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Lizbet Castañeda Sandoval
Adriana Cruzado Hernández
Elizabeth Hernández Santisbon
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
PROCESOS DE SEPARACION III
DEFINICIÓN:
Las columnas de destilación empacadas consisten en una torre llena de
lo que se denomina cuerpos de rellenos o empaques, que permite el
contacto intimo entre el liquido y su vapor al desplazarse el liquido sobre
la superficie de los cuerpos de relleno en contracorriente con el vapor.
Son particularmente útiles en destilaciones a baja presión y cuando la
retención del líquido debe ser pequeña, como en la destilación de
materiales sensibles al calor cuya exposición a temperaturas elevadas se
debe minimizar.
COMPARACIÓN ENTRE UNA COLUMNA DE
PLATOS Y UNA EMPACADA
Comparando el funcionamiento de una columna de platos con una empacada, se
observa que en la de platos hay una variación discontinua de la concentración de
un plato a otro, mientras que en la de relleno esta variación es continua a lo largo
de toda la columna.
Los balances de energía y entalpia son a aplicados a las columnas de platos son
igualmente aplicables a las de relleno, teniendo en cuenta que a en estas hay que
referirlas a un elemento diferencial de volumen limitado por dos secciones
normales de la torres infinitamente próximas.
ALTURA EQUIVALENTE A UN PLATO
TEÓRICO
Se denomina altura equivalente a un plato teórico (HETP) a la altura de relleno
necesaria para que las concentraciones del liquido y el vapor que salen de él sean
las correspondientes a las condiciones de equilibrio. Esta magnitud hay que
determinarla experimentalmente, y es función del tipo y tamaño del relleno, de
los flujos del liquido y el vapor, y para algunas mezclas de su composición.
ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN
El funcionamiento de una columna de relleno de acuerdo con el mecanismo de
transporte de materia entre fases, la altura Z de relleno necesaria para efectuar
una separación determinada, vienen dadas por el producto del numero de
elementos de transmisión por la altura del elemento de transmisión.
Si consideramos que la resistencia principal al transporte de materia se encuentra
en la capa gaseosa, el numero global de elementos de transmisión (𝑁𝑂𝐺) y la
altura del elemento de transmisión (𝐻𝑂𝐺) vienen dadas por las expresiones:
𝑁𝑂𝐺 = 𝑑𝑦
𝑦´ − 𝑦
𝑌2
𝑌1
𝐻𝑂𝐺 = 𝐺
𝐾𝐺𝑎 Ecuación 1 Ecuación 2
Si consideremos que la principal resistencia al transporte de materia se encuentra
en la fase liquida, entonces:
Donde:
a es el área de superficie de relleno por unidad de volumen
KG y KL son los coeficientes globales relacionados con los coeficientes de
transporte kG y kL y la pendiente de la curva de equilibrio, por las expresiones
𝑁𝑂𝐿 = 𝑑𝑥
𝑥´ − 𝑥
𝑋
𝑋1
𝐻𝑂𝑙 = 𝐿
𝐾𝐿𝑎 Ecuación 3 Ecuación 4
1
𝐾𝐺=
1
𝑘𝐺 +
𝑚
𝑘𝐿 Ecuación 5
1
𝐾𝐿=
1
𝑘𝐿 +
1
𝑚𝑘𝐺 Ecuación 6
EJERCICIO
Una mezcla acido acético-agua, de concentración 0.55 en fracción molar de
acético, entra como alimentación a su temperatura normal de ebullición a una
columna de rectificación empacada, al objeto de separarla en un producto de
cabeza con composición 0.95 y de colas 0.03.
Si se trabaja con una relación de reflujo de 0.85 y para el empaque empleado en
las condiciones de operación HOG = 30 cm. Determínese:
a) Las rectas de operación
b) El numero de elementos de transmisión
c) La altura necesaria de empaque
F = 100 moles
XF = 0.55
D = ?
XD = 0.98
W = ?
XW = 0.003
DIAGRAMA
a) Las rectas de operación:
Se realiza un balance de materia.
𝐹 = 𝐷 +𝑊 𝐷 = 100 −𝑊
Sustituyendo :
(1) 100 = 100 −𝑊 + 𝐷
(2) 100𝑋𝐹 = 𝐷𝑋𝐷 +𝑊𝑋𝑊
100 0.55 = 0.95𝐷 + 0.003𝑊
Resolviendo el sistema de dos ecuaciones:
55 = 95 − 0.95𝑊 + 0.003𝑊
40 = −0.92𝑊
𝑊 = 43.5 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
𝐷 = 56.5 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
Relación de 𝐿
𝑉 = 0.85
D = 𝑉 − 𝐿 1
𝑉 Ecuaciones:
L´= L+F
𝐷
𝑉 = 1 -
𝐿
𝑉 V´= L´- W V = L+D
𝐷
𝑉 = 0.15 Resolviendo :
V - L= 56.5 V = 56.5 + L
L= 0.85V V = 56.5 + 0.85V V = 376.5 moles
V – L = 56.5
-L = 56.5 - V
L = 320 moles
L´= L + F 320 + 100 = 420 moles
V´ = L´- W 420 - 43.5 = 376.5 moles
Sustituyendo en las ecuaciones para las rectas:
𝑌𝑛 =𝐿
𝑉𝑋 +
𝐷
𝑉𝑋𝐷 𝑌𝑚 =
𝐿´
𝑉´ X +
W
V´Xw
𝑌𝑛 = 0.85𝑥 + 0.1425 seccion superior
𝑌𝑚 = 1.1155𝑥 + 0.00346 seccion inferior
Z = 𝑁𝑂𝐺𝐻𝑂𝐺 = (15.96)(0.30) = 4.80 𝑚
b) Numero de transmisiones