Destilacion 2019

LOGO
Tema V
Destilación
CON
Rectificación
Presentado por Prof.: JUAN FRANCISCO AVAREZ

www.themegallery.com
 Equilibrio líquido-vapor.
 Predicción del equilibrio líquido-vapor para soluciones ideales (Punto de
burbuja y de rocío para soluciones binarias.
 Destilación flash o cerrada.
 Destilación simple, abierta o diferencial.
 Destilación fraccionada continua con soluciones binarias:
 Método Mc cabe thiele;
 Línea de operación;
 Línea de alimentación;
 Relación de reflujo mínimo;
 Reflujo total; determinación del número de etapas ideales;
eficiencia global de etapas.
contenido

DESTILACIÓN
Definición
La destilación es un proceso de
separación que consiste en
eliminar uno o más de los
componentes de una mezcla. Para
llevar a cabo la operación se
aprovecha la diferencia de
volatilidad de los constituyentes
de la mezcla, separando o
fraccionando éstos en función de
su temperatura de ebullición. Se
usa para concentrar mezclas
alcohólicas y separar aceites
esenciales así como componentes
de mezclas líquidas que se deseen
purificar,

VOLATILIDAD RELATIVA
Es una medida de la diferencia entre la
presión de vapor de los componentes
más volátiles de una mezcla líquida y la
presión de vapor de los componentes
menos volátiles de la mezcla.
Indica la facilidad o dificultad de utilizar la
destilación para separar los
componentes más volátiles de los
componentes menos volátiles en
una mezcla.
En otras palabras, cuanto mayor es la
volatilidad relativa de una mezcla
líquida, más fácil es separar los
componentes de la mezcla por
destilación. Por convención, la volatilidad
relativa es típicamente
denotada como la letra griega alfa, α .

TIPOS DE DESTILACIÓN
Rectificación

TIPOS DE DESTILACIÓN
Tema 7 Rectificación

Esquema de una columna de platos sencilla
Alimento
Acumulador
Condensador
Destilado
Residuo
Sector
de
enriquecimiento
Sector
de
agotamiento
Caldera
Platos

Esquema de una columna de platos

TIPOS DE PLATOS

NOMENCLATURA
Plato n
Plato n+1
Plato n-1
Vn, Yn
Vn-1, Yn-1
Vn+1, Yn+1
Vn+2, Yn+2
Ln+1, Xn+1
Ln, Xn
Ln-1, Xn-1
Ln-2, Xn-2

TA
TB
Concentración
0% A 100% A
Xn Yn
100% B 0% B
Temperatura
Xn-1 Yn+1
Representación de las corrientes que entran y abandonan
el plato n en el diagrama de equilibrio T-X-Y
Vn, Yn
Vn-1, Yn-1
Vn+1, Yn+1
Vn+2, Yn+2
Ln+1, Xn+1
Ln, Xn
Ln-1, Xn-1
Ln-2, Xn-2
Plato n

A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecimiento
Sector
de
agotamiento Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
Esquema básico de una columna para realizar los balances de materia

R
D
A 

R
D
A RX
DX
AX 

R
D
R
A
X
X
X
X
A
D



R
D
A
D
X
X
X
X
A
R



A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecimiento
Sector
de
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecimiento
Sector
de
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
Total
Componente
volátil
Balance global

A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecimiento
Sector
de
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecimiento
Sector
de
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
Total
Componente
volátil
D
L
V n
n 

1
D
n
n
n
n DX
X
L
Y
V 


 1
1
D
L
DX
D
L
X
L
V
DX
V
X
L
Y
n
D
n
n
n
n
D
n
n
n
n









1
1
1
Balance sector enriquecimiento
Línea operativa sector enriquecimiento
L.O.S.E.

Destilación
A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecimiento
Sector
de
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
A, XA
D, XD
R, XR
Sector
de
enriquecimiento
Sector
de
agotamiento
Ln, Xn
Vn+1 Yn+1
Lm Xm Vm+1 Ym+1
Superficie I
Superficie II
Total
Componente
volátil
Balance sector agotamiento
Línea operativa sector agotamiento
L.O.S.A.
R
L
V m
m 

1
R
m
m
m
m RX
X
L
Y
V 


 1
1
R
L
RX
R
L
X
L
V
RX
V
X
L
Y
m
R
m
m
m
m
R
m
m
m
m









1
1
1

Sector enriquecimiento:
Hipótesis Mc Cabe
L
cte
...
L
L n
n 


 1 V
cte
...
V
V n
n 



1
L
cte
...
L
L m
m 


 1
V
cte
...
V
V m
m 



1
Sector agotamiento:

L.O.S.E. en función de la razón de reflujo
D
L
RD 
1
1
1









D
D
D
D
D
n
R
X
R
R
D
L
DX
X
D
L
L
Y
Razón de reflujo

V L
L
V
F
(1-f) F
f F
- Si f =0, el alimento será líquido a su temperatura de ebullición
- Si f =1, el alimento será vapor a su temperatura de condensación
- Si 0< f <1, el alimento será una mezcla líquido vapor.
Alimentación
F
)
f
(
L
L 

