Destilacion Unap 2018

Unidad VI
DESTILACION
DESTILACION
 Método para separar los componentes de una solución.
 Depende de la distribución de las sustancias entre una
fase gaseosa y una líquida, y se aplica a los casos en
que todos los componentes están presentes en las dos
fases y sean apreciablemente volátiles.
 Aplicando calores es posible evaporar parcialmente la
solución como agua y amoniaco y crear una fase
gaseosa.
 Y puesto que el gas es más rico en amoniaco que el
líquido residual, se ha logrado cierto grado de
separación.
OPERACIONES UNITARIAS INGENIERIA CIVIL INDUSTRIAL UNAP
XIMENA PALLERES BERMUDEZ 2
DESTILACION
Mediante la manipulación Fase vapor
adecuada de las fases, o Destilado
mediante evaporaciones Rico en soluto
TORRE
y condensaciones
EMPACADA
repetidas, es posible Alimentación
lograr una separación tan Mezcla líquida
TORRE DE
completa como se quiera
PLATOS
y recobrar los dos
componentes de la Fase líquida
mezcla con la pureza Cola
deseada. Rico en solvente

DESTILACION DIFERENCIAL O
SENCILLA
Utilizada particularmente en laboratorios, para la
separación de mezclas de compuestos cuyas volatilidades
difieren apreciablemente
 La mezcla líquida se lleva a ebullición
 El vapor se retira continuamente del espacio gaseoso,
llevándolo a un condensador.
 El líquido se empobrece en los componentes más
volátiles, ascendiendo continuamente su temperatura
de ebullición y produciendo un vapor que es cada vez
más pobre en componentes volátiles.
DESTILACION FLASH MEZCLAS
BINARIAS
Sea :
 xF:concentración de la alimentación del componente
más volátil
 f: fracción de moles de la alimentación que se vaporiza
(sale como vapor)
 1-f: fracción de moles que no se evapora
D VAPOR f moles
MEZCLA BINARIA DESTILACION yD
xF FLASH
W LIQUIDO (1-f) moles
xW
BALANCE DE MATERIA
F=D+W Y
1
0,9
0,8
xF * F  y D  D  xW  W yD
0,7
0,6
W y D  xF 0,5
  xF
0,4
D xW  xF 0,3
0,2
0,1
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
xW xF

Balance de materia para el componente más volátil:
xF  y D  f  xW  (1  f )
Generalizando
xF  y  f  x  (1  f )
 y  f  x  (1  f )  xF
(1  f ) x
y  x  F
f f y = mx + b
 (1  f )  xF
y    x  Ecuación de una línea recta
 f  f
 (1  f ) 
m   
Pendiente
 f 
Esta recta se traza en el diagrama de la curva de equilibrio.
 El 1er punto se traza en las coordenadas
correspondiente a xF y el punto que corta la diagonal.
 El 2do punto depende del porcentaje de vaporización
Ejemplo: Para un 20 % de vaporización (f = 0,2)
 Se reemplaza en la ecuación con x = 0,4:
 (1  0,2) 
Y
1
m  4 0,9
 0,2  0,8
yD 0,7
 (1  f ) 
0,6
xF
y   x 
0,5
 0,4
 f  f 0,3
0,2
y  4  0,4 
0,5 0,1
0
0,2 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
xW
y  0,9
EJEMPLO
Para una mezcla de 60 % moles de benceno y 40 % moles
de tolueno, trazar la línea de operación cuando f = 0; 0,2;
0,4; 0,6; 0,8; 1
La curva de equilibrio es:
xe 0,017 0,130 0,258 0,411 0,581 0,780
ye 0,039 0,261 0,456 0,632 0,777 0,900
Nota: Benceno es el componente más volátil

