Destilación fraccionada por el método de entalpía - concentración

1. DESTILACIÓN FRACCIONADA CON EL MÉTODO DE ENTALPÍA-CONCENTRACIÓN Cáceres, Antonio; Colina, Claire; Jiménez, Héctor; Villalba, Julián. Transferencia de Masa I Ingeniería Química Universidad de Cartagena

2. Destilación fraccionada La destilación fraccionada es un proceso de destilación de mezclas muy complejas y con componentes de similar volatilidad. Consiste en que una parte del destilado vuelve del condensador y gotea por una larga columna a una serie de placas, y que al mismo tiempo el vapor que se dirige al condensador hace burbujear al líquido de esas placas. De esta forma, el vapor y el líquido interaccionan de forma que parte del vapor se condensa y parte del líquido se evapora

3. Destilación fraccionada

4. Destilación fraccionada

5. Analogías y diferencias McCabe-Thiele : Asume calores latentes iguales. Desprecia la diferencia entre calores sensibles. Asume flujos molares constantes a través de la torre. Presume una condición de equilibrio entre cada etapa o plato.

6. Analogías y diferencias Diagramas entalpia-concentración : Tiene en cuenta los calores latentes, de solución o mezclado. Toma los calores sensibles de la composición de la mezcla. Flujos molares a través de la torre no son siempre constantes.

7. Se requieren los siguientes datos para construir dicho diagrama a presión constante: capacidad calorífica del líquido en función de la temperatura, la composición y la presión Calor de disolución en función de la temperatura y la composición Calores latentes de vaporización en función de la composición y la presión o la temperatura Punto de ebullición en función de la presión, la composición y la temperatura . Datos de entalpía-concentración

8. La línea de líquido saturado en la entalpía h , se calcula por medio de la expresión:   (1)   Donde: es la fracción mol o de peso de A. T es el punto de ebullición de la mezcla en K (F) o C. es la temperatura de referencia (K) es la capacidad calorífica del componente a en es la capacidad calorífica de B. y es el calor de disolución a en .  

9. La línea de entalpia del vapor saturado H , de una composición de vapor se calcula mediante:   (2)   Donde: es la capacidad calorífica del vapor de A. es la de B. Los calores latentes y son los valores a la temperatura de referencia . Generalmente el calor latente se da como en el punto de ebullición normal del componente puro A y para B.  

10. En la ecuación (3) el líquido puro se calienta de hasta , se vaporiza a y luego se enfría como vapor a . Del mismo modo en la ecuación (4). Por conveniencia la temperatura de referencia se suele tomar como igual al punto de ebullición del componente de menor punto de ebullición, A. Esto significa que por lo tanto solo se debe corregir a .   (3)   (4)  

11. Ejemplo: Prepare una grafica de concentración entalpía para el benceno y el tolueno a 1 atm de presión. Componenten P . Ebullicion Cp Liquido Cp Vapor de Vaporización Benceno (a) 80.1°C 138.2 KJ/ Kgmolk 96.3 KJ/ Kgmolk 30820 KJ/ Kgmolk Tolueno(b) 110.6°C 167.5 KJ/ Kgmolk 138.2 KJ/ Kgmolk 33330 KJ/ Kgmolk Componenten P . Ebullicion Cp Liquido Cp Vapor Benceno (a) 80.1°C 138.2 KJ/ Kgmolk 96.3 KJ/ Kgmolk 30820 KJ/ Kgmolk Tolueno(b) 110.6°C 167.5 KJ/ Kgmolk 138.2 KJ/ Kgmolk 33330 KJ/ Kgmolk

12. Solucion: Se usa una temperatura de referencia De esta manera que la entalpía de liquido de benceno puro en el punto de ebullición sea cero. Para el primer punto elegimos el Tolueno puro  

13. Para el Tolueno liquido en el punto de ebullición de 110.6°C y calor de disociación igual a cero se usa la ecuación: Reemplazando los valores de la tabla y resolviendo tenemos:  

14. Para la línea de entalpía de vapor saturado se utiliza la siguiente ecuación: Pero se calcula primero a 80.1°C que es la temperatura de referencia, por medio de la siguiente ecuación:  

15. Para calcular el calentamiento utilizamos la siguiente ecuación y 𝑦 A = 0: Ahora para el benceno puro si se utiliza la siguiente ecuación: Y como entonces Por lo cual el calentamiento será:  

16. Si ahora se elige el punto de ebullición es 92°C y la temperatura de vapor saturado para es 98.8°C. Con estos datos y con los dados en la tabla del enunciado reemplazamos y obtenemos la entalpía del liquido saturado en el punto de ebullición: Ahora para un la entalpía de vapor saturado a 98°C será:  

17. Si se repite el proceso y esta vez se elige y entonces Y para y Estos y demás valores se ven en la siguiente tabla  

18. Liquido Saturado Vapor Saturado Fraccion molar Entalpía h (KJ/ Kgmol ) Fraccion molar Entalpía H (KJ/ Kgmol ) 5109 1.00 38439 0.30 2920 0.80 36268 0.50 1820 0.50 34716 0.80 562 0.30 32380 1.00 30820 Liquido Saturado Vapor Saturado Entalpía h (KJ/ Kgmol ) Entalpía H (KJ/ Kgmol ) 5109 1.00 38439 0.30 2920 0.80 36268 0.50 1820 0.50 34716 0.80 562 0.30 32380 1.00 30820 Datos de entalpía concentración para mezclas de benceno tolueno a 1atm de presión total

19. Sección de Enriquecimiento Primeramente llevamos a cabo el balance general de materia y de los componentes en la figura : Despejando obtenemos la línea optativa de la sección enriquecedora  

20. Realizando un balance de entalpía incluyendo el rendimiento del condensador. Se realiza un balance de energía en el condensador   Sección de Enriquecimiento

21.     Combinamos las ecuaciones para obtener Sección de Enriquecimiento

22.   Si se elige un valor de x n , se necesitará una solución de prueba y error para obtener H n+1 . Seleccione un valor de x n . Suponga que Utilice esos valores para calcular un valor aproximado de y n+1 . Utilice el valor de y n+1 para obtener H n+1 y obtenga h n , usando x. Sustituya los valores en la ecuación adecuada y despeje Vn+1. Obtenga Ln . Sustituya los valores obtenidos en la ecuación y despeje y n+1 . Grafique la línea operativa curva para la sección enriquecedora. En general sólo se necesitan algunos cuantos valores de los flujos L n y V n+1 para determinar la línea operativa, que es sólo ligeramente curva .   Cálculo de la línea operativa  

23. Balance total de materia Sección de Agotamiento

24.   Balance de energías teniendo en cuenta el hervidor Sección de Agotamiento        

25. Bibliografía Geankoplis . Cap., 11: Procesos de Separación Líquido - Vapor. Sección 11.6 Destilación Fraccionada por el Método Entalpía-Concentración.743 – 753 p. Tercera Edición. Treybal . Capítulo 7, Sección 9: Destilación. Segunda edición.

26. MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN