Post on 03-Sep-2019
DESTILACIÓN - RECTIFICACIÓN
Definición
Separación de los componentes de unacorriente alimento líquida (o vapor) medianteun vapor (o líquido) generado porcalefacción (o condensación) de la mezclacalefacción (o condensación) de la mezclaoriginal, en otras dos, destilado y residuo ,con las calidades deseadas
Agente energético de separación (AES)
DESTILACIÓN - RECTIFICACIÓN
Factores positivos
� Agente energético de separación
� Fácil aporte y eliminación de energía
� Gran diferencia de densidades entre las fases
� Elevada tensión superficial� Elevada tensión superficial
Factores negativos
� Diferencia de temperatura entre cabeza y fondo de columna demasiado grande o pequeña
� Presión de trabajo, función de las presiones de vapor de saturación de los componentes
� Daño en sustancias termosensibles
COLUMNA DE DESTILACIÓN
Caldera
Pisos
Condensador
QD
Piso superior
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
M+NV
L
LD
QR
A, zAAlimento
Piso inferior
Piso de alimentación
Residuo
R, xR
Caldera
1
M=a
V
L
L
COLUMNA DE DESTILACIÓN
Caldera
Pisos
Condensador
QD
Piso superior
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
M+NV
L
LD
� Entrada de la corriente líquida desde el fondo de la columna
�Suministro de energía (AES)
� Generación de una corriente de vapor que retorna a la columna
� Salida del residuo QR
A, zAAlimento
Piso inferior
Piso de alimentación
Residuo
R, xR
Caldera
1
M=a
V
L
L
COLUMNA DE DESTILACIÓN
Caldera
Pisos
Condensador
QD
Piso superior
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
M+NV
L
LD
� Entrada de las corrientes líquida y vapor desde los pisos superior e inferior, respectivamente
�Contacto íntimo y prolongado entre las fases
� Salida de las corrientes líquida y vapor hacia los pisos inferior y superior, respectivamente
� Entrada del alimento en el piso adecuado
QR
A, zAAlimento
Piso inferior
Piso de alimentación
Residuo
R, xR
Caldera
1
M=a
V
L
L
COLUMNA DE DESTILACIÓN
Caldera
Pisos
Condensador
QD
Piso superior
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
M+NV
L
LD
� Entrada de la corriente vapor desde la cabeza de la columna
� Eliminación de energía (AES)
� Generación de la corriente líquida que retorna a la columna
� Salida del destilado (líquido o vapor) QR
A, zAAlimento
Piso inferior
Piso de alimentación
Residuo
R, xR
Caldera
1
M=a
V
L
L
COMPONENTES CLAVECOMPONENTES CLAVE
Una columna de destilación únicamentesepara dos componentes de una mezcla enotras dos con las calidades deseadas
CL: componente clave ligero
CP: componente clave pesado
COMPONENTES CLAVE
Destilado
Residuo
� Todo de los compuestos más ligeros que el clave ligero (CL)ligero (CL)
� Cantidades especificadas de los compuestos clave ligero (CL) y clave pesado (CP)
� Cantidades aproximadas de los compuestos interclave
� Nada de los compuestos más pesados que el clave pesado (CP)
COMPONENTES CLAVE
Destilado
Residuo
� Todo de los compuestos más pesados que el clave pesado (CP)pesado (CP)
� Cantidades especificadas de los compuestos clave ligero (CL) y clave pesado (CP)
� Cantidades aproximadas de los compuestos interclave
� Nada de los compuestos más ligeros que el clave ligero (CL)
PRESIÓN DE FUNCIONAMIENTO
1. Leer xi,D , xi,R
Condensador TOTAL y PD = 0,2 MPa si (PD)Burb
< 0,2 MPa
SI
2. Calcular (PD)Burb a 49 ºC
3. ¿(PD)Burb < 1,48 MPa?
NO
Condensador PARCIALSI
4. Calcular (PD)Rocío a 49 ºCNO
6. Elegir un refrigerante y PD = 2,86 MPa
NO
5. ¿(PD)Rocío < 2,52 MPa?
