elaboración son muchas, y se distinguen las siguientes:
Whisky: Incluye todas sus variedades; Escocés (Scotch), Irlandés, Whiskies Estadounidenses y Canadienses. Incluyen cierto añejamiento según sea su productor. Se elaboran siempre a partir de cereales o malta.
Vodka: Los de Europa oriental y báltica se elaboran a base de patatas y cereales, y los occidentales a partir de cereales solamente.
Ron: Ron español o Rhum francés. Partiendo todos de la caña de azúcar, se agrupan en tres variantes básicas. (1) los secos y de cuerpo liviano. Producidos en Cuba, Puerto Rico, México, Argentina, Brasil y Paraguay; (2) los de cuerpo intenso producidos principalmente en Jamaica, Barbados y Demerara (Guyana Británica); (3) los tipo Brandy pero aromáticos de Java e Indonesia, Haití y Martinica.
Brandy o Coñac: A partir de la destilación de vino o fruta y añejado en toneles de madera. Los más conocidos son los que han tenido origen en Francia bajo el término de cognac y es el reconocido como destilación de vino. Los de fruta parten de manzanas, cereza, albaricoque (damasco),ciruela, etc. aunque son bebidas conocidas no como brandy o cognac si no por las marcas del producto terminado o nombre histórico que se les haya asignado.
La Slivovitza que derivan su nombre de la ciruela utilizada (Quetsch o Mirabelle). El BaratPalinka que deriva del albaricoque y añejada en barriles de madera. El Brandy de cereza que es también conocido como Kirsch en Francia y Kirschwasser en Alemania y Suiza que no tiene añejamiento alguno y por tanto color transparente.
Tequila: Obtenido a partir del mezcal o agave, variedades de cactus de México y del desierto del sur de Estados Unidos de Norteamérica. Su añejamiento aumenta su calidad. Se comercializa con graduaciones alcohólicas que van desde los 37º hasta los 50º.
Oke (Okelehao): Parte de la destilación de melaza de caña de azúcar, arroz y jugo de una fruta local con la que también hacen una comida llamada Poi. Es añejada en barriles de roble.
Ngkapy: Es una variedad de whisky chino de 43º hecho a partir de mijo y hierbas aromáticas y envejecidas en madera.
Aguardientes aromáticos: Este grupo incluye varias bebidas alcohólicas de (mayor a 40º). Aquí se encuentran la ginebra, la Zubrovka y el Akvavit escandinavo, distinta al aquavitaeescocess. La ginebra se elabora a partir de cerealesaromatizados con bayas de enebro. La Zubrowka (45º) pero aromatizada con ciertas variedades de hierbas aromáticas. El Akvavit escandinavo (46º) que se produce en forma similar a la ginebra pero incluye destilado de patata y se aromatiza con semillas de comino. La variedad Danesa es incolora y se aromatiza con semilla de carvi. Las variedades Noruegas y Suecas tienen tono rojizo, son más dulces y picantes. La variedad Finlandesa se aromatiza con canela. La cachaza brasileña elabora a partir de caña de azúcar, con la diferencia que no incluye añejamiento en madera y carece de aroma por lo que suele complementarse con azucares y cítricos.
Licores: Es el grupo quizá de menor graduación alcohólica y que incluye las bebidas más dulces y aromáticas. La cantidad de combinaciones y sabores existente es ilimitada. En muchos casos es estandarizada y en otros es asociado a una marca. Su graduación alcohólica comienza en los 27º y termina con los más fuertes en los 40º.
2.3.5 APARATO DE DESTILACIÓN
Técnicamente el término alambique se aplica al recipiente en el que se hierven los líquidos durante la destilación, pero a veces se aplica al aparato entero, incluyendo la columna fraccionadora, el condensador y el receptor en el que se recoge el destilado. Este término se extiende también a los aparatos de destilación destructiva o craqueo. Los alambiques para trabajar en el laboratorio están hechos normalmente de vidrio, pero los industriales suelen ser de hierro o acero. En los casos en los que el hierro podría contaminar el producto se usa a menudo el cobre. A veces también se usa el término retorta para designar a los alambiques
2.3.6. BALANCE DE MATERIA
Balance de Materia para una destilación flash, según el diagrama simplificado siguiente:
Balance de masa
F = D + W
F .Xf = D . Yd + W .Xw
D = q . F ⇒ W = ( 1 – q ) . F q = cantidad de líquido que se vaporiza - . Destilado obtenido
. q = f (entalpía, calor entregado, Δpresión) F .Xf = q. F . Yd + ( 1 – q) . F .Xw 𝑌𝑑 = 𝑋𝑓 𝑄 − (1 − 𝑞). 𝑋𝑊 𝑞 Para el caso de Destilación continua
el diagrama simplificado es el siguiente:
BALANCES PARA LA COLUMNA COMPLETA
F = D+W
F *Xf = D * Xd + W * Xw
F * HF = D* HD + W * Hw + Qb - Qc
2.4 RECTIFICACIÓN
ejemplo, para elfraccionamiento del petróleo.
