DESTILACIÓN
BIOSEPARACIONES:
DESTILACIÓN
DESTILACION SIMPLE:
A partir de una mezcla L se produce vapor (2ª fase), que luego condensa, y se
Separarán de manera que el L y el V no se ponen más en contacto.
Usada para componentes con puntos de ebullición diferentes.
RECTIFICACIÓN: Parte del V producido se devuelve al destilador como L y se pone en contacto
con el V que hay en él.
Más común para la producción a gran escala.
Separación de componentes de una solución líquida por vaporización
parcial de la misma.
- Conseguir un producto con la calidad requerida al menor coste.
- Proporcionar un producto con un grado de pureza homogéneo(que se mantenga si se produjera variación en la composición de la alimentación).
La vaporización parcial de una mezcla conduce a un vapor enriquecido en componente más volátil (menor temperatura de ebullición) que el líquido a partir del cual se origina.
El principio de la rectificación consiste en una aplicación simultánea de la vaporización y condensación parcial y repetición de estos para poder separar casi totalmente la mezcla en sus componentes.
RECTIFICACIÓN
SISTEMA BINARIO (2 componentes):
Aplicación de la regla de las fases para poder definir un
sistema:
F + L = C +2
F: número de fases = 2 (L y V)
C: número de componentes = 2 (A y B)
L = 2 (grados de libertad)
(sistema definido cuando se establecen los valores de 2 de sus variables intensivas
Las 2 variables que suelen fijarse son: fracción molar del componente más volátil en la
fase líquida y la Tª o la P, dando lugar a los diagramas isotérmicos o
isobáricos, respectivamente.
Tipos de diagramas para
representar relaciones de
equilibrio L-V:
1. diagramas de puntos de ebullición (T, x-y): se representa Tª de
equilibrio de las fases frente a la fracción molar del componente
más volátil
2. diagramas (x,y): fracción molar del componente más volátil
en la fase V (y) frente a la misma en la fase L (x)
xA + xB = 1yA + yB = 1
V
L
y
x
(T, P)
A, B
RELACIONES DE EQUILIBRIO L-V:1. DIAGRAMAS DE PUNTOS DE EBULLICION
(P=cte)
Tª de condensación o punto de rocío
Tª de ebullición o
punto de burbuja
Punto de ebullición comp. B
Punto de ebullición comp. A
(menor valor, más volátil)
IMPORTANTE: Conocer las relaciones de equilibrio entre ambas fases
FUERZA IMPULSORA: alejamiento del equilibrio
RELACIONES DE EQUILIBRIO L-V:
La exigencia básica para la separación de los componentes de una mezcla por
destilación es que la composición del vapor sea diferente a la composición del líquido.
Cuando se cuenta con varios componentes en la mezcla, la
composición de L y V será diferente. Se va produciendo transferencia
en contracorriente. Al alcanzar el equilibrio dejaría de cambiar
la composición en función del tiempo.
yi
y0xi
x0
FASE L
FASE V
NA = Δc / Resistencia
Velocidad de transferencia:
F. Imp. Fase L
Fase V
Interfase (suele ser despreciable)
- Datos existentes obtenidos experimentalmente
- Determinarlos
- Considerar comportamiento ideal de las fases L y V
Ley de Dalton
PpA = PT yA
PT = ∑ Ppi = PPA +PPB
Ley de Raoult
PpA = PvA xA
yA / xA = PvA /PT
- Volatilidad relativa (α12) = Volatilidad comp. 1 /Volatilidad comp. 2 = (grado de separación)
y1/y2
x1/x2
= Pv1 / Pv2
α12 > 1Si compon. 1 es el más volátil:
Si α12 = 1 no se podrán separar los componentes
Conociendo α12 se podrá definir el equilibrio:α12 X1
1 + (α12 -1) X1
y1 =
DETERMINACIÓN DATOS EQUILIBRIO L-V:
DETERMINACIÓN DATOS EQUILIBRIO L-V:
Ejemplo: Calcular las composiciones del vapor y del líquido en
equilibrio a 95 °C para un sistema formado por una mezcla
benceno:tolueno, utilizando los datos de la siguiente
tabla (PT = 101,32 kPa):
T = 95 °C* PVB=155,7 kPa* PVT=63,3 kPa
PT = PPB +PPT
PpB = PvB xB
PpT = PvT xT = PvT (1-xB)
xB = 0,411
xT = 1-xB= 0,589
yB = xB (PvB /P) = 0,632
DETERMINACIÓN DATOS EQUILIBRIO L-V:
Ejemplo: Calcular las composiciones del vapor y del líquido en
equilibrio a 95 °C para un sistema formado por una mezcla
benceno:tolueno, utilizando los datos de la siguiente
tabla (PT = 101,32 kPa):
T = 95 °C* PVB=155,7 kPa* PVT=63,3 kPa
PT = PPB +PPT
PpB = PvB xB
PpT = PvT xT = PvT (1-xB)
xB = 0,411
xT = 1-xB= 0,589
yB = xB (PvB /P) = 0,632
RELACIONES DE EQUILIBRIO L-V:2. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
CURVA DE yA EN FUNCIÓN DE xA
Cuanto mayor sea la distancia que existe entre
la curva de equilibrio y la línea de 45º, mayor
será la diferencia entre la composición del vapor
(yA) y la composición del líquido (xA), por lo que
la separación se lleva a cabo con más facilidad.
