UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCODIVISIÓN ACÁDEMICA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

MTRA.ANA LUISA GOMEZ CALZADA

EQUIPO # 1

INTEGRANTES:

KRISTELL VALLECILLO PÉREZCAROLINA GARCÍA SÁNCHEZ

JOHANA SILVÁN LARAJESÚS ANTONIO ANGLES IZQUIERDO

RICARDO DOMÍNGUEZ ANDRADESHEYLA KARINA MENDOZA LÓPEZ

DESTILACION BINARIA

Destilación de Mezclas BinariasConsideraciones:Es el tipo de mezcla (A + B) objeto de

nuestro estudio.A: componente mas volátil. Los componentes líquidos se disuelven

en cualquier proporción y forman soluciones homogéneas (no necesariamente ideales).

No hay presencia de puntos de ebullición máximos (azeótropos de máxima) o mínimos (azeótropos de mínima).

Concentración usada: fracción molar.

Equilibrio Líquido – Vapor(Mezcla Binaria – Presión Constante)

Equilibrio Líquido – Vapor (Diferentes Presiones)

Equilibrio Líquido – Vapor (Mezcla Binaria – Temperatura Constante)

Equilibrio Líquido – Vapor (Mezcla Binaria)

Presión Constante Temperatura Constante

Volatilidad RelativaDefinición:Medida numérica de la posibilidad de

separación, por destilación, de los componentes de la mezcla binaria.

A mayor volatilidad, mayor separación de los componentes.

Soluciones Binarias Ideales Fase Líquida y Fase Vapor obedecen la ley de RAOULT. Relacionando ley de RAOULT y Volatilidad Relativa (α),

se obtiene:

PA ; PB: Presiones de Vapor de A y B, al estado puro. Si α>1; la separación de A y B es posible. Cuando α = 1; la separación de A y B, no es posible.

Esta situación puede ocurrir si yA = xA, excepto

cuando: a) xA = 0 ; b) xA = 1 Ecuación de la Línea de Equilibrio, en función de la

Volatilidad Relativa:

Diagrama Entalpía – Concentración(Mezcla Binaria)

Consideraciones: Es otra forma de representar el Equilibrio Líquido

– Vapor. También se conoce como: Diagrama (h-x ; H-y) o

Diagrama (Hxy). Se admite comportamiento ideal de la mezcla. El diagrama se obtiene a P = cte.Característica: Refleja la adición o quita de calor de la mezcla,

así como los cambios en su composición.

Diagrama Entalpía – Concentración(Mezcla Binaria)

Sistema (n-octano ; n-

hexano) ; P= cte.

Diagrama Entalpía – Concentración(Mezcla Binaria Ideal ; P = cte.)

1.3.1 Método de McCabe - Thiele

Se basa en el método de Lewis mediante el cual se puede determinar el número de platos o etapas teóricas necesarias para la separación de una mezcla binaria de A y B usando balances de materia con respecto a ciertas partes de la torre o columna, para obtener las líneas de torre operación y la curva de equilibrio y-x para el sistema.

La construcción del método grafico de Mc-Cabe Thiele es valida si:

1. Los dos componentes tienen entalpias molares de vaporación iguales y constantes.

2. Los cambios de entalpia debido a calor sensible y mezclado son despreciables.

3. No hay perdidas de energía (transferencia de calor) en la columna.

4. La presión es uniforme a través de la columna.

El diagrama tiene las siguientes propiedades en relación con la rectificación:

1) Las composiciones del líquido y del vapor en cada plato teórico viene dadas por un punto de la curva de equilibrio.

2) La composición del vapor que asciende de un piso frente a la del líquido que baja a él está representada por un punto sobre una de las rectas correspondientes a las ecuaciones (1) y (2), denominadas recta superior de operación y recta inferior de operación. La recta superior de operación tiene de coeficiente angular L/V, y pasa por el punto (xD , xD ) de la diagonal correspondiente a la representación de equilibrio. La recta inferior de operación tiene como coeficiente angular L’ /V’ y pasa por el punto (xW , xW) de aquella diagonal. Las relaciones L/V y L’ /V’ se denominan como relaciones de reflujo. Por lo que obtenemos que L/V y L/D es la expresión:

ó

Cada escalón formado por una línea horizontal y otra vertical que se cortan sobre la curva de equilibrio y están limitadas por las rectas de operación, corresponden a un plato teórico de la columna. La línea que compone el tramo horizontal nos da la composición del vapor yn y la vertical corresponde a la composición del líquido del mismo plato, x n . La composición del líquido del piso superior xn+1 se encuentra en la intersección de y= yn

con la recta de operación. Del mismo modo, encontramos la composición del vapor del piso inferior en la intersección de x= xn con la misma recta.

