DESTILACIÓN INSTANTÁNEA

7/25/2019 DESTILACIÓN INSTANTÁNEA

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DESTILACIÓN INSTANTÁNEAING. ENRIQUE HERNANDEZ O.

FIQIAUNPRG



Introducción

•

Es

conocida

como

destilación

de

Equilibrio,

Destilación

Flash

óEvaporación

Instantánea

.

•

Esta

operación

se

lleva

a

cabo

en

una

cámara

de

evaporacióninstantánea

en

la

que

parte

de

la

alimentación

es

evaporada

enforma de vapor, dentro del recipiente se

mantiene la

separación

en

equilibrio

(puede

ser

vertical

u

horizontal)

.

Coneste

procedimiento

no

se

logra

un

alto

grado

de

separación

.

•

La parte se parada en vapor contiene al volátil más

concentrado

que

en

la

alimentación

.

Ing. Enrique Hernández O.



•

Normalmente

el

líquido

es

sometido

a

presión

y

calentamientopasando por una válvula de

control para luego ingresar

atanque

de

evaporación

instantánea

.

Como

existe

una

caída

depresión,

parte

del

líquido

se

evapora, se

extrae

por

la

partesuperior,

el

líquido

cae

al

fondo

de

donde

se

le

extrae

.

•

Normalmente

se

usa

un eliminador

de

niebla

o

de

arrastre(

demister

)

.

•

Esta

operación

es

extremadamente

rápida,

de

allí

el

nombre

.




•

Se

debe

de

conocer

la

presión

y

la

temperatura

del

tanque

dedestilación,

así

como

sus

dimensiones

y

las

composiciones

delos

flujos

de

vapor

y

líquido

.•

La

presión,

la

temperatura

y

flujos

de

alimentación

deben

deconocerse

.•

Se debe determinar

hasta donde se debe incrementar

lapresión y

la temperatura de

alimentación

. Se

tendrá

queseleccionar

las

presiones

para

que

la

presión

de

alimentaciónp

F

,

quede

por

debajo del

punto

de

ebullición

y

permanezcalíquida, mientras que la presión del

tanque P

tamb

, laalimentación

esté

por

encima

de

su

punto

de

ebullición

y

seevapore

algo

de

ella




• Si F ya se encuentra caliente y/o la presión del tambor dedestilación es bastante baja, puede que no se utilice la bombay el calentador.

• Para el cálculo (dimensiones del tambor) se considera queopera como una etapa de equilibrio. Se dispone de 4 grados delibertad (de 6 que le corresponde como separación binaria)flujo de F, z, T1, p1.

• Para el otro grado de libertad se selecciona la presión detanque ptamb, y para el último grado de libertad se determinasegún el método de cálculo.




Destilación Instantánea o Flash.




Forma y Fuentes de los Datos de Equilibrio

• Los datos de equilibrio son necesarios para solucionaproblemas de separaciones. Estos se podrían determinarexperimentalmente, a distintas temperatura, composiciones dediferentes sustancias químicas. Pero esto es bastante laboriosoy complicado. También estas se pueden calcular a partir de

datos de presión y temperatura, aunque el cálculo escomplejo.

• Recuerden que para un sistema binario las fracciones mol decada fase deben de sumar 1,0.




• DATOS DEEQUILIBRIOVAPOR –

LÍQUIDOPARAETANOL Y

AGUA A 1ATM, X y YENFRACCIONESMOLARES.




• Existen muchas fuentes de datos de Equilibrio Vapor – Líquidotodas ellas, de diferentes sustancias, a diversas presiones ytemperaturas, algunas de ellas son:

• - CHU, GETTY BRENNECKE: Distillation Equilibrium Data, NewYork 1950.

• - Engineering Data Book, Natural Gasoline Spply Men’s

Association Oklahoma 1953.

• - HALA, PICK, VILIM Vapor-Liquid Equilibrium New York 1967.

• Muchos Otros…Ing. Enrique Hernández O.



