1. Destilación. Método Mc Cabe Thiele

7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele

1/107

Destilacin I

Doctor Mario Santizo C.


2/107

La destilacin es un proceso de

separacin que consiste eneliminar uno o ms de los

componentes voltiles de una

mezcla lquida. Para determinar si

puede llevarse a cabo la separacin

se analiza la diferencia devolatilidad de los constituyentes de

la mezcla. La destilacin se utiliza

para concentrar mezclas

alcohlicas, separar aceitesesenciales as como componentes

de mezclas lquidas que se deseen

purificar



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PROCESO 2.21 DESTILACIN

Una mezcla de benceno, tolueno y xilenos se separa por destilacin continua en doscolumnas, en la primera se obtiene un destilado rico en benceno y fondos de tolueno yxilenos, que alimentan la segunda columna de destilacin fraccionada. Esta columna

produce como destilado un compuesto rico en tolueno y xilenos como fondo. En eldiagrama de flujo se muestra la operacin. Durante un da se extraen de las torres lossiguientes productos:

Recolector1

Recolector2

Benceno Tolueno

Alimentacincolumna1

Alimentaci

ncolumna2

Drenado 2

Xilenos

Drenado1


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Columna 1Destilado neto18,680 gal60F

Columna 2Destilado neto12,680 gal60F

Columna 2Fondo

20,200 gal60FBenceno 98%volumen 1%volumen

Tolueno 2%volumen 98.5%volumen 0.8%volumenXilenos 0.5%volumen 99.2%volumen

Durante el perodo los niveles del lquido en los recolectores de acumulacin delproceso varan, segn se observ por los indicadores de nivel de alturas. El volumenlquido a 60F de las secciones de acumulacin por pulgada de altura y los nivelesiniciales y finales son los siguientes:

Calcular:

1. Flujo volumtrico de los fondos de la columna 1 durante un da de operacin.2. Flujo volumtrico por especie, total y composicin de la alimentacin de la columna

1 durante un da de operacin.3. Flujo volumtrico de la alimentacin a la columna 1 y 2, produccin del destilado dela columna 1 y 2, y fondo de la columna 2; suponiendo que los niveles lquidos y lascomposiciones permanecieron constantes para la misma razn de alimentacin

durante ese da nivel constante en los recolectores.

Monitoreo recolectores: 1 da

Rec 1 30 gal/plg 28 plg 64 plg

Dre 1 50 gal/plg 80 plg 51 plg

Rec 2 40 gal/plg 130 plg 82 plg

Dre 2 20 gal/plg 60 plg 64 plg


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Flujo volumtrico de los fondos de la columna 1

Para determinar los flujos y as poder determinar tambin las composiciones de lasespecies en cada uno de los diferentes puntos del proceso, se calcular la cantidad

de flujo monitoreado en los recolectores durante el da de operacin:

Monitoreo recolectores: 1 da

Recolectores gal/plg Nivel inicial Nivel final Flujo(gal/da)

Rec 1 30 28 64 + 1,080

Dre 1 50 80 51 - 1,450Rec 2 40 130 82 - 1,920

Dre 2 20 60 64 + 80


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1. Flujo volumtrico de los fondos de la columna 1 durante un da de operacin.

Base: 1 da de operacin.

5 3 4 5

5

Sistema: columna 2

Balance: total

q q r ec 2 q dre2 q 12,680gal 1,920gal 20,200gal 80 gal

31,040gal

galq 31,040 producidos en fondo columna 1

da


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1. Flujo volumtrico por componente (especie), total y composicin alimentacin decolumna 2

5 3 vol.

vol.

Sistema :columna 2

Balance :benceno x

x q 0.01 q 0.01 rec 2 x 0.003466 frac. benceno

100% 0.003466 0.3466% benceno en alimentacin columna 2

5 3 4

vol.

Balance : tolueno y

y q 0.985 q 0.985 rec 2 0.008 q 0.008 dre 2

y 0.34667frac. tolueno

vol.100% 0.34667 frac. tolueno

vol.34.66% tolueno en alimentacin columna 2

5

vol. vol.

vol.

