangueras	C/S	Realizar conexiones
Termómetro	Max 400 ºC	Medir temperatura
Tapón de goma	Nº 4	Sostener termómetro
Balón de destilación fondo redondo	24/40: 500 ml	Recipiente en el proceso de destilación
Cilindro graduado	100 ml y 500 ml	Medir volúmenes
picnómetro	10, 20 y 50 ml	Medir densidad
Balanza de precisión	Max 210 g	Pesar sustancias
Beaker	500 ml	Medir volúmenes
Columna por relleno	S/D	Anillos gaches
Muestra	1000 ml	Porción a estudiar

Conclusión

En consecuencia la destilación es un método de separación de mezclas y es el más útil para purificar líquidos. Es decir; es un proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación.

El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. En la evaporación y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura.

Por tal razón hemos llegado a la conclusión, de que para realizar cualquier separación de mezclas primero debemos saber sobre su

estado físico, características y propiedades. Lo que significa, es interesante realizar una mezcla, pero es más importante tener claro cuales componentes se mezclan para que la hora de separar usemos la técnica más adecuada.