Método de McCabe Thiele DESTILACION Calculo de número de etapas Profesor. c Dr Edgar Ayala Herrera

DESTILACION DESCRIPCION   La destilación es una de las operaciones unitarias más empleadas para la separación de los componentes de una mezcla. Esta separación se produce gracias a la diferencia de volatilidad entre las sustancias que forman la mezcla. El componente de mayor volatilidad sale por cabeza mientras que el menos volátil se obtiene por fondo. Una columna de destilación está formada habitualmente por una carcasa cilíndrica, un condensador y un hervidor. En el interior de la carcasa se suele disponer un relleno o una serie de platos para que la separación se lleve a cabo de la mejor manera posible y de esta manera se aumenta la eficacia. - El hervidor proporciona la energía necesaria para llevar a cabo la separación

Durante el proceso de transferencia de masa que ocurre en el plato se genera una tendencia hacia el estado de equilibrio. Este estado de equilibrio representa el límite teórico del proceso de transferencia de masa. En él ya no existe transferencia de masa neta, pues ésta se ha llevado a cabo al máximo posible en esa etapa de tratamiento la cual se convierte en una etapa perfecta, de 100% de eficiencia. Puesto que ese estado deseable no se alcanza en realidad en ningún plato de ninguna columna de separación, a esa etapa o plato se le conoce como ideal, teórica o de equilibrio y es un concepto ampliamente usado en los cálculos de operaciones de separación

La función principal del equipo utilizado en las operaciones de transferencia de masa es permitir un contacto eficiente entre las fases involucradas en la operación. Se han desarrollado diversos tipos de equipos para este fin, pero los que se encuentran con mayor frecuencia son las columnas de múltiples etapas (columnas de platos) y las columnas de contacto continuo (columnas empacadas). Las columnas de múltiples etapas consisten en una serie de unidades o etapas individuales conectadas entre sí, que tienen forma de platos o charolas y en las cuales las dos fases se ponen en contacto directo para que ocurra la transferencia de masa de un componente, de una fase a otra.

COLUMNA DE DESTILACION El condensador enfría el vapor para condensarlo y mejorar la eficacia de la destilación, mientras que el acumulador de reflujo almacena el vapor condensado para introducir una parte de éste de nuevo a la columna como reflujo. - La alimentación se suele introducir en una de las etapas intermedias y a partir de ahí se divide la columna en una sección de rectificación o enriquecimiento y en una sección de agotamiento. Normalmente es necesario realizar más de una etapa de destilación para alcanzar la pureza requerida en los componentes destilados.

Las propiedades que debe tener el relleno son: El proceso de destilación se puede realizar en diferentes tipos de columnas que pueden clasificarse, en relación a sus dispositivos internos en: columnas de platos columnas de relleno COLUMNAS EMPACADAS El tipo común de una torre empaqueta-da o torre de relleno consiste en una carcasa cilíndrica que contiene un material de relleno inerte. En ellos el líquido y el gas circulan a contracorrien-te con una amplia área de contacto entre líquido y gas. Las propiedades que debe tener el relleno son: 1. Baja pérdida de presión. Lo que implica un área transversal libre elevada. 2. Alta capacidad. También relacionada con un área transversal libre eleva-da. 3. Bajo peso y baja retención de líqui-do. 4. Gran superficie activa por unidad de volumen. 5. Gran volumen libre por unidad de volumen. 6. Alta durabilidad, resistencia a la corrosión, bajo coste.

COLUMNA DE PLATOS El plato va a proporcionar una mezcla íntima entre las corrientes de líquido y vapor. El líquido pasa de un plato a otro por gravedad en sentido descendente, mientras que el vapor fluye en sentido ascendente a través de las ranuras de cada plato, burbujeando a través del líquido. Al plato se le exige que sea capaz de tratar las cantidades adecuadas de líquido y vapor sin una inundación o un arrastre excesivos, que sea estable en su funcionamiento y resulte relativamente simple en cuanto a instalación y mantenimiento. También es importante conseguir que la caída de presión en el plato sea mínima. El número de platos necesarios para efectuar una separación dada vendrá determinado por distintos facctores, que se analizarán a continuación. Por lo general cuanto mayor sea el número de platos de la torre, mayor será la separación conseguida

TIPOS DE PLATOS Platos de campanas de barboteo: ha sido el plato más ampliamente utilizado, las campanas están colocadas sobre unos conductos de subida. - Platos perforados: su construcción es mucho más sencilla, requiriendo la perforación de pequeños agujeros en la bandeja. - Platos de válvulas: es un intermedio entre los de campanas de barboteo y los platos perforados. La construcción es similar a los de campanas, cada agujero tiene por encima una válvula que se eleva ante el paso del vapor

Normalmente el tipo de plato más empleado es el plato perforado, debido principalmente a su economía. Si se requiere una mayor flexibilidad entonces se hará uso de los platos de válvulas; actualmente los platos de barboteo aparecen únicamente en los casos en que es necesario controlar el tiempo de residencia para que se dé una determinada reacción química o si el flujo de vapor es insuficiente y se produce un goteo del líquido

Para aplicar este método es necesario conocer: : Gracias a este método se puede determinar   - 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   - Número de etapas de equilibrio: N - Número mínimo de etapas necesarias: Nmin - Reflujo mínimo: Rmin - Plato de alimentación óptimo

LINEA DE OPERACIÓN Para trazar la recta de la sección de rectificación se debe realizar un balance de materia a la parte superior de la columna V· y = L· x + D· xD Despejando: y = (L/V)· x + (D/V)· xD Otra manera alternativa de expresar esta misma ecuación es empleando la relación de reflujo R=L/D. Sustituyendo se obtiene: y = (R/R+1)· x + (1/R+1)·xD Para calcular la recta de la sección de agotamiento se procede de igual manera: L'· x = V'· y + B· xB y = (L'/ V')· x - (B/ V')· xB Se comprueba que para la sección de rectificación la pendiente de la recta es L/V <1 mientras que en la sección de agotamiento la pendiente es L'/V' >1. Para expresar la recta de alimentación es necesario calcular un parámetro, q, cuyo valor va a ser función de la vaporación de la mezcla de entrada. q = (L'- L)/ F Si la mezcla está parcialmente vaporizada q<1, si la alimentación es un líquido subenfriado, q>1, y si es un vapor sobrecalentado, q<0. El cálculo de q se generaliza con la siguiente expresión:

LINEA DE OPERACIÓN ALIMENTACION para un líquido subenfriado para un vapor sobrecalentado Considerando las siguientes ec: y· (V-V') = (L-L')· x + D· xD + B· xB D· xD + B· xB = F· Zf F + V' + L = V + L' Sustituyendo se obtiene y = (q/ q-1)· x - (zF/ q-1) Ahora se procede a la representación gráfica para hallar el número de etapas de equilibrio y el plato óptimo de alimentación:

Numero de platos mínimos

Reflujo mínimo