V L
V L
A
B
A
B
B
A
Componente más volátil
(A) pasa del L al V mientras
que el menos volátil va
exactamente a la inversa
Ayuda a conseguir funciones lineales en las
condiciones de operación
(se obtienen de BM)
Simplificación:
Flujos molares cte (V y L ctes)
L (reflujo) (condensación de vapores)
V (vapores
formados en calderín)
contracorriente
RECTIFICACIÓN:
Contacto entre fases
RELACIONES DE EQUILIBRIO L-V:
Plato n
Yn
Yn+1
Xn-1
Xn
EQUIL
OPER
OPER
Plato ideal: composiciones de corrientes
de salida están en equilibrio.
vapor se
enriquece
al ascender
Líquido se
empobrece
al descender
Esquema columna rectificación
calderín
DESTILADO
D, xD
vapor
L
Reflujo
RESIDUO
W, xW
+Q
-Q
condensador
L
L´
V
V´
Alimentación
F, xF
Zona de rectificación
Zona de agotamiento
condensador
calderín
Destilado
D, xD
vapor
L
Reflujo
Residuo
W, xW
+Q
-Q
L
L´
V
V´
Alimentación
F, xF
B global: F = D + W
BMcomp.: F·xF = D·xD + W·xW
Zona de rectificación
V = L + D
V ·y = D·xD+ L·x
xV
Lx
V
Dy D
Zona de agotamiento
L´= V´+ W
L´·x = V´·y + W·xW
WxV
Wx
V
Ly
´´
´
Determinación número de etapas teóricas (McCabe-Thiele):
► Recta operación de enriquecimiento
(ROE):
Punto (xD, xD) y Relación de Reflujo
DxV
Dx
V
Ly
xD
(xD, xD)
x
y
xF
Línea q
Reflujo
L
F, xF
D, xD
W, xW
LV
L´V´
residuoReflujo interno (Ri) = L/V
Reflujo externo (Re) = L/D
Dii xRxRy )1(V= L+D
eRDL
L
V
L
1
e
e
e R
R
RL
DL
L
V 111
e
e
R
R
V
L
1
DL
D
V
D
1
eR
D
DL
D
V
1
1
eRV
D
D
ee
e xR
xR
Ry
1
1
1
ROE: f(Ri)
ROE: f(Re)
Relación Re:Rie
e
R
RRi
1 i
ie
R
RR
1
► Recta operación de enriquecimiento
(ROE):
Punto (xD, xD) y Relación de Reflujo
Reflujo
L
F, xF
D, xD
W, xW
LV
L´V´
residuo
DxV
Dx
V
Ly
► Recta operación de agotamiento
(ROA):
Punto (xW, xW) y punto intersección ROE
WxV
Wx
V
Ly
´´
´
f (condiciones alimentación)
Línea q
xD
(xD, xD)
x
y
xF
Línea q
xW
(xW, xW)
Dii xRxRy )1( D
ee
e xR
xR
Ry
1
1
1
e
e
R
RRi
1i
ie
R
RR
1
)1()1(
q
xx
q
qy F
qqCalor que hay que aportar para
vaporizar la alimentación
Calor latente
Pasa (xF, xF) y pdte )1( q
q
hr
xr
Lr
Hr
yr
Vr
hA
xA
LA
HA
yA
VA
A, xA, hA
D
ee
e xR
xR
Ry
1
1
1
H-hA=ƛ
q
BALANCE GLOBAL DE MATERIA:
VA+Lr+A = LA+Vr
VA – Vr = LA-Lr-A
BALANCE GLOBAL DE ENERGÍA:
VA HA– Vr Hr= LAhA-Lrhr-AhA
LA-Lr
A=
H-hA
H-h
H-hA=
ƛ
BM y BE en la zona alimentaciónLínea q
Entalpía
vapor saturado Entalpía
alimentación
Condiciones
alimentaciónq pdte
Líquido bajo el PE > 1 > 1
Líquido en el PE 1 ∞
L-V en el PE 0<q<1 0 -∞
Vapor en el PE 0 0
Vapor sobre el PE < 0 < 0y
x
XF, yF
LFRIOLPE
L-VPE
VPE
VCALIENTE
Ejemplo 1: TA = TS
H-hA=ƛ
q
H - hA = (hS+ ƛ )-hS= ƛ
Calor que hay que aportar para
vaporizar la alimentación
Calor latente
q = 1
)1()1(
q
xx
q
qy F
Pasa (xF, xF) y pdte )1( q
qPdte: ∞
