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Operación + empleada y desarrollada Excepciones:
≈1 y azeótropos Reacciones químicas o
descomposición térmica Gasto energético muy elevado Múltiples etapas en contracorriente Fases L y V. Agente Energético
Transf. de materia bidireccional LVVL volátilnovolátil
W xW
rico en no volátil
D xD rico en volátil
qB
F z
VL Plato o etapa de
equilibriozona de enriquecimientoPlato o etapa de equilibriozona de agotamiento
T disminuye
x, y aumenta
Variable de operación: Relación de reflujo
qC
V’ L’
W xW
rico en no volátil
D xD rico en volátil
qB
F z
VL
Variable de operación: Relación de reflujo Interna: 0<L/V<1, mínimo superior a 0: equilibrio. Externa L/D (V=L+D)
qC
V’ L’
RECTIFICACIÓN MEZCLA BINARIADIÁMETRO:
Flujo de fluidos, velocidad de inundación y arrastre
ALTURA:
Nº de platos o etapas teóricas de equilibrio
Problema de transferencia de materia
L V V LVolátil No volátil
Balance de materia
Equilibrio
Balance de energía
W xW
D xD
qC
qB
F z
Ln xnVn+1 yn+1
Vn ynplato n
Balance externo materiaF=D+WF·z=D·xD+W·xW
Línea de operación enriquecimiento: D
1nn
1n
n1n x·
VD
xVL
y
Equilibrio (xn, yn, Tn)
Balance de energía
Línea de operación agotamiento: L’n V’n+1
Balance materia platoVn+1=Ln+DVn+1·yn+1=Ln·xn+D·xD
W xW
D xD
qC
qB
F zLn xn
Vn+1 yn+1
Vn ynplato n
RECTIFICACIÓN MEZCLA BINARIA
Balance de energíaF·hF+qB=D·hD+W·hW+qC+qT±qM
n-1
Vn+1
VnLn-1
Ln n+1
n
Ln-1·hn-1+Vn+1·Hn+1=Ln·hn+Vn·Hn ±qM hn= f(xn, Tn) Hn+1 = f(yn+1, Tn+1)
0
RESOLUCIÓN SIMULTÁNEAMateria + Energía + Equilibrio
RECTIFICACIÓN MEZCLA BINARIA
V molar ≈constante L molar ≈ constante V’ molar ≈ constante L’ molar ≈ constante
Relación de fases constante???
OPERANDO EN FLUJOS MOLARES, L Y V PUEDEN CONSIDERASE CONSTANTES
EN CADA ZONA DE LA TORRE
•Operación a P≈cte q=H
• qT = 0, columna adiabática•qM = 0, calor de mezcla despreciable •Regla de Trouton
SV=HV/Tb=K≈22 Entropía MOLAR de vaporización
qB
W xW
D xD
qC
F z
Ln xnVn+1 yn+1
Vn yn plato n
Balance externo materia F=D+W F·z=D·xD+W·xW Balance materia enriquecimiento Vn+1=Ln+D Vn+1·yn+1=Ln·xn+D·xD
Línea de operación enriquecimiento:
D1n
n1n
n1n x·
V
Dx
V
Ly
Equilibrio(xn, yn, Tn)
Balance de energía
Dn1n xV
Dx
V
Ly
plato mLm xmVm+1 ym+1Balance materia agotamiento
Lm=Vm+1+W Lm·xm=Vm+1·ym+1+W·xW Línea de operación agotamiento:
W1m
m1m
m1m x·
V
Wx
V
Ly
wm1m x'V
Wx
'V
'Ly
METODO ANALÍTICO: SOREL-LEWIS
Ecuación de equilibrio líquido-vapor: x)1(1
xy
D xDV y1 L xD
L x1
L x2
V y2
V y3
Línea de operación: composición de fases que se cruzan
y1 = xD
y1 x1 Ecuación de equilibrio x)1(1
xy
y2 x2 Ecuación de equilibrio
Equilibrio: composición de fases que abandonan un plato
Dn1n x·VD
xVL
y
x1 y2 Fases que se cruzan. Línea de operación enriquecimiento
x2 y3 Fases que se cruzan. Línea de operación enriquecimiento..........yn xn Ecuación de equilibrio
METODO ANALÍTICO: SOREL-LEWIS
Línea de operación: composición de fases que se cruzan
y1 = xD
Continuamos hasta llegar a xm+1≤ xW
Equilibrio: composición de fases que abandonan un plato
Dn1n x·VD
xVL
y
xn yn+1 Fases que se cruzan. Línea de enriquecimiento
yn xn Ecuación de equilibrio
Wm1m x·'VW
x'V'L
y
…… …..xn≤ z Fases que se cruzan. Línea de operación agotamiento
yn xn Ecuación de equilibrio
METODO GRÁFICO DE RESOLUCIÓN: McCABE-THIELEAdecuado si hay datos del equilibrio líq-vapor
D xDV y1 L xD
L x1
L x2
V y2
V y3
Línea de equilibrio: composición de fases que abandonan un platoLínea de operación: composición de fases que se cruzan
y1 = xD
.......... yn xn Ecuación de equilibrio xn z Fases que se cruzan. Línea de operación agotamiento
xD
y1y2
x1x2
y3
x3
y4
z
y1 x1 Ecuación de equilibrio
x)1(1x
y
x1 y2 Fases que se cruzan. Línea de operación enriquecimiento
Dn1n x·VD
xVL
y