• El equilibrio depende de la presión (a una atm), esta tabla esuna fuente de datos de equilibrio para el sistema etanol-agualos datos en las diversas referencias no concuerdan a laperfección.

• Si fajamos la presión y la temperatura ¿, solo hay unacomposición posible para el etanol en el vapor yEt y unacomposición posible para el líquido, xEt, por lo tanto no esposible no es posible fijar de manera arbitraria todas lasvariables que quisiéramos. P ejem: a 1 atm no podemosdecidir que deseamos que el vapor y el líquido estén enequilibrio a 95°C y que xEt 0,1.




Grados de Libertad

• Es la cantidad de variables que pueden especificarse en formaarbitraria y se determina restando la cantiad de ecuacionestermodinámicas de equilibrio de la cantidad de variables.

• Para sistemas sin reacción química, La Regla de las Fases deGibbs es: F = C – P + 2.

• F= Grados de libertad. C= No. de componentes, P = No. Fases• Para el etanol y agua F = 2-2+2 = 2. Cuando se fijan la P y la T

ya se usan todos los grados de libertad, y en el equilibrio todaslas composiciones se determinan, como en este ejemplo. Otambién se fija la P y xEt ó xx y determinar la T y las demásfracciones molares.Ing. Enrique Hernández O.



• Las variables extensivas (No. de moles, flujo y volumen) no seincluyen en los grados de libertad. La variables intensivas P, T yfracción mol están referidas a la regla de las fases.

• Los datos de equilibrio V-L etanol-agua debe referirse a losdatos de tabla así tengamos 0,1 ó 10000 moles.

• Los sistemas binarios con solo 2 grados de libertad se puedenrepresentar en forma tabular o gráfica, manteniendo constanteuna variable (nromalmente p). Existen muchos dato deequilibrio v-l




Representación Gráfica del Equilibrio Binario

• Se representan gráficamente de diversas maneras normalmente en diagramas de temperatura-composición y-x yentalpía-composición.

• A presión fija, resta un solo grado de libertad, de este modopodemos seleccionar cualquiera de las variables intensivas

como variable independiente y graficar cualquier otra variableintensiva como variable depeniente.

• Lo más común es la gráfica de y-x ó y vs x .

• A esta gráfica se le llama Diagrama McCabe Thiele.




• Diagrama de y enfunción de x para eletanol agua a 1 atm




• La presión es k, pero la temperatura es diferente en cadapunto de la curva de equilibrio. Los puntos de la curvarepresentan 2 fases en equilibrio.

• Cualquier punto que no esté en la curva representa un sistemaque puede tener líquido y vapor al msmos tiempo pero sin

estar en equilibrio. Son cómodos para los cálculos.




• Diagramatemperatura –

composición parael etanol – agua




• También se pueden graficar en un diagrama temperatura –

composición, resultamdo 2 gráficas, una de temperatura delíquido en función de xEt y la otra de temperatura de vapor enfunción de yET. Se denomiman líneas de líquido saturado y devapor saturado, porque representan todos los sistemas posiblesde líquido y vapor que pueden estar en equilibrio a 1 atm.

• Cualquier punto bajo la curva de líquido saturado representaun líquido subenfriado (x debajo de su punto de ebullición)mientras que cualquier punto arriba de la curva de vaporsaturado sería un vapor sobrecatentado.




• Los puntos entre las dos curvas de saturación representan acorrientes formadas por líquido y vapor al mismo tiempo. Si sedejan separar, esas corrientes producirán un líquido y un vaporen equilibrio. Estos deben de estar en equilibrio y a la mismatemperatura, por consiguiente, esas corrientes estarán unidaspor una isoterma horizontal.




• Diagrama Entalpía – Composición para el Etanol – Agua a lapresión de 1kg/cm2




Representación Gráfica del Equilibrio V-L




• Un diagrama de entalpía – composición o de Ponchon Savarit,contiene más información. Observar las unidades.

