mc cabe mc3a9todo de disec3b1o parte i

1 000

0,900

1,000

UNEFM

0,700

0,800

0,500

0,600

l

a

r

d

e

p

e

n

t

a

n

o

0,400

y

,

f

r

a

c

c

i

o

n

m

o

0,200

0,300

0,000

0,100

0 000 0 100 0 200 0 300 0 400 0 500 0 600 0 700 0 800 0 900 1 0000,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000x, fraccion molar de pentano

CONTENIDOCONTENIDO

Mtodo McCabe Thiele (cont.) Relacin de reflujo

9 Limite de operabilidad: reflujo total y mnimo9 Reflujo ptimo9 Reflujo subenfriado9 Vapor sobrecalentado al plato inferior9 Vapor sobrecalentado al plato inferior

Nmero de etapas ideales9 Numero mnimo y mximo de etapas ideales9 Localizacin del plato de alimentacin.

Numero de etapas reales9 Eficiencia Global9 Eficiencia de Murphree9 Eficiencia puntual9 Eficiencia puntual

Contenido Ing. Zoraida Carrasquero MSc. Unidad II. Destilacin Mtodo McCabe - Thiele

Condiciones limites de operacin.

Relacin de reflujo total.1. Indica la mxima cantidad de condensado que regresa a la columna.

Condiciones limites de operacin.

2. El numero de etapas tericas es mnima y la altura de la columna espequea

3. El dimetro de la columna es grande4 El l l h id lt4. El calor en el rehervidor es alto.

Como todo el vapor se va areflujo, L = V ; L/V = 1,0 yL/D = Las dos lneas deL/D = . Las dos lneas deoperacin se convierten en lalnea y = x

Figura 5 Reflujo total: A) Columna, B) diagrama McCabe

Limites de operacin Ing. Zoraida Carrasquero MSc. Unidad II. Destilacin Mtodo McCabe - Thiele

- Thiele

Relacin de reflujo mnima: (L/D)min (L/V)minj ( )min ( )min

1. Indica la cantidad mxima de liquido que sale como productodestilado

2. El numero de etapas tericas es mxima, por ende la altura de lacolumna es infinita

3. El dimetro de la columna es pequeo4. El calor en el rehervidor es bajo

En el punto deestriccin no cambian lasconcentraciones deliquido y vapor de unaetapa a otra.

Figura 6. Reflujo mnimo: A) estriccin en la etapa de alimentacin, B)


estriccin tangente. Fuente: Wankat, P. 2008

Relacin de reflujo de operacinRelacin de reflujo de operacin

(1 + 2)

(1)

1 2 R < R < 1 5R1,2 Rmin < Rop < 1,5Rmin

(2)

Figura 7. Representacin grafica del costo anual, costo fijo y costo total frente a la relacin de reflujo (L/D); para la determinacin de la relacin de reflujo ptima (L/D)optima


j p ( )optima

Reflujo subenfriado y vapor sobrecalentado al plato inferiorReflujo subenfriado y vapor sobrecalentado al plato inferior

Como el reflujo y el vapor de fondo son entradas a la columna, se debeesperar el mismo comportamiento si esas corrientes estn subenfriadas osobrecalentadas.El reflujo subenfriado se presenta con frecuencia si el condensador esta anivel del suelo. Entonces se requiere una bomba para regresarlo a la parte

i d l l U li id t d it i d superior de la columna. Un liquido saturado provocara cavitacin y daarala bomba; entonces se debe subenfriar el liquido para poder bombearlo.Igualmente, la pendiente de la lnea de operacin de la zona deenriquecimiento L/V no puede calcularse en forma directa a partir de laenriquecimiento, L/V, no puede calcularse en forma directa a partir de larelacin de reflujo externo, L/D, porque L y V cambian en el plato superior.Cuando el reflujo esta sobreenfriado se debe agregar un plato adicionalpara calentar el reflujo (Kister 1990)para calentar el reflujo (Kister, 1990)

Una entrada de vapor directo sobrecalentado o un vapor sobrecalentadodirigido al plato inferior procedente de un vaporizador total causarang p p pevaporacin del liquido dentro de la columna. Esto equivale a un aumentoneto de la relacin de vapor al fondo, V/B, y hace que la pendiente de lalnea de operacin en la zona de agotamiento tienda a 1,0 (Wankat, P.,


2008).

Numero de platos tericos

1,000

p

1Si el condensador

0,800

0,900

2

Si el condensadores total

0,600

0,700e

p

e

n

t

a

n

o

3

0,400

0,500

,

f

r

a

c

c

i

o

n

m

o

l

a

r

d

e

R

0,200

0,300y,

xD/(R+1)

0,000

0,100

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000

x fraccion molar de pentano

xDxFxB

La columna consta de3 etapas tericos +un calderin

Numero de etapas tericas Ing. Zoraida Carrasquero MSc. Unidad II. Destilacin Mtodo McCabe - Thiele

x, fraccion molar de pentano

Numero de platos tericosp

La columna consta de un condensador parcial y un rehervidor parcial

1

C

2La columna consta de 2etapas tericos + unetapas tericos uncondensador parcial + unrehervidor

Numero de etapas tericas Ing. Zoraida Carrasquero MSc. Unidad II. Destilacin Mtodo McCabe - Thiele

L li i d l t d li t iLocalizacin de la etapa de alimentacin

La localizacin de la etapa de alimentacin esta en el punto de cambiopara el trazado de las etapas entre la lnea de operacin de la zona depara el trazado de las etapas entre la lnea de operacin de la zona deenriquecimiento y la curva de equilibrio y el trazado de las etapas entre lalnea de operacin de la zona de agotamiento y la curva de equilibrio

Si la columna consta de uncondensador total la etapa

1

2C

1 condensador total la etapaoptima de alimentacin es la 33

1

2

Si la columna consta de uncondensador parcial la etapacondensador parcial la etapaoptima de alimentacin es la 2

Etapa de alimentacin Ing. Zoraida Carrasquero MSc. Unidad II. Destilacin Mtodo McCabe - Thiele

L li i d l t d li t i (C t )Localizacin de la etapa de alimentacin (Cont.)

(A) (B)

Figura 8. Localizacin de la etapa de alimentacin: A) Localizacin de la etapa dealimentacin por encima de la etapa optima B) Localizacin de la etapa de alimentacin poralimentacin por encima de la etapa optima. B) Localizacin de la etapa de alimentacin pordebajo de la optima Fuente: Maddox, R y Hines, A. 1985

Como influye el nmero de etapas y la posicin del plato de alimentacinen el rendimiento de la columna?Etapa de alimentacin Ing. Zoraida Carrasquero MSc. Unidad II. Destilacin Mtodo McCabe - Thiele

en el rendimiento de la columna?

N d t l Efi i iNumero de etapas reales: Eficiencia

La eficiencia indica la desviacin de la idealidad, permite comparar elfuncionamiento de una etapa real y una de equilibrio Existen tres tipos defuncionamiento de una etapa real y una de equilibrio. Existen tres tipos deeficiencia de platos:

1) Eficiencia global (o), se refiere a toda la columna) g ( o),2) Eficiencia de Murphree (MV ML), se aplica a un solo plato3) Eficiencia local o puntual (P), se refiere a una localizacin especifica

en un plato determinado.

La eficiencia global se define como la cantidad de etapas de equilibrionecesarias para la separacin, dividida entre la cantidad real de etapasrequeridas:

En la cantidad de etapas reales ode equilibrio no se incluyende equilibrio no se incluyencondensadores parciales nirehervidores parciales

Nmero de etapas reales Ing. Zoraida Carrasquero MSc. Unidad II. Destilacin Mtodo McCabe - Thiele

Efi i i d M hEficiencia de Murphree

La eficiencia de Murphree del vapor es la variacin de la composicin delvapor al pasar de un plato al siguiente dividida entre la variacin quevapor al pasar de un plato al siguiente, dividida entre la variacin quetendra lugar si el vapor que sale estuviese en equilibrio con el liquido quesale del plato (McCabe, W; Smith, J y Harriot, P. 2007).

(24)

Figura 9. Una seccin del diagrama donde se observancada una de las concentraciones involucradas en la


eficiencia de Murphree (Fuente: Kister, H. 1992)

Una vez conocida la eficiencia de Murphree para cada etapa, ser fcilusarla en un diagrama McCabe-Thiele, (Figura 26), yn esta dado por

(25)

El trazado de la curva depseudoequilibrio permitedeterminar el plato optimodeterminar el plato optimoreal de alimentacin y elnumero de etapas reales.Observe que el rehervidorObse e que e e e doparcial se considera porseparado, porque tendruna eficiencia diferente ala del resto de la columna

Figura 10. Diagrama McCabe-Thiele para MV

Eficiencia de Murphree Ing. Zoraida Carrasquero MSc. Unidad II. Destilacin Mtodo McCabe - Thiele

g g p MVFuente: Wankat, P. 2008

Para obtener eficiencias elevadas en cada etapaPara obtener eficiencias elevadas en cada etapa

El tiempo de contacto debe ser largo para que ocurra difusinLa superficie interfacial entre las fases debe ser grandeLa superficie interfacial entre las fases debe ser grande La turbulencia debe ser relativamente alta para obtener elevados coeficientes de transferencia de masa.

Si el gas burbujea lentamente a travs de los orificios del plato, lasburbujas son grandes, y la superficie interfacial por unidad de volumen degas es pequea, el liquido esta relativamente tranquilo y gran parte de lg p q q q y g ppasa sobre el plato sin hacer contacto con el gas.

Si la velocidad del gas es relativamente elevada, el gas se dispersatotalmente en el liquido el cual a su vez es agitado hasta formar espuma ya su vez las reas interfaciales son grandes.