PRESIÓN DE FUNCIONAMIENTO
7. Estimar PR a partir de PD
10. Leer PD , PR
SI
8. Calcular (TR)Burb a PR
9. ¿(TR)Burb < TC , TDesc?TC , TDesc?
11. Disminuir PR
NO
CONDICIONES LÍMITES DE FUNCIONAMIENTO
Razón de reflujo mínima
Número de pisos infinito
Zonas de conjunción o infinitud
Razón de reflujo infinita
Número de pisos mínimo
CONDICIONES LÍMITES DE FUNCIONAMIENTO
Razón de reflujo óptima
M+N
Costes
totale
s
Cos
te a
nual
por
uni
dad
de d
estil
ado
(LD/D) (L
D/D)
min
(M+N)min
Costes de operación
Costes
totale
s
Costes fijo
s
(LD/D)
min (L
D/D)
opt
Cos
te a
nual
por
uni
dad
de d
estil
ado
LD/D
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Nomenclatura
CaudalesCaudales molaresmolares totalestotales:: A,A, D,D, R,R, L,L, VV
FraccionesFracciones molaresmolares:: zzii,, xxii,, yyii
CaudalesCaudales molaresmolares individualesindividuales:: aaii,, ddii,, rr ii,, ll ii,,vvii
QD
Piso superior
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
M+NV
L
LD
ii
EntalpíasEntalpías específicasespecíficas:: h,h, HH
ComponentesComponentes:: i,i, jj
PisosPisos:: p,p, n,n, m,m, aa
CalderaCaldera:: RR CondensadorCondensador:: DD
QR
A, zAAlimento
Piso inferior
Piso de alimentación
Residuo
R, xR
Caldera
1
M=a
V
L
L
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Variables de diseño
Caldera + Sector de agotamiento + Piso de Alimentación + Sector de enriquecimiento + Condensador parcial
Vdiseño = C + 7 = 9
Vdiseño fijas = 5 (A, zA, TA, PA, PD)
Vdiseño libres = 4 ( yD, xR, LD/D, aopt)
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Variables de diseño
Caldera + Sector de agotamiento + Piso de Alimentación + Sector de enriquecimiento + Condensador total
Vdiseño = C + 8 = 10
Vdiseño fijas = 5 (A, zA, TA, PA, PD)
Vdiseño libres = 5 ( yD, xR, LD/D, aopt, TD)
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Consideraciones previas
Presión ∆PColumna= 35 x 1 = 35 kPa
∆PCondensador= 15 kPaAlimento
CondensadorCondensador
Razón de reflujo
PD = 1000 kPa; PR = 1050 kPa
PD = 100 kPa; PR = 150 kPa
PD = 10 kPa; PR = 60 kPa
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Consideraciones previas
Presión ¿ Destilación súbita ?
Alimento
CondensadorCondensador
Razón de reflujo� Calcular TBurb y TRocíodel alimento a la presión de la columna
� Calcular (V/A) resultado de la destilación súbita
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Consideraciones previas
Presión ¿ Qué estado físico ha de tener el destilado ?
Alimento
CondensadorCondensador
Razón de reflujo� Condensador parcial: LD líquido a su TBurb ; D vapor a su TRocío
� Condensador total: LD y D líquido a TD < o = TBurb
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Consideraciones previas
Presión Balance económico
Alimento
CondensadorCondensador
Razón de reflujo
1,2 (LD/D)min < (LD/D)opt < 2,0 (LD/D)min
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Métodos de cálculo simplificados
� Método de Lewis
� Método de McCabe - Thiele
Métodos de cálculo rigurosos
� Método de Sorel
� Método de Ponchon - Savarit
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Métodos de cálculo simplificados
