operaciones unitarias

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
ANTONIO JOSE DE SUCRE
VICERECTORADO BARQUISIMETO
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUÍMICA
OPERACIONES UNITARIAS I
REALIZADO POR:
CALUIS E. GARCIA P. CI: 23846708
JOSE I.RIVERO CI:21504149
JULIO SANCHEZ. CI: 23487061
04 DE OCTUBRE DEL 2018

2. INTRODUCCIÓN .
En la industria son abundantes los procesos de separación que requieren como
agente separador el calor, dichos procesos se emplean para la purificación o refinación
de componentes cuyo punto de ebullición o presión de vapor difieran en un rango
pronunciado lo que se interpretaría como diferentes grados de volatilidad, ademas
dichos procesos deben de tener la característica de ser rentables a nivel industrial para
permitir la refinanciacion del consumo energético.
Es por ello que la destilación siendo el principal proceso descrito, es la operación
unitaria de mayor importancia, en la refinación del petroleo, en la purificación de
esencias y extractos aromáticos, en la industria de las bebidas alcohólicas, en la
industria química, para la purificación de alcoholes, éteres, centonas, aldehídos,
esteres entre otros mas, que son empleados como valiosas materias primas en
diferentes procesos reactivos. Es así como se lleva acabo el presente trabajo
investigativo en el que se define las condiciones propicias a nivel fisicoquímico y
termodinámico para la aplicación de la mencionada operación, entre los cuales se halla
los tipos de destilación principios y leyes de idealidad, que generan comúnmente
excelentes aproximaciones, desviaciones de idealidad, destilación multicomponente.
También se hacen especificaciones acerca de los equipos de destilado, en el que se
aborda el método de diseño de etapas teóricas de Mccabe-Thiele, haciendo
especificaciones de la constitución estructural de los equipos con sus respectivas partes
y versiones.

3. MARCO TEORICO.
El proceso de destilación.
La operación unitaria de destilación es un método que se usa para separar los
componentes de una solución líquida, el cual depende de la distribución de estos
componentes entre una fase de vapor y una fase líquida. Ambos componentes están
presentes en las dos fases. La fase de vapor se origina de la fase líquida por
vaporización en el punto de ebullición. El requisito básico para separar los componentes
por destilación consiste en que la composición del vapor sea diferente de la
composición del líquido con el cual está en equilibrio en el punto de ebullición de este
último. La destilación se basa en soluciones en las que todos los componentes son
bastante volátiles, como soluciones amoniaco-agua o etanol-agua, en las que ambos
componentes también están en fase de vapor. (Geankopils,2006,p.716)
Aplicaciones de la destilación en la industria y la agroindustria.
La destilación posee mayor aplicación en la industria de los agroalimentaria en la
purificación y obtención de bebidas alcohólicas con grados de alcohol específicos, en la
obtención de aceites aromáticos o esencias. En la refinación del petroleo a través de
procesos fraccionados, que permiten a su ves la obtención de gasolina, gasoil, gas,
turbosina, compuestos aromáticos como tolueno, xileno y hasta en la obtención de
naftas, por otro lado en la industria química para la recuperación y purificación de
biomoleculas como etanol, acetona y n-butanol y solventes orgánicos como alcoholes
ácidos y cetonas, y por ultimo en la industria bioquímica en la realización de
bioseparaciones de largos metabolitos, polímeros como productos termolabiles.
(Seader,2011).
Tipos de destilación.
La destilación se puede llevar a cabo en la práctica por medio de cualquiera de
dos métodos principales. El primer método consiste en la producción de un vapor por

4. ebullición de la mezcla líquida que se va a separar en una sola etapa, para recuperar y
condensar los vapores. En este método no se permite que el líquido regrese al
destilador de una sola etapa y se ponga en contacto con los vapores que se
desprenden. El segundo método implica el retorno de una porción del condensado al
destilador. Los vapores se desprenden a través de una serie de etapas o platos, y parte
del condensado fluye hacia abajo a través de la serie de etapas o platos a
contracorriente con respecto a los vapores. Este segundo método se llama destilación
fraccionada, destilación con reflujo o rectificación.
Destilación en una sola etapa: Existen tres tipos importantes de destilación que se
verifican en una sola etapa o en un solo destilador y que no incluyen rectificación. El
primero es la destilación en equilibrio o instantánea, el segundo es la destilación simple
por lotes o diferencial, y el tercero es la destilación simple con arrastre de vapor.
-Destilación de equilibrio o instantánea: En este proceso, que se verifica en una sola
etapa, la mezcla líquida se vaporiza parcialmente. Se permite que el vapor establezca
un equilibrio con el líquido, y entonces se separan las fases de vapor y de líquido. Esto
se puede hacer por lotes o en régimen continuo(...)
-Destilación simple por lotes o diferencial: En este tipo de destilación, primero se
introduce líquido en un recipiente de calentamiento. La carga líquida se hierve
lentamente y los vapores se extraen con la misma rapidez con que se forman,
enviándolos a un condensador donde se recolecta el vapor condensado (destilado). La
primera porción de vapor condensado es más rica en el componente más volátil A. A
medida que se procede con la vaporización, el producto vaporizado es más pobre en
A(...)
- Destilación simple con arrastre de vapor: Los líquidos con alto punto de ebullición no
se pueden purificar por destilación a presión atmosférica, puesto que los componentes
de la mezcla líquida podrían descomponerse a las temperaturas elevadas que se
requieren. Con frecuencia, las sustancias de alto punto de ebullición son casi insolubles
en agua; entonces, se logra una separación a temperatura más baja por medio de una
destilación simple con arrastre de vapor, método que se usa con bastante frecuencia
para separar un componente de alto punto de ebullición de cantidades pequeñas de
impurezas no volátiles(... )