EJEMPLO
Una mezcla líquida que contiene 50 % mol de n-heptano y
50 % de n-octano a 30 °C y a 1 atm se va a evaporar
instantáneamente y continuamente hasta el 60 % de la
mezcla.
 ¿Cuál será la composición final del vapor y del líquido?
 Datos de equilibrio a 30 °C y 1 atm
xe 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

ye 0 0,337 0,576 0,754 0,889 1
Nota: n-heptano es el componente más volátil

DESTILACION CON RECTIFICACION
Y AGOTAMIENTO
 La alimentación se introduce en un plato central de la
columna de destilación
 El líquido de alimentación desciende por la columna
hacia el calderín, estando así sometido a la acción de
rectificación por el vapor que asciende.
 Como el líquido que desciende se va agotando en el
componente A, el producto de cola puede ser el
componente B puro.
 En el vaporizador hay un rebosadero para retirar el
producto de cola, que es enfriado posteriormente en el
cambiador de calor G al mismo tiempo que se
precalienta la alimentación
ANÁLISIS DE LAS COLUMNAS DE
RECTIFICACIÓN
 Método de Mc Cabe Thiele: Diagrama x/y

 Método Ponchon Savarit: Entalpía y concentración

DESTILACION CONTINUA
METODO DE Mc CABE THIELE
 La rectificación continua, o fraccionamiento, es una
operación de destilación a contracorriente en varias
etapas.
 Por lo general, para un solución binaria, es posible
separar mediante este método la solución de sus
componentes y recuperar cada componente en el
estado de pureza que se desee,
 Probablemente, la rectificación es el método de
separación utilizado con mayor frecuencia,
Condensador
G1
Zona de y1 QC
Rectificación ó
Destilado
Enriquecedora
Lo D, zD, tD, HD
xo
Alimentación
F,zF, tF, HF
Hervidor
GW
QB
Zona de
Stipping ó LN Fondo
Agotamiento W, xw, tw, Hw

BALANCES GLOBALES
Balance global de materia
F=D+W
Balance global del componente A
FzF = DzD + WxW
D z F  xW W zD  zF
 
F z D  xW F z D  xW
Balance de energía
FHF + QB = DHD + WHW + QC

BALANCE DE MATERIA EN EL CONDENSADOR
Balance General G1 = Lo + D
Balance del componente A G1y1 = Loxo + DzD
Balance de energía G1HG1 = QC + LOHLO + DHD
BALANCE EN LA ZONA DE AGOTAMIENTO
Balance General W= LN - GW
Balance del componente A Wxw = LNxN - GwyW
RELACION DE REFLUJO
 Es la relación entre el reflujo y el destilado
 RD: Variable de operación que se determina modificando
la velocidad de flujo del líquido de reflujo para un
determinado caudal del producto de cabeza
Lo G1  D
RD  
D D
Producto de
cabeza
Reflujo La
xa
LINEAS DE OPERACION
DE RECTIFICACION
y = fracción mol de A en el vapor

RD 1
y x zD
RD  1 RD  1
DE AGOTAMIENTO
zD
L W RD  1
y x xw
L W L W xW zD
x = fracción mol de A en el líquido
 La línea de agotamiento corta a la
diagonal en el punto (xw, yx)
 Se debe trazar la línea que pasa por el
punto (xw, yx) y por el punto de
intersección de la línea de rectificación
con la línea de alimentación.

NUMERO DE PLATOS TEORICOS
Al graficar las líneas de

operación de rectificación y
operación y la curva de
equilibrio, el número de
platos o etapas ideales se
puede obtener de acuerdo
al método de Mc Cabe
Thiele xW zD

PLATO DE ALIMENTACION Y LINEA
DE ALIMENTACION
La alimentación a una columna de destilación puede
introducirse de varias formas:
 Líquido frío f<0

 Líquido saturado f=0
 Mezcla líquido-vapor 0<f<1
 Vapor saturado f=1
 Vapor recalentado f>1
f: fracción vaporizada que contiene la corriente de

alimentación
PLATO DE ALIMENTACION Y LINEA
DE ALIMENTACION
zF 1  f
y = fracción mol de A en el vapor
f<0
f=0
y  x
f f
0<f<1
f=1
Para trazar la línea
f>1 de alimentación:
1º punto: (zF,zF)
1 f
Pendiente:
xW zD f
x = fracción mol de A en el líquido
c pL (Tb  TF )
Si la alimentación es líquido frío f 

c pv (TF  Td )
Si la alimentación es vapor f  1
sobrecalentado 
cpL : calor específico del líquido
cpv: calor específico del vapor
 : Calor latente de vaporización
Tb : temperatura de burbuja (de ebullición)
TF: temperatura de alimentación (de condensación)
Td: temperatura de rocío
LOCALIZACION DEL PLATO DE
ALIMENTACION
El plato de alimentación
puede situarse puede
situarse desde C hasta D,
que son prolongaciones de
las líneas de rectificación y
agotamiento.
El óptimo se sitúa en aquel plato que tiene un vértice entre

