Operación unitaria de destilación

La destilación es una operación unitaria que consiste en separar dos o más componentes de una mezcla líquida, aprovechando las diferencias en sus presiones de vapor.
La mezcla líquida desprenderá vapores más ricos en componentes volátiles.  Cuando la mezcla a destilar contiene sólo dos componentes se habla de destilación binaria, y si contiene más, recibe el nombre de destilación multicomponente.  La destilación puede llevarse a cabo de muchos modos,  distinguiéndose dos tipos básicos de operación: destilación sin reflujo o simple y destilación con reflujo, comunmente llamada rectificación.
 
Destilación simple
Es la operación de hervir el líquido de un recipiente (la caldera) condensándose los vapores que constituirán el destilado, quedando en la caldera el residuo.  Esta operación puede llevarse a cabo de forma contínua, alimentando la caldera y extrayendo el residuo contínuamente, o de forma discontínua con lo que las composiciones de vapor y líquido van cambiando con el tiempo.
 
Destilación súbita o flash
Es una forma de destilación simple en la que se calienta el alimento a temperatura elevada pero manteniendo una presión elevada, de manera que  no hierva el líquido.  A continuación, se expansiona el líquido recalentado en una columna hasta una presión menor, con la que vaporizarán los componentes más volátiles.  Abandonará la columna una fase vapor rica en volátiles y una fase líquida rica en no volátiles.  Ambas fases estarán en equilibrio en la condiciones de presión y temperatura de la columna.
 
Destilación con reflujo o rectificación
Es uno de los tipos más importantes de destilación, el vapor que abandona la cabeza de la columna se condensa y una fracción del líquido condensado se devuelve a la columna -fracción que constituye el reflujo- el resto se retira como producto destilado.  En el interior de la columna se pone en contacto el vapor ascendente con el líquido descendente.  En un nivel dado de la columna, estas dos corrientes no estan en equilibrio entre sí, por lo que hay una transferencia de materia, pasan los componentes más volátiles del líquido al vapor y los componentes menos volátiles del vapor al líquido.  Esta transferencia provoca que el vapor se enriquezca  en los componentes más volátiles a medida que asciende por la columna.
Columnas de destilación
Los distintos tipos de destilación se llevan a cabo en las columnas de destilación, que son recipientes cilíndricos verticales con una entrada de alimentación por un punto dado de la columna y con una salida por la parte superior o cabeza para extraer los vapores a condensar.  Estos vapores pueden volver en parte a la columna, como reflujo, a través de otra entrada por la cabeza.
Se dispone también de una salida inferior en la base de la columna o cola para retirar residuos de la destilación.  Para asegurar una adecuado contacto entre el vapor y el líquido se han diseñado varios dispositivos de laboratorio o industriales basados en dos criterios:
  • Columnas de contacto contínuo entre vapor y líquido o columnas de relleno.
  • Columnas de contacto por etapas o columnas de platos.
 
Columnas de platos
Los platos son superficies planas que dividen las columna en una serie de etapas.  Tienen por objeto retener una cierta cantidad de líquido en su superficie a través de la cual se hace burbujear el vapor que asciende de la caldera consiguiéndose así un bien contacto entre el vapor y el líquido.
El líquido del plato cae el plato inferior por un rebosadero situado en un extremo del plato.  Según la forma del dispositivo que permite el paso del vapor a través del líquido, se distingue entre platos perforados (con simples agujeros), platos de campanas y platos de válvulas.  En los platos normalmente no se llega a alcanzar el equilibrio entre el líquido y el vapor que abandona el plato, es decir, la eficacia del plato no es del 100. Un plato ideal o teórico es aquel en el que se alcanza el equilibrio entre las corrients que salen del plato.
 
Columnas de relleno
Son columnas de relación diámetro altura normalmente baja, llenas en su interior de elementos sólidos pequeños, en relación con el diámetro de la columna.  Estos elementos de relleno son inertes a las fases circulantes y están distribuidos al azar u ordenadamente.  La corriente de líquido al caer sobre ellos se rompe en pequeñas corrientes y se pone en contacto íntimo con el vapor que circula en sentido contrario.  Hay muchos tipos de rellenos comerciales, y entre otras características se persigue que tenga una elevada área superficial por unidad de volumen, poco peso, buena resistencia mecánica y que los elementos no se compacten entre sí.
La destilación se emplea en la separación de componentes de petróleo, recuperación de disolventes, fabricación de licores, etc..