TEMA 7 destilacion (1)

(1)

Curso 2005-2006 I ngeniería Química 1

Prof. José Tojo Grupo de Procesos de Separación Avanzada Dpto. Ingeniería Química, Universidad de Vigo

TEMA 7: DESTI LACI ÓN

1.- I ntroducción a las operaciones básicas de transferencia de

materia.

2.- Equilibrio líquido-vapor.

3.- Destilación simple.

3.1.- Destilación flash.

3.2.- Destilación diferencial.

4.- Rectificación.

4.1.- Cálculo del número de platos.

4.2.- I ntersección de las líneas de operación.

4.3.- I mportancia de la relación de reflujo.

4.4.- Platos reales. Eficacia.

4.5.- Selección de la relación de reflujo económica.

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TEMA 7: DESTI LACI ÓN

(continuación)

5.- Destilación azeotrópica y extractiva.

6.- Destilación discontinua.

6.1.- Funcionamiento con un producto de composición

constante.

6.2.- Operación a relación de reflujo constante.

**Bibliografía:* Coulson y Richardson ( A4),* Geankoplis ( A6) ,* Ocón y**

Tojo ( A10) , Henley y Seader ( B5) , King ( B6) , McCabe, Smith y Harriot

( A9) .

(2)

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1.- I ntroducción a las operaciones básicas

de transferencia de materia.

Absorción-desorción

Destilación (Rectificación)

Humidificación

y deshumidificación

gas-líquido

Extracción

líquido-líquido

fluido-fluido

Cristalización

Adsorción

Extracción

sólido-líquido

Adsorción

Secado

sólido-gas

sólido-fluido

Equilibrio

Difusión gaseosa

Difusión térmica

gaseosa

Diálisis

Electrodiálisis

Difusión térmica

Ósmosis inversa

líquida

Destilación molecular

f. líq.-gas

Gobernadas por la velocidad

OUTM

(3)

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Destilación. Rectificación.

VAPOR

LÍ QUI DO

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X 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

y

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

(4)

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F

. 5-1

x, y

0 1

t

tB tA C y_C D x_D t₁ t₄ t₃ t2

yFxH yM´ yL

x_M´ xG L I H E F M

L

V

L+V

Puntos

de rocio

Puntos

de burbuja

p = cte

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Ecuaciones que describen el ELV

Ecuación de Margules:

[

(

)

]

(

)

[

]

ln

γ

1 12 21 12 1 2

2 21 12 21 2 1

2 =

+

−

⋅

=

+

−

⋅

A

A x

x

A

A x

x

Ecuación de van Laar:

ln

γ

1 12 21 2

12 1 21 2

2 21

12 1

12 1 21 2

=

⋅

+

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

=

⋅

+

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

A

A x

A

A x

(5)

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Ecuación de Wilson:

(

)

(

)

ln

γ

1 12 2

2

12

1 12 2

21

2 21 1

1

12

1 12 2

21

2 21 1

= −

+

+ ⋅

+

−

+

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

= −

+

− ⋅

+

−

+

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

ln

x

G x

x

G

x

G x

G

x

G x

x

G x

x

G

x

G x

G

x

G x

G

V

A

RT

G

V

A

RT

L L L L 12 2 1 12 21 1 2 21

=

⋅

−

=

⋅

−

exp

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Ecuación NRTL:

ln

(

)

γ

₁ ₂2

τ

21 21

1 2 21

12 12

2 1 12

=

+

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟ +

+

⎡

⎣

⎢

⎤

⎦

⎥

x

G

x

x G

G

x

x G

ln

(

)

γ

2 1

τ

2 12

2 1 12

21 21

1 2 21

=

+

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟ +

+

⎡

⎣

⎢

⎤

⎦

⎥

x

G

x

x G

G

x

x G

(

)

(

)

τ

ατ

12 12 21 21 12 12 21 21

=

−

=

−

A

RT

A

RT

G

exp

(6)

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Estimación del ELV

x, t (supuesta)

Coef. de actividad

Calcula:

Tensiones de vapor

Calcula:

y1 e y2

Calcula:

Σy

t (supuesta)

Disminuye

t (supuesta)

Aumenta

>1

<1

Fin = 1

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3.- Destilación simple.

3.1.- Destilación flash.

