Diferencias entre las columnas de destilación, stripping y extracción
En el proceso de producción química, a menudo es necesario separar las materias primas, los productos intermedios o los productos crudos para obtener productos químicos o productos intermedios que cumplan los requisitos del proceso. Los procesos de separación más comunes en la industria química son la destilación, la absorción, la extracción, el secado y la cristalización.
1. Destilación
¿Cuál es el proceso de destilación?
La destilación es una operación típica para separar mezclas líquidas y es la más utilizada.
El método de destilación para separar los componentes líquidos es el calentamiento. Cada componente líquido tiene su punto de ebullición y su nivel de volatilidad. El calentamiento eleva gradualmente estas sustancias hasta su punto de ebullición y las convierte en vapor, eliminándolas así de la mezcla líquida original. Dado que la mezcla líquida hervirá gradualmente, los componentes con el punto de ebullición más bajo son los primeros y más fáciles de eliminar.
Por ejemplo, el agua hierve a 212 grados Fahrenheit, mientras que el etanol lo hace a 173 grados Fahrenheit. Al calentar una mezcla de agua y etanol a 195 grados Fahrenheit, se puede convertir el etanol de estado líquido a vapor y eliminarlo eficazmente de la mezcla.
El proceso de destilación tiene lugar en una columna, un dispositivo diseñado para contener la alimentación, calentarla, condensar los volátiles y recoger los componentes separados. En su forma más simple, un aparato de destilación tiene tres componentes básicos:
Columna: La columna es el recipiente que contiene la alimentación, y ésta se introduce en el centro del recipiente. El recipiente está conectado a una fuente de salida que permite el paso de los componentes vaporizados (también conocidos como destilado). La columna también contiene otros componentes, como bandejas o empaquetaduras, que ayudan a separar aún más los componentes del pienso para mejorar su pureza.
Condensador: La unidad de condensación está situada encima de la columna. Enfría el vapor y lo devuelve a la corriente líquida, que se recoge en un recipiente separado llamado tanque de retorno. La corriente líquida (llamada reflujo) resultante de los componentes vaporizados y condensados se recicla de nuevo a la columna.
Rehervidor: Una fuente de calor llamada rehervidor calienta la mezcla dentro de la columna a la temperatura adecuada.
El tamaño y el diámetro de la columna de destilación, así como los niveles de presión dentro de la columna y la temperatura a la que se calienta y se enfría la mezcla, variarán en función del propio pienso y de la composición química del producto deseado. Todas estas variables determinan cómo construir la columna de destilación para el tipo de pienso que se está procesando. En consecuencia, las columnas de destilación pueden llegar a ser mucho más complejas que las columnas simples descritas anteriormente.
¿Cuál es la función principal de una columna de destilación?
Una torre de destilación está hecha de metales raros como el titanio, materiales de aleación de titanio y otros materiales. Tiene las características de alta resistencia, alta tenacidad, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, gravedad específica ligera, etc. Las torres de destilación se utilizan ampliamente en la industria química, petroquímica, metalúrgica, industria ligera, textil, alcalina, farmacéutica, pesticidas, galvanoplastia, electrónica y otros campos. Por ejemplo, la gasolina, el queroseno, el diesel y el petróleo pesado pueden obtenerse por destilación de petróleo crudo; el benceno, el tolueno y el xileno pueden obtenerse por destilación de aromáticos mezclados; el oxígeno líquido puro y el nitrógeno líquido pueden obtenerse por destilación de aire líquido.
2. Decapado
¿En qué consiste el proceso de decapado?
El stripping es un proceso físico que utiliza un medio aéreo para destruir el equilibrio bifásico original aire-líquido y establecer un nuevo estado de equilibrio aire-líquido. A continuación, un determinado componente de la solución se desorbe debido a la reducción de la presión parcial, con lo que se consigue la separación de sustancias. Por ejemplo, A es un líquido, B es un gas, B se disuelve en A para lograr el equilibrio gas-líquido, y la fase gaseosa está dominada por la fase gaseosa B. Cuando se añade el medio separador de fase gaseosa C, las fracciones de A y B en la fase gaseosa se reducen, lo que destruye el equilibrio gas-líquido, y las sustancias A y B se difunden en la fase gaseosa. Sin embargo, como la fase gaseosa está dominada por B, tiende a establecerse una nueva relación de equilibrio, por lo que una gran cantidad de medio B se difunde a la fase gaseosa, con lo que se consigue el propósito de la separación de las fases gaseosa y líquida. El grado de stripping puede controlarse mediante el control de la cantidad de medio de stripping.