las líneas de rectificación y agotamiento
RELACION DE REFLUJO
Dos casos límite, en medio de los cuales se encuentra el valor
óptimo para el reflujo:
RD mínimo < RD operación < RD máximo
Si RD es máximo, la línea de
operación es diagonal y el Nº de a
platos es mínimo
d
Si RD es mínimo, las líneas de e
operación están dadas por ad y db,
y el Nº de platos será infinito zD
RD (max)  1
La operación óptima de una b
columna estará dado por alguna
xW zD
línea de operación intermedia tal
como ae y eb
EJEMPLO
Se desea diseñar una columna de rectificación continua
para separar 15.000 kg/h de una mezcla que contiene 40
% de benceno y 60 % de tolueno, con el fin de obtener un
producto de cabeza de 97 % de benceno y un producto de
cola de 98 % de tolueno, todos porcentajes en peso.
Se utilizará una relación de reflujo de 3,5 moles por mol de
producto. El calor latente molar de vaporización del
benceno y del tolueno son iguales a 7675 cal/mol-gr. Los
datos de equilibrio son los siguientes:
cpL = 0,44 Kcal/kgºC

Temperatura ebullición del benceno = 95,3 ºC
Fracción molar de
0,017 0,130 0,258 0,411 0,581 0,780
benceno en el líquido
Fracción molar de
0,039 0,261 0,456 0,632 0,777 0,900
benceno en el vapor
1. Calcular la producción horaria de producto de cabeza

y cola
2. Determinar el Nº de platos ideales y la ubicación de
los platos de alimentación en los siguientes casos:
 Si la alimentación entra como líquido a la
temperatura de ebullición
 Si la alimentación entra como líquido a 20 ºC
 Si la mezcla consiste en una mezcla de dos tercios
de vapor y un tercio de líquido
y= fracción mol de benceno en el vapor
1
0.8
0.6
Y
0.4
0.2
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
X
x = fracción mol de benceno en el líquido

1
0.8
0.6
Y
0.4
0.2
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
X

1
0.8
0.6
Y
0.4
0.2
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
X

1
0.8
0.6
Y
0.4
0.2
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
X

1
0.8
0.6
Y
0.4
0.2
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
X

Para alimentación como líquido a 20 °C

Para alimentación como mezcla

Se desea diseñar una columna de rectificación (destilación) para separar
un flujo que contiene 25 % de acetona y 75 % de metanol, en un
producto de cabeza con 97,5 % de acetona y un producto de cola con un
2 % de acetona, todos porcentajes mol.
La alimentación entra a la columna con una mezcla en el equilibrio con
70 % de líquido y 30 % de vapor
Si la máxima relación de reflujo que se puede utilizar es de 2 veces el RD
Mim calcular
a. Número de platos necesarios

b. El plato de alimentación
c. Si se ingresan 10.000 Kg/hr, ¿cuánto se obtiene en cabeza y
cola?


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Unidad VI

mezcla con la pureza Cola

deseada. Rico en solvente

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Nota: Benceno es el componente más volátil

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xe 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Nota: n-heptano es el componente más volátil

 Método de Mc Cabe Thiele: Diagrama x/y

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FzF = DzD + WxW

FHF + QB = DHD + WHW + QC

Balance del componente A G1y1 = Loxo + DzD

Balance de energía G1HG1 = QC + LOHLO + DHD

BALANCE EN LA ZONA DE AGOTAMIENTO

y = fracción mol de A en el vapor

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Al graficar las líneas de

OPERACIONES UNITARIAS INGENIERIA CIVIL INDUSTRIAL UNAP

 Líquido frío f<0

f: fracción vaporizada que contiene la corriente de

El óptimo se sitúa en aquel plato que tiene un vértice entre

cpL = 0,44 Kcal/kgºC

1. Calcular la producción horaria de producto de cabeza

x = fracción mol de benceno en el líquido

x = fracción mol de benceno en el líquido

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x = fracción mol de benceno en el líquido

y= fracción mol de benceno en el vapor

x = fracción mol de benceno en el líquido

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a. Número de platos necesarios

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