Destilación

OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA CON ESTADÍOS DE EQUILIBRIOS ENTRE FASES.




DESTILACIÓN.


La destilación es una operación que consiste en separar dos o más componentes de una solución o mezcla líquida, aprovechando sus diferencias en las presiones de vapor. Se basa en la distribución de las sustancias entre las fases gaseosa y líquida y es aplicable a los casos donde todos loscomponentes se hallan presentes en ambas fases. En lugar de introducir una nueva sustancia a la mezcla, para lograr una segunda fase como se hace en la absorción o desorción gaseosa, la nueva fase se crea en la solución original por evaporación o por condensación.

La fase líquida de la mezcla o solución en su punto de ebullición estará en equilibrio con una fase gaseosa enriquecida en loscomponentes volátiles.

EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR

Para el estudio del equilibrio líquido-vapor, se utiliza el concepto de presión parcial. La presión parcial de un componente cualquiera de una mezcla gaseosa está relacionada con la fracción molar de dicho componente mediante las ecuaciones:

yA = pA / p yB = pB / p

Donde: yA e yB son las fracciones molares de loscomponentes A y B, pA y pB sus presiones parciales y p la presión total.

Esta ecuación utiliza unidades molares, por lo tanto para una mezcla de dos componentes:

y = pA / p 1 - y = pB / p

La suma de las presiones parciales de una mezcla gaseosa es igual a la presión total.

Cuando está definida la composición de una fase líquida que se encuentra en equilibrio con una fase devapor a una determinada presión y temperatura, la fase de vapor tiene también una composición definida.
La presión parcial de un componente A, depende de la temperatura, la presión y de la composición del líquido. Para una mezcla de 2 componentes, la composición del líquido queda especificada mediante xA (fracción molar del componente A en el líquido en el equilibrio). Por consiguiente pA esfunción de la presión, la temperatura y la fracción molar. Considerando la fase gaseosa como gas ideal, la presión parcial depende de la temperatura y de la concentración del líquido. Por la tanto a temperatura constante: pA es función de la fracción molar de A.
La forma habitual de presentar la relación indicada, es mediante una representación gráfica de la presión parcial frente a la fracciónmolar. Una gráfica de este tipo se obtiene analizando las dos fases cuando están en equilibrio y calculando pA o pB mediante las ecuaciones indicadas. En la siguiente figura se presenta una gráfica típica correspondiente al sistema éter etílico – acetona.


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Ley de Henry:
Para bajas concentraciones, la gráfica de pA vs x, pasa por el origen de coordenadas y es una recta. La presiónparcial se define por

pA = HA x

siendo HA la constante de Henry, que depende de la temperatura, el disolvente y en menor grado de la presión.




Ley de Raoult:
Cuando una solución tiene una composición próxima a la del componente puro, la presión parcial es proporcional a su concentración, o sea:

pA = K x

Siendo K una constante, pA la presión parcial del componente A y x sufracción molar.

Curvas de equilibrio:
La siguiente figura muestra el diagrama de punto de ebullición, a presión constante, para las mezclas del componente A y el componente B. El componente A es más volátil. Las temperaturas se presentan en ordenadas y las concentraciones, en fracciones molares, en abscisas. El diagrama consta de dos líneas cuyos extremos se coinciden. Un punto cualquiera, tal comoel y, situado sobre la línea superior, representa vapor que comienza a condensar a la temperatura T1. La concentración de la primera gota de líquido queda de esta forma representada por el punto d. La línea superior se llama curva del punto de rocío.

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Cualquier punto tal como el x, de la curva inferior, representa líquido que comienza a hervir a la temperatura T1. La concentración de...