¿Cuál es la diferencia entre stripping y destilación?
La principal diferencia entre el stripping y la destilación es el método utilizado para separar los componentes de la alimentación. La destilación utiliza el calor para convertir los volátiles en vapor y, a continuación, los condensa y los elimina, mientras que el stripping utiliza el principio de absorción.
La absorción es un proceso químico en el que las moléculas de la fase masiva (líquida o sólida) son absorbidas por una sustancia gaseosa. Cuando la absorción se aplica al stripping, los ingenieros utilizan vapor como gas que absorbe las moléculas del líquido. En el stripping, las moléculas de líquido separadas de la alimentación son absorbidas por el vapor de agua.
Todas las columnas de eliminación de contaminantes funcionan según el mismo principio: el diseño de la columna separa gradualmente los componentes de la alimentación para recogerlos y eliminarlos. Aunque los métodos de destilación y stripper son similares, difieren en varios aspectos clave.
La destilación introduce la alimentación en el centro de la columna, mientras que el método de stripping introduce la alimentación en la parte superior del stripping. Sólo el vapor de agua gaseoso en ebullición se introduce por la parte inferior del separador. Este diseño se denomina contracorriente porque el vapor y la alimentación se introducen desde extremos opuestos de la columna.
A medida que la alimentación fluye hacia abajo desde la parte superior de la columna, lava las empaquetaduras porosas o bandejas que están diseñadas para aumentar el área de contacto donde se encuentran el vapor y la alimentación. Cuando se introduce vapor en la alimentación, los volátiles con los puntos de ebullición más bajos serán absorbidos primero por el vapor al entrar en contacto con éste. Los volátiles con puntos de ebullición más altos no sufren este proceso, pero si son menos solubles en agua, seguirán siendo absorbidos por el vapor y eliminados con él.
Los vapores que contienen compuestos absorbidos se retiran por encima de la cabeza, donde generalmente se recogen, condensan y purifican. Sin embargo, a veces se libera directamente a la atmósfera si es seguro.
3. Extracción
¿Qué es una columna de extracción?
Una columna de extracción es un equipo de transferencia de masa líquido-líquido utilizado habitualmente en la industria química, el refino de petróleo, la protección del medio ambiente y otros sectores industriales. La extracción líquido-líquido es un método de transferencia de masa, que extrae uno o varios componentes compuestos en una solución de mezcla con otro líquido (llamado disolvente, que es inmiscible con el disolvente de la solución de mezcla). , para poder separarlo, enriquecerlo y purificarlo. Este proceso se denomina extracción líquido-líquido y extracción con disolvente. El equipo utilizado se denomina extractor. Hay extracciones únicas y múltiples, lagunas y procesos de extracción continua. El extractor utilizado para extracciones múltiples continuas es un equipo tipo torre denominado torre de extracción. Su estructura interna consiste en utilizar la gravedad o la acción mecánica para romper un líquido en gotitas, que se dispersan en otro líquido continuo para la extracción líquido-líquido.
La extracción se aplica a la separación de mezclas azeotrópicas, productos termosensibles o mezclas con puntos de ebullición muy altos o muy bajos, cuando la sustancia objetivo contenida en la sustancia portadora es baja y la destilación es muy compleja.
¿Cómo funciona una columna de extracción líquido-líquido?
Los métodos de extracción utilizan columnas como en otras formas de separación, también conocida como extracción sin agitación. Sin embargo, existen otras formas de extracción, como la extracción por mezclador-sedimentador y centrífuga, que se consideran métodos de extracción por agitación.
Existen varios diseños diferentes de extracción en columna, pero todos funcionan según el mismo principio. En una columna de extracción, la columna contiene la alimentación, se añade el disolvente y los componentes se separan a medida que las moléculas solubles entran en el disolvente. Como la alimentación restante es un líquido más pesado, fluirá hacia el fondo de la columna. El disolvente es el líquido más ligero que flota en la parte superior de la columna con los solubles recogidos.
La columna permite separar la capa que contiene disolvente soluble de la capa de alimentación, en la que la capa superior de disolvente puede extraerse del líquido residual deseado. La columna de extracción no tiene partes móviles internas, sino que contiene mecanismos internos para dividir la alimentación en etapas de dispersión.
