derecha|miniaturadeimagen|329x329px| Imagen 1: Torres de destilación industrial típicas. derecha|miniaturadeimagen|328x328px| Imagen 2: Una columna de destilación al vacío de petróleo crudo utilizada en las refinerías de petróleo La destilación continua es una separación en curso en la cual una mezcla se alimenta continuamente (sin interrupción) al proceso y las fracciones separadas se eliminan continuamente como flujos de salida. La destilación es la separación o separación parcial de una mezcla de alimentación líquida en componentes o fracciones por ebullición selectiva (o evaporación ) y condensación. El proceso produce al menos dos fracciones de salida. Estas fracciones incluyen al menos una fracción de destilado volátil, que ha hervido y se ha capturado por separado como un vapor condensado en un líquido, y prácticamente siempre una fracción de fondos (o residuos), que es el residuo menos volátil que no se ha capturado por separado como vapor condensado.
Una alternativa a la destilación continua es la destilación por lotes, donde la mezcla se agrega a la unidad al comienzo de la destilación, las fracciones de destilado se extraen secuencialmente en el tiempo (una después de otra) durante la destilación, y la fracción de los fondos restantes se elimina a fin. Debido a que cada una de las fracciones de destilado se extrae en diferentes momentos, solo se necesita un punto de salida (ubicación) del destilado para una destilación por lotes y el destilado solo se puede cambiar a un receptor diferente, un contenedor de recogida de fracciones. La destilación por lotes se utiliza a menudo cuando se destilan cantidades más pequeñas. En una destilación continua, cada uno de los flujos de fracción se toma simultáneamente a lo largo de la operación; por lo tanto, se necesita un punto de salida separado para cada fracción. En la práctica, cuando hay múltiples fracciones de destilado, los puntos de salida del destilado se ubican a diferentes alturas en una columna de fraccionamiento. La fracción de fondo se puede tomar desde la parte inferior de la columna o unidad de destilación, pero a menudo se toma desde un hervidor conectado a la parte inferior de la columna.
Cada fracción puede contener uno o más componentes (tipos de compuestos químicos). Cuando se destila petróleo crudo o una materia prima similar, cada fracción contiene muchos componentes de volatilidad similar y otras propiedades. Aunque es posible realizar una destilación continua a pequeña escala o en un laboratorio, la mayoría de las veces la destilación continua se utiliza en un proceso industrial a gran escala.
Aplicación industrial La destilación es una de las operaciones unitarias de la ingeniería química. La destilación continua se usa ampliamente en las industrias de procesos químicos donde se deben destilar grandes cantidades de líquidos. Dichas industrias son el procesamiento de gas natural, la producción petroquímica, el procesamiento de alquitrán de hulla, la producción de licor, la separación de aire licuado, la producción de disolventes de hidrocarburos, la separación de cannabinoides e industrias similares, pero encuentra su aplicación más amplia en las refinerías de petróleo. En tales refinerías, la materia prima del petróleo crudo es una mezcla multicomponente muy compleja que debe separarse y no se esperan rendimientos de compuestos químicos puros, solo grupos de compuestos dentro de un rango relativamente pequeño de puntos de ebullición, que se llaman fracciones. Estas fracciones son el origen del término destilación fraccionada o fraccionamiento. A menudo no vale la pena separar los componentes de estas fracciones en función de los requisitos del producto y la economía.
La destilación industrial se realiza típicamente en grandes columnas cilíndricas verticales (como se muestra en las imágenes 1 y 2) conocidas como "torres de destilación" o "columnas de destilación" con diámetros que oscilan entre aproximadamente 65 centímetros y 11 metros y alturas que van desde aproximadamente 6 metros hasta 60 metros o más.
Principio miniaturadeimagen|318x318px|Imagen 3: Esquema de ingeniería química de la torre de destilación fraccional binaria continua. Una destilación binaria separa una corriente de mezcla de alimentación en dos fracciones: una fracción de destilado y una de fondo.
El principio para la destilación continua es el mismo que para la destilación normal: cuando se calienta una mezcla líquida para que hierva, la composición del vapor sobre el líquido difiere de la composición líquida. Si este vapor se separa y se condensa en un líquido, se vuelve más rico en el (los) componente(s) de punto de ebullición más bajo de la mezcla original.
Esto es lo que sucede en una columna de destilación continua. Una mezcla se calienta y se enruta en la columna de destilación. Al ingresar a la columna, la alimentación comienza a fluir hacia abajo, pero parte de ella, los componentes con un punto o puntos de ebullición más bajos, se vaporizan y aumentan. Sin embargo, a medida que aumenta, se enfría y mientras parte de ella continúa como vapor, parte de ella (enriquecida en el componente menos volátil) comienza a descender nuevamente.
