8/11/2019 Eficiencia de Platos en Destilacin y Absorcin

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740 ll.5 Efici encias de los plat os en l a desti la cin y l a absorcin

Al despejar ys+ t la lnea de operacin para la regin entre la corriente lateral y la alimentacin es

x x DXLI

Ys+ =y---

s

s VS

(11.4-37)

La pendiente de esta lnea es s Vs+ La lnea se puede localizar de acuerdo con la figura ll .4-

18, por medio de la lnea que determina la interseccin de la lnea de empobrecimiento, y la ecuacin11.4-37), o se puede fijar por medio de la especificacin de x0, esto es, la composicin de la

corriente lateral. En una torre real, el escaln en el diagrama de McCabe-Thielese debe localizar enla interseccin de las lneas de operacin en x0.Si esto no ocurre as, la razn de reflujo se puede

alterar ligeramente para cambiar los escalones.

5. Condensadores parciales. En algunos casos especiales se desea extraer el destilado superiorcomo vapor en lugar de lquido. Esto tambin puede ocurrir cuando el bajo punto de ebullicin del

destilado provoca que la condensacin completa resulte muy difcil. El condensado lquido en uncondensador parcial se regresa a la torre como reflujo y el vapor se extrae como producto, como

se muestra en la figura 11.4-19.Si el tiempo de contacto entre el vapor y el lquido es suficiente, el condensador parcial est en una

etapa terica. Entonces, la composicin xR del reflujo lquido est en equilibrio con la composicin delvaporyD, donde yo=xD. Si el enfriamiento en el condensador es rpido y el vapor y el lquido no alcanzansu equilibrio, slo se obtiene una separacin parcial.

11.5 EFICIENCIAS DE LOS PLATOS EN LA DESTILACIN Y LA ABSORCIN

11 5A Introduccin

En todo lo antes expuesto sobre platos tericos o etapas de destilacin, se supuso que el vapor que sedesprende de un plato esta en equilibrio con el lquido que sale del mismo. Sin embargo, si el tiempo decontacto y el grado de mezclado en el plato son insuficientes, las corrientes no estn en equilibrio. Como

resultado, la eficiencia del plato o etapa no es del 100%. Esto significa que, en una separacin cualquiera,se necesitan usar mas platos reales que el numero terico que se determina por calculo. Los anlisis de

esta seccin son aplicables tanto a torres de destilacin como a torres de absorcin.

d

X X XD

FIGURA 11.4-I 8. Gricade M cCabe Thiele para una t orre con corri ent e lquida lat eral por encima

de la alimentacin.

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Cap

I I

Procesos de separacin vapor -l qui do 741

W

Etapa del condensador-

4

XD

b

FIGURAll .4 l 9. Condensador parcial donde el v apor y el l iquido salen en equi l ibr io:a) diagrama de flujo del proceso, b)

grica

deM cCabe Thi el e.

Se usan tres tipos de eficiencia de platos o de etapas: efciencia total de platos Eo eficiencia deplatos de Murphree

EM y eficiencia de platos puntual o local EM P (llamada a veces eficiencia puntual

de M urphree). Estas eficiencias se consideraran en forma individual.

11SB Tipos de eficiencia de platos

1. Efcienci at otal de platos. La efi cienci a t otal de plat os Eose retiere a la totalidad de la torre

y es de uso muy simple, aunque es la menos fundamental. Se define como la relacin entre el nmerode platos tericos o ideales necesarios en una torre y el nmero de platos reales usados:

E =nmero de platos ideales

nmero de platos reales(11.5-l)

Por ejemplo, si se necesitan ocho etapas tericas y la eficiencia total es de 60 , el numero de platos

tericos es ocho menos un hervidor, o sea, siete platos. El numero real de platos es 710.60, u 11.7 platos.Existen dos correlaciones empricas para eficiencias totales de platos de destilacin y absorcin

en torres comerciales y en diseos estndar de platos (01). Para destilacin de hidrocarburos, estosvalores varan entre 50 y 85% y para absorcin de hidrocarburos, de 10 a 50%. Estas correlaciones

slo se deben usar como estimaciones aproximadas.

2. Efi ciencia de pl at os de M urphree. La efi ciencia de plat os de Murphree E J se define como sigue:

E

n

-Y 1

n l

(11.5-2)

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Cap. I l Pr ocesos de separ acin v apor -l qui do 743

11 X Relacin entre eficiencias

La relacin entre EMp yEMpuede

deducir matemticamente siempre y cuando se especifique el gradode mezclado del lquido y del vapor. Robinson y Gilliland Rl) presentan deducciones matemticas

para tres series de supuestos diferentes. Sin embargo, generalmente se requieren datos experimen-tales para obtener el grado de mezclado. Van Winkle (VI) resume algunos mtodos semitericos para

predecir EMp y EMCuando se conoce o se puede predecir la eficiencia de platos de Murphree EM la eficiencia total

de platos Eo puede se correlacionar con EM por medio de diversos mtodos. En el primero de ellos,cuando la pendiente m de la lnea de equilibrio es constante, al igual que la pendiente WVde la lnea deoperacin, la expresin analtica es:

Eo =log

[l E mV/L

l)]

logW/L

11.5-4

Si las lneas de equilibrio y de operacin de la torre no son rectas, se aconseja utilizar el mtodogrfico en el diagrama de McCabe-Thiele para determinar el nmero real de platos cuando se conocela eficiencia de platos de Murphree. En la figura ll S-2 se muestra un diagrama que compara un plato

real con uno ideal. El tringulo acd representa un plato ideal y el triangulo ms pequefio ube, unplato real. Para el caso considerado, la eficiencia de Murphree es EM = 0.60 = buha La lnea punteadaque va desde el punto b se traza de tal modo que el valor de buku para cada plato sea 0.60. Los platos seescalonan usando esta eficiencia, y el nmero total de escalones proporciona el numero real de platosnecesario. El hervidor se considera como un plato terico, por lo que para este plato se usa la cur-

va real de equilibrio, tal como se muestra en la figura ll S-2. Se obtienen 6.0 platos reales mas un hervidor.

l l .6 DESTILACI6N FRACCIONADA CON EL MTODO DEENTALPA-CONCENTRACIbN

11.6A Datos de entalpa concentracih1. Introduccin. En la seccin ll .4B se us el mtodo de McCabe-Thielepara calcular el nmero

de etapas tericas o platos necesarios para cierta separacin de una mezcla binaria de A y Bpor

Etapa d4hervidor

FIGURA.

xw X X

X

ll 5 2 Uso de la efi cienci a de pl at os de M urphr ee para determi nar el nmero real de pl at os.