destilacion
balances de entalpia
Las variaciones reales en las corrientes V y L en una columna de destilacion
Balances de entalpía en las secciones de rectificación y agotamiento
la entalpía específica del vapor que asciende
desde el plato n + 1, y Hx,n la entalpía específica del líquido que sale del plato n.
El balance
de entalpía para la sección comprendida dentro de la superficie de control I
Una forma alternativa se obtiene eliminando qc
, por medio de la relación
Alimentaciones múltiples y extracción
por destilación de corrientes laterales
DISEÑO DE COLUMNAS DE PLATOS PERFORADO
En algunas ocasiones una columna es alimentada con dos (o incluso más) corrientes, que
ingresan a la columna por diferentes platos
Para pasar de platos ideales a platos reales es preciso aplicar una corrección para tener
en cuenta la eficiencia de los platos. Antes de que el diseño esté completo es preciso
tomar otras decisiones importantes, algunas de tanta relevancia como fijar el número de
platos.
Operación normal de un plato perforado
La extensión y variedad de las columnas de rectificación y sus aplicaciones es
enorme
Las unidades más grandes se encuentran por lo común en la industria del
petróleo
Es preferible que sean expertos quienes diseñen las columnas de fraccionamiento
Un plato perforado está diseñado para poner en íntimo contacto una corriente ascendente
de vapor con una corriente descendente de líquido
El líquido fluye a través del plato y
pasa sobre un vertedero hacia un tubo de descenso que conduce al plato inferior.
muestra un plato de una columna de platos perforados en operación
normal
En columnas pequeñas el
conducto de descenso puede ser un tubo soldado al plato
Caída de la presión del vapor
es importante al analizar el comportamiento hidráulico de la columna y al predecir
la eficiencia de los platos
l líquido que circula sobre el plato requiere
una diferencia de presión
La caída de presión a través de un plato es, por lo general, de 50
a 70 mm de H2
La presión necesaria se desarrolla de manera automática en el hervidor
La caída total de presión se calcula para determinar la presión y la
temperatura en el hervidor
La caída de presión a través de un plato puede dividirse en dos partes:
la pérdida
por fricción en los orificios
la caída de presión debida al líquido existente (retención
de líquidos) s
se expresa como una carga
equivalente en milímetros o pulgadas de líquido
nivel de conducto de descenso
o ha de ser considerablemente mayor que
aquél sobre el plato debido a la caída de presión a través de este último
Límites de operación para platos perforados
El nivel real del líquido aireado Z en el conducto de descenso es mayor que a las burbujas.
Si la fracción media de volumen de líquido es φd
el nivel es:
Columnas de platos con válvulas
Para velocidades bajas de vapor
la caída de presión no es suficientemente grande para
evitar que el líquido descienda a través de algunas perforaciones
Esta condición recibe
el nombre de
goteo
Con un gradiente de este tipo, el vapor tiende a fluir
a través de la región donde hay menos líquido
El goteo
disminuye la eficiencia del plato
limitaciones impuestas por asumir
un sobreflujo molar constante
Las aberturas están cubiertas
con tapas o “válvulas”
(la relación de la máxima velocidad de vapor permisible para la velocidad más baja a la
que la columna funcionará satisfactoriamente)
38 mm de diametro
EFICIENCIA DE PLATOS
Para pasar de platos ideales a platos reales es preciso conocer la eficiencia de los platos.
El tratamiento que sigue es aplicable tanto para columnas de absorción de gases como
para columnas de destilación
Tipos de eficiencia de platos
Existen tres tipos de eficiencia de platos:
eficiencia global
se refiere a toda la
columna
eficiencia de Murphree, que se aplica a un solo plato
eficiencia local
se refiere a una localización específica en un solo plato
Teoría de eficiencia de platos
La eficiencia Murphree12 ηM está definida po
La eficacia local η′ está definida por
aplicable a la transferencia de masa en un plato perforado
para ayudar a extender y correlacionar información para la eficiencia de platos
DESTILACIÓN EN COLUMNAS EMPACADAS
frecuencia se utilizan para destilación cuando la separación
es relativamente fácil
requiere de un diámetro de columna no muy grande
son menos costosas que las columnas de platos
La altura de la columna por lo general está basada en el número de platos teóricos
DESTILACIÓN DISCONTINUA
No existe
una teoría correspondiente para otros empaques
los productos volátiles se recuperan a partir de una solución
líquida por destilación discontinua.