Porcentaje xilenos en q

%xilenos 100% 0.3466% benceno 34.66% tolueno

64.99% xilenos en alimentacin columna 2


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1 2 5

1

Clculo de las corrientes :

Sistema : columna 1

Balance : benceno x

x q 0.98 q 0.98 rec 1 0.003466 q 0.003466 dre1

galx q 19,472.90 bencenoa limentados a columna 1

da

1 2 5

1

Balance : tolueno y

y q 0.02 q 0.02 rec1 0.3466 q 0.3466 dre1

galy q 10,653.40 tolueno alim entados a columna 1

da


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1 5

1

Balance : xilenos z

z q 0.6499 q 0.6499 dre1

galz q 19,230.50 xilenos alimentados a columna 1da

1 1 1 1

Flujo volumetrico total :

galq x q y q z q 49,356.80 a lim entados a columna 1

da

1. Flujo volumtrico de la alimentacin a la columna 1 y 2, produccin del destiladode la columna 1 y 2, y fondo de la columna 2; suponiendo que los niveles lquidosy las composiciones permanecieron constantes para la misma razn de

alimentacin durante ese da nivel constante en los recolectores

Sistema : columna 1

Balance : xilenos

1 5

5

19,230.50 gal. xilenosq 0.6499 q

49,356.80gal. totales

galq 29,589.90 alimentado a columna 2 sin recolectores

da


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1 2 5 2 1 5

Balance : total

q q q q q q 49,356.80 gal 29,589.90 gal

gal19,760.30 destilado columna 1 sin recolectores

da

5 3 3

3

Sistema : columna 2

Balance : benceno

0.003466 29,589.90gal0.003466 q 0.01 q q

0.01

galq 10,255.90 destilado columna 2 sin recolectores

da


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5 3 4 4 5 3

4

Balance : total

q q q q q q 29,589.90 gal 10,255.90 gal

galq 19,334.00 fondos columna 2

da


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Etapa de equilibrio



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Etapas:

En un plato ideal, el lquido y vapor que

salen del plato se encuentran en equilibrio.

Los platos los vamos a numerar desde el

destilado hasta el residuo en orden

ascendente. El plato en estudio se puede

designar como plato n.

En cada plato entran dos corrientes y salen

dos, las concentraciones correspondientes a

la fase L se designan como x y lascorrespondientes a la fase V como y.

En el diagrama de puntos de

ebullicin, se presenta las

concentraciones correspondientes

al plato n. El vapor es enriquecidoen el componente ms voltil a

medida que asciende por la

columna. Las concentraciones de A

aumentan en ambas fases con la

altura de la columna. Las corrientes

que entran al plato no estn enequilibrio.



15/107

Plato n

Plato n+1

Plato n-1

Vn, Yn

Vn-1, Yn-1

Vn+1, Yn+1

Vn+2, Yn+2Ln+1, Xn+1

Ln, Xn

Ln-1, Xn-1

Ln-2, Xn-2



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TA

TB

Concentracin

0% A 100% AXn Yn100% B 0% B

Temperatu

ra

Xn-1 Yn+1

Representacin de las corrientes que entran y abandonan

el plato n en el diagrama de equilibrio T-X-Y

Vn, Yn

Vn-1, Yn-1

Vn+1, Yn+1

Vn+2, Yn+2Ln+1, Xn+1

Ln, Xn

Ln-1, Xn-1

Ln-2, Xn-2

Plato n



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Columna destilacin



18/107

Domo de la columna


c 1

Plato superior de la columna :

Triangulo abc

Lmite superior : x , y

1 c D

D D

Condensador total : y ,x ,x Cte

x ,x

Intersec cin lnea operacin con diagonal

c D

c 1

Condensador parcial :

x x

Lnea operacin

term ina en x ,y


19/107

Fondo de la columna y Hervidor


b r B B

Fondo lnea operacin :

x , y o x , x


20/107

Etapa de equilibrio



21/107



22/107

Columna de fraccionamiento:

Seccin de rectificacin [enriquecimiento] y de agotamiento

La alimentacin se introduce en el plato central

de la columna. Si la alimentacin es lquida,

desciende por la columna hacia el hervidor y se

agota en el componente A por el vapor que

asciende desde el hervidor. Los platos localizados

encima del plato de alimentacin, recibe elnombre de seccin de enriquecimiento, mientras

que todos los platos por debajo del plato de

alimentacin, constituye la seccin de

agotamiento.