5. Destilación con reflujo: La rectificación (fraccionada) o destilación por etapas
con reflujo se puede considerar desde un punto de vista simplificado como un proceso
en el cual se lleva a cabo una serie de etapas de vaporización instantánea, de manera
que los productos gaseosos y líquidos de cada etapa fluyen a contracorriente. El líquido
de una etapa se conduce o fluye a la etapa inferior y el vapor de una etapa fluye hacia
arriba, a la etapa superior. Por consiguiente, en cada etapa entra una corriente de vapor
Y y una corriente líquida L, que se mezclan y alcanzan su equilibrio, y de dicha etapa
sale corriente de vapor y una corriente de líquido en equilibrio (...)
(Geankoplis,2006,p.718).
Agente de separación.
Constituye aquel agente que se agrega a una fase para generar dos fases
físicamente separables, este puede ser una sustancia química de naturaleza especifica
y selectiva, como también puede ser calor.( Murphy y Regina,2007).
Equilibrio líquido-vapor.
El equilibrio es una condición estática en la cual no ocurren cambios con
respecto al tiempo en las propiedades macroscópicas de un sistema. Esto implica un
equilibrio de todos los potenciales que pueden causar algún cambio. En la práctica de la
ingeniería, la suposición del equilibrio está justificada cuando lleva a resultados de una
exactitud satisfactoria. Por ejemplo, en el rehervidor de una columna de destilación, el
equilibrio entre las fases líquida y de vapor se supone comúnmente. Para velocidades
finitas de vaporización, esto es una aproximación, pero no introduce ningún error
significativo dentro de los cálculos de ingeniería.
Si un sistema que contiene cantidades fijas de especies químicas y que consiste en
fases líquida y de vapor, en contacto íntimo, está aislado completamente, entonces con
el tiempo no hay ninguna tendencia para que ocurra algún cambio dentro del sistema.
La temperatura, la presión y la composición de las fases alcanzan valores fínales en los
cuales permanecen fijas. El sistema está en equilibrio. A pesar de ello, a nivel

6. microscópico, las condiciones no son estáticas. Las moléculas que corresponden a una
fase en un instante dado no son las mismas moléculas en esa fase un tiempo después.
Las moléculas con velocidades suficientemente elevadas, que están cerca del límite
entre las fases, superan las fuerzas de la superficie y pasan a la otra fase. A pesar de
ello, la velocidad promedio de paso de moléculas es la misma en ambas direcciones y,
por consiguiente, no hay transferencia de materia entre las fases. (Smith,J.M,Van
Ness,H.C ,y Abbott,M.M,1997,p.483).
Relación entre la presión de vapor y la temperatura.
La presión de vapor es una función dependiente de la temperatura, la cual a su
ves es una medida de la cantidad de calor de un sustancia, es por ello que a mayor
calor una sustancia tendrá mayor temperatura, con la cual aumentara la presión de
vapor, que a su vez se define como la presión de un gas sobre su liquido debido a la
volatilización parcial de una cantidad de moléculas dotadas de energía vibracional
proporcionadas por el calor. La correlación mas empleada. La correlación temperatura
y presión mas usada para diversas sustancias es la ecuación de Antonie. .
(Smith,J.M, et al,1997)
Diagrama de equilibrio Líquido-Vapor P-T-X-Y, T-X-Y, P-X-Y y X-Y.
El equilibrio vapor/líquido (EVL) se refiere a los sistemas en los cuales una sola
fase líquida está en equilibrio con su vapor. Esta explicación cualitativa sólo se limita a
la consideración de sistemas que comprenden dos especies químicas, porque los
sistemas de mayor complejidad no se pueden representar gráficamente en forma
adecuada.
-Diagrama (ELV) P-T-X-Y: La región que queda arriba de la superficie superior de
la figura 1 es la región del líquido subenfriado, mientras que la que queda abajo de la
superficie inferior es la región del vapor sobrecalentado. El espacio interior entre las dos
superficies es la región de coexistencia de ambas fases líquida y de vapor.
Debido a la complejidad de la figura 1, las características detalladas del EVL

7. binario a menudo se ilustran mediante gráficas de dos dimensiones que exhiben lo que
se puede observar en varios planos que cortan el diagrama tridimensional. Los tres
planos principales, cada uno perpendicular a uno de los ejes de coordenadas, se
ilustran en la figura 1. Así, un plano vertical perpendicular al eje de la temperatura está
delineado como ALBDEA. Las líneas en este plano representan un diagrama de fase P-
x-y a T constante, (...) por otro lado, un plano horizontal que pasa a través de la figura
12.1 perpendicular al eje de las P es identificado por HIJKLH. Vistas desde arriba, las
líneas sobre este plano representan un diagrama T-x-y.
FIGURA 1: izquierda
Diagrama P-T.X-Y, (ELV)
para una solución binaria.
Fuente: (Smith y
colaboradores, introducción
a la termodinámica en i
ingeniera química.
Figura2: izquierda, diagrama ELV, TXY a tres presiones distintas, derecha

8. diagrama ELV, PXY a tres temperaturas distintas. Fuente: (Smith y colaboradores,
introducción a la termodinámica en ingeniería química.).
Por otro lado se presenta una gráfica de comportamiento XY, para una mezcla
etanol n-heptano a diferentes presiones. Se presenta que a mayor composición de la
fase gaseosa menor en la liquida debido al enriquecimiento de la fase gaseosa del
componente mas volátil.
FIGURA3: Diagrama xy para etanol n-heptano. (Reproducido con permiso de F.
H. Barr-David, AíCL?Z J., vol. 2, pp. 426-427, 1956.)
ley de Raoult.
La ley de Raoult, que es una ley ideal, se puede definir para fases vapor-líquido en
equilibrio:
Pa=XaP°(t)
donde PA es la presión parcial del componente A en el vapor de Pa (atm), P°(t)
es la presión de vapor de A puro en Pa (atm), y XA es la fracción mol de A en el líquido.
Esta ley sólo es válida para soluciones ideales, como benceno-tolueno, hexano-heptano
y alcohol metílico-alcohol etílico, que por lo general son sustancias muy similares entre
sí. Muchos sistemas que son soluciones ideales o no ideales siguen la ley de Henry en
soluciones diluidas. (Geankoplis. C, 2006,p.712).