y2 x2 Ecuación de equilibrio x2 y3 Fases que se cruzan. Línea de operación enriquecimiento
METODO GRÁFICO DE RESOLUCIÓN: McCABE-THIELEAdecuado si hay datos del equilibrio líq-vapor
W xw
V’ ym+1L’ xm
L’ xm+1
L’ xm+2
V’ ym+2
V’ y*
Línea de equilibrio: composición de fases que abandonan un platoLínea de operación: composición de fases que se cruzan
xD
y1y2
x1x2
y3
x3
y4
zx4xw
Wmm xV
Wx
V
Ly ·
''
'1
Continuamos hasta llegar a xm+1≤xW
.......... yn xn Ecuación de equilibrio xn z Fases que se cruzan. Línea de operación agotamiento
Calderín: etapa teórica xw y* en equilibrioNº etapas = nº equilibrios -1Fracción de plato
f = (xm+2-xW)/(xm+2-xm+3)
FRACCIÓN LÍQUIDA DE ALIMENTACIÓN
FsatFsat
FFsat
hH
hH
HFsat: entalpía de F vapor saturadohFsat: entalpía de F líquido saturadohF: entalpía de F real en alimentación
V
V’L
L’
F
1. F: líquido saturado hF = hF sat = 1
L’ = L + FV’ = V
2. F: vapor saturado hF = HF sat = 0
L’ = LV = V’ + F
L’ = L + · FV = V’ + (1-) · F
V
V’L
L’
F
FRACCIÓN LÍQUIDA DE ALIMENTACIÓN
FsatFsat
FFsat
hH
hH
3. F: Líquido frío hF < hF sat > 1
L’ = L + · FV = V’ + (1-) · F
V
V’L
L’
F
4. F: vapor sobrecalentado hF > HF sat < 0
L’ = L + · FV = V’ + (1-) · F
V
V’L
L’
F
5. F: líq y vapor saturado hF sat < hF < HF sat0 < 1
L’ = L + · FV = V’ + (1-) · F
V
V’L
L’
F
LUGAR GEOMÉTRICO ENTRADA F
Resolución simultánea:Línea de operación enriquecimiento
Dn1n x·VD
xVL
y
Wmm xV
Wx
V
Ly ·
''
'1
Línea de operación agotamiento
L’ = L + ·F
V = V’ + ( 1- ) · F
F·z = D·xD +W·xw
ANALÍTICA
Para una columna sencilla con 2 componentes, una única F y salidas en D y W:
)zx()xx()xz(DL
)xx()xz(DL
'V
'L
DwDw
WDw
LUGAR GEOMÉTRICO ENTRADA F
Resolución simultánea:Línea de operación enriquecimiento
Dn1n x·VD
xVL
y
Wmm xV
Wx
V
Ly ·
''
'1
Línea de operación agotamiento
L’ = L + ·F
V = V’ + ( 1- ) · F
F·z = D·xD +W·xw
GRÁFICA: Línea q
1
zx
1y
Pendiente /(-1)
Punto (z, z)
LUGAR GEOMÉTRICO ENTRADA F
1
zx
1y
Pendiente /(-1)
Punto (z, z)
Línea q o línea de alimentación:Representa el lugar geométrico de los puntos de corte de las líneas deoperación, para una misma F y diferentes valores de L/V en operación.Depende de la composición y entalpía de F
xDxxw z
y
LUGAR GEOMÉTRICO ENTRADA F
1
zx
1y
Líquido saturado = 1
z
Líq. saturado
Vapor saturado = 0
Vapor saturado
Líquido frío mayor que 1
Líq. frío
Vapor sobrecalentado menor que 0
Vapor sobrecalentado
Líq +Vapor saturado entre 0 y 1
Liq+Vapor
LÍMITES DE OPERACIÓN
V L
D
L/V máximo D = 0 L = V L/V =1Si D = 0 → F = 0 → L = L’
V = V’Puesta en marchaParadas de procesoCálculo de eficacias
LÍMITES DE OPERACIÓN
L/V =1
xDxw z
y
Nº mínimo de etapasSeparación máxima
LÍMITES DE OPERACIÓN L/V mínimo >0
L/V mínimo: Separación deseada con ∞ etapasPunto de corte entre línea de operación y equilibrio
•Corte línea de alimentación q y equilibrio
xDxw z
LÍMITES DE OPERACIÓN L/V mínimo >0
L/V mínimo: Separación deseada con ∞ etapasPunto de corte entre línea de operación y equilibrio
•Corte línea de alimentación q y equilibrio
•Tangente a equilibrio previa a línea q
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
x
y
LÍMITES DE OPERACIÓN L/V mínimo >0
L/V mínimo: Separación deseada con ∞ etapasPunto de corte entre línea de operación y equilibrio
•Corte línea de alimentación q y equilibrio
•Tangente a equilibrio previa a línea q
Depende de:EquilibrioCondiciones de operación (xD, z, )
L/V mínimo como referencia para L/V operaciónL/V mínimo menor consumo energético en calderínSupone una torre estrecha de altura ∞
LÍMITES DE OPERACIÓN
ESTUDIO ECONÓMICO
L/V↑ : D↓ : Costes de operación ↑
y
N etapas↓ Diámetro↑: Costes fijos moderados
L/V↓ : Costes de operación, energía ↓ N etapas↑ Diámetro↓: Costes fijos →∞
Costes operación
Costes fijos
L/V min L/V optimo L/V max
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