tema 5. destilación mezclas binarias.pdf

DESTILACIN - RECTIFICACINDefinicin

Separacin de los componentes de unacorriente alimento lquida (o vapor) medianteun vapor (o lquido) generado porcalefaccin (o condensacin) de la mezclacalefaccin (o condensacin) de la mezclaoriginal, en otras dos, destilado y residuo,con las calidades deseadas

Agente energtico de separacin (AES)

DESTILACIN - RECTIFICACINFactores positivos

Agente energtico de separacin Fcil aporte y eliminacin de energa Gran diferencia de densidades entre las fases Elevada tensin superficial Elevada tensin superficial

Factores negativos

Diferencia de temperatura entre cabeza y fondo de columna demasiado grande o pequea Presin de trabajo, funcin de las presiones de vapor de saturacin de los componentes Dao en sustancias termosensibles

COLUMNA DE DESTILACINCaldera

Pisos

Condensador

QD

Piso superior

DestiladoD, xD

Condensador total

Recipiente de separacin

M+NV

L

LD

QR

A, zAAlimento

Piso inferior

Piso de alimentacin

ResiduoR, xR

Caldera

1

M=a

V

L

L


Pisos

Condensador

QD

Piso superior

DestiladoD, xD

Condensador total


M+NV

L

LD

Entrada de la corriente lquida desde el fondo de la columnaSuministro de energa (AES) Generacin de una corriente de vapor que retorna a la columna

Salida del residuo QR

A, zAAlimento

Piso inferior

Piso de alimentacin

ResiduoR, xR

Caldera

1

M=a

V

L

L


Pisos

Condensador

QD

Piso superior

DestiladoD, xD

Condensador total


M+NV

L

LD

Entrada de las corrientes lquida y vapor desde los pisos superior e inferior, respectivamenteContacto ntimo y prolongado entre las fases Salida de las corrientes lquida y vapor hacia los pisos inferior y superior, respectivamente Entrada del alimento en el piso adecuado

QR

A, zAAlimento

Piso inferior

Piso de alimentacin

ResiduoR, xR

Caldera

1

M=a

V

L

L


Pisos

Condensador

QD

Piso superior

DestiladoD, xD

Condensador total


M+NV

L

LD

Entrada de la corriente vapor desde la cabeza de la columna Eliminacin de energa (AES) Generacin de la corriente lquida que retorna a la columna Salida del destilado (lquido o vapor) QR

A, zAAlimento

Piso inferior

Piso de alimentacin

ResiduoR, xR

Caldera

1

M=a

V

L

L

COMPONENTES CLAVECOMPONENTES CLAVE

Una columna de destilacin nicamentesepara dos componentes de una mezcla enotras dos con las calidades deseadas

CL: componente clave ligeroCP: componente clave pesado

COMPONENTES CLAVEDestilado

Residuo

Todo de los compuestos ms ligeros que el clave ligero (CL)ligero (CL) Cantidades especificadas de los compuestos clave ligero (CL) y clave pesado (CP) Cantidades aproximadas de los compuestos interclave Nada de los compuestos ms pesados que el clave pesado (CP)

COMPONENTES CLAVEDestilado

Residuo

Todo de los compuestos ms pesados que el clave pesado (CP)pesado (CP) Cantidades especificadas de los compuestos clave ligero (CL) y clave pesado (CP) Cantidades aproximadas de los compuestos interclave Nada de los compuestos ms ligeros que el clave ligero (CL)

PRESIN DE FUNCIONAMIENTO1. Leer xi,D , xi,R

Condensador TOTAL y PD = 0,2 MPa si (PD)Burb< 0,2 MPa

SI

2. Calcular (PD)Burb a 49 C

3. (PD)Burb < 1,48 MPa?

NO

Condensador PARCIALSI

4. Calcular (PD)Roco a 49 CNO

6. Elegir un refrigerante y PD = 2,86 MPa

NO

5. (PD)Roco < 2,52 MPa?

PRESIN DE FUNCIONAMIENTO7. Estimar PR a partir de PD

10. Leer PD , PRSI

8. Calcular (TR)Burb a PR

9. (TR)Burb < TC , TDesc?TC , TDesc?