9. Desviaciones positivas y negativas del comportamiento ideal.
Se consideran desviaciones del comportamiento ideal la existencia de azeótropo
o puntos donde la composición del vapor sea igual a la composición de liquido en
equilibrio. Seran desviaciones positivas aquellas que cuyo azeótropo se encuentre
sobre la relación lineal de la presión de vapor a la Teb. de ambos componentes en un
diagrama p-x-y, o por encima de la relación lineal que une a las Teb. de ambos
componentes en un diagrama t-x-y, análogamente serán desviaciones negativas
aquellas cuyo azeótropo se encuentre por debajo de las relaciones lineales
mencionadas. Recordando que un azeótropo es aquel, en el cual punto de roció se
presenta la misma composición del punto de burbuja y por esta razón no se pueden
separar los componentes a esas condiciones.(Smith,J.M, et al,1997).
Volatilidad relativa.
La destilación es una técnica de separar componentes de acuerdo a su
volatilidad relativa, la cual es una medida de la facilidad de separación y está dada por
la razón entre la tendencia a vaporizar de dos componentes. Si la volatilidad relativa es
alta, un componente tiene una tendencia mucho mayor a vaporizar (es más volátil) que
el otro, y será fácil separarlos uno del otro mediante la vaporización de uno
(destilación). De otro lado cuando la tendencia a vaporizar de los componentes es
similar, la volatilidad relativa se acercará a la unidad y será difícil separar los
componentes por destilación. Si la volatilidad relativa es la unidad, cada componente es
tan volátil como el otro, y no pueden separarse por destilación.
Convencionalmente, la volatilidad relativa es definida como la razón de los
valores K del componente más volátil al menos volátil, por lo cual la volatilidad relativa
siempre será mayor o igual a la unidad. Donde K se define como una medida de la
tendencia del componente i a vaporizarse. Si el valor K es alto, el componente tiende a
concentrarse en el vapor; si es bajo, tiende a concentrarse en el liquido. Si el valor K es
la unidad, el componente se dividirá igualmente entre el vapor y el líquido. El valor K es

10. una función de la temperatura, presión y composición.
volatilidad de ien j,
para soluciones que obedecen la ley de raoult para
soluciones y la ley de Dalton para mezclas de gases se tiene por volatilidad de A en B.
(Grandez A, y Pacaya.J, 2013,Cap1).
Diagrama entalpía-composición.
El método más conveniente para la representación de los datos de entalpía para
soluciones binarias es mediante los diagramas de entalpía concentración (Hx). Estos
diagramas son gráficas de la entalpía como una función de ia composición (fracción mol
o fracción masa de una especie), con la temperatura como parámetro. La presión es
una constante y usualmente es 1 atmósfera. En la figura 4 se muestra un diagrama
parcial para el sistema H2SO4/H20. (Smith,J.M, et al ,1997)

11. FIGURA4: Diagrama Hx para H~SOJ/H~O. (Tomado de los datos de WI D. RQSS,
Ch.em. Eng. Prog., vol. 48, pp. 314 y 315, 1952. Con autorización.) e
nota: Para cada compuesto existe un diagrama diferente en el que se representa
la entalpía vs la fracción masa o mol de componente a una presión especifica y a
múltiples temperaturas.
Destilación en una sola etapa.
La destilación en una sola etapa es aquella destilación que tiene lugar en una
sola cámara de destilado por lo tanto el contacto entre la fase liquida y vapor solo
ocurre una vez, una vez evaporado el componente mas volátil, este es conducido a un
condensador para su posterior recuperación, solo es empleable para soluciones cuyo
punto de ebullición de los componentes sean muy diferentes. Existen varios varios tipos
instantánea o (flash), por lotes y por arrastre de vapor.(Geankoplis. C,2006).
Rectificación continua en múltiples etapas de mezclas binarias.
La rectificación (fraccionada) o destilación por etapas con reflujo se puede
considerar desde un punto de vista simplificado como un proceso en el cual se lleva a
cabo una serie de etapas de vaporización instantánea, de manera que los productos
gaseosos y líquidos de cada etapa fluyen a contracorriente. El líquido de una etapa se
conduce o fluye a la etapa inferior y el vapor de una etapa fluye hacia arriba, a la etapa
superior. Por consiguiente, en cada etapa entra una corriente de vapor Y y unacorriente
líquida L, que se mezclan y alcanzan su equilibrio, y de dicha etapa sale una corriente
de vapor y una corriente de líquido en equilibrio. (Geankoplis. C,2006,p.722).
Método de MC Cabe Thiele.
McCabe y Thiele han desarrollado un método matemático gráfico para
determinar el número de platos o etapas teóricas necesarios para la separación de una
mezcla binaria de A y B. Este método usa balances de materia con respecto a ciertas
partes de la torre.