Para calcular el número de pisos por este método gráfico, se traza sobre el diagrama de equilibrio su diagonal y las rectas de operación; el número de pisos viene dado por el número de escalones de la línea quebrada que, partiendo del punto (xD , xD ), se apoya en la curva de equilibrio y en las rectas de operación, hasta alcanzar el punto (xW , xW) , de la diagonal. Hasta el punto de intersección de ambas rectas se apoya en la superior; debajo de aquel, en la inferior.

Ejemplo:

Una mezcla equimolar heptano-octano entra como alimentación en un plato intermedio de una columna de rectificación que trabaja a la presión a la presión atmosférica normal. Se desea obtener un producto destilado que contenga 98% moles de heptano y un producto de colas que solo ha de contener 5% moles de heptano. La alimentación entra en la columna a su temperatura normal de ebullición. El vapor procedente del piso 1 entra en el condensador de reflujo, que en esta columna es un condensador total; una parte del condensado vuelve a la columna a su temperatura de condensación y otra sale como producto destilado, de tal modo que la relación entre el líquido que retorna y el vapor que llega (relación de flujo) es L/V =3/4. Determines el número de platos teóricos y la posición del plato de la alimentación empleando el método de McCabe- Thiele.

1.- se señalan los puntos correspondientes abcisasxD =0.98 xf =0.50 xw =0.052.- se traza la recta superior de operación, que pasa por el punto (0.98;0.98), y tiene un coeficiente angular ¾.3.- se traza la recta inferior de operación, que pasa por el punto (0.05;0.05) y cuyo coeficiente angular es 1.267. este coeficiente se deduce de los balances de materia. (ejemplo anterior).

Se trazan los escalones a partir del punto (0.98;0.98) entre la recta superior de operación y la curva de equilibrio, hasta el escalón 7, en el que la concentración del líquido es inferior a la entrada de la alimentación. Denominado platos de alimentación.

Resultados:

Obtenemos que gráficamente son 14 platos.

*Determinación de los

platos teóricos*

El objetivo principal de estos platos es proporcionar una gran superficie de contacto entre las dos fases:

La fase gaseosa La fase liquida

Los platos o bandejas se ponen en contacto con la fase liquida y el gas en contracorriente.

El diseño de las columnas de los platos se basa:

En los principios de los cálculos para la determinación de números de platos teóricos, para conseguir una concentración determinada a partir de la técnica de absorción de gases.

Las características de aplicación son:

Tienen un contacto

discontinuo con el gas.

Gran diámetro del gas.

Se utilizan cuando hay solidos en suspensión.

Se aplican en los casos que pueden

haber cambios bruscos de

temperatura.

Se utilizan cuando se debe trabajar

con presiones elevadas.

¿Como calcular los platos teóricos?

CROMATOGRAFIA: Método de separación de sustancias.

El rendimiento de las columnas cromatografícas se expresa como un número de platos teóricos.

¿Qué es un plato teórico?

Es una capa imaginaria dentro de una columna que ayuda a interpretar el proceso de separación.

Un mayor número de platos teóricos corresponde a una mejor eficacia de la columna.

Paso 1: Obtén una carta

cromatograma de la columna cromatográfica

Paso 2: Dibuja una línea

vertical desde el pico máximo a

la línea de base.

Paso 3: Mide la longitud de esta línea y divídela

entre 2 para encontrar el centro de la

misma.

Paso 4: Dibuja una línea que

pase a través del centro de la línea

y paralela a la línea de base.

Paso 5: Mide la longitud de la

línea del paso 4 para obtener el ancho del pico a

la mitad de la altura.

