El principal objetivo de la destilación es separar una mezcla en sus componentes, esta separación ocurre debido a las volatilidades de los componentes, de modo que los componentes con mayor volatilidad se obtendrán en la parte superior de la columna como producto destilado y los componentes con menor volatilidad son obtenidos en la parte inferior de la columna como producto de fondo.
Para llevar a cabo una destilación, hay dos tipos de columnas. Las columnas empacadas o de contacto continuo, y las columnas de platos o de etapas discretas.
En las columnas de contacto continuo no hay etapas diferenciadas y la separación de fases ocurre en los extremos del equipo. Generalmente, la fase gaseosa es continua y el objetivo del relleno es aumentar la turbulencia. El líquido fluye por el interior del relleno o sus alrededores donde hace contacto con el gas para realizar la transferencia de masa.
Empaque o relleno de una columna
El relleno puede estar formado por anillos o por monturas de material cerámico, metálico o plástico, puestos en la torre al azar. Igualmente, el relleno puede ser ordenado por medio de espirales, rejillas o mallas metálicas. En las columnas de etapas discretas, se ponen en contacto con la fase ligera y pesada en cada una de las etapas o platos, donde se mezclan y posteriormente se separan.
Las fases fluyen en contracorriente y la separación depende de algunas variables como la temperatura, presión, velocidad de flujo, composición de alimentación y el número de etapas.
Ventajas y desventajas de una columna empacada
Las ventajas radican en que poseen una alta eficiencia y una baja caída de presión, tienen un menor costo y buenos coeficientes de transferencia de masa con respecto a las columnas de platos. También tienen la ventaja de trabajar a grandes capacidades y tienen un menor costo que las columnas de platos.
Por lo anterior son utilizadas generalmente cuando la retención de líquidos no puede ser muy alta, cuando las sustancias que se desean separar son sensibles a la temperatura y a nivel laboratorio debido a que son capaces de producir el equivalente a muchas etapas en altura.
Las columnas empacadas presentan grandes desventajas como la dificultad para predecir el flujo en el interior de las mismas. Además, los modelos realizados están hechos para mezclas que sólo presenten dos fases y dichos modelos no tienen en cuenta el régimen en el que se encuentre el flujo.
Estructura de una torre empacada
Las columnas son verticales que deben tener un rehervidor en el fondo (aunque también se puede utilizar vapor vivo), un condensador, medios para regresar el reflujo de líquido y del vapor, así como medios para introducir la alimentación. Han sido llenadas con un empaque o dispositivo de gran superficie. El líquido se distribuye sobre dicho empaque y desciende a través del lecho empacado, de forma que se pone en contacto una gran superficie con el gas.
Para diseñar este tipo de columnas se pueden utilizar tanto el método de Ponchon – Savarit como el método de McCabe – Thiele, siempre y cuando se puedan aplicar las suposiciones inherentes a este último método. Por otro lado, para torres empacadas, los flujos se basan en la unidad de área de la sección transversal de la torre.
En general se conocen tres tipos de columnas empacadas
1- El empaque amortiguado o al azar donde piezas individuales de empaque de un diseño específico son “amortiguadas” o empacadas al azar en una coraza o en una sección de la coraza.
2- El empaque geométrico sistemático (o empaque estructurado) en el cual algunas secciones específicas son puestas ordenadamente en un lugar particular con referencia a otras secciones para asegurar un área de contacto completamente uniforme entre las fases para cualquier punto de la columna empacada.
3- Las columnas de pseudoplato, donde esencialmente el área de contacto entre fases está dado por platos en lugares definidos de la columna. Debido a que el paso del vapor y el líquido es el mismo en este tipo de dispositivo de contacto, estas columnas tienen las mismas limitaciones en operación que las columnas empacadas, pero menos área de contacto por unidad de volumen de la coraza
BIBLIOGRAFÍA
- McCabe, W. L. (1991). Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Madrid, España: McGraw Hill.
- Seader, J. D. (2000). Operaciones de Separación por Etapas de Equilibrio en Ingeniería Química. México D.F.: Reverté S.A.
- Treybal, R. (1990). Operaciones de Transferencia de Masa (Segunda ed.). México: McGraw ‐ Hill.