12. El supuesto principal del método de McCabe-Thiele consiste en que debe haber
un derrame equimolar a través de la torre, entre la entrada de alimentación y el plato
superior y la entrada de alimentación y el plato inferior. Esto se ve en la figura 5, donde
las corrientes de líquido y vapor entran a un plato, establecen su equilibrio y salen del
mismo.
El
balance total de material proporciona la expresión para un balance de de A
FIGURA5: balance en platos de rectificación fuente:Mccabe y smith, 2007
una columna de destilación continua con alimentación que se introduce a la
misma en un punto intermedio, un producto destilado que sale por la parte superior y un
producto líquido que se extrae por la parte inferior. La parte superior de la torre por
encima de la entrada de alimentación recibe el nombre de sección de enriquecimiento,
debido a que la alimentación de entrada de mezcla binaria de componentes A y B se
enriquece en esta sección, por lo que el destilado es más rico en A que en la
alimentación. La torre opera en estado estacionario.
Esquemáticamente la sección de la torre de destilación que está por encima de
la alimentación, esto es, la sección de enriquecimiento. El vapor que abandona el plato
superior con composición y1 pasa al condensador, donde el líquido condensado que se
obtiene está a su punto de ebullición. La corriente de reflujo L mol/h y el destilado D

13. mol/h tienen la misma composición, por lo que y1 = xD. Puesto que se ha supuesto un
derrame equimolar .
Un balance en la parte superior de la torre que corresponde a la zona de
enriquecimiento
Específicamente para el componente A se tiene.
-Al despejar Yn+1 ,, la línea de operación de la sección de enriquecimiento es
La ultima ecuación ( resulta en una recta cuando se gráfica la composición del vapor en
función de la composición del líquido. Esta expresión, que se gráfica en la figura 6b,
relaciona las composiciones de dos corrientes en contacto. La ’
pendiente es L, /Vn+1. La intersección con la línea y = x (línea diagonal de 45”) se
produce en el punto x = xD.
Las etapas teóricas se determinan empezando en xD y escalonando el primer plato
hasta x1. Entonces y2 es la composición del vapor que pasa por el líquido x1. Se
procede así de manera similar con el resto de los platos teóricos que se escalonan
hacia abajo de la torre en la sección de enriquecimiento hasta llegar al plato de
alimentación.

14. FIGURA6: Balance de materia y linea de operación para la sección de enriquecimiento:
(a) esquema de la torre, (6) lineas de operación y de equilibrio. fuente: Geankoplis
2006.
Al llevar a cabo un balance total de materiales para la zona de empobrecimiento de la
torre por debajo de la entrada de alimentación, se obtiene:
Efectuando un balance con respecto al componente A,
Al despejar Ym+1, la línea de operación de la sección de empobrecimiento es
Una vez más, puesto que se supone un flujo equimolar, L, = Ln = constante y
Vn+1 , = Vn = constante. La ultima ecuación es la recta cuando se gráfica Y en función
de x en la figura 7b con pendiente L, /Vn+1 ,. La intersección con la línea y = x es el
punto n = Xw La intersección en x = 0 es y = - Wxw/Vn+1 ,.
Una vez más, las etapas teóricas para la sección de empobrecimiento se
determinan empezando en XW, pasando a yw, y después a través de la línea de
operación, etcétera.

15. FIGURA7: Balance de materia y linea de operación para la sección de
empobrecimiento: (a) esquema de la torre, (b) líneas de operación y equilibrio . fuente:
Geankoplis 2006.
Las condiciones de la corriente de alimentación F que entra a la torre determinan
la relación entre el vapor Vm, en la sección de empobrecimiento y Vn, en la sección de
enriquecimiento y entre Lm, y L,. Si la alimentación es parte en líquido y parte en vapor,
éste se añade a Vm, para producir Vn,Por conveniencia del cálculo, las condiciones de
alimentación se presentan con la cantidad q, que se define como :
La ecuación puede escribirse en términos de entalpías.
También podemos considerar a q como el número de moles de líquido saturado
producido en el plato de alimentación por cada mol de alimentación que penetra a la
torre. en la definición de q, se pueden establecer las siguientes ecuaciones:
El punto de intersección de las ecuaciones de líneas de operación de enriquecimiento y
de empobrecimiento en una gráfica xy se obtiene como sigue:
Al sustituir las dos primeras ecuaciones en la ultima y reordenar, se obtiene
Esta igualdad es expresión de la línea q y establece la localización de la intersección de
ambas líneas de operación. Estableciendo que y = x en la ultima ecuación, la
intersección de la ecuación de la línea q con la línea de 45’ es y = x = xF, donde xF esla
composición total de la alimentación.
En la figura 8 se gráfica la línea q para las diversas condiciones de alimentación

16. señaladas en la propia figura. La pendiente de la línea q es q/(q - 1). Por ejemplo, como
se muestra en la figura para el líquido por debajo de su punto de ebullición, q > 1, y la
pendiente es > 1. 0. Se grafican las líneas de enriquecimiento y de operación para el
caso de una alimentación de parte líquido y parte vapor y las dos líneas se intersecan
en la línea q, Un método conveniente para localizar la línea de operación de
empobrecimiento consiste en grafícar la línea de operación de enriquecimiento y la
línea q. Después, se traza la línea de empobrecimiento entre la intersección de la línea
q y la línea de operación de enriquecimiento y el punto y = x = xw.
FIGURA 8: Localización de la linea q para diferentes condiciones de
alimentación: liquido por debajo de su punto de ebullición (q > 1). liquido a su punto de
ebullición (q = I). liquido + vapor (0 < q < 1). vapor saturado (q = 0). fuente: Geankoplis
2006.
Localización del plato de alimentación en una torre y número de platos.: Para
determinar el número de platos teóricos necesarios en una torre se trazan las líneas de
empobrecimiento y de operación de manera que se intersequen en la línea q, como se
indica en la figura 9. Después, se procede a escalonar los platos hacia abajo
empezando en la parte superior, en xg. Para los platos 2 y 3, los escalones pueden ir