11. Disminuir PRNO

CONDICIONES LMITES DE FUNCIONAMIENTO

Razn de reflujo mnima

Nmero de pisos infinito

Zonas de conjuncin o infinitud

Razn de reflujo infinita

Nmero de pisos mnimo

CONDICIONES LMITES DE FUNCIONAMIENTO

Razn de reflujo ptima

M+N

Coste

s tota

les

C

o

s

t

e

a

n

u

a

l

p

o

r

u

n

i

d

a

d

d

e

d

e

s

t

i

l

a

d

o

(LD/D) (LD/D)min

(M+N)min

Costes de o

peracin

Coste

s tota

les

Costes fi

jos

(LD/D)min (LD/D)opt

C

o

s

t

e

a

n

u

a

l

p

o

r

u

n

i

d

a

d

d

e

d

e

s

t

i

l

a

d

o

LD/D

DESTILACIN de MEZCLAS BINARIASNomenclatura

CaudalesCaudales molaresmolares totalestotales:: A,A, D,D, R,R, L,L, VVFraccionesFracciones molaresmolares:: zzii,, xxii,, yyiiCaudalesCaudales molaresmolares individualesindividuales:: aaii,, ddii,, rrii,, llii,,vvii

QD

Piso superior

DestiladoD, xD

Condensador total


M+NV

L

LD

ii

EntalpasEntalpas especficasespecficas:: h,h, HH

ComponentesComponentes:: i,i, jjPisosPisos:: p,p, n,n, m,m, aa

CalderaCaldera:: RR CondensadorCondensador:: DD

QR

A, zAAlimento

Piso inferior

Piso de alimentacin

ResiduoR, xR

Caldera

1

M=a

V

L

L

DESTILACIN de MEZCLAS BINARIASVariables de diseo

Caldera + Sector de agotamiento + Piso de Alimentacin + Sector de enriquecimiento + Condensador parcial

Vdiseo = C + 7 = 9

Vdiseo fijas = 5 (A, zA, TA, PA, PD)

Vdiseo libres = 4 ( yD, xR, LD/D, aopt)

DESTILACIN de MEZCLAS BINARIASVariables de diseo

Caldera + Sector de agotamiento + Piso de Alimentacin + Sector de enriquecimiento + Condensador total

Vdiseo = C + 8 = 10

Vdiseo fijas = 5 (A, zA, TA, PA, PD)

Vdiseo libres = 5 ( yD, xR, LD/D, aopt, TD)

DESTILACIN de MEZCLAS BINARIASConsideraciones previas

Presin PColumna = 35 x 1 = 35 kPaPCondensador = 15 kPaAlimento

CondensadorCondensador

Razn de reflujoPD = 1000 kPa; PR = 1050 kPaPD = 100 kPa; PR = 150 kPaPD = 10 kPa; PR = 60 kPa


Presin Destilacin sbita ?

Alimento


Razn de reflujo Calcular TBurb y TRoco del alimento a la presin de la columna Calcular (V/A) resultado de la destilacin sbita


Presin Qu estado fsico ha de tener el destilado ?

Alimento


Razn de reflujo Condensador parcial: LD lquido a su TBurb ; D vapor a su TRoco Condensador total: LD y D lquido a TD < o = TBurb


Presin Balance econmico

Alimento


Razn de reflujo1,2 (LD/D)min < (LD/D)opt < 2,0 (LD/D)min

DESTILACIN de MEZCLAS BINARIASMtodos de clculo simplificados

Mtodo de Lewis Mtodo de McCabe - Thiele

Mtodos de clculo rigurosos

Mtodo de Sorel Mtodo de Ponchon - Savarit


LOS FLUJOS MOLARES DE CADA FASE PERMANECEN CONSTANTES EN CADA SECTOR DE LA COLUMNA

SE PUEDE PRESCINDIR DEL BALANCE DE ENTALPA EN CADA PISO

DESTILACIN de MEZCLAS BINARIASSignificado fsico de q del alimento

Piso a+1 = M+1

La+1Va

Piso a = M

La+1xa+1ha+1

La+1xa+1ha+1

VayaHa

VayaHaAzA

HA

Calor necesario para vaporizar un mol de alimentoCalor latente de vaporizacin

DESTILACIN de MEZCLAS BINARIASSignificado fsico de q del alimento

q > 1 Lquido a T < TBurbq = 1 Lquido a T = TBurb0 < q < 1 Mezcla lquido + vaporq = 0 Vapor a T = TRocoq < 0 Vapor a T > TRoco

