INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIERREZ
INGENIERIA QUIMICA
ASIGNATURA: OPERACIONES UNITARIAS III
PROFESOR: ING: RENE CUESTA DIAZ.
PRESENTA: BALCAZAR VILLATORO LUZ MARGARITA
INVESTIGACION: INVESTIGACION: IMPORTANCIA A NIVEL INDUSTRIAL DE LA DESTILACION Y TIPOS DE DESTILACION.
TUXTLA GUTIERREZ CHIAPAS A 01 DE SEPTIEMBRE DEL 2010.
LA IMPORTANCIA A NIVEL INDUSTRIAL DE LA DESTILACION. Hoy
en día, operan en la industria química columnas de destilación, las cuales representan el 95% de las operaciones que e sta industria realiza. Este es un porcentaje concluyente acerca de la importancia de la destilación como operación unitaria de separación a nivel industrial. Sin embargo, también nos muestra que, al ser la destilación la máxima contribuyente de las operaci ones de separación que se llevan a la industria, marca significativamente el ritmo y la calidad, tanto de la operación como de la producción. Las operaciones de control en destilación están encaminadas a hacer que los productos obtenidos de éstas sean meno s variables en cuanto a su composición, así como a evitar fallas de operación, en equipos, etc. Las operaciones de destilación deben su importancia industrial en parte al hecho de que afectan directamente la calidad de los productos obtenidos, las tasas de producción de las plantas y la utilidad de los procesos de producción. Por esta razón, el control de estas operaciones es fundamental. Sin embargo, presenta grandes inconvenientes, tal como la no linealidad de los procesos de destilación. Adem ás, esta operación se modela mediante el acople de múltiples variables y presenta grandes complicaciones en estado dinámico. Para quienes consumen productos purificados por destilación, el parámetro más importante es la concentración de éstos. Una variación significativa de este valor puede conllevar consecuencias en sus procesos de producción, así como alteraciones en los parámetros de calidad de los productos. Por ejemplo, una variación en la pureza de un monómero en un proceso de polimerización puede verse reflejada en cambios en las propiedades mecánicas del polímero obtenido al final En la Destilación el objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilida des, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. INTRODUCCION. La operación unitaria de destilación es una de las más empleadas en la industria alimentaria, farmacéutica y perfumera, para la separación de los componentes que forman mezclas líquidas miscibles. La destilación es una operación unitaria de transferencia de masa, tal como la absorción o la cristalización. De acuerdo con el diccionario (Valiente, 1990) la destilación es la operación cuyo fin es la separación de dos o más líquidos miscibles mediante la ebullición. Los vapores obtenidos se recuperan como producto deseable y se condensan. Los vapores condensados son más ricos en el líquido o líquidos más volátiles, mientras que los fondos, o líquidos remanentes, son más ricos en las sustancias menos volátiles. Esta operación recibe también los nombres de alambicación, refinación, agotamiento, fraccionamiento y rectificación. El aislamiento y purificación de compuestos orgánicos son operaciones básicas químicas reflejadas en la destila ción, extracción, recristalización, absorción, cromatografía, etc. Que en cada caso aprovecha las propiedades físico químicas de compuestos orgánicos, involucrados en estos procesos, entre estas propiedades podemos citar: Puntos de ebullición. Polaridad.
