Destilación

Notas del Curso Destilación ‒ Introducción

PROCESOS DE SEPARACIÓN
DESTILACIÓN Definición Es la operación unitaria en donde se lleva a cabo la separación de uno o varios componentes de una mezcla líquida o gaseosa mediante acción de un vapor o líquido generados respectivamente por calefacción o enfriamiento de la mezcla original. Esta separación se logra gracias a la diferencia devolatilidades entre los componentes de la mezcla. La diferencia con la absorción es que en ella al menos un gas es prácticamente insoluble y casi siempre el líquido absorbente es prácticamente no volátil para las condiciones de operación, mientras que en la destilación todos los componentes son en cierto grado volátiles y también son condensables (hay vapores, no gases). Es decir que todos los componentespueden estar en ambas fases. Número de grados de libertad F = C – P + 2, (1)

Como se tiene dos fases (líquido y vapor) F = C – 2 + 2 = C, Es decir el número de componentes. Para sistemas binarios F = 2 y se deben definir dos condiciones {por ejemplo, (P,T), (T,x1), (T,x2), (P,H), etc.} Termodinámica del equilibrio El equilibrio se alcanza cuando la energía libre de Gibbs es mínima. (Sistemacerrado a temperatura y presión constante) (dG)P,T = 0, (2) Si se utiliza el potencial químico,

Equilibrio líquido-vapor En las operaciones de destilación se tiene dos fases: líquido y vapor

La condición de equilibrio se cumple cuando este es igual para cada componente, i, en la fase líquida (l) y vapor (g), es decir,

Por la definición del potencial químico para el componente i en la fase m apartir de la fugacidad, mim = RT ln fim + C, donde C depende solamente de la temperatura y de las características químicas del compuesto, se concluye que el equilibrio se alcanza cuando [1]

Notas del Curso Destilación ‒ Introducción fil = fig , i = 1, 2, …, C Además, se debe cumplir (6) Las fugacidades de cada componente, en cada fase son iguales. Sistemas ideales Para sistemas ideales lafugacidad en la fase gaseosa es (7) Mientras que para la fase líquida (8) Donde pi° es la presión vapor del componente i. De aquí se obtiene la Ley de Raoult (9) Donde pi es la presión parcial del componente i. Los sistemas con moléculas muy similares entre sí generalmente son ideales. Sistemas no ideales (cuantificación) Alejamiento de la idealidad  Coeficiente de fugacidad del componente i en lafase vapor: (5) las moléculas y están relacionados orientación de dichas moléculas. con la

 Coeficiente de actividad del componente i en la fase líquida:

Sistemas no ideales (causas) Muchas soluciones se alejan de la idealidad porque las interacciones entre las moléculas no son despreciables como en el caso ideal. Incluso estas energías pueden ser función de las propiedades de [2]

Donde������ es la fugacidad de referencia del componente i. En el equilibrio (10)

Notas del Curso Destilación ‒ Introducción Usualmente se utiliza la Relación de equilibrio: (11) (OJO: Ki depende de T, P y de las concentraciones, que están implícitas en las fugacidades y los coeficientes de actividad) Sistemas no ideales (Simplificaciones) En la mayoría de los casos: 3. A partir de diagramas y nomogramas(p.e. diagrama de DePriester†). 4. A partir de ecuaciones de estado (modelos termodinámicos), por ejemplo:  Gas ideal,  Generalizado (Factor de compresibilidad Z o factor acéntrico w),  Redlich-Kwong (R-K),  Soave- Redlich-Kwong (S-R-K o R-K-S),  Peng-Robinson (P-R),  Benedict-Webb-Rubin (B-W-R),  Lee-Kesler-Plöcker (L-K-P), etc. 5. Para sistemas ideales: a partir de datos o ecuaciones para lapresión vapor de los componentes puros (Ki = pi°(T)/P). Mezclas binarias (Diagramas – 1: P, T, comp.) El equilibrio depende de la temperatura, presión y composición en la fase líquida y la fase gaseosa (T, P, x, y). (13) Desviación positiva Generalmente se utiliza x y y para denotar las fracciones mol en la fase líquida y vapor del compuesto más volátil, A, respectivamente. Cuando se...