miniaturadeimagen|300px|Diagrama de flujo del proceso de destilación extractiva. Los componentes A y B se separan en la primera columna mediante el disolvente E, que se recupera en la segunda columna.

La destilación extractiva es un método de destilación que se lleva a cabo en presencia de un componente miscible, de alto punto de ebullición y relativamente no volátil, denominado disolvente, que no forma azeótropo con los otros componentes de la mezcla.

Este proceso se emplea para mezclas con una volatilidad relativa muy baja (cercana a la unidad), que no pueden separarse mediante destilación convencional, ya que sus componentes se evaporan a temperaturas y velocidades muy similares.

Principio del método El disolvente utilizado es generalmente no volátil, de alto punto de ebullición, miscible con la mezcla y no forma azeótropos con ella. El disolvente interactúa de forma diferente con cada componente de la mezcla, alterando sus volatilidades relativas y permitiendo la separación por destilación convencional de la nueva mezcla ternaria.

El componente original más volátil se obtiene como producto de cabeza (destilado). El producto de fondo contiene el disolvente y el componente menos volátil. Dado que el disolvente no forma azeótropo con este componente, la mezcla de fondos puede separarse nuevamente, típicamente en otra columna de destilación.

Selección del disolvente La elección de un disolvente adecuado es crucial para el éxito del proceso. El disolvente debe cumplir los siguientes criterios:

Alterar suficientemente la volatilidad relativa. Ser fácilmente separable del producto de fondo. Ser económicamente viable (costo y disponibilidad). No reaccionar químicamente con los componentes de la mezcla. No ser corrosivo para el equipo.

Ejemplo clásico Un ejemplo clásico es la separación de la mezcla azeotrópica de benceno y ciclohexano utilizando anilina como disolvente.

Criterios de selección detallados La selección adecuada del disolvente se basa en múltiples criterios:

Selectividad: capacidad de alterar la volatilidad relativa (cociente de coeficientes de actividad en dilución infinita). Punto de ebullición: significativamente más alto que el de los componentes de la mezcla. Miscibilidad completa con la mezcla de alimentación. Estabilidad química en condiciones de operación. No corrosividad para evitar daños al equipo. Baja toxicidad y seguridad. Costo y disponibilidad económicamente viables.

Existen métodos predictivos para la selección de disolventes, como el uso de parámetros de solubilidad de Hildebrand, constantes de interacción de Wilson, UNIFAC y modelos de contribución de grupos.

Configuraciones de proceso Existen dos configuraciones principales:

Configuración con una columna La alimentación (mezcla a separar) ingresa por un punto intermedio de la columna, y el disolvente se introduce por encima de ella. El producto más volátil se obtiene como destilado, mientras que el disolvente y el componente menos volátil se recuperan del fondo. Es la configuración más común.

Configuración con dos columnas El producto de fondo de la primera columna (disolvente + componente menos volátil) se envía a una segunda columna de recuperación. Allí se separa el disolvente (reciclado a la primera columna) del componente menos volátil (producto final). Esta configuración permite el reciclaje continuo del disolvente, minimizando pérdidas.

Balances de materia y energía La presencia de un tercer componente añade complejidad a los balances.

Balance de materia global En estado estacionario para una columna:

donde: F = caudal de alimentación S = caudal de disolvente D = caudal de destilado B = caudal de fondos

Balance por componente Para una mezcla binaria (A volátil, B pesado) con disolvente S:

Componente A:

Componente B:

Disolvente S:

En la práctica, el disolvente se introduce puro () y se busca minimizar su presencia en el destilado ().

Balance de energía Considera el calor del hervidor (Qhervidor) y del condensador (Qcondensador):

Efecto del disolvente La volatilidad relativa con disolvente se define como:

Un disolvente eficaz logra un αAB > 1.5. La relación de flujo disolvente/alimentación (S/F) suele estar entre 0.5 y 4.0.

Método de McCabe-Thiele modificado Se puede utilizar un método gráfico modificado. Línea de operación en rectificación:

Ejemplo numérico (benceno/ciclohexano con anilina) Datos: F = 100 kmol/h (60% benceno, 40% ciclohexano), S = 150 kmol/h (anilina pura). Destilado: 98% benceno sin disolvente. Fondos: todo el ciclohexano + toda la anilina + 2% del benceno.

Resolviendo balances: D ≈ 59.2 kmol/h, B ≈ 190.8 kmol/h. Composición de fondos: ~0.2% benceno, ~21.0% ciclohexano, ~78.8% anilina (fracción molar).

Aplicaciones industriales Se utiliza ampliamente en la industria química y petroquímica:

Separación de mezclas azeotrópicas: * Benceno / ciclohexano (anilina, dimetilformamida o N-metilpirrolidona) * Etanol / agua (etilenglicol o glicerina) * Tolueno / metilciclohexano Separación de hidrocarburos de cadena cercana (butanos/butenos, pentanos/pentenos). Purificación en industria farmacéutica. Obtención de monómeros de alta pureza en polímeros.

Ventajas y desventajas

Ventajas Permite separar mezclas con volatilidad relativa cercana a 1. El disolvente se puede reciclar continuamente. Operación a temperatura moderada (evita degradación térmica). Adecuado para producción a gran escala.

Desventajas Costo energético adicional por la recuperación del disolvente. Requiere manejo de grandes cantidades de disolvente. Posible contaminación del producto por trazas de disolvente. Riesgo de degradación del disolvente.

Véase también Destilación azeotrópica Volatilidad relativa Destilación batch Destilación por arrastre de vapor

Referencias

Enlaces externos Extractive Distillation – CheResources Extractive Distillation – AIChE

Categoría:Destilación