DESTILACION CONTINUA

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1 9/0/200 Universidad de Los Andes acultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Dpto. de Operaciones Unitarias Proectos DESTILACION CONTINUA Prof. Yoana Castillo Web: CONTENIDO Separación en un etapa. Etapas múltiples. Etapas en cascada. Destilación Continua. Equipos de Destilación Internos de columna. Destilación Continua Binaria. Método de McCabe-Thiele.

2 9/0/200 SEPARACION EN UNA ETAPA en capítulo anterior V V2 Destilación Instantánea Operación simple Separación limitada. Cómo obtener maor separación? Agregar más separadores L 2 Presiones: P>P2 Temperaturas: T< T2 L2 SEPARACION EN MÚLTIPLES ETAPAS ETAPAS MÚLTIPLES Y CASCADA V V V2 Uso de Compresores V2 V3 3 V4 L3 2 L4 L2 L 4 V5 5 Composición de Corrientes intermedias? Requieren de maor separación. Solución: Recircularlas l al flash de etapa anterior. Uso de válvulas V3 2 L2 3 V4 V5 4 L3 5 L4 L L5 L5 ETAPAS MÚLTIPLES ETAPAS EN CASCADA 2

3 9/0/200 ETAPAS EN CASCADA Operación en contracorriente. No ha productos intermedios. Productos finales: TOPE Y ONDO con maor pureza. Presenta la desventaja que la presión es variable requiere de compresores. Costos. Solución Ingenieril: Trabajar a presión constante variar la temperatura. Uso de intercambiadores de calor para evaporar parcialmente las corrientes líquidas o poner en contacto directo las corrientes de vapor líquido para que haa transferencia de calor masa. La simplificación de las etapas en cascada con la construcción de todo el sistema dentro de un solo equipo (Columna) el cual es un aparato más sencillo menos costoso. COLUMNA DE DESTILACIÓN.[,2] V2 V3 2 L2 3 V4 V5 4 L3 5 L4 L V L5 DESTILACIÓN Operación unitaria que permite la separación de componentes de una mezcla cuando ha una diferencia de volatilidades entre ellos, se basa en el equilibrio de fases líquido vapor. Es el método de separación más común en la industria de procesos químicos (90-95% de las separaciones en industrias). El componente más volátil tiende a concentrarse en el vapor. El componente menos volátil se concentra en el líquido. Cuando α= /o algún componente es térmicamente inestable No es aplicable la destilación.[,2] 3

4 9/0/200 COLUMNA DE DESTILACIÓN La columna es de metal tiene corte transversal circular. Contiene etapas (platos o empaques) donde se efectúa el contacto entre el líquido el vapor. El líquido drena por gravedad llega al rehervidor donde se produce un vapor líquido (ondo) en equilibrio. El vapor se recircula asciende llegando a un condensador del cual se retira un líquido (Destilado) parte se devuelve al tope de la columna como un reciclo o Reflujo. Diámetro de la columna depende del flujo. (0.3< Dc <0m) [3] Altura depende del grado de separación deseado. (3 <H<75m) [3] Sección de Rectificación Alimentación Sección de Despojamiento Overhead vapor 2 f N Condensador Total Acumulador Destilado, D Reflujo Etapa de alimentación Rehervidor ondo, B otografía de planta Industrial de Agua Pesada situada en Arroito. Argentina otografía de Refinería de Amua. Venezuela 4

5 9/0/200 Internos de la columna de destilación Contacto líquido-vapor Platos Empaques En general: Platos Se usan siempre en columnas de gran diámetro torres con mas de 20 etapas. [4] Empaques Columnas con diámetros <0.6m Medio es corrosivo. Destilaciones al vacío (mantener baja caída de Presión) Líquido tiende a formar espumas. Platos Perforados plato Configuración de plato Bajante Bajante Bajante Espuma Plato Plato ujo de líquido en azul. lujo de vapor en rojo 5

6 9/0/200 Platos con válvulas Plato Válvula o campana Platos con campanas de borboteo campana rejillas plato campana 6