Condiciones
alimentaciónq pdte
Líquido bajo el PE > 1 > 1
Líquido en el PE 1 ∞
L-V en el PE 0<q<1 0 -∞
Vapor en el PE 0 0
Vapor sobre el PE < 0 < 0y
x
XF, yF
LFRIOLPE
L-VPE
VPE
VCALIENTE
Ejemplo 2: Vapor en PE
H-hA=ƛ
q
H - hA = H-H= 0
Calor que hay que aportar para
vaporizar la alimentación
Calor latente
q = 0
)1()1(
q
xx
q
qy F
Pasa (xF, xF) y pdte )1( q
qPdte: 0
Emplear condición de reflujo mínimo:
Condición en la que las concentraciones de operación se igualan
a las de equilibrio en un plato. En esta condición sería imposible de separar.
Determinación número de etapas reales (NER)
Re Ri = Pendiente ROERi minmin
min
min1 i
ie
R
RR
e
e
R
RRi
1
Ri
► Recta operación de enriquecimiento (ROE):Dii xRxRy )1(
Localización del plato de alimentación:
NÚMERO ETAPAS IDEALES (NEI); Se considera calderín como etapa ideal
EFICIENCIA GLOBAL: NPT / NER
= NEI – 1 (restar el calderín)NÚMERO PLATOS TEÓRICOS (NPT)
NER
Condición de reflujo total
(condición límite)
Valor límite de la relación de reflujo (Re=L/D)
V = L + D
V
L
Pendiente = 1
Condición en que
no hay destilado
ni residuo
Número mínimo de platos
DxV
Dx
V
Ly
Re = ꚙ D = 0
L = V
PRODUCTOS BIOTECNOLÓGICOS
DE SEPARACIÓN:
Obtención biotecnológica de
combustibles:
Producción de bioetanol
(por ej: a partir de residuos de
la fabricación del azúcar de caña)
USO DE BIOTECNOLOGÍA PARA CONVERTIR MATERIA
PRIMA DE “BAJO COSTO” EN
PRODUCTOS DE MAYOR VALOR COMERCIAL
USO DE UN PROCESO EFICIENTE EMPLEANDO OPERACIONES UNITARIAS
REDUCIR O
TRANSFORMAR
RESIDUOS RICOS
EN MATERIA
ORGÁNICAEl uso del bioetanol permite reducir el impacto en el
medio ambiente que producen los combustibles fósiles,
y se estima que, junto a otros biocombustibles,
movilizará el 20% del transporte mundial para el año
2040 (frente al 3% actual).
OBTENCIÓN DE ALCOHOL A PARTIR DE CAÑA
DE AZUCAR:
mejor oxidación de los hidrocarburos y reducción de las emisiones a la atmósfera
8-12 horas
transformación de
azucares en
Etanol (grado
alcohólico: 7 - 10 %)
y CO2
CAÑA DE AZUCAR
FERMENTACIÓN(Saccharomyces cerevisae)
BIOETANOL (99,5 % v/v)
DESTILACIÓN Tª ebullición: 76 ºC
Extracción jugo de caña
(rico en azúcares)y acondicionamiento.
recuperación
delevaduras
deshidratación
alcohol (95 % v/v)
LINK: https://www.youtube.com/watch?v=h5BezGFeqAk
METER VIDEO
OBTENCIÓN DE ALCOHOL A PARTIR DE CAÑA
DE AZUCAR:
OBTENCIÓN DE ALCOHOL A PARTIR DE CAÑA
DE AZUCAR:
OBTENCIÓN DE BEBIDAS ALCOHÓLICAS:
MELAZA DE CAÑA DE AZÚCAR
Link: https://www.youtube.com/watch?v=LLf1x1rgybo
FERMENTACIÓN
DESTILACIÓN(75-95 % ALCOHOL BASE)
ENVEJECIMIENTO
MEZCLADO O BLENDING
ENVASADO
DISTRIBUCIÓN RON
AGUARDIENTE
REDESTILADO
OBTENCIÓN DE BEBIDAS ALCOHÓLICAS:
METER VIDEO