17. hacia la línea de operación de enriquecimiento (véase la Figura 9-a). En el punto 4, el
escalón pasa la línea de empobrecimiento. Se necesitaría entonces un total de 4.6
etapas teóricas. (La alimentación entraría en el plato 4.)
Si se aplica el método correcto, el desplazamiento hacia la línea de
empobrecimiento sucederá en la etapa 2, como lo muestra en la figura9 -b. Si la
alimentación penetra en el plato 2 se requieren solamente 3.7 etapas. Para mantener el
número de platos al mínimo, el cambio de la línea de operación de enriquecimiento a la
línea de operación de empobrecimiento se debe hacer en la primera oportunidad que
exista después de pasar la intersección de la línea de operación.
En la figura 9-b, la alimentación es en parte líquido y en parte vapor, puesto que 0 <
q < 1.
En consecuencia, al introducir la alimentación en el plato 2, la porción de vapor de la
alimentación se separa y se adiciona debajo del plato 2 y el líquido se adiciona al
líquido por encima del plato 2, que penetra al mismo. Si la alimentación es totalmente
líquida, se debe adicionar al líquido que fluye al plato 2 del plato por encima de éste. Si
la alimentación es toda vapor, se debe adicionar debajo del plato 2 para unirse al vapor
que se eleva del plato inferior.
Puesto que un hervidor se considera como una etapa teórica cuando el vapor yw
está en equilibrio con xw, como se muestra en la figura 9-b, el número de platos
teóricos en una torre es igual al número de etapas teóricas menos una.
FIGURA 9:Método para escalonar el numero de platos teóricos y localización del
plato de alimentación: (a) localización inapropiada de la alimentación en el plato 4. (b)

18. localización apropiada de la alimentación en el plato 2 para obtener el número mínimo
de etapas. fuente: Geankoplis 2006.
Método de Ponchon Savarit.
El método gráfico de Ponchon y Savarit relaciona de una manera rigurosa todas
las variables que intervienen en el cálculo de una columna de rectificación, teniendo en
cuenta las variaciones de las entalpías en función de la composición, tanto del líquido
como del vapor.
Para la aplicación del método de Ponchon y Savarit a sistemas binarios se
necesita el diagrama entalpía-composición de las mezclas, en un rango de
temperaturas que abarque las mezclas formadas por ambas fases, líquido y vapor, a la
presión de la destilación (que como primera aproximación, se supondrá constante a lo
largo de toda la columna). En la Figura 9 se representa un diagrama de este tipo. La
curva superior corresponde a la variación de la entalpía del vapor saturado frente a la
composición, y separa en el diagrama las zonas correspondientes a vapor (V) y a
líquido más vapor (L+V). Por su parte la curva inferior representa la variación de la
entalpía del líquido saturado en función de la composición y delimita las regiones de
líquido más vapor (L+V) y de líquido (L).

19. FIGURA 9: izquierda diagrama de equilibrio entalpía composición para un
sistema binario, derecha. Desarrollo de método Ponchon- Savarit para una columna
sencilla.
En el diagrama de la Figura 9 se ha representado también una recta de equilibrio
o recta de reparto, que une los puntos a y b, que representan respectivamente dos
fases en equilibrio (líquido y vapor). Así, el punto c de la zona L+V se desdobla en dos
fases cuyas composiciones y entalpías vendrán dadas por las coordenadas de los
puntos a y b. Este método suele ser mas complejo, generalmente se requiere de
paquetes matemáticos para su aplicación debido a la complejidad de las ecuaciones
arrojadas por los balances de materia y energía, para cada caso que se presenta,
ademas se requiere ser muy minusioso para graficar las lineas de equilibrio que
posteriormente requeriran de la sobreposicion del gráfico obtenido con el gráfico y vs x
y así obtener el numero de platos teóricos. (Marcilla. A y Gomez. A,1998,P.38)
Separación de mezclas múlti–componentes.
En la destilación multicomponente, como es e l caso de la destilación de mezclas
binarias, los balances de masa y entalpía y equilibrios vapor-líquido se utilizan para
efectuar los cálculos de las etapas de equilibrio. Para cada componente se escribe un
balance de materia aplicado a la columna en su conjunto o para cada etapa individual,
pero sólo hay un balance de entalpía para la columna o para cada etapa. Los equilibrios
entre fases son mucho más complejos que para sistemas binarios, debido al número de
componentes y a que los equilibrios dependen de la temperatura que varía de una
etapa a otra. En los sistemas binarios, la temperatura y el equilibrio también cambian de
una etapa a otra, pero, excepto con los azeótropos, el componente más volátil es más
volátil que el otro componente que pasa a través de toda la columna. En las mezclas
multicomponentes, uno de los componentes puede ser más volátil que el promedio en
una parte de la columna y menos volátil que el promedio en cualquier otra parte, lo que
conduce a perfiles de concentración complejos. (Mccabe y smith,2006,p.771).
En la industria, muchos de los procesos de destilación incluyen la separación de
más de dos componentes. Los principios generales del diseño de las torres de