Si no existe azeotropo, el destilado y residuopuede obtenerse en cualquier concentracin,

dependiendo de la relacin de reflujo adecuado y

suficientes etapas.



23/107

A, XA

D, XD

R, XR

Sectorde

enr

iquecimiento

Sectorde

agotamiento

Ln, Xn

Vn+1 Yn+1

Lm Xm Vm+1 Ym+1

Superficie I

Superficie II

Esquema de una columna para representar las corrientes en los balances de materiaDoctor Mario Santizo C.


24/107

A D R

A D RAX DX RX

A R

D R

X XD A

X X

D A

D R

X XR A

X X

A, XA

D, XD

R, XR

Sector

de

enriquecim

iento

Sectorde

agotamiento

Ln, Xn

Vn+1 Yn+1

Lm Xm Vm+1 Ym+1

Superficie I

Superficie II

A, XA

D, XD

R, XR

Sector

de

enriquecim

iento

Sectorde

agotamiento

Ln, Xn

Vn+1 Yn+1

Lm Xm Vm+1 Ym+1

Superficie I

Superficie II

Total

Componente

voltil

Balance global



25/107

A, XA

D, XD

R, XR

Sector

de

enriquecim

iento

Sectorde

agotamiento

Ln, Xn

Vn+1 Yn+1

Lm Xm Vm+1 Ym+1

Superficie I

Superficie II

A, XA

D, XD

R, XR

Sector

de

enriquecim

iento

Sectorde

agotamiento

Ln, Xn

Vn+1 Yn+1

Lm Xm Vm+1 Ym+1

Superficie I

Superficie II

Total

Componente

voltil

n 1 nV L D

n 1 n 1 n n DV Y L X DX

1

1 1

n n n nD D

n

n n n n

L X L XDX DXY

V V L D L D

Balance seccin enriquecimiento

Lnea de operacin seccin enriquecimiento


DUPA


26/107

A, XA

D, XD

R, XR

Sector

de

enriquecim

iento

Sectorde

agotamiento

Ln, Xn

Vn+1 Yn+1

Lm Xm Vm+1 Ym+1

Superficie I

Superficie II

A, XA

D, XD

R, XR

Sector

de

enriquecim

iento

Sectorde

agotamiento

Ln, Xn

Vn+1 Yn+1

Lm Xm Vm+1 Ym+1

Superficie I

Superficie II

Total

Componente

voltil

Balance seccin agotamiento

Lnea de operacin seccin agotamiento

m 1 mV L R

m 1 m 1 m m RV Y L X RX

m m R m m R

m 1

m 1 m 1 m m

L X RX L X RXY

V V L R L R


DUPA


27/107

Seccin enriquecimiento:

Hiptesis Mc Cabe

n n 1L L ... cte L n 1 nV V ... cte V

m m 1L L ... cte L m 1 mV V ... cte V

Seccin agotamiento:



28/107

nriquecimiento en funcin de la

relacin de reflujo

D

LR

D

D D Dn 1

D D

DX R XL

Y XL D L D R 1 R 1

Relacin de reflujo


DUPA


29/107

V L

LV

F

(1-f) F

f F

- Sif= 0, la alimentacin ser lquido a su temperatura de ebullicin

- Sif= 1, la alimentacin ser vapor a su temperatura de condensacin

- Si 0


30/107

Alimentacin



31/107

Lnea de alimentacin

lxvyFXF

(1 )F

F l vx x y f x fy

F F F

FX(1 f )y xf f

Destilacin

instantneaF, XF

v, y

l, x


DUPA


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Lneas de operacin

FX(1 f )

y xf f

D D

n 1

D D

R xY x

R 1 R 1

m m R

m 1

m m

L X RXY

L R L R

En la diagonal Y = X, se cumple:

