La volatilidad relativa es una medida que compara las presiones de vapor de los componentes en una mezcla líquida de sustancias químicas. 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 de vapor y líquido 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. Esto 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 unidad. 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 ( azeótropo ). 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 denomina 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 consta predominantemente del componente más volátil y una pequeña cantidad del componente menos volátil, y la fracción de cola consta predominantemente del componente menos volátil y una pequeña cantidad del componente más volátil.
Una mezcla líquida que contiene muchos componentes se denomina mezcla multicomponente. Cuando se destila una mezcla multicomponente, la fracción de cabeza y la fracción de cola suelen contener mucho más de uno o dos componentes. Por ejemplo, algunos productos intermedios en una refinería de petróleo son mezclas líquidas multicomponente que pueden contener hidrocarburos alcanos , alquenos y alquinos que van desde metano con un átomo de carbono hasta decanos con diez átomos de carbono. Para destilar una mezcla de este tipo, la columna de destilación puede estar diseñada (por ejemplo) para producir:
A esta columna de destilación se la suele llamar despropanizador.
El diseñador designaría los componentes clave que rigen el diseño de la separación como el propano, denominado componente clave ligero (LK) y el isobutano, denominado componente clave pesado (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).
Por lo tanto, para la destilación de cualquier mezcla multicomponente, la volatilidad relativa a menudo se define como
La destilación industrial a gran escala rara vez se lleva a cabo si la volatilidad relativa es inferior a 1,05. [2]
Los valores de se han correlacionado empírica o teóricamente en términos de temperatura, presión y composiciones de fases en forma de ecuaciones, tablas o gráficos como los conocidos diagramas de DePriester . [4]
Los valores se utilizan ampliamente en el diseño de columnas de destilación a gran escala para destilar mezclas multicomponentes en refinerías de petróleo, plantas petroquímicas y químicas , plantas de procesamiento de gas natural y otras industrias.
{{cite book}}: |author=tiene nombre genérico ( ayuda )CS1 maint: multiple names: authors list (link)