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Destilación por lotes

La destilación por lotes [1] se refiere al uso de la destilación en lotes, lo que significa que se destila una mezcla para separarla en sus fracciones componentes antes de que e...

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La destilación por lotes [1] se refiere al uso de la destilación en lotes, lo que significa que se destila una mezcla para separarla en sus fracciones componentes antes de que el alambique de destilación se vuelva a cargar con más mezcla y se repita el proceso. Esto contrasta con la destilación continua , en la que se agrega la materia prima y se extrae el destilado sin interrupción. La destilación por lotes siempre ha sido una parte importante de la producción de productos químicos estacionales o de baja capacidad y alta pureza . Es un proceso de separación muy frecuente en la industria farmacéutica .

Rectificador por lotes

Diagrama de un rectificador por lotes

La configuración de destilación por lotes más simple y utilizada con más frecuencia es el rectificador por lotes , que incluye el alambique y el alambique . El rectificador por lotes consta de un caldero (o recalentador ), una columna rectificadora, un condensador , algún medio para separar una parte del vapor condensado (destilado) como reflujo y uno o más receptores.

El recipiente se llena con la mezcla líquida y se calienta. El vapor fluye hacia arriba en la columna rectificadora y se condensa en la parte superior. Por lo general, todo el condensado se devuelve inicialmente a la columna como reflujo . Este contacto de vapor y líquido mejora considerablemente la separación. Generalmente, este paso se llama arranque. El primer condensado es la cabeza y contiene componentes indeseables. El último condensado son las fintas y también son indeseables, aunque agregan sabor. En el medio está el corazón y esto forma el producto deseado.

La cabeza y las partículas finas se pueden desechar, refluir o agregar al siguiente lote de puré/jugo, según la práctica del destilador. Después de un tiempo, una parte del condensado de cabeza se retira de forma continua como destilado y se acumula en los receptores, y la otra parte se recicla en la columna como reflujo.

Debido a las diferentes presiones de vapor del destilado, la destilación de cabeza cambiará con el tiempo, ya que al principio de la destilación por lotes, el destilado contendrá una alta concentración del componente con mayor volatilidad relativa. Como el suministro de material es limitado y se eliminan los componentes más ligeros, la fracción relativa de componentes más pesados ​​aumentará a medida que avance la destilación.

Stripper por lotes

Diagrama de un despojador por lotes

La otra configuración sencilla de destilación por lotes es el separador por lotes . El separador por lotes consta de las mismas piezas que el rectificador por lotes. Sin embargo, en este caso, el recipiente de carga se encuentra por encima de la columna de separación.

Durante el funcionamiento (después de cargar el recipiente y poner en marcha el sistema), los componentes de alto punto de ebullición se separan principalmente de la mezcla de carga. El líquido en el recipiente se empobrece en los componentes de alto punto de ebullición y se enriquece con los de bajo punto de ebullición. El producto de alto punto de ebullición se dirige a los receptores de producto de la parte inferior. El producto de bajo punto de ebullición residual se retira del recipiente de carga. Este modo de destilación por lotes se aplica muy raramente en procesos industriales.

Diagrama de una columna de vaso intermedio

Columna de vaso intermedio

Una tercera configuración de columna de lotes factible es la columna de recipiente intermedio . La columna de recipiente intermedio consta de una sección de rectificación y una de destilación y el recipiente de carga está ubicado en el medio de la columna.

Estudios de viabilidad

Generalmente, los estudios de viabilidad de la destilación por lotes se basan en el análisis de los siguientes mapas:

  • Mapa de curvas de residuos
  • Mapa de ruta fija
  • Mapa de ruta del destilado
  • Diferentes mapas de perfiles de columnas

Durante los estudios de viabilidad se parte de los siguientes supuestos básicos simplificadores:

  • Número infinito de etapas de equilibrio.
  • relación de reflujo infinita
  • Retención insignificante de la bandeja en las dos secciones de la columna
  • estado cuasi-estacionario en la columna
  • desbordamiento molar constante

Bernot et al. [2] utilizaron las regiones de destilación por lotes para determinar la secuencia de las fracciones. Según Ewell y Welch, [3] una región de destilación por lotes proporciona las mismas fracciones tras la rectificación de cualquier mezcla que se encuentre en ella. Bernot et al. [2] examinaron las rutas del destilado y del alambique para determinar los límites de la región bajo un gran número de etapas y una alta relación de reflujo, denominada separación máxima. Pham y Doherty en un trabajo pionero [4] describieron la estructura y las propiedades de los mapas de curvas de residuos para mezclas azeotrópicas heterogéneas ternarias. En su modelo, todavía no se tiene en cuenta la posibilidad de separación de fases del vapor condensado. Los puntos singulares de los mapas de curvas de residuos determinados por este método se utilizaron para asignar regiones de destilación por lotes por Rodríguez-Donis et al. [5] [6] y Skouras et al. [7] [8] Modla et al. [9] señalaron que este método puede dar resultados engañosos para la cantidad mínima de arrastrador. Lang y Modla [10] ampliaron el método de Pham y Doherty y sugirieron un nuevo método general para el cálculo de curvas de residuos y para la determinación de regiones de destilación por lotes de destilación heteroazeotrópica.

