UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANNFACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

  DESTILACIÓN

CURSO : Ingeniería de Alimentos III

DOCENTE : Ing. Gabriela Barrionuevo Mendoza

INTEGRANTES : Nohely Botello Joaquín 2005-27923 Edith N. Chávez Tipte 2007-31232Betzabel M. Benegas Guillen 2008-31996 Mónica Mendoza Roque 2008-32015Soledad Tumpa Phala 2008-32017 Christian P. Calizaya Vargas 2009-13742 Arturo A. Armuto Paco 2010-35146

Solución ideal

Definición .-Una solución es una mezcla homogénea de especies químicas dispersas a escala molecular, una solución es una fase simple: El constituyente presente en mayor cantidad se le conoce comúnmente como disolvente o solvente, mientras que aquellos constituyentes (uno o más) presentes en cantidades menores se les denomina solutos.

Dado que el soluto no es volátil, es vapor de disolvente puro. A medida que se añade más materia no volátil, disminuye la presión en la fase de vapor. Este comportamiento esta descrito por la ley de Raoult, que establece que la presión de vapor del disolvente sobre una solución es igual a la presión de vapor multiplicada por la fracción mol del disolvente en la solución: P = xP°

Esta ley de Raoult es un ejemplo de la ley límite. Las soluciones reales se ajustan más a la ley de Raoult mientras más diluidas se encuentren. Una solución ideal se define como aquella que obedece la ley de Raoult en todo el intervalo de las concentraciones.

CARACTERISTICAS

Presencia de proporcionalidad directa entre la presión de vapor del líquido y su concentración molar.

Ausencia de calor de disolución cuando se mezclan los líquidos

Los volúmenes de los componentes son aditivos (es decir, no hay contracción de volumen) las sustancias que forman estas soluciones tienen polaridades muy semejantes entre sí.

Sus componentes pueden mezclarse entre sí en cualquier proporción, o sea, que la solubilidad de cada uno de ellos en el otro es ilimitada.

No se consume ni libera energía al formar la disolución partiendo de sus componentes (sin variación térmica).

No hay cambio de volumen al formar la mezcla (sin variación de volumen).

La naturaleza química de ambos líquidos deben ser muy semejantes.

Ejemplo de esto son las disoluciones formadas por los componentes:

benceno-tolueno

benceno – xileno

n. hexano- n heptano (30 oC) 

bromuro de etilo-yoduro de etilo

cloruro de n-butilo – bromuro de n-butilo (50 oC) 

Cuya analogía es evidenteo

Cuando existen interacciones entre las moléculas de A y B de una mezcla, la presencia de una de ellas afectará a la tendencia al escape de la otra.

Si B presenta fuerzas intermoleculares entre sí mayores que las de A entre sí, el efecto que producirá agregar moléculas de B al líquido A será aumentar la tendencia al escape de este último; por lo tanto la presión de vapor de A será mayor a la del líquido puro. Este comportamiento se denomina desviación positiva de la ley de Raoult.

Desviaciones de la ley de raoultEjemplos :

En cambio, si las moléculas de A

interaccionan más fuertemente con las

moléculas de B que consigo mismas,

la presión de vapor de A será menor

que la del líquido puro. Este tipo de

comportamiento se conoce con el

nombre de desviación negativa de la

ley de Raoult.

La teoría de la destilación es una de las

aplicaciones de la ley de Raoult.

Se emplea con el objetivo de separar los

componentes puros. Si estos

poseen temperatura de ebullición muy

diferentes se separan por destilación simple y

si poseen temperatura de ebullición muy

próximos por destilación fraccionada.

APLICACIONDESVIACION DE LA LEY DE RAOULT

RELACIÓN EQUILIBRIO VAPOR LÍQUIDO

Las consideraciones teóricas para el estudio de la destilación son el equilibrio entre las fases de vapor y líquidos en el sistema.

La presión ejercida por la fase vapor en equilibrio con la fase liquida se conoce como la presión de vapor.

La presión de vapor de equilibrio depende no solo de la temperatura sino también de la naturaleza de los componentes y la composición en cada una de las fases.

RELACIÓN EQUILIBRIO VAPOR LÍQUIDO

Esta curva es la denominada curva de roció o de condensación. La curva inferior, llamada curva de burbuja o ebullición, muestra la relación entre la temperatura de ebullición y la composición del líquido a presión constante.

Las 2 curvas delimitan 3 zonas en el diagrama. Una primera zona situada por debajo de la curva del punto de burbuja, en la que cualquier punto representa un sistema que se encuentra en fase liquida. La zona situada por encima de la curva de punto de rocío, en la que cualquier punto indica que el sistema que se representa se encuentra en fase vapor.

DIAGRAMA DEL PUNTO DE EBULLICIÓN

Por ejemplo, cuando un líquido subenfriado con fracción molar de A=0.4 (punto A) es calentado, su concentración permanece constante hasta alcanzar el punto de burbuja (punto B), por lo que empieza a ebullir.

El vapor evoluciona durante la ebullición hasta alcanzar la composición de equilibrio dada por el punto C, aproximadamente donde la fracción molar de A es 0.8. Esto es aproximadamente 50% más rico en A que el líquido original.

El punto de rocío es la temperatura al cual el vapor saturado. El punto de burbuja es la temperatura al cual el líquido comienza a hervir.

MEZCLA AZEOTROPICA

Mezcla azeotropica es aquella mezcla líquida de dos o más componentes que poseen una temperatura de ebullición constante y fija, esta mezcla azeotropica se forma debido a que al pasar al estado vapor se comporta como un líquido puro, es decir como si fuese un solo componente

Si las temperaturas son muy altas, se puede utilizar la destilación al vacío, lo que disminuye los puntos de ebullición de las sustancias, así como la proporción de las mezclas.

