El método de McCabe-Thiele

Introducción  

En el método de McCabe-Thiele se considera la constancia de los calores latentes molares de vaporización y se desprecian los calores de mezcla. Estas suposiciones implican la constancia de los caudales molares de líquido y vapor en toda la columna de rectificación, excepto en las zonas de alimentación o extracción de corrientes laterales (tanto de materia como de entalpía). Estas simplificaciones son muy útiles y permiten el desarrollo de un método gráfico muy sencillo para la determinación del número de pisos en una columna de rectificación, así como de la concentración de cada una de las corrientes que abandona cada etapa. Sin embargo, estas condiciones se satisfacen raramente en la práctica real de la rectificación, aunque proporcionan un buen punto de partida en problemas de diseño.

Para sistemas reales, donde el calor latente molar depende de la composición y donde se presentan considerables efectos caloríficos de mezcla, los cálculos resultan más complicados no siendo aplicable el citado método. Para sistemas binarios, Ruheman Ponchon y Savarit desarrollaron un método gráfico para resolver este tipo de problemas en sistemas reales, que se basa en el uso del diagrama entalpía específica - composición. La figura 1 muestra un diagrama típico entalpía específica - composición: la curva V corresponde a las temperaturas de condensación (vapor saturado) frente a la composición, y separa las zonas de vapor (V) y líquido más vapor (V+L). La curva L corresponde a las temperaturas de ebullición (líquido saturado) y separa las zonas, V+L y L. La recta AB es una recta de equilibrio, los puntos A y B representan las composiciones y entalpías del líquido y vapor en equilibrio, respectivamente. Un punto C en la zona V+L se desdoblará en dos fases de composición y entalpía dadas por A para el líquido y B para el vapor.

El método de McCabe-Thiele se basa en el supuesto de desbordamiento de molar constante que exige que:

Los calores molares de vaporización de los componentes de la alimentación son iguales.

Así para cada mol de líquido vaporizado se condensa un mol de vapor.

Los efectos del calor, tales como calores de disolución y la transferencia de calor hacia y desde la columna de destilación se consideran despreciables.

Construcción y uso del diagrama de McCabe-Thiele

Antes de comenzar la construcción y uso de un diagrama de McCabe-Thiele para la destilación de una alimentación binaria, debemos obtener los datos del equilibrio líquido-vapor (VLE) para el componente de menor punto de ebullición de la alimentación.

El siguiente paso es dibujar una línea recta desde el origen de la gráfica (0, 0) hasta el punto (1, 1), es decir la recta y=x. Esta línea de 45 grados se utiliza simplemente como una ayuda gráfica para la elaboración de las líneas restantes. Luego se dibuja la línea de equilibrio utilizando los puntos de datos VLE del componente de más volátil, lo que representa el equilibrio de las composiciones en fase de vapor (Y) para cada valor de la composición de la fase líquida (X). También dibujamos líneas verticales desde el eje horizontal hasta la línea y=x para la composición de alimentación, para la composición del destilado superior y para la del producto de la corriente del fondo (en rojo

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