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Destilacin I
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La destilacin es un proceso de
separacin que consiste eneliminar uno o ms de los
componentes voltiles de una
mezcla lquida. Para determinar si
puede llevarse a cabo la separacin
se analiza la diferencia devolatilidad de los constituyentes de
la mezcla. La destilacin se utiliza
para concentrar mezclas
alcohlicas, separar aceitesesenciales as como componentes
de mezclas lquidas que se deseen
purificar
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PROCESO 2.21 DESTILACIN
Una mezcla de benceno, tolueno y xilenos se separa por destilacin continua en doscolumnas, en la primera se obtiene un destilado rico en benceno y fondos de tolueno yxilenos, que alimentan la segunda columna de destilacin fraccionada. Esta columna
produce como destilado un compuesto rico en tolueno y xilenos como fondo. En eldiagrama de flujo se muestra la operacin. Durante un da se extraen de las torres lossiguientes productos:
Recolector1
Recolector2
Benceno Tolueno
Alimentacincolumna1
Alimentaci
ncolumna2
Drenado 2
Xilenos
Drenado1
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Columna 1Destilado neto18,680 gal60F
Columna 2Destilado neto12,680 gal60F
Columna 2Fondo
20,200 gal60FBenceno 98%volumen 1%volumen
Tolueno 2%volumen 98.5%volumen 0.8%volumenXilenos 0.5%volumen 99.2%volumen
Durante el perodo los niveles del lquido en los recolectores de acumulacin delproceso varan, segn se observ por los indicadores de nivel de alturas. El volumenlquido a 60F de las secciones de acumulacin por pulgada de altura y los nivelesiniciales y finales son los siguientes:
Calcular:
1. Flujo volumtrico de los fondos de la columna 1 durante un da de operacin.2. Flujo volumtrico por especie, total y composicin de la alimentacin de la columna
1 durante un da de operacin.3. Flujo volumtrico de la alimentacin a la columna 1 y 2, produccin del destilado dela columna 1 y 2, y fondo de la columna 2; suponiendo que los niveles lquidos y lascomposiciones permanecieron constantes para la misma razn de alimentacin
durante ese da nivel constante en los recolectores.
Monitoreo recolectores: 1 da
Rec 1 30 gal/plg 28 plg 64 plg
Dre 1 50 gal/plg 80 plg 51 plg
Rec 2 40 gal/plg 130 plg 82 plg
Dre 2 20 gal/plg 60 plg 64 plg
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Flujo volumtrico de los fondos de la columna 1
Para determinar los flujos y as poder determinar tambin las composiciones de lasespecies en cada uno de los diferentes puntos del proceso, se calcular la cantidad
de flujo monitoreado en los recolectores durante el da de operacin:
Monitoreo recolectores: 1 da
Recolectores gal/plg Nivel inicial Nivel final Flujo(gal/da)
Rec 1 30 28 64 + 1,080
Dre 1 50 80 51 - 1,450Rec 2 40 130 82 - 1,920
Dre 2 20 60 64 + 80
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1. Flujo volumtrico de los fondos de la columna 1 durante un da de operacin.
Base: 1 da de operacin.
5 3 4 5
5
Sistema: columna 2
Balance: total
q q r ec 2 q dre2 q 12,680gal 1,920gal 20,200gal 80 gal
31,040gal
galq 31,040 producidos en fondo columna 1
da
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1. Flujo volumtrico por componente (especie), total y composicin alimentacin decolumna 2
5 3 vol.
vol.
Sistema :columna 2
Balance :benceno x
x q 0.01 q 0.01 rec 2 x 0.003466 frac. benceno
100% 0.003466 0.3466% benceno en alimentacin columna 2
5 3 4
vol.
Balance : tolueno y
y q 0.985 q 0.985 rec 2 0.008 q 0.008 dre 2
y 0.34667frac. tolueno
vol.100% 0.34667 frac. tolueno
vol.34.66% tolueno en alimentacin columna 2
5
vol. vol.
vol.