 1
fF
V
V 


Línea de alimentación
lx
vy
FXF 

fy
x
)
f
(
y
F
v
x
F
l
X
F
F
F 



 1
f
X
x
f
)
f
(
y F




1
Destilación
súbita
F, XF
v, y
l, x

Líneas de operación
f
X
x
f
)
f
(
y F




1
1
1 1
D D
n
D D
R X
Y Xn
R R
  
 
R
L
RX
R
L
X
L
Y
m
R
m
m
m
m




1
En la diagonal Y=X, se cumple:
X=XD
X=XF
X=XR

Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe
a) Se dibuja la curva de equilibrio Y-X
b) Se sitúan los puntos XD, XF y XR sobre el diagrama.
c) Se dibujan los puntos X=XD, X=Xb y X=XF,, que como sabemos pertenecen a las
líneas L.O.S.E., L.O.S.A. y L.A. respectivamente.
d) Se traza la L.A. una vez conocido f
e) Se traza L.O.S.E. una vez conocido RD
f) Se traza L.O.S.A. desde X=XR hasta el punto de corte de L.A. y L.O.S.E. (se
puede demostrar que las tres líneas tienen un lugar geométrico común).
g) Se construyen los escalones como se indica en la figura 7.10. Los escalones se
apoyan en la L.O.S.E en el sector de enriquecimiento y en la L.O.S.A. en el de
agotamiento. Se empieza en XD y se termina en Xb. Cada escalón se corresponde con
una etapa ideal de equilibrio. Si el último escalón no es completo se calcula la parte
proporcional de escalón que le corresponde.
h) Se localiza el plato de alimentación como aquel escalón que cruza con la L.A.
i) Se cuentan los escalones, identificándolos con platos ideales. Uno de ellos será
siempre la caldera.

Fracción molar en el líquido, x
Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XA XD
XR

Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XA XD
XR
L.A.

Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XA XD
XR
L.A.
L.O.S.E.

Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XA XD
XR
L.A.
L.O.S.E.
L.O.S.A.

Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XA XD
XR
1
2
3
4

j) Se calcula el número de platos reales, conocida la eficacia
de plato (que varía entre 0 y 1). El valor obtenido se redondea hacia
arriba. Así:
k) se calculan las necesidades energéticas de la columna, conocidos los
calores latentes de cambio de estado, :
reales
.
platos
.
número
ideales
.
platos
.
número
plato
.
eficacia 

 V
m vs
saturado
.
vapor 

V
)
T
T
(
C
m entrada
salida
pAF
fría
.
agua 


Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Condiciones límites de operación
Aumento de la
razón de reflujo

Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Disminución de la
razón de reflujo

Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Número mínimo de pisos
Reflujo Total

Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Número infinito de pisos
Reflujo mínimo

RDopt = 1,2-2 RD min
Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
Fracción
molar
en
el
vapor,
y
XD
XR
a) Aumento RD b) Disminución RD
c) Reflujo total d) Reflujo mínimo

Se desea diseñar una columna de rectificación para separar 10.000kg/h de una mezcla que
contiene 40% de benceno y 60% de tolueno, con el fin de obtener un producto de cabeza
(destilado) con 97% de benceno y un producto de cola (residuo) con 98% de tolueno. Todos estos
porcentajes están en peso. Se utilizará una relación de reflujo externa de 3,5. El calor latente de
vaporización, tanto del benceno como del tolueno, puede tomarse igual a 7675 cal/mol. El calor
latente del vapor de agua saturado es de 533,6 cal/g.
a) Calcular los caudales de destilado y residuo producidos y la concebntaciones de la
alementacion , residuo y destilado .
b) Determinar el número de platos ideales y la ubicación del plato de alimentación en
los siguientes casos:
i) la alimentación entra como líquido a su temperatura de ebullición
ii) la alimentación consiste en una mezcla de dos tercios de vapor y un tercio de
líquido.
c) Calcular el caudal másico de vapor de agua que se necesita en cada caso para la
calefacción, despreciando pérdidas de calor y suponiendo que el reflujo es un líquido saturado.
d) Si el agua de refrigeración llega al condensador a 25ºC y sale a 65ºC, calcular el
consumo de agua en litros por minuto.
Datos de equilibrio del sistema Benceno-Tolueno a 760 mmHg
X 0 0,0169 0,1297 0,2579 0,4113 0,5810 0,7801 1
Y 0 0,0389 0,2613 0,4561 0,6320 0,7767 0,9002 1
PROBLEMA 4.1