Lelkes et al. [11] publicaron un método de viabilidad para la separación de azeótropos de punto de ebullición mínimo mediante destilación por lotes con alimentación continua de un arrastrador. Lang et al. (1999) [12] aplicaron este método para el uso de un arrastrador ligero en el rectificador y separador por lotes y Lang et al. [13 ] lo aplicaron para azeótropos máximos . Modla et al. [9] ampliaron este método para la destilación heteroazeotrópica por lotes con alimentación continua de un arrastrador.

Véase también

Referencias

  1. ^ Kister, Henry Z. (1992). Diseño de destilación (1.ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-034909-4.
  2. ^ ab Bernon, Christine; Doherty, Michael F.; Malone, Michael F. (1990). "Patrones de cambio de composición en la destilación por lotes multicomponente". Chemical Engineering Science . 45 (5). Elsevier BV: 1207– 1221. doi :10.1016/0009-2509(90)87114-8. ISSN  0009-2509.
  3. ^ Ewell, RH; Welch, LM (1945). "Rectificación en sistemas ternarios que contienen azeótropos binarios". Química industrial e ingeniería . 37 (12). Sociedad Química Estadounidense (ACS): 1224– 1231. doi :10.1021/ie50432a027. ISSN  0019-7866.
  4. ^ Pham, Hoanh N.; Doherty, Michael F. (1990). "Diseño y síntesis de destilaciones azeotrópicas heterogéneas—II. Mapas de curvas de residuos". Chemical Engineering Science . 45 (7). Elsevier BV: 1837– 1843. doi :10.1016/0009-2509(90)87059-2. ISSN  0009-2509.
  5. ^ Rodríguez Donis, Ivonne; Gerbaud, Vincent; Joulia, Xavier (2002). "Viabilidad de procesos de destilación por lotes heterogéneos". AIChE Journal . 48 (6). Wiley: 1168– 1178. doi :10.1002/aic.690480605. ISSN  0001-1541.
  6. ^ Donis, Ivonne Rodríguez; Esquijarosa, Jhoany Acosta; Gerbaud, Vincent; Joulia, Xavier (2003). "Destilación extractiva por lotes heterogénea de mezclas azeotrópicas de punto de ebullición mínimo". AIChE Journal . 49 (12). Wiley: 3074– 3083. doi :10.1002/aic.690491209. ISSN  0001-1541. S2CID  96403367.
  7. ^ Skouras, S.; Kiva, V.; Skogestad, S. (2005). "Separaciones factibles y reglas de selección de arrastradores para la destilación por lotes heteroazeotrópica". Chemical Engineering Science . 60 (11). Elsevier BV: 2895– 2909. doi :10.1016/j.ces.2004.11.056. ISSN  0009-2509.
  8. ^ Skouras, S.; Skogestad, S.; Kiva, V. (2005). "Análisis y control de la destilación discontinua heteroazeotrópica". AIChE Journal . 51 (4). Wiley: 1144– 1157. doi :10.1002/aic.10376. ISSN  0001-1541.
  9. ^ ab Modla, G.; Lang, P.; Kotai, B.; Molnar, K. (2003). "Rectificación heteroazeotrópica por lotes de una mezcla de bajo α bajo alimentación continua de un arrastrador". AIChE Journal . 49 (10). Wiley: 2533– 2552. doi :10.1002/aic.690491009. ISSN  0001-1541.
  10. ^ Lang, P.; Modla, G. (2006). "Método generalizado para la determinación de regiones heterogéneas de destilación por lotes". Chemical Engineering Science . 61 (13). Elsevier BV: 4262– 4270. doi :10.1016/j.ces.2006.02.004. ISSN  0009-2509.
  11. ^ Lelkes, Z.; Lang, P.; Moszkowicz, P.; Benadda, B.; Otterbein, M. (1998). "Destilación extractiva por lotes: el proceso y las políticas operativas". Chemical Engineering Science . 53 (7). Elsevier BV: 1331– 1348. doi :10.1016/s0009-2509(97)00420-x. ISSN  0009-2509.
  12. ^ Lang, P.; Lelkes, Z.; Otterbein, M.; Benadda, B.; Modla, G. (1999). "Estudios de viabilidad para la destilación extractiva por lotes con un arrastrador de luz". Computers & Chemical Engineering . 23 . Elsevier BV: S93 – S96 . doi :10.1016/s0098-1354(99)80024-6. ISSN  0098-1354.
  13. ^ Lang, P.; Modla, G.; Benadda, B.; Lelkes, Z. (2000). "Destilación homoazeotrópica de azeótropos máximos en un rectificador por lotes con alimentación continua de arrastre I. Estudios de viabilidad". Computers & Chemical Engineering . 24 ( 2– 7). Elsevier BV: 1665– 1671. doi :10.1016/s0098-1354(00)00448-8. ISSN  0098-1354.

Lectura adicional

  • Perry, Robert H. y Green, Don W. (1984). Manual de ingenieros químicos de Perry (7.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049841-9.
  • Johann G. Stichlmair; James R. Fair (1998). Destilación: principios y práctica . Wiley-VCH. ISBN 978-0-471-25241-2.
  • IM Mujtaba (2004). Destilación por lotes: diseño y funcionamiento . Imperial College Press. ISBN 978-1-86094-437-6.
  • Hilmen Eva-Katrine, Separación de mezclas azeotrópicas: herramientas para el análisis y estudios sobre la operación de destilación por lotes , tesis, Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, (2000).
  • Beychok, Milton (mayo de 1951). "Solución algebraica del diagrama de McCabe-Thiele". Progreso de la ingeniería química .
  • Programa de destilación discontinua en línea Destilación discontinua de compuestos de hidrocarburos.
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