7 9/0/200 Empaques Estructurado Con soporte Aleatorio uente: DESTILACION CONTINUA BINARIA METODO DE Mc CABE THIELE [,2] Desarrollado en 925, es un método de solución grafico donde se trazan líneas rectas por sección (líneas de operación) en un diagrama - para obtener el número de etapas para lograr la separación, es aplicable a mezclas binarias. Consideraciones del método: Operación adiabática. No ha efecto de entalpía de mezclado se desprecia el efecto del calor sensible. Eistencia de LUJO MOLAR CONSTANTE en cada sección de la columna. Calores de vaporización por mol constantes, no dependen de la concentración. Alimentación, z 2 f Reflujo Destilado D, D Balance en moles: = D + B Balance en el componente más volátil z = D D + B B N ondo B, 7

8 9/0/200 Balance en la zona de Rectificación o Enriquecimiento L n n V n+ Reflujo, Lo Destilado D Poniendo todo en función del reflujo = R R + + R + D V = D + L V. Y Y n+ n+ = L. + D. n D L D =. n +. D V V Definiendo la Relación de Reflujo R: L R = D L L L / D R = = = V L + D L / D + D / D R + D V = D L + D = R + Recta de Operación de la zona de Rectificación. Intercepta a línea auiliar Y=X en el punto =X D Balance en la zona de Rectificación o Enriquecimiento = R + R + R + D Curva de equilibrio Línea de Operación de Rectificación Pendiente=L/V=R/(R+) = R + D Linea 45 0 = D 8

9 9/0/200 Balance en la zona de Agotamiento o Despojamiento L V m m+ m+ N ondo B, B Y L = V + B L. m+ m = V. m+ + B. L B =. m. B V V Definiendo la Relación de Reflujo : V = B B Poniendo todo en función del reflujo + = B Recta de Operación de la zona de Agotamiento. Intercepta a línea auiliar Y=X en el punto =X B Balance en la zona de Agotamiento o Despojamiento R + = B Y m+ Equilibrio N B 45 line Línea de Operación de Agotamiento Pendiente=L /V =(+)/ B N m 9

10 9/0/200 Balance en la zona de Alimentación V L Alimentación f, z V L + L + V = L + V. h + L. hl + V. HV = L. hl + V. H. h + h V ( L L ) = H ( V ) L V Definiendo la Condición Termodinámica q L L q = H h L L V = q HV hl = V Línea de Operación de Alimentación V. Y = L. + D. D Línea de Operación de Rectificación cac V. Y = L. + B. ( V V ) = ( L L ) + z. ( + L L ) =. ( q. ) + z. B q z = + q q Línea de Operación de Agotamiento Balance en la zona de Alimentación q z = + q q Alimentación q> Líquido subenfriado q= Líquido saturado 0<q< Mezcla Líquido Vapor q= 0 Vapor Saturado q<0 Vapor sobrecalentado Zf 0

11 9/0/200 Rectas de Operación N Equilibrio = R R + + R + D q z = + q q L.O.R L.O.Alim. B 45 line + = B LOA L.O.Agot. B =z D Trazado de etapas. Equilibrio Corrientes en equilibrio Corrientes pasantes LOE L.O.E Linea 45º Unir composiciones de corrientes pasantes con las de equilibrio por medio de escalones

12 9/0/200 Etapa óptima de alimentación Equilibrio 2 Si está especificado el número de etapas, la posición que da maor separación entre la composición de tope fondo. Si no está especificado el número de etapas, es la posición que minimice el número de etapas. N 3 B 4 En la figura se tiene que la etapa 2 es la etapa óptima de alimentación. B =z D DESTILACION CONTINUA INDUSTRIAL Mc Cabe-Thiele Utilidad Pedadógica Mezclas Multicomponentes Ecuaciones, Simuladores. Columna de destilación en Mejorador del Complejo Jose, Estado Anzoátegui 2

13 9/0/200 REERENCIAS [] WANKAT, P. Ingeniería de procesos de separación. 2da edición. Pearson Educación. Méico, Capítulo 3. [2] JUDSON KING. C. Procesos de Separación. Ediciones Repla, S.A. Méico, 988. Capítulo 4. [3] COULSON J, RICHARDSON J. Chemical Engineering volume 2: Particles Technolog and Separation Processes 5ta edición. Pág 542. [4] SEADER, J; HENLEY E. Operaciones de Separación por etapas de equilibrio en ingeniería química. Editorial Reverté, S.A. Méico, otografías tomadas de imágenes de Google, palabras claves: distillation column, sieve tra column, packing column. 3