Porcentaje xilenos en q
%xilenos 100% 0.3466% benceno 34.66% tolueno
64.99% xilenos en alimentacin columna 2
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1 2 5
1
Clculo de las corrientes :
Sistema : columna 1
Balance : benceno x
x q 0.98 q 0.98 rec 1 0.003466 q 0.003466 dre1
galx q 19,472.90 bencenoa limentados a columna 1
da
1 2 5
1
Balance : tolueno y
y q 0.02 q 0.02 rec1 0.3466 q 0.3466 dre1
galy q 10,653.40 tolueno alim entados a columna 1
da
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1 5
1
Balance : xilenos z
z q 0.6499 q 0.6499 dre1
galz q 19,230.50 xilenos alimentados a columna 1da
1 1 1 1
Flujo volumetrico total :
galq x q y q z q 49,356.80 a lim entados a columna 1
da
1. Flujo volumtrico de la alimentacin a la columna 1 y 2, produccin del destiladode la columna 1 y 2, y fondo de la columna 2; suponiendo que los niveles lquidosy las composiciones permanecieron constantes para la misma razn de
alimentacin durante ese da nivel constante en los recolectores
Sistema : columna 1
Balance : xilenos
1 5
5
19,230.50 gal. xilenosq 0.6499 q
49,356.80gal. totales
galq 29,589.90 alimentado a columna 2 sin recolectores
da
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1 2 5 2 1 5
Balance : total
q q q q q q 49,356.80 gal 29,589.90 gal
gal19,760.30 destilado columna 1 sin recolectores
da
5 3 3
3
Sistema : columna 2
Balance : benceno
0.003466 29,589.90gal0.003466 q 0.01 q q
0.01
galq 10,255.90 destilado columna 2 sin recolectores
da
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5 3 4 4 5 3
4
Balance : total
q q q q q q 29,589.90 gal 10,255.90 gal
galq 19,334.00 fondos columna 2
da
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Etapa de equilibrio
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Etapas:
En un plato ideal, el lquido y vapor que
salen del plato se encuentran en equilibrio.
Los platos los vamos a numerar desde el
destilado hasta el residuo en orden
ascendente. El plato en estudio se puede
designar como plato n.
En cada plato entran dos corrientes y salen
dos, las concentraciones correspondientes a
la fase L se designan como x y lascorrespondientes a la fase V como y.
En el diagrama de puntos de
ebullicin, se presenta las
concentraciones correspondientes
al plato n. El vapor es enriquecidoen el componente ms voltil a
medida que asciende por la
columna. Las concentraciones de A
aumentan en ambas fases con la
altura de la columna. Las corrientes
que entran al plato no estn enequilibrio.
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Plato n
Plato n+1
Plato n-1
Vn, Yn
Vn-1, Yn-1
Vn+1, Yn+1
Vn+2, Yn+2Ln+1, Xn+1
Ln, Xn
Ln-1, Xn-1
Ln-2, Xn-2
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TA
TB
Concentracin
0% A 100% AXn Yn100% B 0% B
Temperatu
ra
Xn-1 Yn+1
Representacin de las corrientes que entran y abandonan
el plato n en el diagrama de equilibrio T-X-Y
Vn, Yn
Vn-1, Yn-1
Vn+1, Yn+1
Vn+2, Yn+2Ln+1, Xn+1
Ln, Xn
Ln-1, Xn-1
Ln-2, Xn-2
Plato n
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Columna destilacin
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Domo de la columna
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c 1
Plato superior de la columna :
Triangulo abc
Lmite superior : x , y
1 c D
D D
Condensador total : y ,x ,x Cte
x ,x
Intersec cin lnea operacin con diagonal
c D
c 1
Condensador parcial :
x x
Lnea operacin
term ina en x ,y
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Fondo de la columna y Hervidor
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b r B B
Fondo lnea operacin :
x , y o x , x
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Etapa de equilibrio
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Columna de fraccionamiento:
Seccin de rectificacin [enriquecimiento] y de agotamiento
La alimentacin se introduce en el plato central
de la columna. Si la alimentacin es lquida,
desciende por la columna hacia el hervidor y se
agota en el componente A por el vapor que
asciende desde el hervidor. Los platos localizados
encima del plato de alimentacin, recibe elnombre de seccin de enriquecimiento, mientras
que todos los platos por debajo del plato de
alimentacin, constituye la seccin de
agotamiento.
Si no existe azeotropo, el destilado y residuopuede obtenerse en cualquier concentracin,
dependiendo de la relacin de reflujo adecuado y
suficientes etapas.
