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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUMBES FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA DE AGROINDUSTRIAS TECNOLOGIA DE LAS FERMETACIONES TEMA: DESTILACION BINARIA Y MULTICOMPONENTE

INTRODUCCIÓN La destilación es, es su forma más simple, la separación por vaporización de los componentes de una solución que resulta de una diferencia de volatilidad de los componentes.

Una columna de destilación es una estructura cerrada en la cual se realiza la separación física de un fluido en dos o más fracciones. Esta separación se logra sometiendo el fluido a condiciones de presión y temperatura apropiadas a lo largo de la columna, de modo de lograr que las fracciones que se buscan separar se encuentren en dos estados diferentes. La fracción más pesada (en estado líquido) baja por gravedad, mientras que la más liviana (en estado gaseoso) sube y se condensa en las partes superiores.

I. DESTILACIÓN BINARIA

Consiste en separar una mezcla liquida de dos sustancias con distintos grados de volatilidad, obteniendo como productos el destilado y el sedimento. Su concentración es de fracción molar o másica del componente más volátil.

II. APROXIMACIONES PARA EL ANALISIS a.- REBOSE EQUIMOLAR: cada molécula al condensarse entra igual cantidad de energía que la que absorbe una molécula liquida al evaporarse. No hay ni pérdida ni ganancia de masa efectiva en cada plato por evaporación o condensación. No existe transferencia de calor efectiva en cada plato. El flujo de vapor es constante en cada columna. El vapor fluye sin estancarse a través de la columna. En todo lugar se juntan vapor con líquido, estos están en equilibrio de fases. El condensador condensa la totalidad del vapor que pasa a través de él. El líquido obtenido en el conjunto base-reherbidor está perfectamente mezclado.

Los factores que influyen en el diseño y análisis de la destilación binaria son: • Composición, flujo, temperatura, fase y presión de la alimentación • Grado de separación deseado entre los componentes • Presión de operación, debe ser menor a la presión crítica de la mezcla • Caída de presión en la columna particularmente en las operaciones al vacío • Mínimo reflujo y reflujo actual • Mínimo número de etapas de equilibrio y número actual • Tipo de condensador (parcial o total) • Tipo de reboiler • Tipo de contacto (platos o empaques) • Diámetro y altura de la columna • Etapa de alimentación

III. MÉTODOS PARA CALCULAR

En general una columna de destilación binaria consiste de: •Una columna de N etapas teóricas. •Un condensador total para producir un reflujo. •Un reboiler parcial para producir vapor. •Una etapa para la alimentación. a) Método McCabe-Thiele

b) Método McCabe-Thiele

La alimentación contiene un componente más volátil (el clave ligero, LK) y un componente menos volátil (el clave pesado, HK). A la temperatura y presión de la alimentación esta puede consistir de un líquido, de una mezcla liquido vapor o de un vapor.

c) Método McCabe-Thiele : Curva Equilibrio

Un balance masa en el componente LK alrededor de la columna

d) Método McCabe-Thiele : Sección de rectificación

La sección de rectificación comprende de la primera etapa hasta la etapa de alimentación. Si hacemos un balance en el KL a lo largo de las etapas de rectificación incluyendo el condensador.

e) Método McCabeThiele : Sección de despojo La sección de despojo comprende desde la etapa de alimentación hasta el reboiler. Si hacemos un balance de materia en el componente ligero alrededor de la sección de despojo.

Entre otros métodos tenemos: • McCabe-Thiele : Línea de operación de la sección rectificación • McCabe-Thiele : Línea Operación • Método McCabe-Thiele: Sección de despojo

IV. DESTILACIÓN MULTICOMPONENTES

• Componentes Clave: pueden ser o no aquellos cuyas separaciones se han especificados. • Componente Clave Ligero: Es el componente más pesado entre los componentes livianos.

• Componente Clave Pesado: Es el componente más liviano entre los componentes pesados. • Componentes no Clave Distribuido: Es aquel componente cuya volatilidad se encuentra entre la volatilidad de los componentes clave. Es aquel componente cuya volatilidad esta cercanamente igual a la volatilidad del componente clave.

V. MÉTODOS APROXIMADOS Los métodos aproximados permiten la determinación del número de etapas teóricas como una función de la relación de reflujo, etapas mínimas y reflujo mínimo y, en la práctica son utilizados como diseño preliminar.

• Entre los métodos aproximados se mencionan tenemos: 1.- El método de Fenske – Underwood – Gilliland y sus variantes, para determinación del reflujo y las etapas necesarias en la destilación de sistemas multicomponentes

2.- El método de Kremser y sus variantes, para separaciones en las que intervienen varias cascadas simples en contracorriente, tales como absorción, agotamiento y extracción liquido – liquido

3.- Y el método de Edmister para separaciones en las que intervienen cascadas en contracorriente con alimentaciones intermedias, tales como destilación.

Estos métodos se pueden aplicar fácilmente por medio de cálculos manuales si las propiedades físicas son independientes de la composición.

a) REFLUJO MÍNIMO

Es la relación máxima que requiere un número infinito de etapas para separar los componentes clave y su cálculo ayuda a decidir cuáles son los componentes clave. Los componentes que se consideran clave con respecto a la volatilidad están presentes en los dos productos y se dice que se distribuyen. Shiras, et al., desarrollan una ecuación para aproximar la distribución de los componentes a reflujo mínimo:

b) MÉTODO DE UNDERWOOD

Este método da una rápida estimación de los requisitos de reflujo mínimo, cuando se especifican las composiciones del destilado y los productos de cola. Cosiste en determinar el valor de una constante θ, que satisface la ecuación:

c) REFLUJO TOTAL

El método de Fenske da una rápida estimación para las etapas teóricas mínimas con reflujo total, si se considera la volatilidad relativa constante.

VI. LIMITACIONES DE LAS ESPECIFICACIONES Se supone que se establecen al menos las siguientes especificaciones: 1. Temperatura, presión, composición y flujo de la alimentación. 2. Presión de la destilación (con frecuencia fijada por la temperatura del agua disponible de enfriamiento, con la cual se podría condensar el vapor destilado para proporcionar el reflujo). 3. La alimentación se va a introducir en el plato óptimo. 4. Perdidas de calor, aun cuando se supone que son cero.

Al diseñador solo le quedan tres puntos adicionales que puede especificar, mencionados en la lista mostrada a continuación:

1. Numero total de platos 2. Relación de reflujo 3. Relación del rehervidor 4. Concentración de un componente en un producto (puede escogerse un máximo de dos) 5. Relación entre el flujo de un componente en el destilado y el flujo del mismo componente en el residuo, o “separación” del componente (puede escogerse un máximo de dos) 6. Relación entre el destilado total y el residuo total

VII. CONCLUSIONES

S A I C A R G