Si se vuelve a destilar elcondensado obtenido de unadestilación, se obtiene un nuevodestilado con un contenido aúnmayor de componentes másvolátiles. Repitiendo variasveces este proceso se puedeaumentar con cada paso estecontenido en el destilado.
En la práctica, esta destilaciónmultietapa se realiza enuna columna de destilación encontracorriente (rectificación).
En este proceso, la mezclalíquida a separar (alimento) selleva al fondo de la columna(calderín) y se pone allí enebullición. El vapor generadosube por la columna, sale deella por la parte superior yse condensa. Una parte delcondensado se separa comoproducto de cabeza. La otraparte vuelve como reflujo a lacolumna, por la que desciendecomo fase líquida.
Descripción de la columna de rectificación
1 alimento, 2 dispositivo de calefacción del fondo, 3 residuo, 4 fondo de la columna (calderín), 5 producto de cabeza (destilado), 6 reflujo, 7 condensador, 8 cabeza de la columna, 9 platos de borboteo (en la figura: tipo campana); x fase líquida, y fase de vapor
FIGURA 2.12.Representación simplificada de una columna de rectificación
En su recorrido hacia la cabeza, el vaporgenerado en el calderín experimenta unintercambio íntimo de calor y de materiacon la fase líquida, en los platos de borboteoo rellenos dispuestos en la columna.
Durante este proceso se condensanlos componentes menos volátiles de lafase de vapory enriquecen la faselíquida. Al mismo tiempo, el calor decondensación liberado se encargade evaporar los componentes másvolátiles de la fase líquida. Debidoa estos procesos que se desarrollanen la columna, el contenido decomponentes más volátiles de lafase vapor aumenta desde el fondohasta la cabeza de la columna. Elcontenido de componentes menosvolátiles en la fase líquida aumentaen sentido opuesto, es decir, desdela cabeza al fondo de la columna.
Si se consigue que una parte del destilado vuelva del condensador y gotee por una larga columna a una serie de placas, y que al mismo tiempo el vapor que se dirige al condensador burbujee en el líquido de esas placas, el vapor y el líquido interaccionarán de forma que parte del agua del vapor se condensará y parte del alcohol del líquido se evaporará. Así pues, la interacciónen cada placa es equivalente a una redestilación, y construyendo una columna con el suficiente número de placas, se puede obtener alcohol de 95% en una única operación. Además, introduciendo gradualmente la disolución original de 10% de alcohol en un punto en mitad de la columna, se podrá extraer prácticamente todo el alcohol del agua mientras desciende hasta la placa inferior, de forma que no se desperdicie nada de alcohol. Este proceso, conocido como rectificación o destilación fraccionada, se utiliza mucho en la industria, no sólo para mezclas simples de dos componentes (como alcohol y agua en los productos de fermentación, u oxígeno y nitrógeno en el airelíquido), sino también para mezclas más complejas como las que se encuentran en el alquitrán de hulla y en el petróleo.
La columna fraccionadora que se usa con más frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que las placas están dispuestas horizontalmente, separadas unos centímetros, y los vapores ascendentes suben por unas cápsulas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a través del líquido.
Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de izquierda a derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y allí fluye de derecha a izquierda. La interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que se puede producir espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior.
En este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo de cuatro placas teóricas, que realizan cuatro destilaciones. Un equivalente barato de la torre de burbujeo es la llamada columna apilada, en la que el líquido fluye hacia abajo sobre una pila de anillos de barro o trocitos de tuberías de vidrio.
En la práctica las destilaciones se efectúan a p. cte., variando la temperatura, conforme varía la composición del líquido en ebullición. La temperatura de la mezcla se eleva hasta que ebulle a la presión aplicada, producto de igualarse la presión total y esta.
Consideremos el sistema benceno (B)-tolueno (T) en que la temperatura de ebullición varía gradualmente.
FIGURA 2.13.Curva Concentración - Temperatura Sistema Benceno -
Tolueno
FUENTE:http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r91363.PDF
Sea la mezcla A a 70 ºC, la que se encuentra en estado líquido. Si se calienta, al alcanzar la temperatura de 90 ºC, esta ebulle y se obtiene un
vapor más rico en el componente más volátil (B) [X’B = 0,65; XB = 0,42]. El
líquido, por supuesto, se enriquece relativamente en el componente menos volátil.
Si el producto P’ se condensa el líquido tendrá su misma composición (p”) y
ebullirá a 85 ºC produciendo un vapor p”’ más rico aún en el componente másvolátil, si se vuelve a condensar este vapor, etc., se llegará a obtener el benceno puro.
