viernes, 2 de julio de 2010

DESTILACIÒN POR ARRASTRE DE VAPOR

Por destilación se entiende aquella operación de separar, mediante vaporización y re condensación, los diferentes componentes líquidos, solido en liquido o gases licuados de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición (temperaturas de ebullición) de cada una de las sustancias ya que el punto de ebullición es una propiedad intensiva de cada sustancia, es decir, no varia en función de la masa o el volumen, aunque sí en función de la presión .

La destilación por arrastre con vapor es una técnica usada para separar sustancias orgánicas insolubles en agua y ligeramente volátiles, de otras no volátiles que se encuentran en la mezcla, como resinas o sales inorgánicas. Cuando se tienen mezclas de líquidos que no son miscibles entre sí, se tiene un tipo de destilación que sigue la ley de Dalton sobre las presiones parciales. Como resultado de este comportamiento, y cuando uno de los componentes es agua, al trabajar a presión atmosférica, se puede separar un componente de mayor punto de ebullición que el del agua a una temperatura menor a 100º (92º en el D.F.) Debido a lo anterior, con esta técnica se pueden separar sustancias inmiscibles en agua y que se descomponen a su temperatura de ebullición o cerca de ella, por lo que se emplea con frecuencia para separar aceites esenciales naturales que se encuentran en hojas, cáscaras o semillas de algunas plantas (té limón. menta, canela, cáscaras de naranja o limón, anís, pimienta, etc.,) Los aceites esenciales también pueden aislarse de sus fuentes naturales por medio de la extracción con disolventes orgánicos. Dependiendo de la técnica que se utilice para el aislamiento, será la pureza y rendimiento del aceite esencial.






La destilación por arrastre de vapor es un tipo especial de destilación que se basa en el equilibrio de líquidos inmiscibles. Según se ha visto anteriormente, la temperatura de ebullición de una mezcla de dos componentes inmiscibles es inferior a la temperatura de ebullición de cualquiera de ellos por separado.
Supóngase que se desea recuperar un hidrocarburo pesado, C18 H38, que impregna un residuo sólido. Como la volatilidad de este compuesto es muy baja, habrá que elevar mucho su temperatura para alcanzar una velocidad de vaporización y, por tanto, de recuperación apreciable. A veces, por diversas razones, no es deseable alcanzar estas elevadas temperaturas, (descomposición térmica de los productos, cambio en sus propiedades, etc). En estos casos, una solución técnica viable puede ser la destilación por arrastre de vapor. Esta operación se puede llevara a cabo de varias formas:
Modalidad 1: Se inyecta vapor saturado a través del residuo que contiene la sustancia a recuperar, mientras se mantiene una presión de operación de 1 bar. Parte del vapor condensará para calentar y vaporizar el hidrocarburo, formándose dos fases líquidas inmiscibles que alcanzan el equilibrio a una temperatura muy próxima a los: = 0,9993 + 0,0007.
La cantidad de vapor de arrastre necesaria por cada mol de hidrocarburos a recuperar es: mol de vapor/ mol de HC.

El consumo de vapor es, sin embargo, superior, ya que hay que contabilizar el vapor que condensa para calentar y vaporizar el hidrocarburo. Modalidad 2: Supóngase ahora que se inyecta vapor sobrecalentado y que, gracias al aporte de una fuente externa de calor, el vapor no condensa.
En estas condiciones, la relación de equilibrio es:
P = Pagua + PºHC , y la temperatura de operación se puede fijar independientemente para cualquier presión de operación. Asumiendo que ésta es de 1 bar y que la temperatura se fija en 204º C gracias a la fuente externa de calor, la presión parcial de vapor de agua será:
Pagua = 1 - PºHC (204º C) = 1 - 0,0442 = 0,9558.

Las necesidades de vapor serán ahora:
mol de vapor/ mol de HC
Puede observarse cómo al operar a mayor temperatura se reducen las cantidades de vapor de arrastre. En contrapartida, hay que aportar calor mediante una fuente externa que evita la condensación de parte del vapor.
Modalidad 3:
Es posible ahorrar más vapor aún, si se opera a presión reducida. En efecto, si se mantiene como temperatura de operación 204º C, pero la presión de operación se reduce a 0,2721 bar, la presión parcial que debe aportar el vapor de agua es:
El consumo de vapor de arrastre es ahora:
mol de vapor/ mol de HC
En este caso sigue siendo necesario aportar energía mediante una fuente externa para calentar y vaporizar el hidrocarburo y, además, emplear un sistema de vacío, que también consumirá energía.


La destilación por arrastre con vapor es una técnica usada para separar sustancias orgánicas insolubles en agua y ligeramente volátiles, de otras no volátiles que se encuentran en la mezcla, como resinas o sales inorgánicas, u otros compuestos orgánicos no arrastrables.
Ley de Dalton
Los vapores saturados de los líquidos inmiscibles sigue la Ley de Dalton sobre las presiones parciales, que dice que: cuando dos o más gases o vapores, que no reaccionan entre sí, se mezclan a temperatura constante, cada gas ejerce la misma presión que si estuviera solo y la suma de las presiones de cada uno, es igual a la presión total del sistema. Su expresión matemática es la siguiente:


PT = P1 + P2 + --- Pn
Al destilar una mezcla de dos líquidos inmiscibles, su punto de ebullición será la temperatura a la cual la suma de las presiones de vapor es igual a la atmosférica. Esta temperatura será inferior al punto de ebullición del componente más volátil.
Si uno de los líquidos es agua (destilación por arrastre con vapor de agua) y si se trabaja a la presión atmosférica, se podrá separar un componente de mayor punto de ebullición que el agua a una temperatura inferior a 100ºC. Esto es

muy importante cuando el compuesto se descompone a su temperatura de ebullición o cerca de ella.
En general, esta técnica se utiliza cuando los compuestos cumplen con las condiciones de ser volátiles, inmiscibles en agua, tener presión de vapor baja y punto de ebullición alto.

En la destilación por arrastre de vapor de agua se lleva a cabo la vaporización selectiva del componente volátil de una mezcla formada por éste y otros "no volátiles". Lo anterior se logra por medio de la inyección de vapor de agua directamente en el interior de la mezcla, denominándose este "vapor de arrastre", pero en realidad su función no es la de "arrastrar" el componente volátil, sino condensarse en el matraz formando otra fase inmiscible que cederá su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporación. En este caso se tendrán la presencia de dos fases insolubles a lo largo de la destilación (orgánica y acuosa), por lo tanto, cada líquido se comportará como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos ejercerá su propia presión de vapor y corresponderá a la de un líquido puro a una temperatura de referencia.
La condición más importante para que este tipo de destilación pueda ser aplicado es que tanto el componente volátil como la impureza sean insolubles en agua ya que el producto destilado volátil formará dos capas al condensarse, lo cual permitirá la separación del producto y del agua fácilmente.
Como se mencionó anteriormente, la presión total del sistema será la suma de las presiones de vapor de los componentes de la mezcla orgánica y del agua, sin embargo, si la mezcla a destilar es un hidrocarburo con algún aceite, la presión de vapor del aceite al ser muy pequeña se considera despreciable a efectos del cálculo:

P = Pa° + Pb°
Donde:
P = presión total del sistema
Pa°= presión de vapor del agua
Pb°= presión de vapor del hidrocarburo

No hay comentarios:

Publicar un comentario