20. destilación de multicomponentes son iguales en muchos aspectos a los que se
describieron para los sistemas binarios. Se tiene un balance de masa para cada
componente de la mezcla de multicomponentes. Los balances de entalpía o calor que
se realizan son muy semejantes a los del caso binario.-Los datos de equilibrio se usan
para calcular los puntos de ebullición y de rocío, y también se utilizan los conceptos de
reflujo mínimo y reflujo total como casos limitantes.
1. Número de torres de destilación necesarias. En la destilación binaria, una torre
se usa para separar los dos componentes A y B en componentes relativamente puros,
con A en el destilado y B en el residuo. Sin embargo, en una mezcla de
multicomponentes de n componentes, serán necesarios n - 1 fraccionadores para la
separación. Por ejemplo, para un sistema de tres componentes, A, B y C, donde A es el
más volátil y C el menos volátil, se necesitan dos columnas. La alimentación de A, B yC
se destila en la columna 1, y A y B se eliminan en el destilado y C en el residuo. Como
la separación en esta columna se realiza entre B y C, el residuo que contiene C
contendrá una pequeña cantidad de B y a menudo una cantidad despreciable de A (que
se suele llamar componente traza). La cantidad del componente traza A en los fondos
con frecuencia se puede despreciar si las volatilidades relativas son razonablemente
grandes. En la columna 2 se destila la alimentación de A y B; en el destilado, A contiene
una pequeña cantidad del componente B y una cantidad mucho menor de C. El residuo
que contiene B también estará contaminado con una pequeña cantidad de C y A. Como
alternativa, la columna 1 se puede usar para eliminar el destilado de A, y B más C se
alimentan a la columna 2 para la separación de B y C.
2 .Métodos de cálculo del diseño. En la destilación de multicomponentes, como
en la binaria, se suponen etapas o platos ideales para los cálculos etapa por etapa.
Usando los datos de equilibrio, los cálculos de equilibrio se emplean para obtener el
punto de ebullición y la composición del vapor en equilibrio a partir del líquido, o el
punto de rocío y dicha composición a partir de una composición dada del vapor.
Después se usan balances de material y de calor semejantes a los que se describieron
en la sección ll .6 para calcular los flujos hacia y desde las etapas adyacentes. Estos
cálculos de diseño de etapa por etapa implican cálculos de prueba y error, y
generalmente se emplean computadoras digitales de alta velocidad para proporcionar

21. soluciones rigurosas. (...)(Geankoplis.c,2006,p.753)
Equipos utilizados para la destilación y sus partes.
Los equipos empleados en la destilación son los señalados en la siguiente
ilustración, para destilación de una sola etapa la torre es sustituida por una cámara de
destilación individual acoplada a los otros elementos.
FIGURA 10: columna de destilación con sus elementos y sus partes, con sus
diversas corrientes. Mccabe y Smith,2007.
Modo de operación (batch o continuo) del equipo.
La elección de uno u otro tipo de destilación depende a menudo de la clase de
industria y de la cantidad a procesar. Cuando se trata de destilar grandes volúmenes,
las operaciones continuas son las más convenientes. En cambio, cuando las cantidades

22. son más pequeñas, como es el caso en la industria alimenticia, alcoholera,
farmacéutica, de química fina (aditiva, aromatizante), o de las muy especializadas, se
prefiere la destilación batch.
Columnas batch : En una operación batch, la alimentación a la columna es
introducida por lotes. Esto es, la columna se carga con un lote y es entonces cuando se
lleva a cabo el proceso de destilación. Cuando el objetivo deseado es alcanzado, se
introduce el siguiente lote de alimentación.
Columnas continuas: una columna continua recibe un flujo de alimentación
continuo. No ocurren interrupciones a menos que se presenten problemas con la
columna o en los alrededores de las unidades de proceso. Son capaces de manejar
grandes cantidades de material prima y son las más comunes de los dos tipos .
(Fernandez.C,2013,p.8).
Variables de proceso que deben ser controladas en un proceso de
destilación y sus efectos.
Los paramentos termodinámicos que gobiernan la destilación son la temperatura
y presión del sistema, por tal motivo consideramos como variables del proceso todas
aquellas que puedan afectar el equilibrio entre las fases vapor-líquido.
-Temperatura de transferencia. Esta es la máxima temperatura a la que se eleva el
crudo para vaporizarlo, el rendimiento en destilados depende de esta variable.
-Presión de trabajo. Es la presión a la cual se produce la operación. Si bien afecta
directamente el equilibrio líquido-vapor, generalmente se trabaja a la menor presión
posible, y por ende no se varía frecuentemente.
-Temperatura de cabeza. Es la temperatura en la zona superior de la columna
fraccionadora, se controla con el reflujo de cabeza, este reflujo es la fuente fría que
genera la corriente de líquidos que se contactan con los vapores, produciéndose los
equilibrios líquido- vapor.
-Temperatura del corte. Es la temperatura a la cual se realiza la extracción lateral de
un combustible. Esta temperatura es controlada con el reflujo de cabeza y reflujos
circulantes. Estos últimos tienen un efecto semejante que el reflujo de cabeza y además