La imagen 3 muestra una torre de destilación fraccionada continua simple para separar una corriente de alimentación en dos fracciones, un producto de destilado de cabeza y un producto de fondo. Los productos "más ligeros" (aquellos con el punto de ebullición más bajo o la mayor volatilidad) salen de la parte superior de las columnas y los productos "más pesados" (los fondos, los que tienen el punto de ebullición más alto) salen de la parte inferior de la columna. La corriente de cabeza puede ser enfriada y condensada utilizando un refrigerado por agua o refrigerado por aire del condensador. El hervidor de fondos puede ser un intercambiador de calor calentado por vapor o por aceite caliente, o incluso un horno de gas o de aceite.
En una destilación continua, el sistema se mantiene en un estado estable o en un estado estable aproximado. El estado estacionario significa que las cantidades relacionadas con el proceso no cambian a medida que pasa el tiempo durante la operación. Dichas cantidades constantes incluyen la velocidad de entrada de alimentación, las velocidades de flujo de salida, las velocidades de calentamiento y enfriamiento, la relación de reflujo y las temperaturas, presiones y composiciones en cada punto (ubicación). A menos que el proceso se vea perturbado debido a cambios en la alimentación, calefacción, temperatura ambiente o condensación, el estado estable se mantiene normalmente. Este es también el principal atractivo de la destilación continua, aparte de la cantidad mínima de vigilancia (fácilmente instrumental); si la velocidad de alimentación y la composición de la alimentación se mantienen constantes, la velocidad y la calidad del producto también son constantes. Incluso cuando se produce una variación en las condiciones, los métodos modernos de control de procesos suelen ser capaces de devolver gradualmente el proceso continuo a otro estado estacionario nuevamente.
Como una unidad de destilación continua se alimenta constantemente con una mezcla de alimentación y no se llena de una sola vez como una destilación por lotes, una unidad de destilación continua no necesita un recipiente de destilación, recipiente o depósito de tamaño considerable para un llenado por lotes. En su lugar, la mezcla se puede introducir directamente en la columna, donde se produce la separación real. La altura del punto de alimentación a lo largo de la columna puede variar según la situación y está diseñada para proporcionar resultados óptimos.
Una destilación continua es a menudo una destilación fraccionada y puede ser una destilación al vacío o una destilación a vapor.
Diseño y operación El diseño y el funcionamiento de una columna de destilación dependen de la alimentación y los productos deseados. Dada una alimentación simple de componentes binarios, se pueden utilizar métodos analíticos como el método de McCabe-Thiele o la ecuación de Fenske para ayudar en el diseño. Para una alimentación de múltiples componentes, los modelos de simulación computarizados se utilizan tanto para el diseño como para el funcionamiento posterior de la columna. El modelado también se utiliza para optimizar columnas ya erigidas para la destilación de mezclas distintas de aquellas para las que se diseñó originalmente el equipo de destilación.
Cuando una columna de destilación continua está en funcionamiento, debe ser monitoreada de cerca para detectar cambios en la composición de la alimentación, la temperatura de operación y la composición del producto. Muchas de estas tareas se realizan utilizando equipos avanzados de control informático.
Alimentación de la columna La columna puede ser alimentada de diferentes maneras. Si la alimentación proviene de una fuente a una presión mayor que la presión de la columna de destilación, simplemente se canaliza a la columna. De lo contrario, la alimentación se bombea o se comprime en la columna. La alimentación puede ser un vapor sobrecalentado, un vapor saturado , una mezcla de vapor y líquido parcialmente vaporizado, un líquido saturado (es decir, líquido en su punto de ebullición a la presión de la columna) o un líquido subenfriado . Si la alimentación es un líquido a una presión mucho más alta que la presión de la columna y fluye a través de una válvula de bajada de presión justo por delante de la columna, se expandirá inmediatamente y sufrirá una evaporación parcial de vapor que dará como resultado una mezcla de líquido-vapor a medida que ingresa en la columna de destilación.
Mejorando la separación derecha|miniaturadeimagen|490x490px| Imagen 4: Esquema simplificado de ingeniería química de la torre de destilación fraccional continua que separa una corriente de mezcla de alimentación en cuatro fracciones de destilado y una de fondo Aunque las unidades de tamaño pequeño, en su mayoría de vidrio, se pueden usar en laboratorios, las unidades industriales son recipientes de acero grandes y verticales (ver imágenes 1 y 2) conocidas como "torres de destilación" o "columnas de destilación". Para mejorar la separación, la torre normalmente está provista en el interior con placas horizontales o platos como se muestra en la imagen 5, o la columna está empacada con un material de empaque. Para proporcionar el calor requerido para la vaporización involucrada en la destilación y también para compensar la pérdida de calor, el calor se agrega más a menudo a la parte inferior de la columna mediante un hervidor, y la pureza del producto superior se puede mejorar reciclando parte del externo Producto líquido condensado superior como reflujo. Dependiendo de su propósito, las columnas de destilación pueden tener salidas de líquido a intervalos a lo largo de la columna como se muestra en la imagen 4.
Reflujo