Universidad de Los Andes Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Dpto. de Operaciones Unitarias y Proyectos. Destilación. Fundamentos.

Transcripción

1 Uiversidad de os Ades Facultad de Igeiería Escuela de Igeiería Química pto. de Operacioes Uitarias Proectos estilació. Fudametos. Prof. Jesús F. Otiveros Coteido Separació e Etapas Múltiples. Separació de ua sola etapa. Etapas múltiples. Etapas e cascadas. estilació efiició, Geeralidades. Método de McCabe-Thiele Zoas e la columa. Zoa de Eriquecimieto. Zoa de agotamieto. Zoa de Alimetació. Codició Térmica. Rectas de Operació. Trazado de Etapas. Etapa óptima de alimetació.

2 Separació e Etapas Múltiples A Flash co fracció de vaporizació de 05 0,5 para separar beceo tolueo F Stream Name Stream escriptio Phase Temperature Pressure Flowrate Compositio ENZENE TOUENE K KPA KG-MO/HR A iquid iquid apor F3 3 S7 2 Flash adicioales co fracció de vaporizació de 0,5 para separar la corriete de vapor líquido del primer flash F2 S6 Stream Name Stream escriptio Phase A iquid 3 apor 3 iquid A F S9 Temperature Pressure Flowrate Compositio ENZENE TOUENE K KPA KG-MO/HR S0 F4 2 F5 3 2

3 2 S7 F3 3 Se recircula las corrietes al flash de la etapa aterior. Codició Adiabática S6 F2 Stream Name Stream escriptio A 3 3 Phase iquid iquid apor A Temperature Pressure Flowrate K KPA KG-MO/HR F S9 Compositio ENZENE TOUENE S0 F4 2 F5 3 estilació Geeralidades Método de separació más ecoómico cuado ha u diferecia de volatilidades etre los compuestos de la alimetació, basado e el equilibrio de fases líquido vapor. El líquido drea por gravedad llega al rehervidor dode se produce u vapor líquido (Fodo) e equilibrio. El vapor se recircula asciede llegado a u codesador del cual se retira u líquido (estilado) parte se devuelve a la columa como u reciclo o reflujo. 3

4 a columa de destilació puede estar estructurada iteramete e platos o co empaques. Típicamete el diámetro está etre metros (depede del flujo) mietras la altura oscila etre 3 75 metros (depede del grado de separació) [] Cuádo se usa platos cuado empaques? A modo geeral los platos se utiliza siempre e columas de gra diámetro torres co más de 20 o 30 etapas. as columas co empaques se usa geeralmete cuado : [4] Columas co <0,6 m Medios corrosivos. estilacioes a vacío dode es imprescidible mateer bajas caídas de presió. El líquido tiede a formar espumas. Esquema 3 de ua columa de 6 platos oquilla Salida apor al codesador oquilla Etrada Reflujo ertedero de Salida de la Etapa ajate Salida ateral de la Columa istribuidor de íquido de la Alimetació istribuidor de apor del Reboiler oquilla Salida íquido al Reboiler 4

5 Pasos e las etapas de ua columa U paso os pasos Cuatro Tipos de Platos pasos Plato perforado os pasos álvula orboteo Fotografías tomadas e el lleado co empaques uevos de ua columa de destilació durate ua parada de plata Rejilla de soporte para los empaques. Nótese que e la parte iferior de la rejilla está ubicados los empaques 5

6 A la izquierda, fotografía de plato durate ispecció. A la derecha, fotografía de u plato uevo. 6

7 Mc Cabe Thiele Geeralidades [Id. Eg. Chem, 7, 605 (925)] Método gráfico para separacioes biarias Operació Adiabática No ha efectos de etalpía de mezcla se desprecia el efecto del calor sesible Flujo Molar Costate e cada secció de la columa. Alimetació (/) F, z F 2 f Reflujo estilado, F = + Z fi F = X bi + X di N Fodo, alace e la zoa de Rectificació o Eriquecimieto + Reflujo estilado = + = = f, Relació de Reflujo R = = + R + + R + R Esta es la recta de operació e la zoa de rectificació. Tiee pediete corte positivo. Se itercepta co la líea auiliar = e el puto =X 7