LOS FLUJOS MOLARES DE CADA FASE PERMANECEN CONSTANTES EN CADA SECTOR DE LA COLUMNA
SE PUEDE PRESCINDIR DEL BALANCE DE ENTALPÍA EN CADA PISO
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Significado físico de q del alimento
Piso a+1 = M+1
La+1Va
Piso a = M
La+1xa+1ha+1
La+1
xa+1
ha+1
VayaHa
Va
ya
HaAzAHA
Calor necesario para vaporizar un mol de alimento
Calor latente de vaporización
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Significado físico de q del alimento
q > 1 Líquido a T < TBurb
q = 1 Líquido a T = TBurb
0 < q < 1 Mezcla líquido + vapor
q = 0 Vapor a T = TRocío
q < 0 Vapor a T > TRocío
MÉTODO DE LEWIS
Datos de partida: A, zA, TA, PA, PD, zD, xR, (LD/D)
1. D, R
2. Ln , Vn 11. TM-1 , xM-1
12. Repetir 10 y 11 hasta
xR
3. TD , TR , xD , yR
4. yM+N
5. TM+N , xM+N
6. Repetir 4 y 5 hasta q, TM+1 , xM+1
7. Lm , Vm
8. yM
9. TM , xM
10. yM-1
MÉTODO DE McCABE - THIELE
0,6
0,8
1,0
Recta de alimentación
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0
0,2
0,4
y
x
xDxAxR
CONDICIÓN TÉRMICA DEL ALIMENTO
0,6
0,8
1,0
0 < q < 1
q = 1
q > 1
y
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
q < 0
q = 0
xR
zA
zD
x
NÚMERO MÍNIMO DE PISOS
0,6
0,8
1,0
Curva de equilib
rio
y
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
Diagon
al (y
= x)
xR
zA
xD
x
POSICIÓN ÓPTIMA DE ALIMENTACIÓN
0,6
0,8
1,0
4
3
2
1
D
Curva de equilib
rio
y
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
7
11
10
8 6
9
5
xR
zA
yD
x
POSICIÓN ÓPTIMA DE ALIMENTACIÓN
0,6
0,8
1,0
D
11
10
987
5
6
Curva de equilibrio
y
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
4
3
2
1
xR
zA
yD
x
RAZÓN DE REFLUJO MÍNIMA
0,6
0,8
1,0
P '
P
D
Curva de equilibrio
y = x)
y
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
P
R
Diagon
al (y
= x
xR
zA
xD
x
RAZÓN DE REFLUJO MÍNIMA
0,6
0,8
1,0
y
(Ln/V
n)min
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0
0,2
0,4
zD
zA
xR x
VOLATILIDADES RELATIVAS MUY BAJAS
0,6
0,8
1,0
xD
20
10
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0
0,2
0,4
xR
xA
40
30
y
x
VOLATILIDADES RELATIVAS MUY BAJAS
0,04
0,05
0,06
30
20y
- x
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,00
0,01
0,02
0,03
Recta de operación del sector de enriquecimiento
Recta
de o
pera
ción d
el se
ctor d
e ag
otam
iento
xA
xR x
D
40
10
x
PAPEL DOBLE LOGARÍTMICO
0,01
0,1
1
1E-4 1E-3 0,01 0,1 11E-4
1E-3
0,01
y
x
PAPEL PROBABILÍSTICOPAPEL PROBABILÍSTICO
50607080
9095
9899
99,5
99,9
99,99
99,999
99,9999
% vapor
1E-
4
1E-
3
0,0
1
0,1
0,5 1 2 5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
95
98
99
99
,5
99
,9
99
,99
99
,99
9
99
,99
99
1E-4
1E-3
0,01
0,1
0,512
510
20304050% vapor
% líquido
MÉTODO DE McCABE MÉTODO DE McCABE -- THIELETHIELE
0,6
0,8
1,0
y
Recta de operació
n de enriquecimiento
QD
Piso superior
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
M+NVn
LD
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0
0,2
0,4
x
R xR
(R-C)
Rec
ta d
e op
erac
ión
de a
gota
mie
nto
xR
xA
xD
A, zAAlimento
Piso inferior
Piso de alimentación
Residuo
R, xR
1
M=a
Vm
Lm
Ln
Vapor de aguaC, xC
MÉTODO DE McCABE - THIELE
0,6
0,8
1,0
Curva de equilibrio
y
QD
A, zA
Alimento
