2 Destilación

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LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II - GUÍA DE PRÁCTICAS 
 
DESTILACIÓN 
1. Objetivo 
Llevar a cabo el proceso de destilación continua de una mezcla binaria etanol-agua en la torre de 
destilación. 
2. Introducción 
La destilación es una de las operaciones unitarias más empleadas a nivel industrial y se utiliza 
frecuentemente para concentrar bebidas alcohólicas. La destilación es un proceso de separación 
física que aprovecha las diferencias entre los puntos de ebullición de los componentes 
involucrados en la mezcla a separar. Cuando una mezcla de dos componentes o más es 
introducida a una columna de destilación (Figura 1), el vapor que se genera tendrá una 
concentración mayor en el componente más volátil (Menor punto de ebullición) saliendo por el 
tope de la columna mientras que el componente más pesado saldrá por los fondos de la torre de 
destilación. La separación en destilación está regida por el Equilibrio Liquido Vapor (ELV) del 
sistema donde la relación de las fracciones molares en la fase vapor y liquida (K) depende de la 
temperatura, presión y composición, lo que permite definir la volatilidad relativa (αij) de los 
componentes i y j conforme a la ecuación (1): 
 
 
Figura 1. Columna de destilación. (Tomado de: Industria e Ingeniería Química. www. 
goo.gl/QGBKQs) 
 
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𝛼𝑖𝑗 =
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐾 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑖
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐾 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑗
 (1) 
 
Para sistemas binarios, es posible expresar la composición molar en el vapor del componente i en 
función de las volatilidades relativas conforme a la ecuación (2): 
 
𝑦𝑖 =
𝛼𝑖𝑗𝑥𝑖
1+(𝛼𝑖𝑗−1)𝑥𝑖
 (2) 
 
La fugacidad del vapor y del líquido en el equilibrio son iguales (fV = fL), mientras que la fugacidad 
del vapor puede mirarse como una presión parcial corregida conforme a la ecuación (3), la 
fugacidad en la fase liquida puede mirarse como una presión de vapor corregida conforme a la 
ecuación (4). 
 
𝑓𝑖
𝑉 = 𝜙𝑖
𝑉(𝑃𝑦𝑖) (3) 
 𝑓𝑖
𝐿 = 𝜙𝑖
𝐿𝛾𝑖𝜓𝑖(𝑥𝑖𝑃𝑖
𝑇) (4) 
 
Donde φiV es el coeficiente de fugacidad en el vapor que involucra el efecto de la no idealidad en la 
fugacidad del vapor. φiL es el coeficiente de fugacidad en el líquido y que considera el efecto de la 
no idealidad del vapor en la fugacidad del líquido. Ψi es el factor de Poynting y tiene en cuenta el 
efecto de la presión en la fugacidad liquida, este efecto es pequeño a presiones bajas y puede no 
considerarse. ϒi es el coeficiente de actividad de la fase liquida y corrige la fugacidad del líquido 
por el efecto de la composición. Por otro lado, la sumatoria de las fracciones molares en la fase de 
vapor y liquido suman la unidad de acuerdo a las ecuaciones (5) y (6). 
 
∑ 𝑥𝑖
𝑛𝑐
𝑖=1 = 1 (5) 
∑ 𝑦𝑖
𝑛𝑐
𝑖=1 = 1 (6) 
 
Los diagramas de fase sirven para representar los sistemas binarios usando dos de las tres 
variables: temperatura, presión y composición. El diagrama x-y permite conocer las composiciones 
en el equilibrio (Figura 2(a)) mientras que el diagrama T-xy permite conocer las relaciones de las 
composiciones con la temperatura (Figura 2(b)). En la figura 2(b), a una composición x1 y una 
temperatura T1, el punto B representa el punto de burbuja, es decir, cuando el líquido está listo 
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para comenzar su ebullición. Cuando el líquido comienza a hervir a la temperatura T1, su 
composición en el vapor es y1 y está en su punto de roció, punto D. 
 
 
Figura 2. (a) Diagrama x-y. (b) Diagrama temperatura composiciones. 
 
Existen mezclas binarias y multicomponentes que tienen una alta interacción física y/o química, lo 
que hace que los diagramas nombrados tengan un comportamiento diferente. En un diagrama de 
composiciones x-y, la línea del equilibrio intersecta a la línea diagonal haciendo que las 
composiciones de líquido y vapor sean idénticas. A este punto se le denomina azeotropo. Las 
mezclas binarias pueden tener azeotropos de mínimo y máximo punto de ebullición (Figura 3) lo 
que limitara los productos de destilado y fondo en una destilación, impidiendo obtener separados 
completamente a los dos componentes en las condiciones de temperatura y presión dadas. 
 