Paso 6: Mide la distancia entre 0 y el máximo del pico para

obtener el tiempo de retención.

Paso 7: Divide el tiempo de retención entre el ancho

del pico y eleva el cociente a la potencia de 2.

El método grafico de McCabe-Thiele.

Muy intuitivo, se basa en la secuencia alternada de las ecuaciones de equilibrio y de las rectas de operación.

• Si se representa un diagrama (X,Y), la curva de equilibrio y las rectas de operación, el número de platos teóricos requeridos para una cierta separación queda determinado por el número de escalones que se puede trazar entre la curva y las rectas.

• Cada escalón corresponde con un paso, es decir, con una etapa teórica.

Es evidente que el número de platos reales será superior al de los platos teóricos, pues además de tener que ser un número entero, en la realidad el rendimiento de los platos no es del 100%, pues no llega a alcanzarse el equilibrio plenamente en ellos.

*LOCALIZACIÓN DE PLATOS

OPTIMO DE ALIMENTACIÓN

Si se requiere obtener de manera aproximada el plato optimo en el que debe ser introducida la alimentación se recurre a la ecuación empírica propuesta por Klrbride.

Donde:

NR: Es el número de platos de la sección de enriquecimiento.

NS: Es el número de platos de la sección de agotamiento, incluido el hervidor.

Aunque los datos obtenidos por este procedimiento de calculo no son muy exactos constituyen un punto de partida para después poder ajustar la columna por métodos de simulación y llegar a una forma de operación más eficaz.

Aunque los datos obtenidos por este procedimiento de calculo no son muy exactos constituyen un punto de partida para después poder ajustar la columna por métodos de simulación y llegar a una forma de operación más eficaz.

Definición de los tipos de eficiencia y determinación de los platos reales y diámetro de la columna.

Platos reales eficaciaPor definición de plato teórico en el se alcanza

El equilibrio entre el liquido y el vapor mientras que en un plato real este equilibrio no llega a alcanzarse para determinar el numero de platos reales es necesario introducir el concepto de eficacia o rendimiento de

separación.

La eficacia viene dada por la formula siguiente

Esta eficacia se calcula experimentalmente aun que se

Determinación del diámetro de columna

El diámetro de columna se puede determinar por la expresión siguiente….

La velocidad optima de los vapores se calcula

Siendo pL y pv las densidades de vapor y el liquido en el punto

La velocidad de los vapores se calcula de la siguiente manera,siendo pv y pL las dencidades del liquido y del vapor en el punto

Condiciones límite de operación: reflujo total y

reflujo mínimo

REFLUJO TOTAL

Cuando en una columna de destilación de rectificación se aumenta la relación de flujo, la pendiente de la recta operativa de enriquecimiento va aumentando, hasta que los valores L1,0/D muy grandes (tendiendo a infinito), la pendiente de ésta y la de todas las demás rectas operativas se hacen la unidad. En este caso, la construcción del diagrama para el cálculo de pisos se realizará entre la diagonal y la curva de equilibrio, dando lugar al mínimo número de pisos necesarios para llevar a cabo una separación dada.

Este es una caso límite, pues en estas condiciones no se extrae destilado (D=0) ni residuo (R=0); ´pr tamtp, no se puede alimentar la columna (A=0). Sin embargo, es un dato interesante para evaluar los límites de operación de una columna y permite determinar eficacias globales de la columna de rectificación.

REFLUJO MÍNIMO

El contacto entre una recta operativa y la curva de equilibrio puede darse en cualquier sector y en cualquier piso de la columna. En cada uno de esos casos la columna se encuentra trabajando a reflujo mínimo, es decir, a una relación de reflujo inferior a la mínima que se requiere para alcanzar las composiciones de destilado y residuo deseadas.

Si las rectas operativas que determinan el reflujo mínimo en dos sectores consecutivos se cortan sobre la recta que determina la separación entre dichos sectores, necesariamente el reflujo mínimo que predicen ambas rectas operativas ha de ser el mismo porque el hecho de que se corten sobre la recta q supone que ambas cumplen el balance de materia en la columna.

BIBLIOGRAFÍA Ocon-Tojo. Problemas de

ingeniería química volumen I.