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A, XA
D, XD
R, XR
Sectorde
enr
iquecimiento
Sectorde
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
Esquema de una columna para representar las corrientes en los balances de materiaDoctor Mario Santizo C.
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A D R
A D RAX DX RX
A R
D R
X XD A
X X
D A
D R
X XR A
X X
A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecim
iento
Sectorde
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecim
iento
Sectorde
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
Total
Componente
voltil
Balance global
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A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecim
iento
Sectorde
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecim
iento
Sectorde
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
Total
Componente
voltil
n 1 nV L D
n 1 n 1 n n DV Y L X DX
1
1 1
n n n nD D
n
n n n n
L X L XDX DXY
V V L D L D
Balance seccin enriquecimiento
Lnea de operacin seccin enriquecimiento
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DUPA
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A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecim
iento
Sectorde
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecim
iento
Sectorde
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
Total
Componente
voltil
Balance seccin agotamiento
Lnea de operacin seccin agotamiento
m 1 mV L R
m 1 m 1 m m RV Y L X RX
m m R m m R
m 1
m 1 m 1 m m
L X RX L X RXY
V V L R L R
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DUPA
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Seccin enriquecimiento:
Hiptesis Mc Cabe
n n 1L L ... cte L n 1 nV V ... cte V
m m 1L L ... cte L m 1 mV V ... cte V
Seccin agotamiento:
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nriquecimiento en funcin de la
relacin de reflujo
D
LR
D
D D Dn 1
D D
DX R XL
Y XL D L D R 1 R 1
Relacin de reflujo
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DUPA
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V L
LV
F
(1-f) F
f F
- Sif= 0, la alimentacin ser lquido a su temperatura de ebullicin
- Sif= 1, la alimentacin ser vapor a su temperatura de condensacin
- Si 0
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Alimentacin
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Lnea de alimentacin
lxvyFXF
(1 )F
F l vx x y f x fy
F F F
FX(1 f )y xf f
Destilacin
instantneaF, XF
v, y
l, x
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DUPA
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Lneas de operacin
FX(1 f )
y xf f
D D
n 1
D D
R xY x
R 1 R 1
m m R
m 1
m m
L X RXY
L R L R
En la diagonal Y = X, se cumple:
X=XD
X=XF
X=XR
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Procedimiento de clculo - Mtodo grfico de Mc Cabe -
a) Se traza la curva de equilibrio Y-X
b) Se sitan los puntos XD, XF y XR sobre el diagrama.
c) Se dibujan los puntos X=XD, X=X
Ry X=X
F,, que como sabemos pertenecen a las
lneas de enriquecimiento, agotamiento y de alimentacin respectivamente.
d) Se traza la lnea de alimentacin una vez conocidof
e) Se traza la lnea de enriquecimiento una vez conocido RD
f) Se traza la lnea de agotamiento desde X=XR hasta el punto de corte de la lnea de
alimentacin y lnea de enriquecimiento [se puede demostrar que las tres lneastienen un lugar geomtrico comn].
g) Se construyen las etapas como se indica en la grfica siguiente. Las etapas se
apoyan en la lnea de enriquecimiento en la seccin de enriquecimiento y en la lnea
de agotamiento en la seccin de agotamiento. Se inicia en XD y se termina en XR.
Cada etapa corresponde a una etapa ideal de equilibrio. Si la ltima etapa no es
completa se calcula la parte proporcional de la etapa corresponde.
h) Se localiza el plato de alimentacin como aquella etapa que se cruza con la lnea
de alimentacin.
i) Se cuentan las etapas, identificndolas con platos ideales. Uno de ellos ser
siempre la caldera, caldern o hervidor.
