Platos teoricos

Destilación. Cálculo de la altura equivalente y eficacia de un plato teórico.

INTRODUCCIÓN
La destilación es una operación unitaria de transferencia de materia entre una fase gaseosa y otra líquida, en la cual mediante sucesivas vaporizaciones y condensaciones, se consigue la separación de una mezcla líquida en sus componentes, siempre que éstas tengan volatilidad diferente.
Enuna mezcla líquida en ebullición el vapor producido y el líquido están en equilibrio. Cuando esto ocurre, a una temperatura dada, la composición de una fase gaseosa es más rica que la líquida en el componente más volátil.
Aplicando las reglas de las fases: F + L = C + 2
Para una mezcla binaria, como en nuestro caso, tendremos 2 fases y 2 componentes por lo cual nos quedan 2 grados delibertad o variables independientemente del sistema.
Las variables intensivas independientes del sistema son: Presión, temperatura, composición de la fase líquida y composición de ola fase gaseosa. Así si fijamos la presión y la temperatura quedan automáticamente establecidas las composiciones de ambas fases, referidas generalmente al componente más volátil.
En estas condiciones podremosconstruir un diagrama isobaro, temperatura- composición. Al variar la presión este diagrama apenas varia su forma, pero se desplaza verticalmente. Esto nos permite el empleo de un nuevo diagrama, composición del líquido- composición del gas, para cada sistema, muy poco sensible a las variaciones de presión.
Cálculo del número de platos teóricos: método de mc cabe- thiele.
Los datosconocidos en el diseño de una columna de rectificación son, normalmente, caudal y composición de la alimentación y composición del destilado y residuo, es decir, se conocen A, XA, XD y XR.
Si realizamos un balance de materia global del componente más volátil, tendremos:
A = D + R
A·XA = D·XD + R·XR
El método de Mc Cabe- Thiele supone que los caudales molares de vapor y líquido sonconstantes en las dos zonas de la columna (enriquecimiento y agotamiento) lo cual es una aproximación que se cumple en la mayoría de los casos.
El balance de materia para el componente más volátil en un piso cualquiera, n, en la zona de enriquecimiento será:
V·Yn = L·Xn+1 + D·XD
Yn =L/V·Xn+1 + D/V· XD
Se puede establecer un balance idéntico para un piso m de la zona de agotamiento:
Ym =L'/V'·Xm+1 - R'/V'· XR
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Estas dos expresiones representan las rectas de operación en un diagrama x-y y se denominan recta de enriquecimiento y recta de agotamiento respectivamente. La recta de enriquecimiento tiene una pendiente de valor L/V " 1 y corta a la diagonal en el punto XD. A su vez, la recta de agotamiento tiene una pendiente C'/V'" 1 y corta a la diagonal en el punto XD.
Elcálculo de números de platos teóricos para llevar a cabo la separación deseada se calcula trazando el número de escalones entre la curva de equilibrio y la recta de operación, en el diagrama x-y. El número de pisos coincide con el número de escalones trazados.
Cuando todo el destilado se devuelve como reflujo (condiciones de reflujo total) el nº de pisos es mínimo, L/V=1 y la recta deoperación coincide con la diagonal del diagrama x-y.
Para pasar de nº de platos teóricos a platos reales, es necesario conocer la eficacia de los platos. Definimos eficacia de un plato real como la relación entre el nº de platos ideales y los reales necesarios para conseguir la separación deseada.
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Para medir la eficacia de una columna de relleno puede establecerse la comparacióncon una de platos, atendiendo a los resultados y no al funcionamiento. En términos estrictos, la comparación es inadecuada, ya que se trata de esquemas totalmente diferentes, uno de contacto continuo y otro de contacto en etapas. No obstante podemos dividir la columna en varias zonas tales que el liquido y el vapor que salen de ellas están en equilibrio. Cada una de estas zonas equivalen aun plato...