En el ejercicio de destilación desarrollado como ejemplo

1. En el ejercicio de destilación desarrollado como ejemplo (destilación a 0,6 atm de n-pentano, ciclohexano), analice y especifique en qué se modifica la operación (variables o parámetros de diseño) sí en lugar de vaporizador parcial, por el fondo de la columna se inyecta una corriente de vapor saturado de ciclohexano puro.

2. Una columna de destilación trabaja a 1,2 atm y separa una alimentación de 370 kmol/h formada por 45 % molar de n-octano y 55,0 % molar de n-hexano. La recuperación del compuesto más volátil en el destilado es del 99,5 %, originando una fracción molar de este componente de 0,97 en el destilado. La columna está provista de un condensador total y el reflujo es líquido saturado. En los fondos hay un vaporizador parcial que retorna vapor saturado a la columna.

Mediante solución numérica determine, en cada caso, el número mínimo de etapas requerido para la separación y posteriormente calcule la relación mínima de reflujo y proponga una relación de reflujo que le permita estimar el número de etapas requerido y el plato de alimentación sí:

• La alimentación es un líquido saturado.
• La alimentación registra 124 °C con la misma composición.

En cada caso:

Aplique tanto el método de Lewis (solución numérica etapa a etapa) y represente las líneas de operación superior, inferior y de alimentación sobre el diagrama de McCabe-Thiele.

Presente los perfiles de temperatura y de composición en fase líquida y en la fase vapor de las corrientes salientes por etapa, en función del número de etapa.

Calcule la carga de enfriamiento del condensador y el requerimiento energético del vaporizador.

3. Consulte el régimen de flujo que puede obtenerse al interior de la columna dependiendo de la velocidad de flujo del vapor y del líquido al interior de la columna. Para su argumentación puede hacer referencia al diseño del plato. 

    Los platos de placas perforadas son fáciles de fabricar y no son costosos. Los agujeros se perforan en la placa metálica. Hoy por hoy existe bastante información disponible para el diseño y, como los diseños no son patentados, cualquiera puede construir una columna de platos perforados. La eficiencia es buena en las condiciones de diseño. Sin embargo, en el rechazo, que es el funcionamiento al operar a menos del flujo de diseño, es relativamente malo. Eso quiere decir que la operación a flujos apreciablemente menores que las condiciones de diseño hará que la eficiencia sea menor. Para los platos perforados, la eficiencia baja mucho con flujos de gas menores que aproximadamente 60% del valor de diseño. Por lo tanto, esos platos no son muy flexibles. Los platos perforados son muy buenos en aplicaciones sucias o cuando hay sólidos presentes, porque son fáciles de limpiar. En general este tipo de platos son los más sencillos y actualmente de los más comunes en la industria.

    En éste, el vapor burbujea hacia arriba por los agujeros a través del líquido que fluye. Los agujeros tienen tamaños que fluctúan entre los 3 y los 12 mm de diámetro. El área de vapor de los agujeros varía entre el 5 y el 15% del área del plato. El líquido se conserva sobre la superficie del plato, y no puede fluir de nuevo hacia abajo por los agujeros porque se lo impide la energía cinética del gas. La profundidad del líquido sobre el plato se mantiene por medio de un vertedor que funciona como una represa y cuando el líquido rebosa dicha berrera  fluye por la bajante hacia el siguiente plato, inferior.

    Los platos de válvulas se diseñan para tener mejores propiedades de rechazo que los platos perforados, por lo que son más flexibles cuando varía la tasa de alimentación. El plato de válvula se parece a uno perforado porque tiene una base agujereada para que pase el gas, y bajantes para el flujo de líquido. La diferencia es que los agujeros están equipados con válvulas que proporciona un área abierta variable; ésta debe su variabilidad al flujo de vapor que inhibe la fuga del líquido por la abertura a bajas tasas de vapor. Por lo tanto, este tipo de plato opera a un intervalo mayor de tasas de flujo que el plato perforado. A altas velocidades de vapor, la válvula se encontrará totalmente abierta y proporcionará una abertura máxima para el flujo del gas. Cuando disminuye la velocidad del gas, la válvula baja. Eso mantiene casi constante a la velocidad del gas y a la eficiencia del plato al mismo tiempo que evita el goteo.

    A la tasa de flujo de diseño para el vapor, los platos de válvulas tienen más o menos la misma eficiencia que los platos perforados. Sin embargo, sus características de rechazo son mejores en general y la eficiencia permanece alta aun cuando baja el flujo de gas. También se pueden diseñar para tener menor caída de presión que los platos perforados, aunque, en el caso normal, la caída de presión será mayor que la de los platos perforados. Las desventajas de los platos de válvulas son que cuestan un 20% más que los platos perforados (Glitsch. 1985) y que son más propensos a ensuciarse o taparse si se destilan soluciones sucias.

    En el plato de capuchones o barboteadores el vapor o gas se eleva a través de las aberturas del plato hacia el interior de los capuchones. Después el gas fluye por las ranuras y la periferia de cada tapa y las burbujas fluyen hacia arriba por el líquido que fluye. Este diseño es muy flexible y trabaja en forma satisfactoria a tasas de flujo de líquido muy altas y muy bajas. Sin embargo, el arrastre es aproximadamente el triple que en un plato perforado y, en general, habrá un gradiente apreciable de líquido a través del plato. EI resultado neto es que la altura entre platos debe ser bastante mayor que para los platos perforados. Las eficiencias suelen ser iguales o menores que para los platos perforados y con frecuencia las características de rechazo son peores. La capucha de burbujeo tiene problemas con coquizaciones, formación de polímeros o con mezclas que ensucien mucho. Los platos con capuchas de burbujeo cuestan unas cuatro veces más que los platos de válvulas (Wankat, 2008) y casi el doble que el de los platos perforados (Geankoplis, 1998) sobrecostos que varían en más de 50% según las fuentes consultadas.

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