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Fraccin molar en el lquido, x
Fra
ccinmolarenelvapor,y
XA XDXR
Procedimiento de clculo - Mtodo grfico de Mc Cabe -
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Fraccin molar en el lquido, x
Fra
ccinmolarenelvapor,y
XA XDXR
alimentacin
Procedimiento de clculo - Mtodo grfico de Mc Cabe -
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Fraccin molar en el lquido, x
Fra
ccinmolarenelvapor,y
XA XDXR
alimentacin
enriquecimiento
Procedimiento de clculo - Mtodo grfico de Mc Cabe -
D
D
X
R 1
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Fraccin molar en el lquido, x
Fra
ccinmolarenelvapor,y
XA XDXR
alimentacin
enriquecimiento
agotamiento
Procedimiento de clculo - Mtodo grfico de Mc Cabe -
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Fraccin molar en el lquido, x
Fra
ccinmolarenelvapor,y
XA XDXR
1
2
3
4
Procedimiento de clculo - Mtodo grfico de Mc Cabe -
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Procedimiento de clculo - Mtodo grfico de Mc Cabe -
j) Se calcula el nmero de platos reales, conocida la eficacia de plato
[que vara entre 0 y 1]. El valor obtenido se redondea hacia arriba. As:
k) se calculan las necesidades energticas de la columna, conocidos los
calores latentes de cambio de estado, :
nmero platos idealeseficacia plato
nmero platos reales
vapor.saturado vsm V
agua.fra pAF salida entradam C (T T ) V
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Fraccin molar en el lquido, x
Fra
ccinmolarene
lvapor,y
XDXR
Condiciones lmites de operacin
Aumento de la
razn de reflujo
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Fraccin molar en el lquido, x
Fra
ccinmolarene
lvapor,y
XDXR
Condiciones lmites de operacin
Disminucin de la
razn de reflujo
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Fraccin molar en el lquido, x
Fra
ccinmolarene
lvapor,y
XDXR
Nmero mnimo de etapas
Condiciones lmites de operacin
Reflujo Total
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Fraccin molar en el lquido, x
Fra
ccinmolarene
lvapor,y
XDXR
Nmero infinito de etapas
Condiciones lmites de operacin
Reflujo mnimo
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Condiciones lmites de operacin
RDopt = 1,2-2 RD min
Fraccin molar en el lquido, x
Fraccinmolar
enelvapor,y
XDXR
Nmero infinito de pisos
Fraccin molar en el lquido, x
Fraccinmolar
enelvapor,y
XDXR
Nmero infinito de pisos
Fraccin molar en el lquido, x
Fraccinmolarenelvapor,y
XD
XR
Fraccin molar en el lquido, x
Fraccinmolarenelvapor,y
XD
XR
Fraccin molar en el lquido, x
Fraccinmolarenelvapor,y
XDXR
Fraccin molar en el lquido, x
Fraccinmolarenelvapor,y
XDXR
Fraccin molar en el lquido, x
Fraccinmolarenelvapor,y
XDXR
Nmero mnimo de pisos
Fraccin molar en el lquido, x
Fraccinmolarenelvapor,y
XDXR
Nmero mnimo de pisos
a) Aumento RD b) Disminucin RD
c) Reflujo total d) Reflujo mnimo
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Punto de equilibrio Relacin de reflujo
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CASO 1
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Se desea disear una columna de rectificacin para separar 10,000kg/h de una mezcla que
contiene 40% de benceno y 60% de tolueno, con el fin de obtener un producto de cabeza
(destilado) con 97% de benceno y un producto de cola (residuo) con 98% de tolueno. Todos
estos porcentajes estn en peso. Se utilizar una relacin de reflujo externa de 3.5. El calor
latente de vaporizacin, tanto del benceno como del tolueno, puede tomarse igual a 7,675cal/mol. El calor latente del vapor de agua saturado es de 533.6 cal/g.
a) Calcular los caudales de destilado y residuo producidos.
b) Determinar el nmero de platos ideales y la situacin del plato de alimentacin en
los siguientes casos:
i) la alimentacin entra como lquido a su temperatura de ebullicin
ii) la alimentacin consiste en una mezcla de dos tercios de vapor y un tercio delquido.
c) Calcular el caudal msico de vapor de agua que se necesita en cada caso para la
calefaccin, despreciando prdidas de calor y suponiendo que el reflujo es un
lquido saturado.
d) Si el agua de refrigeracin llega al condensador a 25C y sale a 65C, calcular el
consumo de agua en litros por minuto.