Si b t d iSin embargo, esto puede ocasionar: Arrastre de liquido: reduce el cambio de concentracin en la etapa y por ende afecta la eficiencia del plato. Elevadas cadas de presin: InundacinNmero de etapas reales Ing. Zoraida Carrasquero MSc. Unidad II. Destilacin Mtodo McCabe - Thiele

Elevadas cadas de presin: Inundacin,

Mtodos empricos para el calculo de la eficienciaMtodos empricos para el calculo de la eficiencia

Drickamer y Bradford presentan unacorrelacin netamente emprica querelaciona la eficiencia del plato con unaviscosidad seudomolal de la alimentacinde la columna de fraccionamiento. Ludwigdice que esta correlacin es buena paralos hidrocarburos, los hidrocarburosclorados, los glicoles, la glicerina y loscompuestos relacionados, y paraalgunas absorbedoras y separadorasricas en hidrocarburos.OConell presento una correlacinemprica como una funcin de laviscosidad de la alimentacin y laviscosidad de la alimentacin y lavolatilidad relativa de los componentesclaves. Ludwig recomienda que se use lacorrelacin para absorbedoras, solo enreas donde da una eficiencia mas bajareas donde da una eficiencia mas bajaque la correspondiente parafraccionadoras de Drickamer yBradford (Fuente: Branan, C., 2000)

Figura 11 Correlaciones empricas para eficiencias en torres


Figura 11. Correlaciones empricas para eficiencias en torres de destilacin y absorcin (Fuente: Ludwig, E., ).

Procedimiento de anlisis de McCabe-ThieleProcedimiento de anlisis de McCabe-Thiele

1. Trace una figura de la columna e identifique todas las variablesconocidasconocidas.

2. Para cada seccin:a. Trace una envolvente de balance de masa. Se quiere que esta

envolvente corte las corrientes desconocidas de lquido y vapor enenvolvente corte las corrientes desconocidas de lquido y vapor enla seccin, y las corrientes conocidas (alimentaciones, productosespecificados o salidas laterales especificadas). Mientras menoscorrientes haya los balances de masa sern ms simples Estecorrientes haya, los balances de masa sern ms simples. Estepaso es importante porque determina la facilidad de los pasossiguientes.

b. Escriba los balances de masa general y del componente masb. Escriba los balances de masa general y del componente masvoltil

c. Deduzca la ecuacin de operacind. Simplifiquep qe. Calcule todas las pendientes, ordenadas al origen e

intersecciones.


Procedimiento de anlisis de McCabe-Thiele (Cont )Procedimiento de anlisis de McCabe-Thiele (Cont.)

3. Formule ecuaciones de las lneas de alimentacin. Calcule q,pendientes e intersecciones con y = xpendientes e intersecciones con y = x.

4. Para las lneas de operacin y alimentacin:a. Grafique todas las lneas de operacin y alimentacin que se

puedapuedab. Si no es posible graficar todas las lneas de operacin, escale las

etapas, si se especifica el lugar de la etapa o de cualquieralimentacin o salida lateralalimentacin o salida lateral

c. Si es necesario, realice los balances externos de masa y energa.Use los valores de D y B obtenidos en el paso 2

d. Cuando haya graficado todas las lneas de operacin, escale lasd. Cuando haya graficado todas las lneas de operacin, escale lasetapas, determine los lugares del plato ptimo de alimentacin y lacantidad total de etapas. Si lo desea, calcule un nmerofraccionario de etapa.p


Ahora debes poder responder lo siguiente:

1. Una columna de destilacin recibe una alimentacin formada por 40%mol de pentano y 60% mol de hexano. La alimentacin es 2500lbmol/h y la temperatura de la alimentacin es 30C. La columna esta

1 S d d l El fl j l ida 1 atm. Se usa un condensador total. El reflujo es un lquidosaturado. La relacin de reflujo es L/D = 3. Las colas del vaporizadorparcial contienen 99,8% mol de n hexano. Calcule: D, B, QR, Qc.D tDatos:C5 = 11,365 Btu/lbmolC6 = 13,572 Btu/lbmolCp = 39 7 (Suponerlo constante)CpL,C5 = 39,7 (Suponerlo constante)CpL,C6 = 51,7 (Suponerlo constante)CpV,C5 = 27,45 + 0.08148T 4.538x10-5T2 + 10.1x10-9T3Cp = 32 85 + 0 09763T 5 716x10-5T2 + 13 78x10-9T3CpV,C6 = 32,85 + 0.09763T 5.716x10 T + 13,78x10 T

Estando T en C y CpL y CpV en cal/(gmol C) Btu/(lbmol F)

Ejercicios tpicos Ing. Zoraida Carrasquero MSc. Unidad II. Destilacin Mtodo McCabe - Thiele

mc cabe mc3a9todo de disec3b1o parte i

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