X=XD

X=XF

X=XR



33/107

Procedimiento de clculo - Mtodo grfico de Mc Cabe -

a) Se traza la curva de equilibrio Y-X

b) Se sitan los puntos XD, XF y XR sobre el diagrama.

c) Se dibujan los puntos X=XD, X=X

Ry X=X

F,, que como sabemos pertenecen a las

lneas de enriquecimiento, agotamiento y de alimentacin respectivamente.

d) Se traza la lnea de alimentacin una vez conocidof

e) Se traza la lnea de enriquecimiento una vez conocido RD

f) Se traza la lnea de agotamiento desde X=XR hasta el punto de corte de la lnea de

alimentacin y lnea de enriquecimiento [se puede demostrar que las tres lneastienen un lugar geomtrico comn].

g) Se construyen las etapas como se indica en la grfica siguiente. Las etapas se

apoyan en la lnea de enriquecimiento en la seccin de enriquecimiento y en la lnea

de agotamiento en la seccin de agotamiento. Se inicia en XD y se termina en XR.

Cada etapa corresponde a una etapa ideal de equilibrio. Si la ltima etapa no es

completa se calcula la parte proporcional de la etapa corresponde.

h) Se localiza el plato de alimentacin como aquella etapa que se cruza con la lnea

de alimentacin.

i) Se cuentan las etapas, identificndolas con platos ideales. Uno de ellos ser

siempre la caldera, caldern o hervidor.



34/107

Fraccin molar en el lquido, x

Fra

ccinmolarenelvapor,y

XA XDXR




35/107


Fra


XA XDXR

alimentacin




36/107


Fra


XA XDXR

alimentacin

enriquecimiento


D

D

X

R 1



37/107


Fra


XA XDXR

alimentacin

enriquecimiento

agotamiento




38/107


Fra


XA XDXR

1

2

3

4




39/107


j) Se calcula el nmero de platos reales, conocida la eficacia de plato

[que vara entre 0 y 1]. El valor obtenido se redondea hacia arriba. As:

k) se calculan las necesidades energticas de la columna, conocidos los

calores latentes de cambio de estado, :

nmero platos idealeseficacia plato

nmero platos reales

vapor.saturado vsm V

agua.fra pAF salida entradam C (T T ) V



40/107


Fra

ccinmolarene

lvapor,y

XDXR

Condiciones lmites de operacin

Aumento de la

razn de reflujo



41/107


Fra

ccinmolarene

lvapor,y

XDXR


Disminucin de la

razn de reflujo



42/107


Fra

ccinmolarene

lvapor,y

XDXR

Nmero mnimo de etapas


Reflujo Total



43/107


Fra

ccinmolarene

lvapor,y

XDXR

Nmero infinito de etapas


Reflujo mnimo



44/107


RDopt = 1,2-2 RD min


Fraccinmolar

enelvapor,y

XDXR

Nmero infinito de pisos


Fraccinmolar

enelvapor,y

XDXR

Nmero infinito de pisos


Fraccinmolarenelvapor,y

XD

XR



XD

XR



XDXR



XDXR



XDXR

Nmero mnimo de pisos



XDXR

Nmero mnimo de pisos

a) Aumento RD b) Disminucin RD

c) Reflujo total d) Reflujo mnimo



45/107

Punto de equilibrio Relacin de reflujo


CASO 1


46/107

Se desea disear una columna de rectificacin para separar 10,000kg/h de una mezcla que

contiene 40% de benceno y 60% de tolueno, con el fin de obtener un producto de cabeza

(destilado) con 97% de benceno y un producto de cola (residuo) con 98% de tolueno. Todos

estos porcentajes estn en peso. Se utilizar una relacin de reflujo externa de 3.5. El calor

latente de vaporizacin, tanto del benceno como del tolueno, puede tomarse igual a 7,675cal/mol. El calor latente del vapor de agua saturado es de 533.6 cal/g.

a) Calcular los caudales de destilado y residuo producidos.

b) Determinar el nmero de platos ideales y la situacin del plato de alimentacin en

los siguientes casos:

i) la alimentacin entra como lquido a su temperatura de ebullicin

ii) la alimentacin consiste en una mezcla de dos tercios de vapor y un tercio delquido.

c) Calcular el caudal msico de vapor de agua que se necesita en cada caso para la

calefaccin, despreciando prdidas de calor y suponiendo que el reflujo es un

lquido saturado.

d) Si el agua de refrigeracin llega al condensador a 25C y sale a 65C, calcular el

consumo de agua en litros por minuto.