L, x V, y

Alimentación

L0, x0

(7)

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L

L V

L

x

L x

V y

L

V

y

x

0 0

= +

⋅

= ⋅ + ⋅

⎫

⎬

⎭

⇒

=

−

y

L

V

x

L

V

x

= −

+

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

(x0,x0)

(x,y)

Pendiente= L/V

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(8)

DESTILACIÓN SIMPLE

DESTILACIÓN

DIFERENCIAL

(9)

(10)

COLUMNA DE

PLATOS

PERFORADOS

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Ln Vn+1 Lm Vm+1 F D W q B q_D

x h FF

x_W h_W x

D hD x

Para la sección superior (plato n):

V

L

D

V y

L

x

Dx

y

L

V

x

D

V

x

n n

n n n n D n n n n n D

=

+

=

+

⎫

⎬

⎭

⇒

=

+

− − − − − 1 1 1 1 1

Para la sección inferior (plato m):

V

L

W

V y

L

x

Wx

y

L

V

x

W

V

x

m m

m m m m W

m m m m m W

=

+

=

+

⎫

⎬

⎭

⇒

=

+

− − − − − 1 1 1 1 1

(11)

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0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

y 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Recta de operación superior

Recta de operación inferior XW XF XD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Cálculo por el método de McCabe-Thiele

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Condiciones de la alimentación

D q n q n D n n n n

x

V

y

L

x

Dx

V

D

x

V

L

y

=

₋₁

+

⇒

=

+

w q m q m W m m m m

x

V

y

L

x

Wx

V

W

x

V

L

y

=

−1

−

⇒

=

−

(

m

n

) (

m

n

)

q

(

D

W

)

q

V

L

x

Dx

Wx

(12)

Vn Ln Vm Lm

F

L

V

L

V

L

F

+

=

+

⇒

−

=

−

- La alimentación es un líquido a la temperatura de ebullición:

L

=

L

+

F

- La alimentación es un líquido a una temperatura inferior a la temperatura

de ebullición:

(

)

qF

L

h

F

L

h

F

L

n F F n F F n m S

=

+

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

+

=

−

+

=

λ

F

h

q

FS F

de

latente

molar

calor

de

mol

un

vaporizar

para

necesario

calor

=

+

=

λ

F

qF

V

m

−

n

=

−

(

m

n

) (

m

n

)

q

(

D

W

)

q

V

L

x

Dx

Wx

y

−

=

−

+

F

qF

V

_m

−

_n

=

−

L

−

L

=

F

W D

Dx

Wx

Fx

=

+

(

)

1 −

=

⇒

−

=

−

q

x

q

y

Fx

qFx

y

q

F

F q q F q q

(13)

Curso 2005-2006 I ngeniería Química 25

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Línea q

=

−

1 −

q

−

1 x

q

y

F

q

positiva

< 0

Vapor recalentado

0 = 0

Vapor saturado

negativa

entre 0 y 1

Mezcla de líquido y vapor

∞

= 1

Líquido temp. de ebullición

positiva

> 1

Líquido frío

Pendiente

q

Alimentación

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Línea q

0,96

0,24

Línea de operación superior

Línea de operación inferior

1 2 3 4 5

7 8

(14)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Línea q

0,24

Línea de operación superior

Línea de operación inferior

1 2 3 4 5

F: Líquido a 25ºC

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Línea q

0,24

Línea de operación superior

Línea de operación inferior

1 2 3 4 5 6 7 8 9

F: Mezcla de ¼ de líquido y ¾ de vapor a la

temperatura de ebullición

(15)

(16)

5.- Destilación extractiva

6.- Destilación discontinua.

6.1.- Funcionamiento con un

producto de composición constante.

Dest.8

tetracloruro de carbono

+ tolueno

(17)

Dest.8

6.- Destilación discontinua.

6.2.- Operación a relación de reflujo

constante.

Dest.10

sulfuro de carbono+

tetracloruro de carbono

(18)

(1)

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Línea q

= −1 −q−1

x x q q y F q q positiva < 0

Vapor recalentado

0 = 0

Vapor saturado

negativa entre 0 y 1

Mezcla de líquido y vapor

∞

= 1 Líquido temp. de ebullición

positiva > 1

Líquido frío

Pendiente q

Alimentación

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

y 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Línea q 0,96 0,24

Línea de operación superior

Línea de operación inferior

1 2 3 4 5 6 7 8

(2)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

y 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Línea q 0, 96 0,24

Línea de operación superior

Línea de operación inferior

1 2 3 4 5 6 7 8

F: Líquido a 25ºC

X 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 y 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Línea q 0, 96 0,24

Línea de operación superior

Línea de operación inferior

1 2 3 4 5 6 7 8 9

F: Mezcla de ¼ de líquido y ¾ de vapor a la temperatura de ebullición

(3)

(4)

5.- Destilación extractiva

6.- Destilación discontinua. 6.1.- Funcionamiento con un producto de composición constante.

Dest.8 tetracloruro de carbono

(5)

Dest.8

6.- Destilación discontinua.

6.2.- Operación a relación de reflujo constante.

Dest.10 sulfuro de carbono+ tetracloruro de carbono

(6)

18 Dest.10