MTODO DE LEWISDatos de partida: A, zA, TA, PA, PD, zD, xR, (LD/D)

1. D, R

2. Ln , Vn 11. TM-1 , xM-1

12. Repetir 10 y 11 hastaxR

3. TD , TR , xD , yR

4. yM+N

5. TM+N , xM+N

6. Repetir 4 y 5 hasta q, TM+1 , xM+1

7. Lm , Vm

8. yM

9. TM , xM

10. yM-1

MTODO DE McCABE - THIELE

0,6

0,8

1,0

Recta de alimentacin

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

y

x

xDxAxR

CONDICIN TRMICA DEL ALIMENTO

0,6

0,8

1,0

0 < q < 1

q = 1

q > 1

y

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

q < 0

q = 0

xR

zA

zD

x

NMERO MNIMO DE PISOS

0,6

0,8

1,0

Curva

de equil

ibrio

y

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

Diagon

al (y

=

x)

xR

zA

xD

x

POSICIN PTIMA DE ALIMENTACIN

0,6

0,8

1,0

4

3

2

1

D

Curva

de equil

ibrio

y

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

7

11

10

8 6

9

5

xR

zA

yD x

POSICIN PTIMA DE ALIMENTACIN

0,6

0,8

1,0D

11

10

987

56

Curva

de equil

ibrio

y

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

4

3

2

1

xR

zA

yD

x

RAZN DE REFLUJO MNIMA

0,6

0,8

1,0

P '

P

D

Curva

de equil

ibrio

y =

x)

y

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

P

R

Diago

nal (y

=

x

xR

zA

xD x


0,6

0,8

1,0

y

(Ln/V

n)

min

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

zD

zA

xR x

VOLATILIDADES RELATIVAS MUY BAJAS

0,6

0,8

1,0

xD

20

10

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

xR

xA

40

30

y

x

VOLATILIDADES RELATIVAS MUY BAJAS

0,04

0,05

0,06

30

20y

-

x

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,00

0,01

0,02

0,03

Recta de

operacin del

sector de

enriquecimiento

Recta

de

oper

acin

del se

ctor d

e ag

otamien

to

xAx

R xD

40

10

x

PAPEL DOBLE LOGARTMICO

0,01

0,1

1

1E-4 1E-3 0,01 0,1 11E-4

1E-3

0,01

y

x

PAPEL PROBABILSTICOPAPEL PROBABILSTICO

5060708090959899

99,5

99,9

99,99

99,99999,9999

% vapor

1

E

-

4

1

E

-

3

0

,

0

1

0

,

1

0

,

5 1 2 5

1

0

2

0

3

0

4

0

5

0

6

0

7

0

8

0

9

0

9

5

9

8

9

9

9

9

,

5

9

9

,

9

9

9

,

9

9

9

9

,

9

9

9

9

9

,

9

9

9

9

1E-41E-3

0,01

0,1

0,5125

1020304050% vapor

% lquido

MTODO DE McCABE MTODO DE McCABE -- THIELETHIELE

0,6

0,8

1,0

y

Recta d

e oper

acin de

enriqu

ecimie

nto

QD

Piso superior

DestiladoD, xD

Condensador total


M+NVn

LD

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

x

R xR(R-C)