Es posible deducir una alternativa sencilla a la ecuación de Rayleigh para una mezcla
ideal,
Destilación discontinua con reflujo
La destilación discontinua con un destilador sencillo no conduce a una buena separación
En muchos casos, se emplea una columna
de rectificación con reflujo
La operación de un destilador discontinuo con columna se analiza utilizando un diagrama de:
diagrama de McCabe-Thiele,
El sistema se opera para mantener constante la composición del destilado
Para determinar la relación de reflujo que se requiere para un xD constante y un xB
es preciso realizar un cálculo por prueba y error
La línea de operación más alta
es para las condiciones iniciales
. El diagrama de McCabe-Thiele para este caso tendría líneas de operación de diferente
pendiente
dependen de
las entalpías de las mezclas del líquido y del vapor
se pueden eliminar por medio de los balances de entalpía
conjuntamente con los balances de materia y los equilibrios de fase
Método basado en la producción del vapor
Los datos de
entalpía pueden estar disponibles a partir de un diagrama entalpía-concentración,
balance de entalpía para
todo el sistema
Destilación Flash
La destilación instantánea o flash consiste en la vaporación de una fracción definida del líquido.
Destilación Flash de Mezclas Binarias
La destilación instantánea (destilación flash) se usa de manera extensa en la refinación del
petróleo.
Para mezclas binarias, generalmente se omiten los subíndices, puesto que xB = 1 –xA y yB = 1– yA. La ecuación (21.2) se puede convertir en una forma más útil, relacionando directamente y con x, que se entiende que son yAe y xAe.
Destilación Continua con Reflujo
La destilación flash o instantánea se utiliza esencialmente para la separación de componentes que tienen temperaturas de ebullición muy diferentes.
Acción de un Plato Ideal
El liquido y el vapor que salen del plato se encuentran en equilibrio. Considerando un solo plato de una columna en una cascada de platos ideales, como en la siguiente imagen.
En la siguiente figura se vera el diagrama del punto de ebullición para la mezcla tratada y la rectificación de un plano ideal.
Combinación de rectificación y agotamiento
En la columna de fraccionamiento continuo con secciones de rectificación y agotamiento veremos el proceso.
Con el Diagrama de balance de materia para un columna de fraccionamiento continuo se vera el condensador, alimentador, entrada de calor entre otros.
Balances de Materia en Columnas de Platos
Balances globales de materia para sistemas de dos componentes
Balance total de materia
Balance del componente A
Eliminando B de estas ecuaciones se obtiene
Eliminando D resultado
Velocidades netas de flujo
La magnitud D es la diferencia entre las velocidades de flujo de las corrientes que entran
y salen por la parte superior de la columna.
Líneas de Operación
Puesto que hay dos secciones en la columna, hay también dos líneas de operación: una
para la sección de rectificación y otra para la sección de agotamiento.
Número de platos ideales; Método de McCabe-Thiele
Relación de Reflujo
El análisis de las columnas de fraccionamiento se facilita utilizando el concepto de relación de reflujo, del que se emplean dos modalidades. Una de ellas es la relación entre el reflujo y el producto destilado, y la otra es la relación que existe entre el reflujo y el vapor.
Condensador y plato superior
Diagramas de los balances de materia para el plato superior y el condensador: a) plato superior; b) condensador total; c) condensadores parcial y final.
Plato en el fondo de la columna y hervidor
La acción en la parte inferior (residuo) de la columna es análoga a la de la parte superior
(destilado)
Diagrama de los balances de materia para el plato inferior y el intercambiador de calor.
Plato de alimentación
En el plato donde se introduce la alimentación pueden variar la velocidad del líquido o la del vapor, o la de ambos, dependiendo de la condición térmica de la alimentación.
Flujo a través del plato de alimentación para diferentes condiciones de alimentación: a) alimentación como líquido frío; b) alimentación como líquido saturado; c) alimentación parcialmente vaporizada; d) alimentación como vapor saturado; e) alimentación como vapor sobrecalentado.
Línea de alimentación
La contribución de la corriente de alimentación al flujo interno de líquido es qF, de forma que la velocidad de flujo total del reflujo en la sección de agotamiento es:
Construcción de líneas de operación
El método más sencillo para representar las líneas de operación es 1) localizar la línea de alimentación; 2) calcular el eje y que intercepta a xD /(RD + 1) de la línea de rectificación y representar en forma gráfica la línea que pasa por la intersección y el punto (xD, xD); 3) trazar la línea de agotamiento que pasa por el punto (xB, xB) y la intersección de la línea de rectificación con la línea de alimentación.
Localización del plato de alimentación
Localización del plato óptimo de alimentación:__, con alimentación en el plato 5 (localización óptima);, con alimentación en el plato 7.
Número mínimo de platos
Puesto que la pendiente de la línea de rectificación es RD /(RD + 1), la pendiente aumenta con la relación de reflujo hasta que, cuando RD es infinito, V = L y la pendiente es igual a 1.
Reflujo mínimo
Para un reflujo inferior al total, el número de platos que se requieren para una separación dada es mayor que para el reflujo total, y aumenta de forma continua a medida que disminuye la relación de reflujo.
Relación óptima de reflujo
Al aumentar la relación de reflujo desde el valor mínimo, el número de platos disminuye, rápidamente al principio y después cada vez más lento, hasta que, para reflujo total, el número de platos es mínimo