 
Figura 3. Azeotropos de mínimo y máximo punto de ebullición 
 
 
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3. Materiales 
Torre de destilación ubicada en el CIPI 
Baldes de 50 litros 
Alcoholímetro 
Cronómetro 
Refractómetro 
Probetas 
 
4. Procedimiento 
NOTA: Cada grupo de trabajo debe revisar el equipo a utilizar en el laboratorio la semana previa a 
la práctica, con el ánimo de conocer su funcionamiento y que la práctica se desarrolle de manera 
fluida. 
 
Cada grupo deberá realizar la curva de calibración de Índice de refracción vs concentración de 
alcohol con el ánimo de calcular las concentraciones de etanol en el transcurso de la práctica. Una 
vez conocida la torre de destilación y su funcionamiento, debe prenderse la caldera (Apóyese en 
los técnicos del laboratorio para esta tarea). Una vez se cuenta con vapor, debe purgarse la línea 
de vapor. Debe luego, dar paso al alimento que previamente preparo a una concentración 
conocida (Sugerencia: mezcla de etanol entre el 10% y 25%). Debe proporcionar un flujo de 
alimento a la torre de 1 L/min aproximadamente (Este flujo deberá ser organizado por el grupo). 
Una vez tenga este flujo debe abrir las válvulas para empezar a darle paso al alimento hacia la 
primera torre de destilación y controlar que no se inunde (Sugerencia: trate de tener el líquido en 
la mitad de la mirilla). Apóyese en el tablero de control para la lectura de las temperaturas a lo 
largo de las torres de destilación. Una vez tenga alimento entrando en la segunda columna de 
destilación, asegúrese de no inundarla, tenga en cuenta la misma sugerencia de la primera torre 
de destilación. Cuando el nivel del líquido en el tanque colector del tope de la segunda columna 
está casi en el 80%, mida el reflujo que desea tener en la destilación y luego darle paso al destilado 
para ser recolectado en un balde. 
Recuerde que debe registrar cada 10 minutos todas las temperaturas (6 temperaturas a lo largo de 
cada columna de destilación), presiones, concentraciones (Tope, alimento y fondos de las dos 
torres de destilación) y volúmenes de líquido que obtenga en la práctica y tiempos (para 
determinar flujos), para realizar los cálculos que presentaran en el informe de la práctica. El 
formato para el diligenciamiento de los datos experimentales debe ser elaborado por cada grupo 
(como ejemplo ver la tabla 1) una vez realizada la vista al laboratorio y conocido su 
funcionamiento. 
 
 
 
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Tabla 1. Tabla de datos (Esta tabla solo es un ejemplo de cómo presentar los datos) 
Tiempo (min) T1 (ºC) T2 (ºC) P1 (bar) P2 (bar) Con1 … etc 
0 
10 
20 
30 
… 
180 
 
5. Cálculos 
Una vez obtenidos todos los datos, deberánrealizarse los siguientes cálculos: 
1. Obtener el balance de materia de la operación de destilación en continuo 
2. Diagrama de equilibrio y cálculo del número de etapas teóricas usando el diagrama de 
McCabe Thiele y por lo tanto, la altura equivalente a un plato teórico. 
3. Determinar la eficiencia de la destilación 
 
6. Aspectos de seguridad 
Siga siempre las instrucciones del docente, monitor o auxiliar presente. 
Use siempre los elementos de seguridad: Overol, casco, guantes y gafas de seguridad. 
 
7. Preguntas y temas por investigar 
 
• Destilación de mezclas binarias 
• Que es un azeotropo?, cual es el efecto de la temperatura y presión sobre la composición 
azeotropica? 
• Variables involucradas en la destilación 
• Zonas de agotamiento y enriquecimiento en una columna de destilación 
• Líneas de operación de cada zona 
• Aplicación y usos de la operación unitaria de destilación 
• Destilación de mezclas multicomponentes 
 
8. Bibliografía 
TREYBAL, R. E.: "Operaciones de Transferencia de Masa" McGraw-Hill 1980 
SMITH, J. M. "Introducción a la termodinámica en ingeniería química" McGraw 1991.