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• Idalia Espinosa

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Eficiencia de la columna Una forma común de establecer la eficiencia de la columna es a través del concepto número de platos teóricos el que coincide con la cantidad de ciclos de evaporaciones-condensaciones que se producen durante el viaje de los vapores a lo largo de la columna.

Diferencia de los puntos de ebullición °C

Número de platos teóricos

108

1

72

2

54

3

43

4

36

5

El concepto se basa en el hecho teórico 20 10 de que se puede considerar la columna como constituida por platos o 10 20 recipientes diferentes a medida que se 7 30 asciende en ella y donde se acumulan e 4 50 hierven las diferentes fracciones cada 2 100 vez mas ricas en el componente más Tabla 1. Relación entre la cantidad de platos volátil al ascender, es decir cada plato teóricos necesarios y la diferencia entre los puntos teórico corresponde a una destilación de ebullición de dos componentes de una mezcla simple consecutiva en el proceso teórica. global; de modo que la destilación simple corresponde a la columna de un solo plato y dos destilaciones simples consecutivas a otra de dos platos y así sucesivamente. Aunque en la columna mostrada en la figura 1 los ciclos de evaporación condensación no se producen "por platos" si no de forma continua a medida que se avanza hacia la parte alta, se puede considerar que a medida que la columna es mas larga la cantidad de platos teóricos presentes aumenta. Una relación aproximada entre el número de platos teóricos necesarios para la separación de una mezcla ideal de dos componentes y sus puntos de ebullición se muestra en la tabla 1 a continuación. Note que la cantidad de platos teóricos necesarios es mas grande a medida que se acercan los puntos de ebullición, de hecho, una mezcla de dos componentes cuya diferencia en los puntos de ebullición sea de 108°C o más se separa con la destilación simple mientras que si la diferencia es de unos 30°C se necesitan más de cinco platos teóricos. Para poder determinar la eficacia se debe tener en cuenta las siguientes funciones:

- Diseño de los platos. - Propiedades del fluido. - Modelo de flujo. Si los platos están bien diseñados y la velocidad del flujo esta aproximada al límite de la capacidad entonces la eficacia depende principalmente de las propiedades físicas de los fluidos. Se suelen seguir los siguientes métodos para estimar la eficacia de una determinada columna: - Por comparación de datos con otras columnas que se encuentren en operaciones en plantas industriales que contengan los mismos sistemas o que sean similares. - Utilizando modelos empíricos obtenidos a partir de los datos obtenidos. - Utilizando modelos semiteóricos basados en la transferencia de materia y de calor. Por lo tanto la eficacia se puede definir como la aproximación fraccionaria etapa en el equilibrio que se obtiene con un plato real. Se puede calcular la eficacia a partir de la eficacia global de una columna mediante la ecuación siguiente:

Donde: Nt: es el número de platos teóricos. Na: es el número de platos reales. Otro método para calcular la eficacia es mediante la eficacia de todo el plato según Murphree, la cual se realiza con la siguiente ecuación:

Donde: EMV: es la eficacia de Murphree para el vapor en la etapa n. yn *: es la composición del vapor en el equilibrio con el líquido que sale de la etapa n. También existe la opción de calcular la eficacia de Murphree gráficamente. Para ello gráficamente es suficiente hacer estos cálculos en tres o cuatro puntos y entonces se traza un línea, entra la

línea de operación y la de equilibrio, en la gráfica, a una distancia vertical fraccionaria desde la línea de operación que sea igual a la eficiencia de Murhpree del gas predominante. El valor de la eficacia del vapor, EMV, por el plato inferior es la relación entre las líneas AB / AC. La nueva línea formada será la que se utilizará para calcular el número de platos reales, en vez de utilizar la línea de operación, como en el caso de los platos teóricos.

Figura 2.10: Ejemplo del cálculo gráfico para encontrar la eficacia de una columna de platos. Fuente: www.plantasquimicas.iespana.es. En el caso de que la eficacia de Murphree es constante en todos los platos y en condiciones en el que la línea de operación y las curvas en el equilibrio sean rectas, esta eficacia se puede calcular analíticamente mediante la ecuación:

Donde: A: el factor de absorción.