Datos de equilibrio del sistema Benceno-Tolueno a 760 mmHg

X 0 0,0169 0,1297 0,2579 0,4113 0,5810 0,7801 1

Y 0 0,0389 0,2613 0,4561 0,6320 0,7767 0,9002 1



47/107

44020

92

60

78

40

78

40

,XF

97440

92

3

78

97

78

97

,XD

02350

92

98

78

2

78

2

,XB

0.4 0.6F 10000 116.5 kmol / h

78 92



48/107

Calculo de caudales de destilado y residuo

F D B

F D BFX DX BX

D 51.05 kmol/h

B 65.45kmol/h

(116.5)(0.4402)(0.9744) (0.0235)D B

116.5 /D B kmol h



49/107

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y



50/107

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD



51/107

Fx1 fy x recta de pendientef f

Lnea de alimentacin (f=0)



52/107

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD

Lnea alimentacin

(f=0)



53/107

D D

D D

R x 3.5 0.9744y x x 0.7778x 0.2165

R 1 R 1 4.5 4.5

Lnea operativa del sector de

enriquecimiento



54/107

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD

Lnea alimentacin

(f=0)

enriquecimiento

(y= 0.7778x+0.2165)



55/107

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD

Lnea alimentacin

(f=0)

LOSE

(y= 0.7778x+0.2165)

agotamiento



56/107

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD

Seccin enriquecimiento

12

3

4

5



57/107

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD

Seccin enriquecimiento1

23

4

5

Seccin Agotamiento

6

7

8

9

10

11

12



58/107

Clculo de caudales

f 0 V V 229.725 kmol/h

V L D 178.675 51.05 229.725 kmol/h

D

L LR 3.5 L 178.675 kmol/h

D 51.05



59/107

Caudal msico de vapor de agua

en la caldera

vs vsm V

vs

vs

V (229.72)(7675)m 3293.8 kg/h

(533.6)


C d d


60/107

Consumo de agua de

refrigeracin

p s e sistemamC (T T ) V (229.72)(7675) 1763101 kcal/h

1763101m 44077.5 kg/h 734.6 l/min(1)(65 25)



61/107


62/107


63/107


64/107


65/107


66/107


67/107


68/107

13.75 platos (alimentacin 7).

Solucin para f = 2/3

V 152.05 kmol/h

V 229.725 kmol/h

vsm 2187 kg/h

m 44077.5 kg/h 734.6 l/min



69/107

Calcular la razn de reflujo mnima y el nmero mnimo deplatos (reflujo total) para cada uno de los casos de alimentacin

del problema anterior.

CASO 2



70/107

Nmero mnimo de platos

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD



71/107

Razn de Reflujo mnima

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD

f= 0



72/107


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD



73/107


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD

0.39= XD/(RDmin +1) Rdmin =1.50



74/107


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD

f= 2/3



75/107


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD


/


76/107


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X

Y

XFXR XD

0.30= XD/(RDmin +1) Rdmin =2.25


CASO 3


77/107

Se desea rectificar una mezcla ideal de dos componentes A y B, siendo el valor de la

presin de vapor del componente ms voltil (A) tres veces mayor que la del otro

componente (B) a la misma temperatura. El alimento, con un caudal de 5 kmol/h,

entra en la columna mitad vapor y mitad lquido, con un 40% en moles del

componente A. El destilado debe tener una concentracin molar de A del 95% y el

residuo del 4% en el mismo componente.

