DESTILACIN AZEOTRPICA

Introduccin.En la industria qumica existe una gran necesidad de separar uno o varios componentes puros de una mezcla, para ello existen diferentes tipos de destilacin en donde se aprovechan los diferentes puntos de ebullicin y presin para que se pueda llevar acabo la separacin de la mezcla.Para una mezcla con puntos de ebullicin muy cercanos o iguales no es suficiente con una destilacin simple para ello es necesario utilizar otro tipo de destilacin a la que se le denomina destilacin azeotrpica. La destilacin azeotrpica es la tcnica utilizada para romper el azeotrpo que existe en la mezcla la cual requiere de un agente de separacin o modificando su presin. En este reporte se estudiara la destilacin azeotrpica y se darn los conceptos bsicos y necesarios para poder comprender mejor el proceso.Qu es destilacin?La destilacin es un proceso de separacin fsico de una mezcla de dos o ms componentes a diferentes puntos de ebullicin.Existen diferentes tipos de destilacin: Destilacin simple Destilacin fraccionada Destilacin por el arrastre de vapor Destilacin azeotrpica

Destilacin simple.Es una operacin de separar mediante calor, los componentes lquidos de una mezcla utilizando diferentes puntos de ebullicin en un rango de 60C-80C.

Figura 1.En la figura 1 se muestra el proceso que se lleva acabo. 1) La mezcla es calentada hasta que una de las sustancias alcanza su punto mximo de ebullicin. 2) Suben los vapores hasta el refrigerante. 3) en el refrigerante son condensados los vapores. 4) Se recibe el destilado.

Destilacin fraccionada.Al igual que la destilacin simple es un proceso de separacin mediante calor, Se emplean componentes con puntos de ebulliciones diferentes pero similares.La principal diferencia de la destilacin simple y la destilacin fraccionada es que la destilacin fraccionada consta de una columna de fraccionamiento, la cual permite un mayor contacto entre los vapores que suben y los lquidos condensados que bajan, esto es gracias a los platos o placas que contiene esta columna. Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los lquidos (que reciben).

Figura 2.En la figura 2 se muestra el proceso de destilacin que se lleva a cabo en la columna de fraccionamiento en donde al calentarse, la sustancia de menor punto de ebullicin se evaporar primero, y parte de las otras sustancia se evaporarn tambin, la primera sustancia se enfra y se condensa de nuevo en el frasco. Este lquido se calienta luego gradualmente por los otros vapores ascendentes hasta vaporizarse de nuevo. Sin embargo, la composicin de este nuevo vapor no es la misma que en el vapor inicial (Ley de Raoult) esto sucede gracias a que la parte superior es ms fra que la parte inferior.

Destilacin por el arrastre de vapor.Se trata de una tcnica que separa sustancias insolubles en agua, permite separar sustancias con punto de ebullicin alto a una temperatura baja. El uso de la destilacin por arrastre de vapor se usa en forma comn para purificar aceites esenciales en la industria de la perfumera o para destilas compuestos orgnicos obtenidos del carbono, para destilar hidrocarburos y para eliminar solventes de sustancias solidas durante la disposicin de desechos. Una ventaja de la destilacin por arrastre con vapor son las temperaturas de operacin ms bajas y a medida que aumenta la cantidad de agua o de sustancia orgnica, las concentraciones no cambian; solo la cantidad de cada fase liquida y una vez que llegue a una composicin azetropica no se obtendr ms separacin aumentando el nmero de etapas. Por lo tanto, solo se requiere un vaporizador

Figura 3.En la figura 3 se muestra el proceso para la destilacin por arrastre de vapor se agrega agua (en forma de vapor) a la mezcla orgnica que se destila con el fin de reducir la temperatura y mantener suspendidos los slidos que pueden estar presentes. Pueden hacerse con una o dos fases liquidas en la columna, el vapor destilado se condensar y formar dos fases.Manual del ingeniero quimico.Perry.6a.Ed

Destilacin azeotrpica.Es una mezcla lquida de dos o ms componentes que posee un nico punto de ebullicin constante y fijo, y que al pasar al estado vapor (gaseoso) se comporta como un compuesto puro, o sea como si fuese un solo componente.

Un azetropo puede hervir a una temperatura superior, intermedia o inferior a la de los constituyentes de la mezcla, permaneciendo el lquido con la misma composicin inicial, al igual que el vapor, por lo que no es posible separarlos por destilacin simple.Un ejemplo es la mezcla de etanol y agua, que forma un azetropo para una concentracin del 95% en peso de alcohol, que hierve a una temperatura de 78,2 C. Con una destilacin simple se obtiene un alcohol con esta concentracin (ttulo), pero para conseguir un compuesto ms puro se necesita utilizar recursos especiales como una destilacin azeotrpica.En qumica, la destilacin azeotrpica es una de las tcnicas usadas para romper un azetropo en la destilacin. Una de las destilaciones ms comunes con un azetropo es la de la mezcla etanol-agua. Usando tcnicas normales de destilacin, el etanol solo puede ser purificado a aproximadamente el 95%.Una vez que se encuentra en una concentracin de 95/5% etanol/agua, los coeficientes de actividad del agua y del etanol son iguales, entonces la concentracin del vapor de la mezcla tambin es de 95/5% etanol/agua, por lo tanto las destilaciones posteriores son inefectivas. Algunos usos requieren concentraciones de alcohol mayores, por ejemplo cuando se usa como aditivo para la gasolina. Por lo tanto el azetropo 95/5% debe romperse para lograr una mayor concentracin. Qu es un azetropo?Es unamezclade compuestos qumicos diferentes en estado lquido, los cuales ebullicionan a constante temperatura, y actan como si fuesen un solo compuesto qumico.Los azetropos pueden llegar a un punto de ebullicin cuando llega a una temperatura mayor, media o ms baja que la de los compuestos qumicos que conforman la mezcla, consiguiendo seguir encontrndose en estado lquido y conservando la composicin que tenan en un inicio, al igual que ocurre con el vapor, por lo cual se hace imposible conseguir separarlos por destilacin de tipo simple o a travs de las extracciones lquido-vapor.