23. precalientan el crudo, recuperando energía.
-Inyección de vapor. El vapor o (incondensables ) en las fraccionadoras disminuye la
presión parcial de los hidrocarburos, estableciendo nuevos equilibrios vapor-líquidos,
favoreciendo la vaporización de los componentes mas volátiles. Esto se aplica en la
columna fraccionadora principal como en los strippers de los cortes laterales.
Tipos de platos y empaques aleatorios para destilación, ventajas y
desventajas.
Diversos tipos de torres de artesas (platos) para absorción y destilación. Para
que el contacto entre el líquido y el vapor en la absorción y en la destilación sea
eficiente, muchas veces se usan torres de artesas o platos. El tipo más común de
dispositivo de contacto es el de platos perforados. De acuerdo a sus tipos se pueden
clasificar:
-1 Plato perforado. En la absorción de gas y en la destilación se utiliza esencialmente
el mismo tipo de plato perforado. En éste, el vapor burbujea hacia arriba por los hoyos
sencillos del plato a través del líquido que fluye. Los hoyos tienen tamaños que fluctúan
entre los 3 y los 12 mm de diámetro, y es el de 5 mm un tamaño común. El área de
vapor de los hoyos varía entre el 5 y el 15% del área del plato. El líquido se conserva
sobre la superficie del plato, y no puede fluir de nuevo hacia abajo por los hoyos
porque se lo impide la energía cinética del gas o vapor. La profundidad del líquido
sobre el plato se mantiene por medio de un vertedero de salida con sobreflujo. El
líquido de sobreflujo fluye por la canilla inferior hacia el siguiente plato, inferior.
-2Plato de válvulas. Una modificación del plato perforado es el plato de válvula que
consiste en aberturas en el plato y una cubierta de válvulas con movimiento vertical
para cada abertura, que proporciona un área abierta variable; ésta debe su variabilidad
al flujo de vapor que inhibe la fuga del líquido por la abertura abajas tasas de vapor.
Por lo tanto, este tipo de plato opera a un intervalo mayor de tasas de flujo que el plato
perforado, con un costo sólo un 20% mayor que el del plato perforado. En la actualidad,
el plato de válvulas se utiliza cada vez más.

24. -3Plato de capuchones. Los platos de capuchones, como el de la figura 10.6-lb, se han
usado por mas de 100 tipos, pero desde 1950 generalmente se les remplaza por platos
perforados o de válvula, ya que su costo es casi el doble que el de los platos
perforados. En el plato de capuchones, el vapor o gas se eleva a través de las
aberturas del plato hacia el interior de los capuchones. Después el gas fluye por las
ranuras & la periferia de cada tapa y las burbujas fluyen hacia arriba por el líquido que
fluye. (Geankoplis,2006,p.680) .
Torres empacadas para absorción y destilación. Las torres empacadas se usan
para el contacto continuo a contracorriente de un gas y un líquido en la absorción y
también para el contacto de un vapor y un líquido en la destilación. (...).
Se han desarrollado muchos tipos diferentes de rellenos para torres y hoy en día
existen varias clases comunes. En la figura 10.6-3 se muestran los tipos de empaque
mas usuales, que simplemente se introducen en la torre sin ningún orden. Estos
empaques y otros rellenos comunes se pueden obtener comercialmente en tarnafíos de
3 mm hasta unos 75 mm. La mayoría de los empaques para torres están construidos
con materiales inertes y económicos tales como arcilla, porcelana o grafito. La
característica de un buen empaque es la de tener una gran proporción de espacios
vacíos entre el orden del 60 y el 90%. El relleno permite que volúmenes relativamente
grandes del líquido pasen a contracorriente con respecto al gas que fluye a través de
las aberturas, con caídas de presión del gas relativamente bajas. En los procesos de
separación vapor-líquido de la destilación se utilizan estos mismos tipos de empaques.
También se usan rellenos de formas geométricas que se pueden apilar y con
tamaños de aproximadamente 75 mm. El relleno se apila verticalmente, y se forman
canales abiertos que corren de manera ininterrumpida a través del lecho del empaque.
La ventaja de una menor caída de presión del gas queda cancelada en parte, por el
menor contacto gas-líquido que se obtiene en los rellenos apilados. Entre los empaques
apilados típicos están las rejillas de madera, las de punto de goteo, los anillos espirales
de partición, y otros. (Geankoplis,2006,p.680) .

25. Caída de presión y velocidad de inundación en una torre empacada.
La caída de presión por unidad de longitud (o profundidad) del empaque se debe
a la fricción del fluido; se gráfica en coordenadas logarítmicas frente a la velocidad de
flujo del gas Gy, expresada en masa de gas por hora y por unidad de área de la sección
transversal, considerando que la torre está vacía. Por lo tanto, Gy está relacionada con
la velocidad superficial del gas por medio de la ecuación Gy = u0ρy, donde ρy es la
densidad del gas. Cuando el empaque está seco, la línea que se obtiene es recta y
tiene una pendiente del orden de 1.8. Por consiguiente, la caída de presión aumenta
con la velocidad elevada a una potencia de 1.8. Si el empaque está irrigado con un flujo
constante de líquido, la relación entre la caída de presión y la velocidad de flujo del gas
sigue al principio una línea paralela a la del empaque seco.
La caída de presión es mayor que en el empaque seco, debido a que el líquido
en la torre reduce el espacio disponible para el flujo de gas. Sin embargo, la fracción de
huecos no varía con el flujo de gas. Para velocidades moderadas del gas, la línea para
el empaque irrigado tiene una pendiente cada vez más pronunciada, debido a que el
gas impide el flujo descendente del líquido de forma que aumenta la retención de éste
con la velocidad de flujo del gas. El punto en el que la retención de líquido comienza a
aumentar, hecho que se aprecia por un cambio de la pendiente de la línea de la caída
de presión, recibe el nombre de punto de carga. Sin embargo, como se aprecia en la
figura 10 no es fácil obtener un valor exacto para el punto de carga.
Es evidente que la velocidad del gas en la columna empacada en operación debe
ser inferior a la velocidad de inundación. Sin embargo, a medida que se aproxima la
inundación, la mayor parte o toda la superficie de empaque se humedece, aumentando
el área de contacto entre el gas y el líquido. El diseñador debe escoger una velocidad
suficientemente distante de la velocidad de inundación para garantizar una operación
segura, pero no tan baja que se requiera de una columna mucho más grande. Bajar la
velocidad del diseño hace que se incremente el diámetro de la torre sin mucho cambio
en la altura requerida, a partir de que bajas velocidades de gas y líquido llevan a una
reducción proporcional cercana a la velocidad de la transferencia de masa. Uno de los
beneficios de la baja velocidad del gas es el decremento de la caída de presión, pero el