Si en el condensador de cabeza de columna se eliminan 82000 kcal/h,. Calcular:a) Caudal de destilado obtenido

b) Ecuaciones de las dos rectas de operacin

c) Nmero de etapas tericas de la columna

d) Piso terico en que debe introducirse la alimentacin

e) Nmero de etapas reales si la eficacia de plato es de 0,8

Datos: El calor latente de vaporizacin de cualquier mezcla de ambos componentes

vale =10000 kcal/kmol, independientemente de la temperatura.

CASO 3



78/107

a) Caudales de destilado y residuo

h/kmol5BDF

BDF BXDXFX

)04.0(B)95.0(D)4.0)(5(

kmol/h98.1D

kmol/h02.3B



79/107

b) Condensador

vaporm 82,000 kcal / h

seccin enriquecimientoV L D

L V D 8.20 1.98 6.22 kmol/h

seccin enriquecimiento

seccin enriquecimiento

82,000kcal / h (10,000) V

V 8.20kmol / h


vapor sistemasec cin enriquecimientom V

14322.6L

R


80/107

c) Calculo del nmero de platos

5.0f

8.0X5.04.0x

5.05.01

fxx

ff1y F


14.398.1D

RD

23.0x76.014.4

95.0

x14.4

14.3

1R

x

x1R

R

y D

D

D

D


81/107

Datos de equilibrio

)x1()y1(x

y

B

B

A

A

AB

xy

xy

P

xPy;

P

xPy B

0B

BA

0A

A

3PP

P/PP/P

xy

x

y

0

B

0

A0

B

0

A

B

B

A

A

AB



82/107

Datos de equilibrio

x21

x3y3

)x1()y1(x

y

AB

x 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

y 0 0,429 0,667 0,818 0,923 1



83/107

0

0,1

0,2

0,3

0,40,5

0,6

0,7

0,80,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1



84/107

0

0,1

0,2

0,3

0,40,5

0,6

0,7

0,80,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

8.0 Xy



85/107

0

0,1

0,2

0,3

0,40,5

0,6

0,7

0,80,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

23.076.0 xy



86/107

0

0,1

0,2

0,3

0,40,5

0,6

0,7

0,80,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1


Columna = 9 platos


87/107

0

0,1

0,2

0,3

0,40,5

0,6

0,7

0,80,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Plato alimentacin = plato 5



88/107

n etapas tericos 8netapas reales 10

eficacia 0,8



89/107


90/107


91/107

Casos especiales en


92/107

p

destilacin

Mario Santizo, Ph.D.

1 D til i l d t i t


93/107

La columna opera como empobrecimiento, pues el vapor

extrae el lquido al componente mas voltil, a medida que

dicho flujo lquido fluye hacia abajo.

Realizado el balance de materia, asumiendo flujos molares

constantes, nos queda la siguiente ecuacin:

Ecuacin de la lnea de agotamiento para una torre completa.

wxm

m 1 mm 1 m 1

WL

y xV V

1. Destilacin en una columna de agotamiento


Destilacin en una columna de agotamiento


94/107

En algunos procesos la alimentacin no se introduce en el punto

intermedio de la columna, sino en la parte en la parte superior de la

columna de agotamiento empobrecimiento stripping -.

g


Ejemplo columna de agotamiento


95/107

j p g

(11.4-3 pg. 733)

Columna de agotamiento:

En una columna de agotamiento (empobrecimiento) que opera a

101.3 kPa de presin, se introducen 400 Kg mol/h de una

alimentacin lquida en su punto de ebullicin, que contiene 70% molde benceno y 30% mol de tolueno. El flujo de producto residual debe

ser de 60 Kg mol/h, que contiene solamente 10% mol da A y el resto

B. Determine los Kg mol/h de vapor superior, su composicin y

nmero de etapas tericas requeridas.


Ejemplo columna de agotamiento (11 4 3 pg 733)


96/107

Ejemplo columna de agotamiento (11.4-3 pg. 733)


2. Destilacin en la columna de


97/107

enriquecimiento

Algunas veces se utiliza torres de enriquecimiento en las cuales la

alimentacin entra por el fondo en forma de vapor. El destilado superior

se produce de la misma manera que en la torre fraccionada completa,

el cual es rico en el componente mas voltil. El residuo lquido es decomposicin muy parecido a la de la alimentacin aunque ligeramente

mas pobre en el componente mas voltil.