La composición de la mezcla azeotrópica cambia si cambia la presión exterior, pudiendo incluso a desaparecer dicha mezcla. Esto ocurre porque la temperatura de ebullición depende de la presión exterior.

Proceso unitario que consiste en calentar un liquido hasta que sus componentes mas volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma liquida por medio de la condensación

OBJETIVO

Separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles.

DESTILACIÓN

Industria dl petróleo, para generar: gases ligeros, nafta, gasolina, querosene, diésel, aceite lubricante y asfalto, los cuales se obtienen por destilación del petróleo

Purificación de solventes y en planta petroquímicas

Industria de las bebidas alcohólicas para separar etanol de los demás productos de la fermentación de carbohidratos.

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APLICACIONES INDUSTRIALES

Tipo de destilación

Destilación simple

• Puede llevarse a cabo de forma continua o discontinua.

• Se describe mejor como una operación de transmisión de calor, exactamente igual que el evaporador.

Destilación por arrastre de vapor

• Caso especial de destilación de mezclas heterogéneas y se aplica a compuestos insolubles en agua y de puntos de ebullición altos.

• Usado con bastante frecuencia para asegurar un componente de alto punto de ebullición de cantidades pequeñas de impurezas no volátiles.

• Se emplea algunas veces en la industria alimentaria para eliminar contaminantes y sabores de grasas de aceites comestibles.

EQUIPO DE DESTILACIÓN

Destilación al vacío

Se emplea en la separación de líquidos con un punto de ebullición superior a 150ºC.Se utiliza cuando el líquidos tiene un punto de ebullición excesivamente alto o descompone a alta temperatura.

La destilación al vacío se utiliza en productos naturales, como en la separación de vitaminas a partir de aceites animales y de pescado, lo mismo que en la separación de muchos productos sintéticos industriales (como plastificantes).

• es una variante de la destilación simple que se emplea principalmente cuando es necesario separar líquidos con punto de ebullición cercanos.

• 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

•La temperatura aumenta hasta que se mantiene el mismo grado por un tiempo, luego sigue aumentando hasta un grado diferente, el cual se mantiene también por un tiempo. Esto significa que primero se evapora toda una sustancia dentro de la mezcla. Más tarde, cuando se termina de evaporar, la temperatura aumenta hasta llegar al punto de ebullición de la segunda sustancia, donde frena y empieza a evaporarse esta sustancia.

DESTILACIÓN FRACCIONADA

EQUIPO DE DESTILACIÓN FRACCIONADA

 DESTILACIÓN DESTRUCTIVA

Cuando se calienta una sustancia a una temperatura elevada, 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

 EQUIPO DE DESTILACIÓN DESTRUCTIVA

 DESTILACIÓN POR COLUMNA

• Una columna de destilación es una estructura cerrada en la cual se realiza la separación física de un fluido en dos o más fracciones.

• Esta separación se logra sometiendo el fluido a condiciones de presión y temperatura apropiadas a lo largo de la columna, de modo de lograr que las fracciones que se buscan separar se encuentren en dos estados diferentes. La fracción más pesada (en estado líquido) baja por gravedad, mientras que la más liviana (en estado gaseoso) sube y se condensa en las partes superiores

• En la figura de la derecha se muestra un corte longitudinal de un sector de una torre con estructuras de platos de un solo bajante. Tal como se aprecia, los bajantes de los platos van alternándose a un lado y al otro de la torre sucesivamente obligando al líquido a recorrer un largo camino zigzagueante hacia la parte inferior de la torre.

• El gas se desplaza en la dirección contraria, es decir hacia arriba, tal como lo indican las flechas y pasa de un plato a la región del plato inmediato superior a través de unos ductos ubicados en la parte activa de los mismos donde se realiza el contacto entre el líquido que baja y el gas que sube.

EQUIPO DE DESTILACIÓN DE COLUMNA

BALANCE DE MATERIA

Balance fracción másica

F. xf =D . xd + W . xw

PROBLEMA 1

En una columna de destilación se procede a la separación de 10000 kg/h de una mezcla de benceno y tolueno al 50%. El producto recuperado, tras condensar el vapor (V) en cabeza de columna, contiene un 95% de benceno y el residuo recogido en cola de columna (w), un 96% de tolueno. La corriente de vapor que llega al condensador es de 8000 kg/h. una parte del producto se regresa a la columna como reflujo(R) ¿Cuál es la relación entre el flujo y el producto destilado (R/D)? (nota todos los porcentajes son en peso).

BASE DE CALCULO: 1 HORA E = S

D = 5055 kg/hW = 4945 kg/h

Balance global del sistema:

C6H6 => 5000 = 0.04* W + 0.95*D

C7H8 => 5000 = 0.96*W+0.05*D

TOTAL => 10000 = W + D

Balance a la salida del condensador:

Total => V = R + D

R = 2945 kg/h

R/D = 0.583

PROBLEMA 2 Obtener la masa y composición de las corrientes P y B sabiendo

que la relación entre la corriente de alimentación y destilado es de 10.

Sabemos que la corriente de destilados es la décima parte de la alimentación

P=F/10=1000 Kg / 10=100 KgAplicando un balance de materia total

1000 = 100 + B B = 900 kg

Aplicando balance de materia a etanol y agua se obtiene su fracción másica en la corriente B

EtOH: (0.10)(1000) = (0,60)(100) + WEtOH,B(900) WEtOH, B = 0,044

H2O: (0,9)(1000) = (0,04)(100) + WH2O, B(900) WH2O,B = 0,956