Recta

de

oper

acin

de

agot

amien

to

xR

xA

xD

A, zAAlimento

Piso inferior

Piso de alimentacin

ResiduoR, xR

1

M=a

Vm

Lm

Ln

Vapor de aguaC, xC


0,6

0,8

1,0

Curva

de equil

ibrio

y

QD

A, zAAlimento

DestiladoD, xD

Condensador total


LD

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

yB

Diagon

al (y =

x)

xR

xA x

D

x QR Residuo

R, xR

Caldera

1

Alimento

B, zB


0,6

0,8

1,0

Curva

de equil

ibrio

y

QD

A, zAAlimento

DestiladoD, xD

Condensador total


LD

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

xB

Diagon

al (y

=

x)

xR

xA

xD

x QR Residuo

R, xR

Caldera

1

Extraccin

B, zB


Mtodo de Lewis Mtodo de McCabe - Thiele

Mtodos de clculo rigurosos

Mtodo de Sorel Mtodo de Ponchon - Savarit

MTODO DE SORELDatos de partida: A, zA, TA, PA, PD, zD, xR, (LD/D)

1. D, R

2. LD , VM+N

3. T , T , x , y7. xM , hM

8. VM-1 , yM-1, TM-1, HM-1, LM

9. xM-1 , hM-1

10. Hasta caldera3. TD , TR , xD , yRhD , hR , HD , HR

4. yM+N

5. TM+N , xM+N , hM+N , HM+N

5.1. MD , QD 5.2. MR , QR

5.3. VM+N-1, yM+N-1, TM+N-1, HM+N-1, LM+N

5.4. xM+N-1 , hM+N-1

6. VM , yM , TM , HM

MTODO DE PONCHON-SAVARIT

HHAA

HHCC

HHBB

xxCC xxBBxxAA

(((( ))))(((( )))) CBA

CBAHBAHBHA

xBAxBxACBA

++++====++++

++++====++++

====++++

ACAC

CBCB

xx

HHxx

HH

====

MTODO DE PONCHON-SAVARITD

D DQM hD

=

RR R

QM hR

=

1n D nL M H+ =

Vm

Vn

H-y1

VM+N

D

h

,

H

1

1

n D n

n D n

L M HV M h

+

+

=

D M ND

M N D

M HLD H h

+

+

=

1

1

m m R

m m R

L H MV h M

+

+

=

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Lm+1 L

n+1 h-x1

LD A R

D

R

xR xA xD

x1, y1

MTODO DE PONCHON-SAVARIT

43

8 756

2

H-y1

VM+N

D

h

,

H

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

4 21

h-x1 LD A

R D

R

xR

xA xD

x1, y1

NMERO DE PISOS MNIMO

4,7 43

21

H-y1

h

,

H

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

1

h-x1

xR x

D

x1, y1


(D)

min

H-y1

h

,

H

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

(R)min

h-x1 A

R D

xR

xA xD

x1, y1

RAZN DE REFLUJO MNIMA(

D)

min

H-y1

h

,

H

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

(R)min

h-x1 A

R D

xR

xA xD

x1, y1

ALIMENTACIN DIRECTA VAPOR DE AGUA

S

C H-y1

VM+N

D

h

,

H

QD

DestiladoD, xD

Condensador total


LD

D

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

zC h-x1

LD

A R D

C

xR xA xD

x1, y1

A, xAAlimento

ResiduoR, xR

Vapor de aguaC, xC

C

EXTRACCIN LATERAL + ALIMENTACIN

T

H-y1

VM+N

D

h

,

H

QD

DestiladoD, xD

Condensador total


LD

Extraccin

S, xS

D

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

xS

S h-x1

LD A R

D

R

xR

xA xD

x1, y1 QR

A, xA

Alimento

ResiduoR, xR

Caldera

1

S, xS

T

R

ALIMENTACIN + EXTRACCIN LATERAL

H-y1

VM+N

D

h

,

H

QD

A, xAAlimento

DestiladoD, xD

Condensador total


LD

D

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

S

xS

T

h-x1 L

D

A R

D

R

xR xA xD

x1, y1 QR Residuo

R, xR

Caldera

1

Extraccin

S, xS

T

R

COLUMNA CON DOS ALIMENTOS

H-y1

VM+N

D

h

,

H

QD

A, xAAlimento

DestiladoD, xD

Condensador total


LD

D

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

B

xB

T

h-x1 LD A

R

D

R

xR xA xD

x1, y1

QR

A, xA

ResiduoR, xR

Caldera

1

Alimento

B, xB

R

T

tema 5. destilación mezclas binarias.pdf

Documents