Puntos de fusión. Solubilidad. Miscibilidad. En este momento se estudia la operación básica de aislamiento y purificación llamada destilación. HISTORIA El proceso de la destilación fue inventado por los alquimistas egipcios, pero fueron los alquimistas grie gos quienes en el siglo primero de nuestra era, inventaron el alambique (destilador). 1. En la antigüedad: La destilación se inventó como un medio para obtener un líquido capaz de atacar o colorear los metales, los árabes empezaron a mezclar las hierbas y las flores con alcohol o agua, y a destilar las mezclas para producir un perfume líquido A partir del siglo XIV, se introdujo en Europa la práctica de enfriar el tubo de salida del alambique, la salida se convirtió en un serpentín condensador del que deriv a el refrigerante moderno. En 1150, los químicos italianos destilaron ácido nítrico de una mezcla de nitro y alumbre. En el siglo XV se destilaba ácido clorhídrico de una mezcla de nitro y sal común 2. En la edad medieval: no hubo muchos avances en este se ntido. 3. En la modernidad: Boyle destiló alcohol de madera y vinagre, y recibió las diferentes fracciones de acuerdo con sus puntos de ebullición, lo que constituyó probablemente la primera destilación analítica. En 1856 se descubrió los colorantes sintét icos, lo que condujo a las plantas destiladoras de alquitrán de hulla En 1822, Perrier inventó las campanas de burbujeo y desarrolló un alambique continuo, con precalentamiento de la alimentación y uso de reflujo interno Blumenthal, combinó los principios utilizados por los dos inventores, para fabricar una columna que proporcionaba una corriente de alcohol rectificado a partir de una alimentación continua de vino; logró así el primer proceso de destilación a régimen permanente. Entre 1860 y 1880, se descub rieron productos químicos valiosos tales como el benceno, el tolueno y el xileno, mediante la destilación del alquitrán. A mediados del siglo pasado se descubrió la forma de fabricar vidrio transparente, dúctil y capaz de soportar el calentamiento y enfria miento continuos. 4. En la época contemporáneo: El aparato utilizado en la actualidad en la destilación continua está constituido por tres equipos integrados: un generador de vapor, rehervidor o calderín, un elemento que pone en contacto vapor y líquido, columna de platos o empacada, y un condensador, que es un cambiador de calor enfriado por agua o por un refrigerante. DEFINICION DE DESTILACION 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 l os 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 e s 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.
TIPOS DE DESTILACION. Destilación simple o sencilla. Destilación fraccionada. Destilación por arrastre de vapor. Destilación a presión reducida o al vacío Destilación azeotropica Destilación molecular centrifuga Destilación des tructiva o cracking Destilación súbita o flash Destilación con reflujo o rectificación DESTILACIÓN DIFERENCIAL O SIMPLE Se usa para la separación de líquidos con punto de ebullición inferiores a 150º a presión atmosférica de impurezas no volátiles o de otr os líquidos miscibles que presenten un punto de ebullición al menos 25º superior al primero de ellos. Para que la ebullición sea homogénea y no se produzcan proyecciones se introduce en el matraz un trozo de plato poroso El aparato utilizado para la destil ación en el laboratorio es el alambique. Consta de un recipiente donde se almacena la mezcla a la que se le aplica calor, un condensador donde se enfrían los vapores generados, llevándolos de nuevo al estado líquido y un recipiente donde se almacena el líq uido concentrado. En la industria química se utiliza la destilación para la separación de mezclas simples o complejas. Una forma de clasificar la destilación puede ser la de que sea discontinua o continua. La destilación simple se usa para separar dos líq uidos miscibles. Uno se extrae como vapor por la parte superior y el otro sale por abajo, sin destilar. Puede extraerse el alcohol del vino o de la sidra ya que el alcohol es el componente más volátil de las bebidas alcohólicas. DESTILACION FRACCIONARIA La destilación fraccionada es un proceso físico utilizado en química para separar mezclas (generalmente homogéneas) de líquidos mediante el calor, líquidos que difieren de en menos de 25º en su punto de ebullición y con un amplio intercambio calórico y másic o entre vapores y líquidos. Cada uno de los componentes separados se les denomina fracciones. Al calentar la mezcla el vapor se va enriqueciendo en el componente más volátil, conforme asciende en la columna. Algunos de los ejemplos más comunes son el petró leo, y la producción de etanol. La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los vapores que ascienden con el líquido condensado que desciende, por la utilizac ión de diferentes "platos" (placas). Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores de sustancias con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido. Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de izquierda a derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y allí fluye de derecha a izquierda.
La interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que puede producirse espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior. La columna se calienta desde abajo y, por tanto, la placa de vidrio más caliente está en la parte inferior, y la más f ría en la superior. En condiciones estables, el vapor y el líquido de cada placa de vidrio están en equilibrio y, solamente los vapores más volátiles llegan a la parte superior en estado gaseoso. Este vapor pasa al condensador, que lo enfría y lo dirige hacia otro recipiente, donde se licúa de nuevo. Se consigue un destilado más puro cuantas más placas de vidrio haya en la columna. La parte condensada en la placa más cercana al azeótropo contiene gradualmente menos etanol y más agua, hasta que todo el etanol queda separado de la mezcla inicial. Este punto se puede reconocer mediante el termómetro ya que la temperatura se elevará bruscamente. La única desventaja de la destilación fraccionada es que una gran fracc ión (más o menos la mitad) del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez, con lo cual hay que suministrar más calor. DESTILACION AL VACIO. Esta técnica se emplea en la separación de líquidos con un punto de ebullición superior a 150ºC. Como un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala a la presión externa, se puede reducir el punto de ebullición disminuyendo la presión a la que se destila. Esta técnica se conoce como destilación a presión reducida o destilación al vacío. La destilación al vacío se utiliza cuando el líquido tiene un punto de ebullición excesivamente alto o descompone a alta temperatura Por ejemplo, la anilina puede ser destilada a 100 °C extrayendo el 93% del aire del alambique. Este método es tan efectivo como la destilación por vapor, pero más caro. Cuanto mayor es el grado de vacío, menor es la temperatura de destilación. Si la destilación se efectúa en un vacío prácticamente perfecto, el proceso se llama destilación molecular. Este proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y otros productos inestables. Se coloca la sustancia en una placa dentro de un espacio evacuado y se calienta. El condensador es una placa fría, colocada tan cerca de la primera como sea posible. La mayoría del material pasa por el espacio entre las dos placas, y por lo tanto se pierde muy poco. Es un montaje muy parecido a los otros procesos de destilación con la salvedad de que el conjunto se conecta a una bomba de vacío o tr ompa de agua. En lugar de plato poroso se puede adaptar un capilar de vidrio u otro dispositivo semejante que mantenga la ebullición homogénea. Este montaje permite destilar líquidos a temperaturas más bajas que en el caso anterior debido que la presión es menor que la atmosférica con lo que se evita en muchos casos la descomposición térmica de los materiales que se manipulan. La destilación fraccionada es cuando hay más de dos componentes, por ejemplo en el petróleo hay miles de moléculas diferentes, y se separan mezclas a distintas alturas de la torre de destilación, de acuerdo con su punto de ebullición, lo más volátil sale más arriba. Así lo primero que sale es la nafta, que se deja decantar y se separan los gases. Luego sale el kerosene, después el Gas Oil, Diesel Oil, y por fondo sin destilar sale el fondo, que destilado al vacío da cortes para hacer aceites lubricantes.
Las mezclas no se separan por composición química sino por propiedades físicas requeridas por el mercado. DESTILACION AZEOTROPICA La d estilación 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 purific ado a aproximadamente el 95%. Una vez que 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. El etanol puede destilarse entonces hasta el 97%. Actualmente se destila a un poco menos del 95.5. Para lograr la concentración requerida para el etanol como aditivo para la gasolina se usan comúnmente tamice mo leculares en la concentración azeotrópica. El etanol se destila hasta el 95%, luego se hace pasar por un tamiz molecular que absorba el agua de la mezcla, ya se tiene entonces etanol por encima del 95% de concentración, que permite destilaciones posteriore s. Luego el tamiz se calienta para eliminar el agua y puede ser reutilizado. DESTILACIÓN POR ARRASTRE DE VAPOR . En la destilación por arrastre con vapor de agua intervienen dos líquidos: el agua y la sustancia que se destila. Estos líquidos no suelen ser miscibles en todas las proporciones. En el caso límite, es decir, si los dos líquidos son totalmente insolubles el uno en el otro, la tensión de vapor de cada uno de ellos no estaría afectada por la presencia del otro. A la temperatura de ebullición de u na mezcla de esta clase la suma de las tensiones de vapor de los dos compuestos debe ser igual a la altura barométrica (o sea a la presión atmosférica), puesto que suponemos que la mezcla está hirviendo. El punto de ebullición de esta mezcla será, pues, in ferior al del compuesto de punto de ebullición más bajo, y bajo la misma presión, puesto que la presión parcial es forzosamente inferior a la presión total, que es igual a la altura barométrica. Se logra, pues, el mismo efecto que la destilación a presión reducida. El que una sustancia determinada destile o se arrastre más o menos de prisa en una corriente de vapor de agua, depende de la relación entre la tensión parcial y de la densidad de su vapor y las mismas constantes físicas del agua. Si denominamos P 1 y P2 las presiones de vapor de la sustancia y del agua a la temperatura que hierve su mezcla, y D1 y D2 sus densidades de vapor, los pesos de sustancia y de agua que destilan estarán en la relación: Si el valor de esta fracción es grande, la sustancia destila con poca agua y lo contrario ocurre cuando dicha relación es pequeña. La extracción por arrastre de vapor de agua es uno de los principales procesos utilizados para la extracción de aceites esenciales. Los aceites esenciales están constituidos químicamente por terpenoides (monoterpenos, sesquiterpenos, diterpenos, etc.) y fenilpropanoides, compuestos que son volátiles y por lo tanto arrastrables por vapor de agua. Las esencias hallan aplicación en numerosísimas industrias, algunos ejemplos son los sig uientes: Industria Cosmética y Farmacéutica: Como perfumes, conservantes, saborizantes, principios activos, etc.
