Destilacion Fraccionada

DESTILACIÓN FRACCIONADA

OBJETIVOS:

Conocer la destilación fraccionada como método de separación de los componentes de una mezcla líquida.

Separar una mezcla binaria aprovechando la diferencia de volatilidades

TEORÍA:

MÉTODO DE MCCABE-THIELE PARA EL CÁLCULO DEL NÚMERO DE ETAPAS TEÓRICAS

1. INTRODUCCIÓN Y SUPUESTOS

McCabe y Thiele han desarrollado un método matemático gráfico para determinar el número de platos o etapas teóricas necesarios para la separación de una mezcla binaria de A y B. Este método usa balances de materia con respecto a ciertas partes de la torre, que producen líneas de operación similares a las de la ecuación (10.3-13), y la curva de equilibrio xy para el sistema.

El supuesto principal del método de McCabe-Thiele consiste en que debe haber un derrame equimolar a través de la torre, entre la entrada de alimentación y el plato superior y la entrada de alimentación y el plato inferior. Esto se ve en la figura ll .4-2, donde las corrientes de líquido y vapor entran a un plato, establecen su equilibrio y salen del mismo. El balance total de material proporciona la expresión

Un balance de componentes con respecto a A da

Donde V,, + , son mol/h de vapor del plato n + 1, L, son mol/h de líquido del plato n, y,+, es la fracción mol de A en Vn+l, y así sucesivamente. Las composiciones y, y x, están en equilibrio y la temperatura del plato n es T,,. Si se toma T,, como referencia se puede demostrar por medio de un balance de calor que las diferencias de calor sensible en las cuatro corrientes son bastante pequeñas cuando los calores de disolución son despreciables. Por consiguiente, sólo son importantes los calores latentes en las corrientes V, + , y V,. Puesto que los calores molares latentes para compuestos químicamente similares son casi iguales, V, + 1 = V,, y L,, = L, _ , . Por tanto, la torre tiene un derrame mola1 constante.

2. ECUACIÓN PARA LA SECCIÓN DE ENRIQUECIMIENTO

En la figura ll .4-3 se muestra una columna de destilación continua con alimentación que se introduce a la misma en un punto intermedio, un producto destilado que sale por la parte superior y un producto líquido que se extrae por la parte inferior. La parte superior de la torre por encima de la entrada de alimentación recibe el nombre de sección de enriquecimiento, debido a que la alimentación de entrada de mezcla binaria de componentes A y B se enriquece en esta sección, por lo que el destilado es más rico en A que en la alimentación. La torre opera en estado estacionario.

Un balance general de materia con respecto a la totalidad de la columna en la figura ll .4-3 establece que la alimentación de entrada de F mol/h debe ser igual al destilado D en mol/h más los residuos W en mol/h.

Un balance total de materia con respecto al componente A nos da,

En la figura 11.4-4a se muestra esquemáticamente la sección de la torre de destilación que está por encima de la alimentación, esto es, la sección de enriquecimiento. El vapor que abandona el plato superior con composición y1 pasa al condensador, donde el líquido condensado que se obtiene está a su punto de ebullición. La corriente de reflujo L mol/h y el destilado D mol/h tienen la misma composición, por lo que y1 = xD. Puesto que se ha supuesto un derrame equimolar, Ll = L2 = L, y VI

= v*= v,= vn.

Efectuando un balance total de materia con respecto a la sección de líneas punteadas en la figura ll .4-4a,

Al despejar y, + ,, la línea de operación de la sección de enriquecimiento es

Para la sección de empobrecimiento: Las ecuaciones son:

La línea q, es donde se interceptan las líneas operantes:

DESTILACIÓN FRACCIONADA CON EL MÉTODO DE ENTALPÍA CONCENTRACION

DATOS DE ENTALPÍA-CONCENTRACIÓN

Un diagrama de entalpía-concentración para una mezcla binaria vapor-líquido de A y B toma en consideración los calores latentes, los calores de disolución o de mezclado y los calores sensibles de los componentes de la mezcla. Se requieren.10~ siguientes datos para construir dicho diagrama a presión constante: 1) capacidad calorífica del líquido en función de la temperatura, la composición y la presión; 2) calor de disolución en función de la temperatura y la composición; 3) calores latentes de vaporización en función de la composición y la presión o la temperatura; 4) punto de ebullición en función de la presión, la composición y la temperatura.

El diagrama a presión constante se basa en estados arbitrarios de referencia del líquido y en la temperatura, por ejemplo, 273 K (32°F). La línea de líquido saturado en la entalpía h kJ/kg (btu/lb,) o kJ/ kg mol, se calcula por medio de la expresión

Donde XA es la fracción mol o de peso de A, T es el punto de ebullición de la mezcla en K (“F) “C,

To es la temperatura de referencia, K, cpA

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