destilacion

Destilación

Objetivo
Identificar el funcionamiento de una torre de destilación de platos perforados.

Introducción
La destilación consiste en la separación de los componentes de una solución mediante la creación de una segunda fase (gaseosa) por medio de la aplicación de calor, logrando que los componentes de la solución inicial se redistribuyan en las dos fases. La nueva fase se crea dela solución original por medio de vaporización o condensación, esto permite recobrar los dos componentes de la mezcla con la pureza deseada. La nueva fase difiere de la original por su contenido calórico pero este calor se puede incrementar o eliminar del sistema aunque sebe considerarse el costo energético que esto implica.

La destilación es considerada como una de las más importantesoperaciones de transferencias de masa ya que permite una separación directa de los componentes en productos puros sin que estos requieran un procesamiento posterior, además utiliza el principio de las etapas de equilibrio para lograr dicha separación.

Descripción matemática del modelo
Este equipo de transferencia de masa tiene como funcionalidad, la separación de componentes de una solución, estaseparación se da por evaporación o condensación en una nueva fase. Para poder llevar a cabo este proceso, se debe tener en cuenta el concepto de volatilidad relativa, el cual se define como la relación entre las relaciones de las composiciones de A y B en la fase líquida y gaseosa; se toma como una medida de la posibilidad separación.



Donde x=fracción mol de la sustancia más volátil (A ),y*=correspondiente fracción mol en el equilibrio de A en el vapor, si y*=x la volatilidad relativa toma un valor de 1 y la separación no es posible; mientras más grande sea el número de volatilidad relativa mayor será el grado de separación.

Diseño de columnas
Para el diseño de columnas, se puede hacer por métodos gráficos cuando la mezcla contiene sólo dos componentes. Dos métodos muy conocidosson el método de McCabe & Thiele y el de Ponchon-Savarit. El primero utiliza sólo las relaciones de equilibrio y balances de materia; mientras que el segundo utiliza un balance de energía riguroso cuando se dispone de suficientes datos calorimétricos para construir los diagramas entalpia vs composición.

Método de McCABE & THIELE
Este algoritmo gráfico permite determinar el número de platos oetapas teóricas necesarias para la separación de una mezcla binaria (dos componentes). Para determinar la línea de operación de cada sección de la torre (enriquecimiento y empobrecimiento) se hace uso de los balances de materia y de la curva de equilibrio xy.
Para que este método pueda aplicarse, en el diagrama entalpía vs composición, las curvas HG vs Y y
HL vs L deben ser rectas paralelas oaproximarse. Para esto, deben cumplirse las siguientes condiciones:
Calores latentes molares iguales
Capacidades calóricas constantes
Calores de solución despreciables

Para realizar los cálculos pertinentes en cada plato deben cumplirse ciertas condiciones termodinámicas:

Trabajar en estado estable, generando un producto en fase líquida y otro en fase vapor.
Corrientes de vapor y líquido queingresan a cada etapa (plato) se encuentran perfectamente mezcladas.
Las corrientes de vapor y líquido que salen de cada etapa se encuentran en equilibrio de fases.

Balance global:




Donde.
F=flujo de alimentación, ZF=fracción molar en la alimentación, D=flujo de destilado, xD=fracción molar en el destilado, W=flujo de fondos, xW=fracción molar en fondos




Sección deenriquecimiento



Lt: Flujo molar del líquido que sale de la etapa t, Vt. Flujo molar del vapor que sale de la etapa t, yt: Composición molar de la corriente de vapor que sale de la etapa t, xt: Composición molar de la corriente liquida que sale de la etapa t
La línea de operación para la sección de enriquecimiento se encuentra determinada por la variación de la composición de la fase vapor...