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
LD
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
yB
Diagon
al (y
= x)
xR
xA
xD
x QRResiduo
R, xR
Caldera
1
Alimento
B, zB
MÉTODO DE McCABE - THIELE
0,6
0,8
1,0
Curva de equilib
rio
y
QD
A, zA
Alimento
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
LD
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
xB
Diagon
al (y
= x)
xR
xA
xD
x QR
Residuo
R, xR
Caldera
1
Extracción
B, zB
DESTILACIÓN de MEZCLAS BINARIAS
Métodos de cálculo simplificados
� Método de Lewis
� Método de McCabe - Thiele
Métodos de cálculo rigurosos
� Método de Sorel
� Método de Ponchon - Savarit
MÉTODO DE SOREL
Datos de partida: A, zA, TA, PA, PD, zD, xR, (LD/D)
1. D, R
2. LD , VM+N
3. T , T , x , y7. xM , hM
8. VM-1 , yM-1, TM-1, HM-1, LM
9. xM-1 , hM-1
10. Hasta caldera
3. TD , TR , xD , yR
hD , hR , HD , HR
4. yM+N
5. TM+N , xM+N , hM+N , HM+N
5.1. MD , QD 5.2. MR , QR
5.3. VM+N-1, yM+N-1, TM+N-1, HM+N-1, LM+N
5.4. xM+N-1 , hM+N-1
6. VM , yM , TM , HM
MÉTODO DE PONCHON-SAVARIT
HHAA
HHCC
HHBB
xxCC xxBBxxAA
(((( ))))(((( )))) CBA
CBA
HBAHBHA
xBAxBxA
CBA
++++====++++++++====++++
====++++
AC
AC
CB
CB
xx
HH
xx
HH
−−−−−−−−
====−−−−−−−−
MÉTODO DE PONCHON-SAVARIT
DD D
QM h
D− =
RR R
QM h
R− =
1n D nL M H+ −=
Vm
Vn
H-y1
VM+N
∆D
h, H
1
1
n D n
n D n
L M H
V M h+
+
−=−
D M ND
M N D
M HL
D H h+
+
−=−
1
1
m m R
m m R
L H M
V h M+
+
−=−
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Lm+1
L
n+1 h-x
1
LD A
R
D
∆R
xR x
A x
D
x1, y
1
MÉTODO DE PONCHON-SAVARIT
43
8 756
2
H-y1
VM+N
∆D
h, H
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
4 2
1
h-x1
LD
A
R
D
∆R
xR x
A x
D
x1, y
1
NÚMERO DE PISOS MÍNIMO
4,7 43
21
H-y1
h, H
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
1
h-x1
xR x
D
x1, y
1
RAZÓN DE REFLUJO MÍNIMA
(∆D)
min
H-y1
h, H
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
(∆R)
min
h-x1 A
R
D
xR x
A x
D
x1, y
1
RAZÓN DE REFLUJO MÍNIMA
(∆D)
min
H-y1
h, H
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
(∆R)
min
h-x1 A
R
D
xR x
A x
D
x1, y
1
ALIMENTACIÓN DIRECTA VAPOR DE AGUA
S
C H-y1
VM+N
∆D
h, H
QD
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
LD
♦D
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
zC h-x
1
LD
A R
D
∆C
xR x
A x
D
x1, y
1
A, xA
Alimento
Residuo
R, xR
Vapor de aguaC, xC
♦C
EXTRACCIÓN LATERAL + ALIMENTACIÓN
∆T
H-y1
VM+N
∆D
h, H
QD
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
LD
Extracción
S, xS
♦D
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
xS
S h-x
1
LD A
R
D
∆R
xR x
A x
D
x1, y
1 QR
A, xA
Alimento
Residuo
R, xR
Caldera
1
S, xS
♦T
♦R
ALIMENTACIÓN + EXTRACCIÓN LATERAL
H-y1
VM+N
∆D
h, H
QD
A, xA
Alimento
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
LD
ξ D
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
S
xS
∆T
h-x1
LD A
R
D
∆R
xR x
A x
D
x1, y
1 QR
Residuo
R, xR
Caldera
1
Extracción
S, xS
ξ T
ξ R
COLUMNA CON DOS ALIMENTOS
H-y1
VM+N
∆D
h, H
QD
A, xA
Alimento
Destilado
D, xD
Condensador total
Recipiente de separación
LD
ξ D
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
B
xB
∆T
h-x1
LD A
R
D
∆R
xR x
A x
D
x1, y
1
QR
A, xA
Residuo
R, xR
Caldera
1
Alimento
B, xB
ξ R
ξ T