Industria Alimentaria y derivados: Como saborizantes para todo tipo de bebidas, helados, galletitas, golosinas, productos lácteos , etc. Industria de productos de limpieza: como fragancias para jabones, detergentes, desinfectantes, productos de uso hospitalario, etc. Industria de plaguicidas: Como agentes pulverizantes, atrayentes y repelentes de insectos, etc. 6. DESTILACION MOLECULAR CENTRIFUGA. Si una columna larga que contiene una mezcla de gases se cierra herméticamente y se coloca en posición vertical, se produce una separación parcial de los gases como resultado de la gravedad. En una centrifugadora de alta velocidad , o en un instrumento llamado vórtice, las fuerzas que separan los componentes más ligeros de los más pesados son miles de veces mayores que las de la gravedad, haciendo la separación más eficaz. Por ejemplo, la separación del hexafluoruro de uranio gaseoso, UF6, en moléculas que contienen dos isótopos diferentes del uranio, uranio 235 y uranio 238, puede ser llevada a cabo por medio de la destilación molecular centrífuga. 7. DESTILACION DESTRUCTUVA O CRACKING. Cuando se calienta una sustancia a una temperatura elevada, produciéndose la ruptura de las moléculas descomponiéndose en varios productos valiosos, y esos productos se separan por fraccionamiento en la misma operación, el proceso se llama destilación destructiva. Las aplicaciones más importantes de este proceso son la destilación destructiva del carbón para el coque, el alquitrán, el gas y el amoníaco, y la destilación destructiva de la madera para el carbón de leña, el ácido etanoico, la propanona y el metanol. Este último proceso ha sido ampliamente desplazado por procedimientos sintéticos para fabricar distintos subproductos. El craqueo del petróleo es similar a la destilación destructiva.
CONCLUSION
Llegue a la conclusión de que la destilación es una de las operaciones unitarias más importantes porque abarcan muchos ámbitos en los que se pueden encontrar el farmacéutico, alimenticio, perfumería, cosmética, etc. siempre se necesita tener productos de alto grado de pureza y esto conlleva una mejor calida d. también nos muestra que, al ser la destilación la máxima contribuyente de las operaciones de separación que se llevan a la industria, marca significativamente el ritmo y la calidad, tanto de la operación como de la producción. si el producto no esta des tilado del grado de pureza que se requiere entonces el producto se vera alterado parcialmente o en su totalidad por lo que hay varias formas para lograr un destilado correcto debemos seleccionar el mas adecuado dependiendo de nuestra materia prima y que se pretende lograr.
BIBLIOGRAFIA http://ocw.ehu.es/ensenanzas -tecnicas/recuperacion-de-experimentacion-enquimica/practica7. http://web.educastur.princast.es/ies/juanjose/departamentos/fyq/laboquim/0f18239677 07bb406.html http://www.ugr.es/~quiored/lab/oper_ bas/dest_s.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3n_fraccionada http://www.bedri.es/Comer_y_beber/Licores_caseros/La_destilacion.htm http://www.quimica.es/enciclopedia/es/Destilaci%C3%B3n/ http://labquimica.wordpress.com/2007/10/03/destilacion -por-arrastre-con-vapor-losfundamentos/ http://www.quimica.es/enciclopedia/es/Destilaci%C3%B3n Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriot. Operaciones Unitarias en Ingenieria Quimica. Ed. Mc Graw Hill. 2007. King. C. J. Procesos de Separación. Ed. Mc Graw Hill. 1980. Himmelblau. Manual de Ingenieria Quimica. 2003. Rojas Ruth. Operaciones de Laboratorio.2001. (Tesis) UCSM. www.wikipedia.org. http://www.alambiques.com/tecnicas_destilacion.htm