• Aquí también hay dos gráficas, una para el líquido y otra parael vapor, las isotermas que muestran indican el cambio deentalpía a temperatura constante a medida que varía lsfracción peso. Como el líquido y el vapor en equilibrio deben

de estar a la misma tempertura, esos puntos están unidos poruna isoterma. Los puntos entre las curvas de líquido y vaporsaturados representan sistema de dos fases. Puede generarseuna isoterma que pasa x cualquier punto usando una líneaauxiliar con la construcción que muestra el ejemplo:




• Para determinar una isoterma , se recorre verticalmente desdela curva de líquido saturado hasta la línea auxiliar; entonces serecorre horizontalmente hasta la línea de vapor saturado. Lalínea que une a los puntos en las curvas de vapor saturado ylíquido saturado es la isoterma. Si se desea que una isotermapase x un punto en la región de 2 fases, se requiere unprocedimiento sencillo de prueba y error.




• Trazado deisotermas enel diagramaentalpía –

composición.• A. A partir

del diagramaT – [ ].• B. A partir

del diagramay – x.Ing. Enrique Hernández O.



DESTILACIÓN BINARIA INSTANTÁNEA

• Se usarán datos de equilibrio binario para desarrollarprocedimientos gráficos y analíticos con el fin de resolver lasecuaciones combinadas de equilibrio, balance de masas ybalance de energía.

• Para un sistema binario existen 2 balances de masaindependientes; el procedimiento normal es usar el balance

general de masa: F = V + L y el de componente más volátil:• Fz = Vy + Lx.• El balance de energía: FhF = Q H = VHV + LhL

• Donde hF ,HV y hL son entalpías de F, del vapor y del líquido. Q H= 0, tambor aislado y la evaporación instantánea es adibática.




• Para usar las ecuaciones de balance de energía, necesitamosconocer las entalpías:

• Para sistemas binarios, se representan gráficamente lasentalpías en un diagrama entalpía – composición. Para mezclas

ideales se pueden calcular a partir de las capacidadescaloríficas y calores latentes:




Procedimiento secuencial de solución:

• Primero se resuelven relaciones de balance de masa y deequilibrio y después las ecuaciones de balance de energía y deentalpía. Este procedimiento secuencial se aplica cuando seusa el último grado de libertad para especificar una variablerelacionada con las condiciones del tambor. Las opciones son:

•

Fracción mol de vapor, y. Fracción mol de líquido, x.• Fracción evaporada de la alimentación: f= V/F.

• Fracción de la F en el líquido remanente: q= L/F.

• Temperatura del tambor: Ttamb.




Ecuaciones:




Ejemplo:

• Un tambor de destilación instantánea opera a 101,2kPaseparando una mezcla de etanol-agua. La mezcla que alimentaes 40% mol de etanol. a) Cual es la máxima composición devapor que se consigue. B) Cual es la mínima composición delíquido que se puede obtener, si se deja variar V/F. c) Si V/F es2/3 cuales son las composiciones de líquido y vapor.

• Solución.

• a) Calcule ymáx, b) Calcule xmin, c) y d) Calcule y i x para V/F=2/3.




•

Analizando:




• Por lo tanto se puede trazar, 3líneas de operación que pasanpor y=x=z=0,4 en todos los casos,con pendientes -, -1/2 y -0.

• Se observa ymax es para V/F = 0,

y=0,61 (x=0,4).• La xmin es para V/F= 1,0; x=0,075,

(y=0,4).

• Cuando V/F=2/3, y=0,52 y x=0,17




• Aplicando la ecuación para V/F = 2/3, F = V + L. Para F = 1000kgmol/h. Las composiciones de líquido y vapor serían

• 1= V/F + L/F ; 1=2/3 +L/1000; 1/3 = L/1000; 1000/3 = L

• L = 333,3 kmol/h; V = 1000 – 333,3 = 666,7

• V = 666,7 kgmol/h

• Fz=Vy+Lx; 1000(0,40)=666,7(0,52)+333,3 (0,17)= 400= 403,345

• Estos resultados se aceptan por haber resultados parcialesgráficos.


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