Cuando un azetropo llega a ebullicin a travs de una temperatura alta mxima se le denomina azetropo de ebullicin mxima, y en cambio, el que alcanza la ebullicin a una temperatura baja mnima, se le conoce como azetropo de ebullicin mnima.

Qu consideramos para realizar la grfica equilibrio lquido-vapor?Si consideramos dos fases, una lquida y un vapor (L V).Se debe cumplir en el equilibrio: TL =TV (Equilibrio trmico)PL =PV (Equilibrio mecnico)L =V (Equilibrio qumico)El potencial qumico no suele utilizarse en el clculo de equilibrio de fases, ya que es til usar funciones que puedan medirse o estimarse ms fcilmente, por ejemplo la fugacidad. La fugacidad es una funcin termodinmica que se define a partir del potencial qumico (). = RT ln f es una funcin solo de la temperatura; y es el potencial qumico de una sustancia cuando su estado es tal que la fugacidad es uno.Se desarrollan diferentes modelos para el clculo de los coeficientes de actividad y de fugacidad que, finalmente, permitirn resolver el equilibrio para diferentes tipos de mezclas desde las ideales y no ideales.En la destilacin es ms frecuente fijar la presin que la temperatura, resultando de gran utilidad los datos de equilibrio a presin constante. Estos datos se pueden representar en un DIAGRAMA TEMPERATURA CONCENTRACIN, graficando la temperatura de equilibrio (T) vs. la concentracin, expresada en fraccin molar, en las fases lquida (x) y vapor (y).La curva superior resulta de representar la temperatura vs. la concentracin en fase vapor y corresponde a la Curva de los Puntos de Roco, en la cual la mezcla se encuentra como vapor saturado. La curva inferior resulta de representar la temperatura vs. la concentracin en fase lquida y corresponde a la Curva de los Puntos de Burbuja, en la cual la mezcla se encuentra como lquido saturado.

Si la temperatura se mantiene constante, los datos de equilibrio se representan en un DIAGRAMA PRESIN CONCENTRACIN.

Las concentraciones lquido vapor en el equilibrio pueden mostrarse tambin sobre un diagrama de concentracin o de distribucin (x vs. y).Entre los sistemas de inters para la destilacin se pueden distinguir los siguientes: Sistemas del Tipo I: Son sistemas que se caracterizan por presentar un punto de ebullicin variable y donde la presin total que ejerce la fase vapor es intermedia entre la presin de vapor de los componentes puros.

Sistemas del Tipo II: Son sistemas que se caracterizan por presentar un punto de ebullicin constante que quiere decir que se encuentra un azetropo, que a la vez es un punto mnimo de ebullicin, y donde la presin total que ejerce la fase vapor presenta un valor mximo.

http://www.ciiq.org/varios/peru_2005/Trabajos/V/3/5.3.02.pdf

Ley de Raoult.Las disoluciones ideales se definen como aquellas que obedecen la ley de Raoult en todo el rango de concentraciones, y la ley de Raoult se define como:

Donde Pi es la presin parcial del componente i en la disolucin, P0i es la presin de vapor del componente i puro y xi la fraccin molar de i en la disolucin (lquida).

Existen muchos sistemas binarios que no se comportan idealmente ya que obedecen la leyde Raoult slo a concentraciones muy bajas y que presentan un mximo o un mnimo en los diagramas de presin de vapor contra composicin, esto es, existe una composicin a la cual la presin de vapor es mxima o mnima con respecto a la presin de vapor de los componentes puros. Estos puntos presentan tambin la caracterstica de que en el equilibrio la composicin del vapor es la misma que la del lquido, de manera que destilan con la misma composicin. Por este motivo, esos puntos se denominan puntos azeotrpicos.

Debido a que el sistema que se utilizar en la prctica es un sistema azeotropico, se requiere modificar la ley de Raoult, introduciendo un factor de correccin que toma en cuenta las interacciones intermoleculares de los componentes que forman la disolucin, la ecuacin de Raoult se expresa de la siguiente manera:

Donde xi es la fraccin molar de i en el lquido i se denomina coeficiente de actividad de i y es funcin de la temperatura, la presin y la composicin.

La destilacin azeotropica heterogenea consiste en adicionarle un tercer componente, a una mezcla para formar un nuevo azeotropo con uno de los componentes de la mezcla aeotropica formando una segunda fase. Luego esta nueva face es removida como destilado en la columna