Cuando las mezclas de líquidos volátiles presentan desviaciones que determinan una variación de la presión o de la temperatura como es el caso analizado anteriormente, puede lograrse una separación prácticamente completa de los componentes por destilación fraccionada.
En este caso es necesario señalar, sin embargo, que si la diferencia entre las temperatura de ebullición de los componentes es menor que 20 K el proceso de fraccionamiento requiere de columnas muy eficientes.
En el caso de mezclas azeotrópicas los componentes no se pueden separar en estado puro; sino que se obtendrá en estado puro el componente que está en exceso con respecto a la composición del azeotrópico y además la mezcla azeotrópica.
Consideremos una mezcla azeotrópica de A y B de temperatura de ebullición máxima.
FIGURA 2.14.Curva azeotrópica de temperatura de ebullición máxima
FUENTE:http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r91363.PDF
Si se parte de una mezcla de composición que está entre A y M se obtendrá A en el destilado (menor temperatura de ebullición), mientras que en el residuo quedará la mezcla azeotrópica de composición M que presenta la máxima temperatura de ebullición. La mezcla azeotrópica destilará finalmente (si se continúa) a temperatura constante y sin cambio en la
composición.
Si se parte de una mezcla con composición entre M y B se obtendrá B en el destilado, mientras que M quedará en el residuo.
El análisis de cómo transcurre el proceso de destilación es similar al descrito anteriormente para las mezclas homogéneas.
En el caso de mezclas con temperatura de ebullición mínimas, el análisis es similar, teniéndose que destilará la mezcla azeotrópica con una composición y temperatura de ebullición fija, mientras que en el residuo quedará el componente puro que está en exceso con respecto a la mezcla azeotrópica. Ejemplo:
FIGURA 2.15.Curva azeotrópica de temperatura de ebullición mínima
FUENTE:http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r91363.PDF
El sistema alcohol etílico-agua representa dicha desviación. En este caso la temperatura de ebullición normal del agua es 100 ºC y la del etanol 78,3 ºC y la mezcla azeotrópica etanol-agua tiene una temperatura de ebullición mínima de 78 ºC; esta mezcla azeotrópica tiene una fracción molar de etanol igual a (XC2H5OH = 0,97), es decir, que por destilación fraccionada a la
presión atmosférica no puede obtenerse etanol puro, sino que siempre se obtiene un alcohol de un 97 por ciento (%) de pureza, aproximadamente.
BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA
(Parte superior de la columna de destilación)
Balance Global Vn+1 = D + Ln
Balance para el componente + volátil
Vn+1 * yn+1 = D*xd + Ln * xn yn+1 = (D*xd)/ Vn+1 +(Ln*xn)/Vn+1 Suponemos que: a = b Qp = 0 ΔHs = 0 Cp pequeños Entonces Lo= L1= L2=L3=… =Ln V1 = V2 = V3=… = Vn Como L/V = cte Resulta yn+1 = (L/V) * xn + (D/V) * xd
Recta de operación superior (ROS) Si xn=xdyn+1= xd
Se define L/D = R Relación de reflujo yn+1 = (R/R+1)* xn + (1/R+1) * xd
Para xn = 0yn+1 = xd/ R+1
(Parte inferior de la columna de destilación) Balance Global
Balance para el componente + volátil
V’1 * Y1 + W*Xw= L’0 *X0
Y1=- W /V’*Xw+L’/V’*X0
Ecuaciones simplificadas
considerando L’ y V’ constantes
Para el plato n resulta:
yn=L’/V’ * xn–W/V’ * xw
Recta de operación inferior (ROI)
Si xn=0 yn= xw 2.5 ABSORCIÓN
La absorción de gases es una operación unitaria de transferencia de materia en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un líquido a fin de disolver, de manera selectiva, uno o más componentes del gas y obtener una solución de éstos en el líquido. El gas que queda libre del (de los) componente(s) se denomina gas limpio o gas agotado.
Se diferencian tres partes importantes en el proceso de absorción: el gas portador, el cual va a ser limpiado o purificado, el líquido lavador, que sirve a disolver las impurezas, y el componente gaseoso a separar. La absorción puede ser física o química, según el gas que se disuelva en el líquido absorbente o reaccione con él dando un nuevo compuesto químico.
La operación unitaria de absorción se puede esquematizar de la siguiente manera:
FIGURA 2.16.Esquema de Absorción
FUENTE:Operación unitaria de absorción - Valiente
El fin que se persigue con esta operación es el de recuperar un soluto que formaparte de una corriente gaseosa, debido a que este soluto es valioso o porque es nocivo.
En el primer caso están el amoniaco, el ácido clorhídrico, el trióxido de azufre, etc. En elsegundo caso están los contaminantes atmosféricos tales como el bióxido de azufre, elmonóxido de carbono, el ozono, etc. En algunos casos, el soluto es dañino en una corrientepero valioso en otra tal como en el caso del ácido sulfhídrico que contiene el gas natural, yaque si se concentra se puede convertir en azufre.