26. costo de la energía consumida no es por lo común un factor importante en la
optimización del diseño. En algunas ocasiones, la velocidad del gas es escogida como
la mitad de la velocidad de inundación que se predice a partir de una correlación
generalizada. Esto quizá parezca muy conservador, pero hay una dispersión
considerable en los datos publicados para la velocidad de inundación, y las
correlaciones generalizadas no son muy exactas. Se emplea una aproximación más
cercana a la velocidad de inundación si se dispone de los datos detallados de
funcionamiento para la selección del empaque. También es posible diseñar torres
empacadas con base en una caída de presión definida por unidad de altura del
empaque
FIGURA 11: Caída de presión en una torre empacada para el sistema aire-agua
con montura Intalox de 1 in. (1 000 lb/ft2 · h = 1.356 kg/m2 · s; 1 in. H2O/ft = 817 Pa/m).
fuente :Mccabe y smith operaciones unitarias en ingeniería química.
Una correlación muy utilizada para estimar caídas de presión en empaques
colocados de manera aleatoria se presenta en la figura 9 donde Gx y Gy están en lb/ft2
· s, μx está en cP, ρx y ρy están en lb/ft3, y gc es 32.174 lb · ft/lbf · s2. Las
primeras versiones de esta.

27. FIGURA 12:Correlación generalizada para la caída de presión en columnas
empacadas. (1 in. H2O/ft = 817 Pa/m) (Según Eckert.3) fuente: McCabe y Smith.
Una correlación alternativa para la caída de presión en columnas empacadas fue
propuesta por Strigle27 y se presenta en la figura 12. La abscisa es esencialmente la
misma que para la figura 10, pero la ordenada incluye el factor de capacidad
Cs = u0√ρy/(ρx – ρy), donde u0 es la velocidad superficial en pies por segundo. La
viscosidad cinemática del líquido ν está en centistokes.

28. FIGURA 13: Correlación generalizada alternativa de la caída de presión. (1 in. H2O/ft =
817 Pa/m). fuente: Mccabe y Smith. -(Mccabe y Smith,2006) .
Características de los empaques.
En la siguiente tabla se representan las características de diferentes tipos de
empaques. Tamaño nominal, densidad, área total,porosidad y factores de empaque.
FIGURA 14: Empaques comunes en torres: a) anillos Raschig; b) anillo metálico
Pall; c) anillo plástico Pall; d) montura Berl; e) montura de cerámica Intalox; f) montura
plástica Super Intalox; g) montura metálica Intalox.
TABLA 1: Características de empaques para torres. Fuente:Mcabe y Smith,operaciones
unitarias en ingeniería química.

29. CONCLUSIONES,
1)-La destilación es una operación de separación aplicables a mezclas cuyos
componentes poseen diferencias significativas en punto de ebullición o presión de
vapor, cuyo comportamiento en el equilibrio esta definido por la ley de Raoult , es decir ,
no presentan desviaciones del comportamiento ideal.
2)-La rectificación es un proceso de destilación de múltiples etapas con
recirculacido, para separar componentes cuyo punto de ebullición no difieren
significativamente.
3)-Las unidades indispensables para un proceso de destilación a nivel industrial
son: cámara de destilado, rehervidor, enfriador y condensador.
4)-El método de Mccabe-Thiele es un método basado en los análisis de la
sección de enriquecimiento y empobrecimiento de la torre sobre el componente volátil,
que mediante una interpretación gráfica predice el numero de etapas o platos teóricos
que debe poseer una unidad de destilado a partir de la composición que se desea
obtener del mismo.
5)-Los azeótropo son desviaciones del comportamiento ideal de una solución en
el que la composición del vapor y del liquido son iguales, lo cual impide la separación
mediante una destilación ordinaria.
6)-En la separación de mezclas de n componentes se requiere n-1 procesos de
separación.
8)-la destilación es una operación que depende de la temperatura por lo tanto
esta debe ser la variable a optimizar en el transcurso del proceso, para obtener un
destilado de acuerdo a las especificaciones del producto.

30. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
-Fernandez. C. A.,(2013). Control Predictivo Basado en Modelo (MPC) de una Columna
de Destilación Binaria para la producción de etanol, (tesis de pregrado),
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Cuba
-Geankoplis C., (2006). Procesos de transporte y principios de procesos de separación.
Tercera edición. México D.F., Editorial Continental.
-Grandez. A, y Pacaya.J,(2013) Calculo del numero etapas teóricas en destilación
continua para sistemas binarios, método combinado: McCABE-THIELE Y
SOREL-LEWIS, utilizando hoja de calculo exel en la fiq-unap. (Tesis de
pregrado) Universidad Nacional de la Amazonia Peruana, Perú.
-McCabe W. y Smith J., (2007). Operaciones unitarias en ingeniería química. Séptima
edición. México D.F., Editorial Mc Graw-Hill.
-Reyes. J,(1998) Diseño de Columnas de Rectificación y Extracción Multicomponente.
Cálculo del Reflujo Mínimo . (Tesis Doctoral).España
-Seader J., (2011). Separation process principles. Chemical and biochemical operations.
tercera edición. United States, Editorial JohnWiley & Sons, Inc.
-Smith. J., Van Ness. H., y Abbott. M.,(1997),Introducción a la termodinámica en
ingeniería química, cuarta edición, México, editorial McGraw Hill