Destilación (Método McCabe-Thiele) Área Académica :Licenciatura en Ingeniería Industrial Profesor(a):Pérez Sánchez Blasa Periodo: Enero – Junio-2015

Resumen La destilación se define como la operación básica mediante la cual se separa una mezcla de líquidos de distinta volatilidad, en sus componentes puros. Esta operación se lleva a cabo en la mayoría de los casos, en columnas cilíndricas verticales que proporcionan un alto número de etapas en las que tienen lugar los procesos de vaporización y condensación. Para el cálculo del número de etapas necesarias para alcanzar unos rendimientos, utilizaremos el método de McCabe-Thiele.

Abstract Distillation is defined as the basic operation where a mixture of liquids of different volatility, into its pure components is carried out. In most cases, in vertical cylindrical columns which provide a high number of stages and the processes of evaporation and condensation take place.    To calculate the number of steps it is necessary to achieve yields, use the McCabe-Thiele method. Keywords: Distillation y McCabe-Thiele method

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.

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

Nomenclatura Vn-1, Yn-1 Plato n-1 Ln-1, Xn-1 Vn, Yn Plato n Ln, Xn Fig. libro Warren L. Mc Cabe Operaciones unitarias en ingeniería química Nomenclatura

Representación de las corrientes que entran y abandonan el plato n en el diagrama de equilibrio T-X-Y Ln-2, Xn-2 Vn-1, Yn-1 TB TA Ln-1, Xn-1 Vn, Yn Plato Ln, Xn Vn+1, Yn+1 Ln+1, Xn+1 Vn+2, Yn+2 Xn-1 Xn Yn+1 Yn Nomenclatura

Balance global: F: alimentación D: destilado W: residuo 𝐹= 𝐷(𝑋𝐷𝐴−𝑋𝑤𝐴) (𝑋𝐹𝐴−𝑋𝑤𝐴) D= 𝐹(𝑋𝐹𝐴−𝑋𝑤𝐴) (𝑋𝐷𝐴−𝑋𝑤𝐴) F: alimentación D: destilado W: residuo

Balance en sección de enriquecimiento Total Componente volátil Línea operativa sector enriquecimiento L.O.S.E.

Balance en sección de agotamiento Total Componente volátil Línea operativa sector agotamiento L.O.S.A.

L.O.S.E. en función de la razón de reflujo

Procedimiento de cálculo (Método gráfico McCabe- Thiele) 1. Traza el diagrama de equilibrio del componente mas volátil (yi vs xi). 2. Se traza la diagonal (0,0 ; 1,1). 3. Se localizan los puntos XR, XF, XD los cuales fueron calculados previamente con los datos del problema y se proyectan sobre la diagonal.

4. Se traza la línea de operación de la alimentación (F) a partir del punto XF proyectada en la diagonal, esta línea de operación puede tener 5 posiciones de acuerdo a las características de dicha alimentación. Alimentación fría, q > 1 Alimentación en el punto de burbuja (líquido saturado), q = 1 Alimentación parcialmente como vapor, 0 < q < 1 Alimentación en el punto de rocío (vapor saturado), q = 0 Alimentación como vapor sobrecalentado, q < 0

Líneas de operación de la alimentación Fracción molar en el líquido, x Fracción molar en el vapor, y XF XD XW a b c d e Líneas de operación de la alimentación

Imagen libro Warren L. Mc Cabe Operaciones unitarias en ingeniería química

5. Se traza la línea de operación superior a partir del punto (XD) proyectado sobre la diagonal con la inclinación ya sea con la formula (punto pendiente o con el reflujo). Aquí se encuentra un punto de intersección en la línea de operación de alimentación (F): 𝑦 𝑛+1= 𝑅 𝑅+1 𝑋𝑛+ 𝑋𝐷 𝑅+1 6. Se traza la línea de operación inferior uniendo los puntos XR proyectado sobre la diagonal y el punto que encontramos en el paso 5.

7. Se trazan escalones iniciando desde el punto XD proyectado en la diagonal, primero horizontalmente hacia la izquierda hasta la curva, luego verticalmente hasta la línea de operación superior sucesivamente hasta llegar a la línea de alimentación, en donde los siguientes escalones se siguen trazando de la misma forma entre la curva y la línea de operación inferior. Si el último escalón no es completo se calcula la parte proporcional de escalón que le corresponde.

Se localiza el plato de alimentación como aquel escalón que cruza con la L.A. (línea de alimentación). Se cuentan los escalones, identificándolos con platos ideales. Uno de ellos será siempre la caldera.

Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe ) Fracción molar en el líquido, x Fracción molar en el vapor, y XF XD XW L.A. L.O.S.E. L.O.S.A.

Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe ) Fracción molar en el líquido, x Fracción molar en el vapor, y XF XD XW 1 2 3 4

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: Se calculan las necesidades energéticas de la columna, conocidos los calores latentes de cambio de estado, :

Referencias Warren L., Mc Cabe, Smith J. C. & Harriott P. ( 2000), Operaciones Unitarias en ingeniería química. España: Mc Graw Hill. Geankopolis, Christie J. (1998), Procesos de transporte y operaciones unitarias (3ra ed.), México: CECSA. Foust L.S, Wenzel L.A, Clump C. W & Anderson L. B. (2006), Principios de operaciones unitarias, México: CECSA.