Esta operación nació en el siglo pasado a partir de la fabricación del ácido sulfúricoy el ácido clorhídrico. En el proceso de la fabricación del ácido sulfúrico mediante elmétodo de contacto, el SO3 producido se absorbe en ácido sulfúrico diluido en torres deabsorción llamadas de Gay Lussac para dar ácido concentrado.
El ácido clorhídrico se fabricaba en un principio haciendo reaccionar sal común conácido sulfúrico concentrado y calentando. El ácido clorhídrico se desprendía como gas y sehacía burbujear en agua para que se disolviera en ella y tenerlo como una solución de ácidoclorhídrico líquido. En el proceso cierta cantidad de gases se escapaba a la atmósfera congran perjuicio de las comunidades vecinas. Para aliviar esto se construían chimeneas
muyaltas, para que pudieran dispersar el gas, más adelante se descubrió que si la chimenea serellenaba con piezas de cerámica y que si se hacía caer el agua sobre estas piezas, laeficiencia de la absorción aumentaba y se reducía notablemente la emisión de gasesperjudiciales.
Hoy en día, la absorción se emplea para la obtención industrial del bióxido decarbono, en la producción del hidróxido de amonio y en la industria petrolera pararecuperación de las porciones ligeras de los hidrocarburos. También se empleaampliamente para reducir la emisión de gases contaminantes.
En esta operación, lo más deseable sería obtener una separación perfecta de lamezcla gaseosa, ya sea para obtener un gas puro o para concentrar posteriormente el gassoluble. Pero como se puede observar a partir de las leyes físicas esto no es posible, ya queel potencial químico no lo permite. Al efectuar los cálculos para el diseño esto se haceevidente, puesto que si se deseara una separación perfecta se requeriría un equipo deproporciones gigantescas.
Debido a las limitaciones de costo, tiempo y espacio, con esta operación lo que sepretende es lograr la máxima separación posible dentro de límites especificados.
2.5.1. TEORIA DE LA ABSORCIÓN
La absorción se basa en el fenómeno de Difusión cuya definición es la siguiente: Transferencia de masa que sigue un principio basado en gradiente impulsor y una propiedad de transporte denominada Difusividad (DAB).
Que se controla mediante la ley de Fick que establece: 𝐽𝐴 = −𝐷𝐴𝐵. ∇𝐶𝐴
Dónde:JA= vector densidad de flujo con respecto a un observador en
movimiento (mol/m2s)
DAB= Difusividad de A en B (cm2/s)
CA= Concentración de A (mol/m3)
La difusividad puede ser rápida o lenta dependiendo de la turbulencia del flujo.
Las Relaciones de equilibrio (solubilidad) son las que controlan la transferencia de un componente de una fase gaseosa a una fase líquida se da cuando existe una diferencia de concentración.
El equilibrio se alcanza cuando la presión ejercida por el componente en la fase gaseosa se iguala a la presión parcial del componente en la fase líquida.
Leyes fundamentales que se usan son:
Fase gaseosa ideal: y1 = P1 / PT Ley de Dalton
Fase líquida ideal: P1 = P01 x1 Ley de Raoult
Soluciones diluidas: P1 =Hx1 Ley de Henry
Fase gas ideal – fase líquida no ideal: y1 PT = P01γ1 x1γL Van Laar, Margules
La solubilidad de un gas en un líquido es función de:
Naturaleza de las sustancias y de su desviación del equilibrio.
Temperatura: La solubilidad es inversamente proporcional a la tem- peratura.
Presión: La solubilidad es directamente proporcional a la presión.
La concentración del compuesto gaseoso disuelto en el líquido auna P y T dadas.
Se expresan en:
Forma numérica (Tablas.)
Gráficos: Presiones parciales en función de concentración delcomponente en el líquido
Las curvas de solubilidad que se generan son como se muestran en la gráfica siguiente:
FIGURA 2.17.Curvas de solubilidad
FUENTE:Operación unitaria de absorción - Valiente
2.5.2. TIPOS DE ABSORCIÓN Física:
El gas se elimina por tener mayor solubilidad en el solvente que otros gases.
Química:
El gas que se va eliminar reacciona con el solvente y queda en solución. Puede ser reversible o irreversible.
2.5.3. APLICACIONES INDUSTRIALES
Eliminación de butano y pentano de una mezcla gaseosa de refinería utilizando un aceite pesado.
Eliminación de contaminantes inorgánicos solubles en agua de corrientes de aire.
Como dispositivos de recuperación de productos valiosos.
Eliminación de impurezas en productos de reacción.
Eliminación de CO2 o de H2S por reacción con NaOH en una corriente
de gases.