“Rectificación por Lotes de una Mezcla Binaria”

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÌA
QUÍMICA E INDUSTRIAS
EXTRACTIVAS

Área de Operaciones Unitarias

Laboratorio de Destilación y Extracción

“Rectificación por Lotes de una Mezcla Binaria”

Profesora: Blanca Navarro Anaya

Alumno: Díaz Nava Luis Roberto

Grupo: 4PV81

Boleta: 2015320264

OBJETIVO

Desarrollar los conocimientos para comprender el fenómeno de la separación de líquidos volátiles, por medio de destilación de una mezcla binaria en una columna adiabática de rectificación por lotes, haciendo uso de la ecuación de Rayleigh.

INTRODUCCION

Destilación por lotes.

1. Destilación diferencial
2. Rectificación por lotes                                                

La destilación por lotes es la forma de destilar más antigua, la mezcla se alimenta al equipo se calienta a ebullición, el vapor formado se remueve continuamente, se condensa y se obtiene un destilado. La destilación por lotes se utiliza cuando:

• La capacidad de la planta es muy pequeña para permitir una operación continua.
• La demanda del o de los productos es temporal y es necesario utilizar un solo equipo para diferentes alimentaciones y diferentes productos.
• Se necesita producir varios productos nuevos con un solo equipo, para ofrecerlo a posibles clientes para su evaluación.
• Las operaciones o procesos previos son por lotes y la composición de la carga a destilar varía con  el tiempo o de lote a lote.
• La alimentación contiene sólidos o materiales que forman sólidos, gomas o resinas que taparían o incrustarían una columna de destilación continua.
• Las mezclas tienen puntos de ebullición muy diferentes. (1)

La destilación por lotes descrita se llama destilación diferencial, pero cuando se requiere un destilado mas puro, se recurre a una rectificación por lotes donde  el vapor proveniente del hervidor va hacia una columna con varias etapas de equilibrio y el respectivo reflujo, que puede ser constante o variable. Se revisarán ambos tipos de destilación por lotes. En ambos casos,  

Se alimenta la carga F, se suministra calor, elevándose la temperatura hasta el punto de burbuja de la alimentación, de composición zi, el primer vapor desprendido tiene la composición más alta posible. Se continúa con la destilación, condensando y acumulando el destilado hasta que se obtiene la concentración deseada en el destilado yD ó en el residuo, xW, correspondientes a unas cantidades de destilado obtenido D y de residuo W. Conforme transcurre la destilación, la temperatura va aumentando porque los componentes más volátiles van disminuyendo en el residuo, igualmente en el vapor que se va desprendiendo y la concentración del destilado acumulado, disminuye desde la concentración inicial.

La trayectoria de la composición del líquido vs W/F se llama curva de residuos y la colección de varias curvas se llama mapa de curvas de residuo. Éstos son ampliamente utilizados en el estudio de la destilaciones complejas.

La destilación simple tambien se puede operar en otras formas, por ej. condensación diferencial (Tr)

Balance de Masa. en la Destilación por lotes

Balance entre el inicio y el final de la destilación..

Nomenclatura                

moles de alimentación, destilado y residuo, F, D, W

fracción mol del componente i en F, D y W: zi,  xD,  xW

moles de cada componente en F         [pic 3] = [pic 4]                     

moles de cada componente en D             [pic 5] = D xD

moles de cada componente en W           [pic 6] = [pic 7]

Balance global                F = D + W             (1)

Balance de los componentes:                [pic 8]           (2)

        [pic 9]  = [pic 10]                             (3)        

        [pic 11]  =  [pic 12]    =   [pic 13]   (4)

        [pic 14]  =  [pic 15]  =  [pic 16]    (5)

Dadas F, z y xw (o yd), si se desea conocer D, W y xw (ó yd), las ecuaciones (1) y (2) de balance no son suficientes porque entre yd  y xw no hay condición de equilibrio, se requiere una relación adicional, ésta es la ecuación de Rayleigh obtenida integrando un balance de masa diferencial y asumiendo un equilibrio instantáneo.

Balance de masa y equilibrio en un instante t

Como la destilación diferencial es una operación dinámica, las propiedades, temperatura, composiciones y cantidades del destilado y del residuo cambian con el tiempo, se parte de una expresión diferencial entre las variables y se  integra para tener una relación entre ellas.

Consideraciones: 

        - El líquido se encuentra perfectamente mezclado, su composición es uniforme

        - El vapor que se desprende esta en equilibrio con el líquido y la cantidad de vapor es despreciable.

        - No hay reflujo.

En cada instante se encuentra en el destilador  un líquido de composicion [pic 17] , del cual se desprende una cantidad diferencial de vapor de composición [pic 18]  en equilibrio térmodinamico, así se tiene: moles de líquido   =   L   que tiene como límites F y W        

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