Datos de equilibrio del sistema Benceno-Tolueno a 760 mmHg
X 0 0,0169 0,1297 0,2579 0,4113 0,5810 0,7801 1
Y 0 0,0389 0,2613 0,4561 0,6320 0,7767 0,9002 1
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44020
92
60
78
40
78
40
,XF
97440
92
3
78
97
78
97
,XD
02350
92
98
78
2
78
2
,XB
0.4 0.6F 10000 116.5 kmol / h
78 92
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Calculo de caudales de destilado y residuo
F D B
F D BFX DX BX
D 51.05 kmol/h
B 65.45kmol/h
(116.5)(0.4402)(0.9744) (0.0235)D B
116.5 /D B kmol h
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0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
50/107
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
51/107
Fx1 fy x recta de pendientef f
Lnea de alimentacin (f=0)
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
52/107
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
Lnea alimentacin
(f=0)
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
53/107
D D
D D
R x 3.5 0.9744y x x 0.7778x 0.2165
R 1 R 1 4.5 4.5
Lnea operativa del sector de
enriquecimiento
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
54/107
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
Lnea alimentacin
(f=0)
enriquecimiento
(y= 0.7778x+0.2165)
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
55/107
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
Lnea alimentacin
(f=0)
LOSE
(y= 0.7778x+0.2165)
agotamiento
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
56/107
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
Seccin enriquecimiento
12
3
4
5
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
57/107
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
Seccin enriquecimiento1
23
4
5
Seccin Agotamiento
6
7
8
9
10
11
12
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
58/107
Clculo de caudales
f 0 V V 229.725 kmol/h
V L D 178.675 51.05 229.725 kmol/h
D
L LR 3.5 L 178.675 kmol/h
D 51.05
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
59/107
Caudal msico de vapor de agua
en la caldera
vs vsm V
vs
vs
V (229.72)(7675)m 3293.8 kg/h
(533.6)
Doctor Mario Santizo C.
C d d
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
60/107
Consumo de agua de
refrigeracin
p s e sistemamC (T T ) V (229.72)(7675) 1763101 kcal/h
1763101m 44077.5 kg/h 734.6 l/min(1)(65 25)
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
61/107
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
62/107
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
63/107
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
64/107
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
65/107
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
66/107
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
67/107
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
68/107
13.75 platos (alimentacin 7).
Solucin para f = 2/3
V 152.05 kmol/h
V 229.725 kmol/h
vsm 2187 kg/h
m 44077.5 kg/h 734.6 l/min
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
69/107
Calcular la razn de reflujo mnima y el nmero mnimo deplatos (reflujo total) para cada uno de los casos de alimentacin
del problema anterior.
CASO 2
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
70/107
Nmero mnimo de platos
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
71/107
Razn de Reflujo mnima
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
f= 0
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
72/107
Razn de Reflujo mnima
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
73/107
Razn de Reflujo mnima
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
0.39= XD/(RDmin +1) Rdmin =1.50
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
74/107
Razn de Reflujo mnima
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
f= 2/3
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
75/107
Razn de Reflujo mnima
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
Doctor Mario Santizo C.
/
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
76/107
Razn de Reflujo mnima
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XFXR XD
0.30= XD/(RDmin +1) Rdmin =2.25
Doctor Mario Santizo C.
CASO 3
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
77/107
Se desea rectificar una mezcla ideal de dos componentes A y B, siendo el valor de la
presin de vapor del componente ms voltil (A) tres veces mayor que la del otro
componente (B) a la misma temperatura. El alimento, con un caudal de 5 kmol/h,
entra en la columna mitad vapor y mitad lquido, con un 40% en moles del
componente A. El destilado debe tener una concentracin molar de A del 95% y el
residuo del 4% en el mismo componente.
Si en el condensador de cabeza de columna se eliminan 82000 kcal/h,. Calcular:a) Caudal de destilado obtenido
b) Ecuaciones de las dos rectas de operacin
c) Nmero de etapas tericas de la columna
d) Piso terico en que debe introducirse la alimentacin
e) Nmero de etapas reales si la eficacia de plato es de 0,8
Datos: El calor latente de vaporizacin de cualquier mezcla de ambos componentes
vale =10000 kcal/kmol, independientemente de la temperatura.
