La destilación o rectificación es una operación de separación de uno o varios componentes de una mezcla líquida o gaseosa mediante la acción de un vapor

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Introducción

La destilación o rectificación es una operación de separación de uno o varios componentes de una mezcla líquida o gaseosa mediante la acción de un vapor o líquido generado respectivamente por calefacción o enfriamiento de la mezcla original.

En la Figura 1 .a) se representa una columna de relleno para la destilación con dos alimentos, uno líquido y otro vapor, y en la que existen tres sectores:

- El superior denominado de enriquecimiento que contiene un relleno estructurado sobre un soporte colocado por encima de un colector de líquido. En la parte superior del relleno se encuentra el distribuidor de líquido de reflujo y la salida de vapor al condensador.

- El intermedio, comprendido entre los dos alimentos, con un relleno donde sus elementos se disponen al azar.

- El inferior denominado de agotamiento, que contiene un relleno estructurado sobre un soporte, sobre el que fluye hacia abajo el producto de fondo y hacia arriba el reflujo de vapor.

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En la Figura 1.b) se representa de forma esquematizada una columna de destilación convencional para la separación de los dos componentes de una mezcla binaria.

La corriente saliente de vapor por la parte superior de la columna es condensada total o parcialmente mediante un refrigerante en el condensador, total o parcial respectivamente, parte de la misma se extrae como destilado D y la restante, como fase líquida se devuelve a la columna como reflujo. La corriente de líquido saliente de la columna por la parte inferior de la misma, pasa a una caldera en donde la fase vapor generada se introduce de nuevo en la columna y la parte líquida en equilibrio con el vapor se extrae de la misma como residuo, R.

Por QD se representa el caudal de calor eliminado por el condensador y por QR, el correspondiente introducido por la caldera.

Tanto el condensador parcial como la caldera pueden considerarse como una etapa de equilibrio cada uno. El alimento se introduce en la columna y divide a la misma en dos sectores, de enriquecimiento, el superior, y de agotamiento, el inferior. Los caudales de líquido y vapor que atraviesan el sector de enriquecimiento los representamos por L, y V, respectivamente y los correspondientes que atraviesan el sector de agotamiento los representamos por L, y V, Si los componentes a separar son muy parecidos químicamente, de forma que en fase líquida constituyan una mezcla con comportamiento cercano al de una mezcla ideal, se verificará que: L, y V, permanecerán prácticamente constantes en el sector de enriquecimiento y L, y Vm, también serán constantes en el sector de agotamiento.

Por dh, se representa un elemento diferencial de altura de columna en el sector de enriquecimiento y por dh, análogamente en el sector de agotamiento.

Se representa por (1) el volumen de control que incluye el condensador y parte del sector de enriquecimiento y por (2) el correspondiente que incluye la caldera y parte del sector de agotamiento. (Martinez de la Cuesta & Martinez Rus, 2004)

En este proyecto se desarrollara un ejemplo de destilación, en el que se aplicara el método gráfico (McCabe-Thiele) y el método analítico para resolverlo, calculando así el número de platos mínimos de la destilación, el número de platos reales y el reflujo mínimo.

Metodo McCabe-Thiele

McCabe y Thiele han desarrollado un método matemático gráfico para determinar el número de platos teóricos necesarios para la separación de una mezcla binaria de A y B.

Este método emplea balance de materia con respecto a ciertas partes de la columna, produciendo líneas de operación y la curva de equilibrio y-x para el sistema.

El supuesto principal consiste en que debe haber un derrame equimolar a través de la columna, entre la entrada de alimentación al plato superior y la entrada de alimentación al plato inferior.

Las corrientes de líquido y vapor entran a un plato, establecen su equilibrio y salen del mismo.

Ejercicio a Desarrollar

Se desea destilar una mezcla líquida de benceno(A)-tolueno (B) en una torre de destilación a 1 atm de presión total. La alimentación es de 220 kgmol por hora y su composición es 61 % mol de benceno y 39 % mol de tolueno y entra a 353 K (80°C). Se desea obtener un destilado que contenga 96% mol de benceno y 4 % mol de tolueno y un residuo que contenga 8% mol de benceno y 92 % mol de tolueno.

Calcular:

a) Reflujo total.

b) Reflujo mínimo.

c) El número de platos teóricos para una relación de reflujo de 3:1

d) El plato donde se introduce la alimentación.

Primero calcularemos el número de platos por el Método de McCabe-Thiele (método gráfico).

1. Se traza el diagrama de equilibrio y-x y la línea y=x (45°)

Calculamos el equilibrio liquido-vapor para nuestra mezcla, utilizando el benceno por ser el compuesto más volátil de la mezcla.

Calculamos las presiones de saturación utilizando la ecuación de Antoine, dado que nuestra temperatura a la que entra la mezcla, se encuentra en los intervalos permitidos para utilizar esta ecuación. (Himmelbau, 1997)

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Obteniéndose de la ec. (1):

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Utilizando la ecuacion de Dalton y Raoult, se calculara la fracción de Benceno en la fase vapor, quedando las ecuaciones.

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De la ecuacion de Raoult para el benceno:

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Comparando la ec. (2) y (3) :

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Y sustituyendo los valores indicados se realiza una tabla de la fracción de benceno en la fase liquida para calcular fracción en la fase vapor para luego graficar la línea de equilibrio Liquido-Vapor

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