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Tema 7

Tema 7. Rectificación. TEMA 7. OPERACIONES BÁSICAS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA: RECTIFICACIÓN . INDICE 1. INTRODUCCIÓN. 2. TIPOS DE DESTILACIÓN. 3. RECTIFICACIÓN. 3.1. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 3.2. DISEÑO DE COLUMNAS DE PLATOS 4. PROBLEMAS PROPUESTOS. Tema 7. Rectificación.

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Presentation Transcript

  1. Tema 7 Rectificación TEMA 7. OPERACIONES BÁSICAS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA: RECTIFICACIÓN INDICE 1. INTRODUCCIÓN. 2. TIPOS DE DESTILACIÓN. 3. RECTIFICACIÓN. 3.1. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 3.2. DISEÑO DE COLUMNAS DE PLATOS 4. PROBLEMAS PROPUESTOS.

  2. Tema 7 Rectificación INTRODUCCIÓN La destilación es un proceso de separación que consiste en eliminar uno o más de los componentes de una mezcla. Para llevar a cabo la operación se aprovecha la diferencia de volatilidad de los constituyentes de la mezcla, separando o fraccionando éstos en función de su temperatura de ebullición. Se usa para concentrar mezclas alcohólicas y separar aceites esenciales así como componentes de mezclas líquidas que se deseen purificar

  3. Tema 7 Rectificación TIPOS DE DESTILACIÓN

  4. Tema 7 Rectificación TIPOS DE DESTILACIÓN

  5. Tema 7 Rectificación TIPOS DE DESTILACIÓN

  6. Tema 7 Rectificación

  7. Tema 7 Rectificación Condensador Destilado Acumulador Sector de enriquecimiento Alimento Platos Sector de agotamiento Residuo Caldera Esquema de una columna de platos sencilla

  8. Tema 7 Rectificación Esquema de una columna de platos

  9. Tema 7 Rectificación TIPOS DE PLATOS

  10. Tema 7 Rectificación Ln-2, Xn-2 Vn-1, Yn-1 Plato n-1 Vn, Yn Ln-1, Xn-1 Plato n Ln, Xn Vn+1, Yn+1 Plato n+1 Ln+1, Xn+1 Vn+2, Yn+2 NOMENCLATURA

  11. Tema 7 Rectificación TB Ln-2, Xn-2 Vn-1, Yn-1 Temperatura Vn, Yn Ln-1, Xn-1 TA Ln, Xn Vn+1, Yn+1 Ln+1, Xn+1 Vn+2, Yn+2 0% A Xn Xn-1 Yn+1 Yn 100% A 100% B 0% B Concentración Representación de las corrientes que entran y abandonan el plato n en el diagrama de equilibrio T-X-Y Plato n

  12. Tema 7 Rectificación Superficie I D, XD Sector de enriquecimiento Ln, Xn A, XA Vn+1 Yn+1 Lm Xm Vm+1 Ym+1 Sector de agotamiento R, XR Superficie II Esquema básico de una columna para realizar los balances de materia

  13. Tema 7 Rectificación Balance global Total Componente volátil

  14. Tema 7 Rectificación Balance sector enriquecimiento Total Componente volátil Línea operativa sector enriquecimiento L.O.S.E.

  15. Tema 7 Rectificación Destilación Balance sector agotamiento Total Componente volátil Línea operativa sector agotamiento L.O.S.A.

  16. Tema 7 Rectificación Hipótesis Mc Cabe Sector enriquecimiento: Sector agotamiento:

  17. Tema 7 Rectificación L.O.S.E. en función de la razón de reflujo Razón de reflujo

  18. Tema 7 Rectificación V L F f F (1-f) F Alimentación -   Si f =0, el alimento será líquido a su temperatura de ebullición -   Si f =1, el alimento será vapor a su temperatura de condensación - Si 0< f <1, el alimento será una mezcla líquido vapor.

  19. Tema 7 Rectificación v, y Destilación súbita F, XF l, x Línea de alimentación

  20. Tema 7 Rectificación Líneas de operación En la diagonal Y=X, se cumple: X=XD X=XR X=XF

  21. Tema 7 Rectificación Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe a)      Se dibuja la curva de equilibrio Y-X b)      Se sitúan los puntos XD, XF y XR sobre el diagrama. c)     Se dibujan los puntos X=XD, X=XR y X=XF,, que como sabemos pertenecen a las líneas L.O.S.E., L.O.S.A. y L.A. respectivamente. d)      Se traza la L.A. una vez conocido f e)      Se traza L.O.S.E. una vez conocido RD f)    Se traza L.O.S.A. desde X=XR hasta el punto de corte de L.A. y L.O.S.E. (se puede demostrar que las tres líneas tienen un lugar geométrico común). g)    Se construyen los escalones como se indica en la figura 7.10. Los escalones se apoyan en la L.O.S.E en el sector de enriquecimiento y en la L.O.S.A. en el de agotamiento. Se empieza en XD y se termina en XR. Cada escalón se corresponde con una etapa ideal de equilibrio. Si el último escalón no es completo se calcula la parte proporcional de escalón que le corresponde. h)      Se localiza el plato de alimentación como aquel escalón que cruza con la L.A. i)     Se cuentan los escalones, identificándolos con platos ideales. Uno de ellos será siempre la caldera.