CASO 3
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
78/107
a) Caudales de destilado y residuo
h/kmol5BDF
BDF BXDXFX
)04.0(B)95.0(D)4.0)(5(
kmol/h98.1D
kmol/h02.3B
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
79/107
b) Condensador
vaporm 82,000 kcal / h
seccin enriquecimientoV L D
L V D 8.20 1.98 6.22 kmol/h
seccin enriquecimiento
seccin enriquecimiento
82,000kcal / h (10,000) V
V 8.20kmol / h
Doctor Mario Santizo C.
vapor sistemasec cin enriquecimientom V
14322.6L
R
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
80/107
c) Calculo del nmero de platos
5.0f
8.0X5.04.0x
5.05.01
fxx
ff1y F
Doctor Mario Santizo C.
14.398.1D
RD
23.0x76.014.4
95.0
x14.4
14.3
1R
x
x1R
R
y D
D
D
D
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
81/107
Datos de equilibrio
)x1()y1(x
y
B
B
A
A
AB
xy
xy
P
xPy;
P
xPy B
0B
BA
0A
A
3PP
P/PP/P
xy
x
y
0
B
0
A0
B
0
A
B
B
A
A
AB
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
82/107
Datos de equilibrio
x21
x3y3
)x1()y1(x
y
AB
x 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
y 0 0,429 0,667 0,818 0,923 1
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
83/107
0
0,1
0,2
0,3
0,40,5
0,6
0,7
0,80,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
84/107
0
0,1
0,2
0,3
0,40,5
0,6
0,7
0,80,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
8.0 Xy
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
85/107
0
0,1
0,2
0,3
0,40,5
0,6
0,7
0,80,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
23.076.0 xy
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
86/107
0
0,1
0,2
0,3
0,40,5
0,6
0,7
0,80,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Doctor Mario Santizo C.
Columna = 9 platos
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
87/107
0
0,1
0,2
0,3
0,40,5
0,6
0,7
0,80,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Plato alimentacin = plato 5
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
88/107
n etapas tericos 8netapas reales 10
eficacia 0,8
Doctor Mario Santizo C.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
89/107
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
90/107
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
91/107
Casos especiales en
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
92/107
p
destilacin
Mario Santizo, Ph.D.
1 D til i l d t i t
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
93/107
La columna opera como empobrecimiento, pues el vapor
extrae el lquido al componente mas voltil, a medida que
dicho flujo lquido fluye hacia abajo.
Realizado el balance de materia, asumiendo flujos molares
constantes, nos queda la siguiente ecuacin:
Ecuacin de la lnea de agotamiento para una torre completa.
wxm
m 1 mm 1 m 1
WL
y xV V
1. Destilacin en una columna de agotamiento
Mario Santizo, Ph.D.
Destilacin en una columna de agotamiento
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
94/107
En algunos procesos la alimentacin no se introduce en el punto
intermedio de la columna, sino en la parte en la parte superior de la
columna de agotamiento empobrecimiento stripping -.
g
Mario Santizo, Ph.D.
Ejemplo columna de agotamiento
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
95/107
j p g
(11.4-3 pg. 733)
Columna de agotamiento:
En una columna de agotamiento (empobrecimiento) que opera a
101.3 kPa de presin, se introducen 400 Kg mol/h de una
alimentacin lquida en su punto de ebullicin, que contiene 70% molde benceno y 30% mol de tolueno. El flujo de producto residual debe
ser de 60 Kg mol/h, que contiene solamente 10% mol da A y el resto
B. Determine los Kg mol/h de vapor superior, su composicin y
nmero de etapas tericas requeridas.
Mario Santizo, Ph.D.
Ejemplo columna de agotamiento (11 4 3 pg 733)
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
96/107
Ejemplo columna de agotamiento (11.4-3 pg. 733)
Mario Santizo, Ph.D.
2. Destilacin en la columna de
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
97/107
enriquecimiento
Algunas veces se utiliza torres de enriquecimiento en las cuales la
alimentacin entra por el fondo en forma de vapor. El destilado superior
se produce de la misma manera que en la torre fraccionada completa,
el cual es rico en el componente mas voltil. El residuo lquido es decomposicin muy parecido a la de la alimentacin aunque ligeramente
mas pobre en el componente mas voltil.
Si la alimentacin es vapor saturadon
qV f &
q 1
n XDn 1 n
n 1 n 1
Entonces queda la ecuacin de la lnea de alimentacin:
L DY X
V V
Mario Santizo, Ph.D.