8 alace e la zoa de Agotamieto o espojamieto Alimetació (/) F, z F m m+ f m- m m+ m+ = m m+ + = m m m = + m+ m m + m Fodo, = m+ R + R Relació de Reflujo R = R Esta es la recta de operació e la zoa de agotamieto. Tiee pediete positiva corte egativo. Se itercepta co la líea auiliar = e el puto =X 2 Recta de operació e la zoa de rectificació R + Y m+ 0 = N Recta de operació e la zoa de agotamieto X0 = Si se graficara e u mismo diagrama las dos rectas se itercepta ode? N m 8

9 alace e la zoa de Alimetació F + + `= `+ Alimetació F, z F ` ` FH F + H + `H ` = `H ` + H FH F + H ( `) = H ( ) ( H H F ) ( ` ) = ( H H ) F q> q= 0<q< q=0 q<0 íquido Subefriado íquido Saturado Mezcla íquido-apor apor Saturado apor Sobrecaletado Codició Térmica q q = ` F alace e la zoa de Alimetació íquido Sat. = + `= ` = ` + zf apor Sat. ( `) ( ) ( F + `) = ( qf ) q z = + q q + zf a especificació de la codició térmica de la alimetació permite coocer la recta de alimetació 9

10 Rectas de Operació. Trazado de Etapas. R = R + R + q z = + q q - + (, ) - R + = m+ R R z ( ), (, ) ( ), 2 ocalizació de la Etapa de Alimetació. Si está especificado el úmero de etapas, la posició que da maor separació etre la composició de tope fodo. Si o está especificado el úmero de etapas, la posició que miimice el úmero de etapas etre 2 3 a etapa 2 es la etapa óptima de 4 alimetació z 0

11 Razó de Reflujo. R = Parámetro operacioal mu importate Iflue directamete e el úmero de etapas = + R + R + + R a razó de reflujo ormalmete es ua fució del reflujo míimo. Típicamete R= (.-.5)R mi z Razó de Reflujo. Reflujo Míimo Reflujo para el cual el úmero de etapas requeridas es ifiita z z Caso A iagramas ideales, itersecció típica e la líea de alimetació Caso iagramas o ideales, itersecció e u puto de tagecia aterior a líea de alimetació

12 Razó de Reflujo. Reflujo Total. Reflujo para el cual el úmero de etapas requeridas es míimo. z Eficiecia e las etapas. Etapas de equilibrio Platos Problemas de mezclado hace que las corrietes de salida de cada etapa o esté e equilibrio. Es ecesario defiir ua eficiecia. a eficiecia de Murphree se establece como el cociete de la diferecia del composicioes de dos etapas sucesivas la diferecia de las composicioes bajo cosideracioes de equilibrio. Se puede tomar e base al vapor o al líquido: = Ev 00 = E l 00 eq eq 2

13 estilació e la Idustria Mc Cabe-Thiele Utilidad Pedagógica Simuladores Referecias [] Coulso J., Richardso J., Chemical Egieerig. olume 2: Particles Techolog ad Separatio Processes. Quita Edició. (2002). Pág. 542 ss. [2] Perr, R., Gree., Maloe J., Perr Maual del Igeiero Químico.. McGraw Hill. Quita Edició. (997). Tomo I pág. 3-5 ss. [3] Kig, Judso, Procesos de Separació. Editorial Reverté (980). Pág. 26 ss. [4] Hele E. ; Seader J. Operacioes de Separació por etapas de equilibrio e Igeiería Química Editorial Reverté (2000). Pág 08. Foto de la portada del coteido de la presetació correspode a equipos durate ua parada de plata. Note e la foto de portada los adamios al lado de la columa de destilació. 3