Si la alimentacin es vapor saturadon

qV f &

q 1

n XDn 1 n

n 1 n 1

Entonces queda la ecuacin de la lnea de alimentacin:

L DY X

V V



98/107

Balance de materia en la seccin de enriquecimiento:

a) Diagrama de flujo de la columna

a) b) Lnea de equilibrio y de operacin.


3. Rectificacin con inyeccin directa


99/107

de vapor

En destilacin el calor se suministra a travs del hervidor que funciona

como un intercambiador de calor y en el se transfiere la entalpa de

evaporacin del vapor procedente de un generador de vapor. Sin

embargo, cuando se destila la solucin acuosa del componente voltil

y agua, el calor requerido se puede suministrar inyectndolo

directamente como vapor abierto en el fondo de la torre. En este caso

no se requiere de intercambiador de calor.

Balance de materia:

Balance por componente

F S D W

F S D wx y x xF S D W


Donde:vapmolS


100/107

Balance en seccin de agotamiento el balance total y por componente:

s

Sh

y fraccinmol vapor en A 0

m m 1L S V W

w

W

m m m 1 m 1 x

xmm 1 m

m 1 m 1

L x S(0) V y W

WLy x

V V

m 1 m w

Por simultaneas:

W WEc. : y x x

S S


Cuando Y=0 y X=Xw, la lnea de agotamiento pasa a travs del punto


101/107

y w g p p

y=0, x=xw y contina hasta el eje x.

Adems, para la interseccin de la lnea de agotamiento con la

diagonal a 45C, cuando:

En el caso del vapor directo permite que el calentador sea de

construccin mas simple pues se trata de un rociador.

wxW

y x en la ec. x(w S)


Rectificacin con inyeccin directa de vapor


102/107


4 Rectificacin con corriente lateral


103/107

4. Rectificacin con corriente lateral

Algunas veces se extraen productos intermedios o corrientes laterales

entre la zona de destilados y residuos. La extraccin lateral puede ser

vapor o liquido y extraerse encima o debajo de la alimentacin

dependiendo de la composicin deseada. En la grafica se observa que

la lnea de enriquecimiento y agotamiento se calcula de manera usual.

La corriente q tampoco se ve afectada y se calcula de manera usual.

La corriente liquida lateral cambia la velocidad del liquido que esta por

debajo u como consecuencia altera el balance de materia y la lnea de

operacin en la porcin media entre los platos de alimentacin y la

corriente lquida lateral.


Rectificacin con corriente


104/107

lateral


La corriente lquida lateral altera la velocidad del lquido que est por

debajo y por consiguiente afecta el balance de materia o la lnea de



105/107


corriente lateral lquida. Balance total de materia en la porcin superior

de la columna, como se muestra en la zona de lneas punteadas de la

grfica anterior:

O D

s 1 s

n s s 1 n 1

s 1 s 1 s s x

V L O D

mol lquido saturado extraido como corriente lateralO

h

Como la corriente lquida lateral est saturada:L L O & V V

Efectuando un balance con respecto al componente ms volatil:

V y L O D

Despejand

o D

s 1

x xss 1 s

s 1 s 1

o y para la lnea de operacinentre la corriente lateral y la alimentacin:

O DLY x

V V


Mc Cabe Thiele para una columna con corriente lateral


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La pendiente de esta lnea es Ls/Vs+1. La lnea se puede localizar de acuerdo a esta

grfica, por medio de la lnea q que determina la interseccin de la lnea de

agotamiento y la ecuacin anterior: (ys+1) o se puede fijar por medio de la

especificacin de x0, es decir la composicin de la corriente lateral.Mario Santizo, Ph.D.

5. Condensadores parciales


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En algunos casos especiales se desea extraer el destilado superior como vapor en

lugar de lquido. Tambin ocurre cuando el bajo punto de ebullicin del destilado

provoca que la condensacin completa resulte muy difcil. El condensado lquido en

d d i l l l fl j l t

Documents

1. Destilación. Método Mc Cabe Thiele