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
98/107
Balance de materia en la seccin de enriquecimiento:
a) Diagrama de flujo de la columna
a) b) Lnea de equilibrio y de operacin.
Mario Santizo, Ph.D.
3. Rectificacin con inyeccin directa
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
99/107
de vapor
En destilacin el calor se suministra a travs del hervidor que funciona
como un intercambiador de calor y en el se transfiere la entalpa de
evaporacin del vapor procedente de un generador de vapor. Sin
embargo, cuando se destila la solucin acuosa del componente voltil
y agua, el calor requerido se puede suministrar inyectndolo
directamente como vapor abierto en el fondo de la torre. En este caso
no se requiere de intercambiador de calor.
Balance de materia:
Balance por componente
F S D W
F S D wx y x xF S D W
Mario Santizo, Ph.D.
Donde:vapmolS
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
100/107
Balance en seccin de agotamiento el balance total y por componente:
s
Sh
y fraccinmol vapor en A 0
m m 1L S V W
w
W
m m m 1 m 1 x
xmm 1 m
m 1 m 1
L x S(0) V y W
WLy x
V V
m 1 m w
Por simultaneas:
W WEc. : y x x
S S
Mario Santizo, Ph.D.
Cuando Y=0 y X=Xw, la lnea de agotamiento pasa a travs del punto
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
101/107
y w g p p
y=0, x=xw y contina hasta el eje x.
Adems, para la interseccin de la lnea de agotamiento con la
diagonal a 45C, cuando:
En el caso del vapor directo permite que el calentador sea de
construccin mas simple pues se trata de un rociador.
wxW
y x en la ec. x(w S)
Mario Santizo, Ph.D.
Rectificacin con inyeccin directa de vapor
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
102/107
Mario Santizo, Ph.D.
4 Rectificacin con corriente lateral
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
103/107
4. Rectificacin con corriente lateral
Algunas veces se extraen productos intermedios o corrientes laterales
entre la zona de destilados y residuos. La extraccin lateral puede ser
vapor o liquido y extraerse encima o debajo de la alimentacin
dependiendo de la composicin deseada. En la grafica se observa que
la lnea de enriquecimiento y agotamiento se calcula de manera usual.
La corriente q tampoco se ve afectada y se calcula de manera usual.
La corriente liquida lateral cambia la velocidad del liquido que esta por
debajo u como consecuencia altera el balance de materia y la lnea de
operacin en la porcin media entre los platos de alimentacin y la
corriente lquida lateral.
Mario Santizo, Ph.D.
Rectificacin con corriente
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
104/107
lateral
Mario Santizo, Ph.D.
La corriente lquida lateral altera la velocidad del lquido que est por
debajo y por consiguiente afecta el balance de materia o la lnea de
operacin en la porcin media entre los platos de alimentacin y la
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
105/107
operacin en la porcin media entre los platos de alimentacin y la
corriente lateral lquida. Balance total de materia en la porcin superior
de la columna, como se muestra en la zona de lneas punteadas de la
grfica anterior:
O D
s 1 s
n s s 1 n 1
s 1 s 1 s s x
V L O D
mol lquido saturado extraido como corriente lateralO
h
Como la corriente lquida lateral est saturada:L L O & V V
Efectuando un balance con respecto al componente ms volatil:
V y L O D
Despejand
o D
s 1
x xss 1 s
s 1 s 1
o y para la lnea de operacinentre la corriente lateral y la alimentacin:
O DLY x
V V
Mario Santizo, Ph.D.
Mc Cabe Thiele para una columna con corriente lateral
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
106/107
La pendiente de esta lnea es Ls/Vs+1. La lnea se puede localizar de acuerdo a esta
grfica, por medio de la lnea q que determina la interseccin de la lnea de
agotamiento y la ecuacin anterior: (ys+1) o se puede fijar por medio de la
especificacin de x0, es decir la composicin de la corriente lateral.Mario Santizo, Ph.D.
5. Condensadores parciales
7/24/2019 1. Destilacin. Mtodo Mc Cabe Thiele
107/107
En algunos casos especiales se desea extraer el destilado superior como vapor en
lugar de lquido. Tambin ocurre cuando el bajo punto de ebullicin del destilado
provoca que la condensacin completa resulte muy difcil. El condensado lquido en
d d i l l l fl j l t