Evaporación

EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR. DESTILACIÓN

1.

INTRODUCCIÓN

La destilación o rectificación es la operación de separación de componentes más importante de la
Industria Química. En el supuesto de una corriente de alimentación binaria compuesta por un componente
volátil (A) y otro pesado (B), el objetivo de la destilación sería obtener una corriente de destilado que
contuviera prácticamentetodo el componente A y una corriente de colas que arrastrase casi todo el
componente B. El destilado sería, por tanto, una corriente muy rica en el componente volátil A y las colas
una corriente muy rica en el componente pesado B.
En la producción de etanol por fermentación de azúcares se obtiene una solución de etanol en agua
del 10%, aproximadamente. Para separar el etanol del agua se someteesta mezcla a destilación,
obteniéndose un destilado rico en etanol (composición azeotrópica) y una corriente de agua, prácticamente
exenta de etanol, como producto de cola.
En una refinería de petróleo se procesa el crudo de petróleo (una mezcla de un gran número de
componentes) en una columna de destilación que opera a presión atmosférica, para obtener varias
corrientes de producto, ofracciones, que van desde productos ligeros de bajo punto de ebullición, como
gases (C1 - C3) y naftas, hasta productos pesados de alto punto de ebullición, como aceites y asfaltos.
Tal como se explicará más adelante, para separar componentes de una mezcla por destilación, será
preciso crear una fase vapor a partir de la corriente líquida de alimentación. Ello obliga a aportar energía
térmica encantidades importantes, lo que implica que la destilación sea una operación básica intensiva en
energía. La facilidad con que se separan, por destilación, los componentes de una mezcla depende de cómo
se distribuyan éstos en el equilibrio de fases líquido-vapor que se repite en el proceso de destilación. Esta
distribución depende, a su vez, de la volatilidad o presión de vapor de esos componentes;los volátiles, de
elevada presión de vapor, tenderán a pasar a la fase vapor mientras que los pesados, de baja presión de
vapor, permanecerán en la fase líquida. Los primeros saldrán con los productos de cabeza de la columna
formando los destilados y los segundos con los productos de cola.
De acuerdo con lo expresado, para poder analizar el comportamiento de columnas existentes o
para poderdiseñar columnas de destilación, es esencial entender y saber manejar el equilibrio líquidovapor. Es por ello por lo que este tema comienza efectuando un amplio repaso de los conceptos básicos de
dicho equilibrio.

1. Introducción

1

DESTILACIÓN

2.

EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR

2.1.

Equilibrio líquido-vapor de sustancias puras

Considérese un recipiente cerrado (figura 1) en elque
previamente se ha hecho el vacío. Este recipiente se llena
parcialmente de una sustancia líquida A manteniendo,
mediante un dispositivo de control, una temperatura constante
T. En caso de que no se evapore todo el líquido introducido, se
alcanzará finalmente un estado de equilibrio en el que la
presión reinante es la presión de vapor de la sustancia A, PAo,
a la temperatura T.
Existentablas en las que se puede encontrar
directamente la presión de vapor de algunas sustancias a
diversas temperaturas. La presión de vapor también se puede
estimar mediante fórmulas empíricas como la de Antoine,

Figura 1. Sistema de equilibrio
líquido vapor a Tcte

PA0 = exp [A + B/(T+C)]
donde los coeficientes A, B y C, se encuentran tabulados para muchas sustancias.
Supóngase ahora unrecipiente lleno de
líquido A a una temperatura To (figura 2). La
tapa es un pistón sobre el que se ejerce una
fuerza constante de manera que la presión en el
recipiente, P, será también constante; además se
supone que P > PAo (To) es decir, el líquido está
subenfriado. Mediante un dispositivo adecuado
se aporta calor, incrementándose la temperatura
y la presión de vapor. Cuando PAo iguala...