  22. Tema 7 Rectificación Fracción molar en el vapor, y XR XA XD Fracción molar en el líquido, x Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe

  23. Tema 7 Rectificación L.A. Fracción molar en el vapor, y XR XA XD Fracción molar en el líquido, x Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe

  24. Tema 7 Rectificación L.A. L.O.S.E. Fracción molar en el vapor, y XR XA XD Fracción molar en el líquido, x Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe

  25. Tema 7 Rectificación L.A. L.O.S.E. Fracción molar en el vapor, y L.O.S.A. XR XA XD Fracción molar en el líquido, x Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe

  26. Tema 7 Rectificación 1 2 3 Fracción molar en el vapor, y 4 XR XA XD Fracción molar en el líquido, x Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe

  27. Tema 7 Rectificación Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe j)      Se calcula el número de platos reales, conocida la eficacia de plato (que varía entre 0 y 1). El valor obtenido se redondea hacia arriba. Así: k) se calculan las necesidades energéticas de la columna, conocidos los calores latentes de cambio de estado, :

  28. Tema 7 Rectificación Fracción molar en el vapor, y XR XD Fracción molar en el líquido, x Condiciones límites de operación Aumento de la razón de reflujo

  29. Tema 7 Rectificación Fracción molar en el vapor, y XR XD Fracción molar en el líquido, x Condiciones límites de operación Disminución de la razón de reflujo

  30. Tema 7 Rectificación Número mínimo de pisos Fracción molar en el vapor, y XR XD Fracción molar en el líquido, x Condiciones límites de operación Reflujo Total

  31. Tema 7 Rectificación Número infinito de pisos Fracción molar en el vapor, y XR XD Fracción molar en el líquido, x Condiciones límites de operación Reflujo mínimo

  32. Tema 7 Rectificación b) Disminución RD a) Aumento RD c) Reflujo total d) Reflujo mínimo Condiciones límites de operación RDopt = 1,2-2 RDmin

  33. X 0 0,0169 0,1297 0,2579 0,4113 0,5810 0,7801 1 Tema 7 Rectificación Y 0 0,0389 0,2613 0,4561 0,6320 0,7767 0,9002 1 PROBLEMA 4.1 Se desea diseñar una columna de rectificación 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 están en peso. Se utilizará una relación de reflujo externa de 3,5. El calor latente de vaporización, tanto del benceno como del tolueno, puede tomarse igual a 7675 cal/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 número de platos ideales y la situación del plato de alimentación en los siguientes casos: i)  la alimentación entra como líquido a su temperatura de ebullición ii) la alimentación consiste en una mezcla de dos tercios de vapor y un tercio de líquido. c) Calcular el caudal másico de vapor de agua que se necesita en cada caso para la calefacción, despreciando pérdidas de calor y suponiendo que el reflujo es un líquido saturado. d) Si el agua de refrigeración llega al condensador a 25ºC y sale a 65ºC, calcular el consumo de agua en litros por minuto. Datos de equilibrio del sistema Benceno-Tolueno a 760 mmHg

  34. Tema 7 Rectificación

  35. Tema 7 Rectificación Calculo de caudales de destilado y residuo

  36. Tema 7 Rectificación

  37. Tema 7 Rectificación

  38. Tema 7 Rectificación Línea de alimentación (f=0)

  39. Tema 7 Rectificación Línea alimentación (f=0)

  40. Tema 7 Rectificación Línea operativa del sector de enriquecimiento LOSE

  41. Tema 7 Rectificación Línea alimentación (f=0) LOSE (y= 0.7778x+0.2165)

  42. Tema 7 Rectificación Línea alimentación (f=0) LOSE (y= 0.7778x+0.2165) LOSA

  43. Tema 7 Rectificación Sector enriquecimiento 1 2 3 4 5

  44. Tema 7 Rectificación Sector Agotamiento Sector enriquecimiento 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

  45. Tema 7 Rectificación Cálculo de caudales

  46. Tema 7 Rectificación Caudal másico de vapor de agua en la caldera

  47. Tema 7 Rectificación Consumo de agua de refrigeración

  48. Tema 7 Rectificación Solución para f=2/3 13.75 platos (alimentación 7º).

  49. Tema 7 Rectificación PROBLEMA 4.2 Calcular la razón de reflujo mínima y el número mínimo de platos para cada uno de los casos de alimentación del problema anterior.

  50. Tema 7 Rectificación Número mínimo de platos

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