Download
1 / 70
E N D
Un grupo de operaciones para la separación de componentes de mezclas está basado en la transferencia de materia desde una fase homogénea a otra. Contrariamente a las separaciones puramente mecánicas, estos métodos utilizan diferencias en la presión de vapor o la solubilidad, en vez del tamaño o la densidad de las partículas. • La fuerza impulsora para la transferencia es una diferencia de concentración o un gradiente de concentración, de la misma forma que una diferencia de temperatura o un gradiente de temperatura constituye la fuerza impulsora para la transmisión de calor. • Estos métodos, agrupados bajo la denominación de operaciones de transferencia de materia, incluyen técnicas tales como destilación, absorción de gases, deshumiditicación, extracción líquido-líquido, lixiviación, cristalización, etc.
Los problemas de transferencia de materia se pueden resolver por dos métodos esencialmente diferentes: • uno que utiliza el concepto de etapas de equilibrio, y • otro basado en la velocidad de los procesos de difusión. La selección del método depende del tipo de equipo en el que se realiza la operación.
La destilación, la lixiviación y, a veces, la extracción líquido-líquido se realizan en equipos tales como baterías de mezcladores-sedimentadores, baterías de difusión o torres de platos, que contienen una serie de unidades de proceso discretas; los problemas en estas situaciones se resuelven generalmente mediante el cálculo de etapas de equilibrio. • La absorción de gases y otras operaciones que se llevan a cabo en torres de relleno o equipos similares, generalmente se tratan utilizando el concepto de un proceso difusional. • Sin embargo, todos los cálculos de transferencia de materia requieren el conocimiento de las relaciones de equilibrio entre fases.
Equilibrio entre fases • Si dos fases llegan al equilibrio se alcanza un límite en la transferencia de materia, de forma que dicha transferencia se anula. Para que un proceso se realice con una velocidad de producción razonable, es necesario evitar la proximidad del equilibrio, ya que la velocidad de transferencia en cualquier punto es proporcional a la fuerza impulsora que viene dada por el alojamiento del equilibrio en dicho punto. • Por tanto, para evaluar fuerzas impulsoras el conocimiento del equilibrio entre fases adquiere una importancia fundamental. En transferencia de materia son importantes diferentes tipos de equilibrio entre fases.
Uno de los tipos de dispositivos en transferencia de materia consiste en el acoplamiento de unidades o etapas, conectadas entre sí de forma que los materiales que se someten a procesamiento pasan sucesivamente a través de cada etapa. Las dos corrientes circulan en contracorriente a través del equipo; en cada etapa, se ponen en contacto, se mezclan y se separan. Estos sistemas de múltiple etapa reciben el nombre de cascadas.
Destilación 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
TIPOS DE DESTILACIÓN http://www.youtube.com/watch?v=W7Vlxn4e2v0&feature=related
Equipos exteriores de una columna de destilación • 1. REHERVIDOR, EBULLIDOR O CALDERÍN • Intercambiador de calor que proporciona la energía a la columna para mantener las corrientes de líquido y vapor en estado de saturación. • Clases de rehervidores según el intercambiador usado y la localización en la columna • Chaquetas de calentamiento en la parte inferior de la columna • Intercambiador tubular interno en el fondo de la columna • Intercambiador tubular externo • (ver esquemas en la Fig. 9.29, pág. 434 de Treybal) • * Cuando se va a destilar una mezcla acuosa, donde el agua es el componente pesado, se usa vapor vivo para el calentamiento.
Clases de rehervidores según el funcionamiento a) Rehervidor parcial b) Rehervidor total
2. CONDENSADOR Intercambiador tubular que condensa el vapor que llega a la parte superior de la columna. El vapor condensado retorna a la columna como reflujo y lo demás se retira como destilado. Clases de condensadores según el funcionamiento a) Condensador parcial b) Condensador total
3. ACUMULADOR DE REFLUJO Tanque que recibe la corriente proveniente del condensador. El acumulador permite una holgura operacional que puede mantener en funcionamiento la columna cuando se presentan problemas con el condensador. * Existen columnas complejas donde se presenta alimentación múltiple, varias salidas laterales de productos, y donde pueden haber condensadores y rehervidores intermedios a lo largo del equipo.
Accesorios internos de una columna de destilación • 1. Columnas de platos • Platos • Distribuidor del alimento • 2. Columnas empacadas • Empaque • Platos soporte para el empaque • Distribuidor del alimento • Colectores y redistribuidores de líquido
Esquema de una columna de platos sencilla http://www.youtube.com/watch?v=RlS2mFehnFQ
La destilación fraccionada vista como destilaciones instantáneas en serie
Representación de las corrientes que entran y abandonan el plato n en el diagrama de equilibrio T-X-Y
Esquema básico de una columna para realizar los balances de materia
Balance global Total Componente volátil
Balance sector enriquecimiento Total Componente volátil Línea operativa sector enriquecimiento L.O.S.E.
Balance sector agotamiento Total Componente volátil Línea operativa sector agotamiento L.O.S.A.
Parámetros importantes que definen el grado de separación de una mezcla en una columna de destilación 1. Relación de reflujo externa, R = Lo / D 2. Relación de reflujo interna, L / V 3. Número de etapas teóricas o unidades de transferencia Métodos simples para calcular parámetros de separación en sistemas binarios 1. Método de McCabe - Thiele 2. Método de Ponchon y Savarit
Para aplicar este método es necesario conocer: • la fase de la alimentación (el porcentaje de vaporización) • la naturaleza del condensador, si es parcial o total • relación del reflujo a reflujo mínimo • la composición del destilado y del fondo • se considera que la presión es constante a lo largo de la columna Gracias a este método se puede determinar: • Número de etapas de equilibrio: N • Número mínimo de etapas necesarias: Nmin • Reflujo mínimo: Rmin • Plato de alimentación óptimo
