El funcionamiento
de toda columna de destilación se basa en que existe un vapor que
asciende por la columna el cual se encuentra con
un líquido que desciende, entonces
se produce una transferencia
de materia y energía en cada etapa (bien sea un plato o una porción
de relleno). Aunque la alimentación sea un líquido subenfriado,
el vapor aparece como consecuencia del hervidor situado en la parte inferior
de la columna, hay que tener en cuenta que los únicos aportes de
calor a lo largo de la columna se realizan en el hervidor y en el condensador.
El vapor,
a medida que se aproxima a la parte superior de la columna, se enriquece
en los componentes volátiles de la mezcla, mientras que el líquido
que circula en contracorriente arrastra los componentes más pesados.
Las corrientes
que salen de cada etapa se encuentran en equilibrio pero las que entran
no lo están. Las corrientes de líquido están en sus
puntos de burbuja y las corrientes de vapor en sus puntos de rocío,
por tanto se produce un intercambio calorífico entre ambas corrientes.
Para determinar las composiciones de cada corriente se pueden usar diagramas
semejantes al que se muestra:
Diagrama
de puntos de ebullición para una sección de rectificación
(Todas
las fracciones molares que se muestran aquí y en las secciones
sucesivas están referidas al componente más volátil
de la mezcla).
La
facilidad de la separación va a depender del valor de la volatilidad
relativa:
donde
Ki son las constantes de equilibrio (Ki
= yi/xi)
En
el caso de una solución ideal:
siendo
Cuanto
mayor sea la volatilidad relativa, mayor será la separación.
Por
otro lado hay que destacar la importancia del reflujo
en una columna de destilación ya que si no resultaría imposible
conseguir una concentración en el producto de cabeza mayor que en
la alimentación. Se tiene un reflujo mínimo
que es la cantidad mínima necesaria que se debe retornar a la columna
para que se verifique la separación y un reflujo
máximo o reflujo total para el cual todo el producto de cabeza
se recicla a la columna. Normalmente existe un reflujo
óptimo para el cual la eficacia es máxima. La mayoría
de columnas están diseñadas para trabajar con una relación
entre el reflujo mínimo y el óptimo de 1,1 a 1,5.
Mecanismo
de destilación binaria
Se
puede emplear un condensador parcial o uno
total para la destilación. La elección depende de la pérdida
de carga del acumulador de reflujo,
así como de otras características del proceso.
Se recomienda la utilización de un condensador total si la pérdida
de carga es aproximadamente de 1,48 MPa y si ésta es superior,
entre 1,48 y 2,52 MPa, se usará un condensador parcial.
