La volatilidad relativa es una medida que compara las presiones de vapor de los componentes en una mezcla líquida de productos químicos. Esta cantidad se utiliza ampliamente en el diseño de grandes procesos de destilación industrial . [1] [2] [3] En efecto, indica la facilidad o dificultad de utilizar la destilación para separar los componentes más volátiles de los menos volátiles en una mezcla. Por convención, la volatilidad relativa suele denotarse como .
Las volatilidades relativas se utilizan en el diseño de todo tipo de procesos de destilación, así como otros procesos de separación o absorción que implican el contacto de fases líquidas y de vapor en una serie de etapas de equilibrio .
Las volatilidades relativas no se utilizan en procesos de separación o absorción que involucran componentes que reaccionan entre sí (por ejemplo, la absorción de dióxido de carbono gaseoso en soluciones acuosas de hidróxido de sodio ).
Para una mezcla líquida de dos componentes (llamada mezcla binaria ) a una temperatura y presión determinadas , la volatilidad relativa se define como
Cuando sus concentraciones líquidas son iguales, los componentes más volátiles tienen presiones de vapor más altas que los componentes menos volátiles. Por lo tanto, un valor (= ) para un componente más volátil es mayor que un valor para un componente menos volátil. Eso significa que ≥ 1 ya que el valor mayor del componente más volátil está en el numerador y el menor del componente menos volátil está en el denominador.
es una cantidad sin unidades. Cuando las volatilidades de ambos componentes clave son iguales, = 1 y la separación de los dos por destilación sería imposible en las condiciones dadas porque las composiciones del líquido y la fase de vapor son las mismas ( azeotropo ). A medida que el valor de aumenta por encima de 1, la separación por destilación se vuelve progresivamente más fácil.
Una mezcla líquida que contiene dos componentes se llama mezcla binaria. Cuando se destila una mezcla binaria, rara vez se logra la separación completa de los dos componentes. Normalmente, la fracción de cabeza de la columna de destilación consiste predominantemente en el componente más volátil y una pequeña cantidad del componente menos volátil y la fracción de fondo consiste predominantemente en el componente menos volátil y una pequeña cantidad del componente más volátil.
Una mezcla líquida que contiene muchos componentes se llama mezcla de múltiples componentes. Cuando se destila una mezcla de múltiples componentes, la fracción de cabeza y la fracción de cola normalmente contienen mucho más de uno o dos componentes. Por ejemplo, algunos productos intermedios en una refinería de petróleo son mezclas líquidas de múltiples componentes que pueden contener hidrocarburos alcanos , alquenos y alquinos que van desde metano que tiene un átomo de carbono hasta decanos que tienen diez átomos de carbono. Para destilar dicha mezcla, la columna de destilación puede diseñarse (por ejemplo) para producir:
Una columna de destilación de este tipo suele denominarse despropanizadora.
El diseñador designaría que los componentes clave que rigen el diseño de separación serían el propano, denominado clave ligera (LK) y el isobutano, denominado clave pesada (HK) . En ese contexto, un componente más ligero significa un componente con un punto de ebullición más bajo (o una presión de vapor más alta) y un componente más pesado significa un componente con un punto de ebullición más alto (o una presión de vapor más baja).
Así, para la destilación de cualquier mezcla de múltiples componentes, la volatilidad relativa a menudo se define como
Rara vez se realiza una destilación industrial a gran escala si la volatilidad relativa es inferior a 1,05. [2]
Los valores de se han correlacionado empíricamente o teóricamente en términos de temperatura, presión y composiciones de fases en forma de ecuaciones, tablas o gráficos como los conocidos gráficos de DePriester . [4]
Los valores se utilizan ampliamente en el diseño de columnas de destilación a gran escala para destilar mezclas de múltiples componentes en refinerías de petróleo, plantas petroquímicas y químicas , plantas de procesamiento de gas natural y otras industrias.
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