4402
0
92
60
78
40
78
40
,
X F 


9744
0
92
3
78
97
78
97
,
X D 


0235
0
92
98
78
2
78
2
,
X B 


h
/
kmol
.
.
.
F 5
116
92
6
0
78
4
0
10000 









Calculo de caudales de destilado y residuo
B
D
F 

B
D
F BX
DX
FX 

kmol/h
05
.
51

D
kmol/h
45
.
65

B
)
0235
.
0
(
)
9744
.
0
(
)
4402
.
0
)(
5
,
116
(
B
D 

h
kmol
B
D /
5
,
116



0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD






 pendiente
de
recta
f
x
x
f
f
y F
1
Línea de alimentación (f=0)

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
Línea alimentación
(f=0)

2165
0
7778
0
5
4
9744
0
5
4
5
3
1
1
.
x
.
.
.
x
.
.
R
x
x
R
R
y
D
D
D
D 







Línea operativa del sector de enriquecimiento LOSE

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
(f=0)
LOSE
(y= 0.7778x+0.2165)

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
(f=0)
LOSE
(y= 0.7778x+0.2165)
LOSA

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
Sector
enriquecimiento 1
2
3
4
5

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
Sector
enriquecimiento 1
2
3
4
5
Sector
Agotamiento
6
7
8
9
10
11
12

Cálculo de caudales
kmol/h
.
V
V
f 725
229
0 



kmol/h
.
.
.
D
L
V 725
229
05
51
675
178 




kmol/h
178.675
L
.
L
.
D
L
RD 




05
51
5
3

Caudal másico de vapor de agua en la caldera

 V
m vs
vs 
kg/h
.
)
.
(
)
)(
.
(
V
m
vs
vs 8
3293
6
533
7675
72
229






Consumo de agua de refrigeración
kcal/h
)
)(
.
(
V
)
T
T
(
mC e
s
p 1763101
7675
72
229 


 
l/min
734.6
kg/h
.
)
)(
(
m 


 5
44077
25
65
1
1763101

13.75 platos (alimentación 7º).
Solución para f=2/3
kmol/h
.
V 05
152

kmol/h
.
V 725
229

kg/h
mvs 2187

l/min
734.6
kg/h
.
m 
 5
44077

Calcular la razón de reflujo mínima y el número mínimo de
platos para cada uno de los casos de alimentación del problema
anterior.
PROBLEMA 4.2

Número mínimo de platos
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD

Razón de Reflujo mínima
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
f= 0

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
0.39= XD/(RDmin +1) Rdmin =1.50

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
f= 2/3

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
0.30= XD/(RDmin +1) Rdmin =2.25

Se desea rectificar una mezcla ideal de dos componentes A y B, siendo el valor de la
presión de vapor del componente más volátil (A) tres veces mayor que la del otro
componente (B) a la misma temperatura. El alimento, con un caudal de 5 kmol/h, entra
en la columna mitad vapor y mitad líquido, con un 40% en moles del componente A.
El destilado debe tener una concentración molar de A del 95% y el residuo del 4% en
el mismo componente.
Si en el condensador de cabeza de columna se eliminan 82000 kcal/h,. Calcular:
a) Caudal de destilado obtenido
b) Ecuaciones de las dos rectas de operación
c) Número de pisos teóricos de la columna
d) Piso teórico en que debe introducirse el alimento
e) Número de pisos reales si la eficacia de plato es de 0,8
Datos: El calor latente de vaporización de cualquier mezcla de ambos componentes
vale =10000 kcal/kmol, independientemente de la temperatura.
PROBLEMA 4.3

a) Caudales de destilado y residuo
h
/
kmol
B
D
F 5



B
D
F BX
DX
FX 

)
.
(
B
)
.
(
D
)
.
)(
( 04
0
95
0
4
0
5 

kmol/h
.
D 98
1

kmol/h
.
B 02
3


b) Condensador
h
kcal
V /
82000


kmol/h
.
.
.
D
V
L
D
L
V 22
6
98
1
20
8 







14
3
98
1
22
6
.
.
.
D
L
RD 


23
.
0
76
.
0
14
.
4
95
.
0
14
.
4
14
.
3
1
1







 x
x
R
x
x
R
R
y
D
D
D
D
h
kmol
V
V /
20
.
8
)
10000
(
82000 



c) Calculo del número de platos
5
0.
f 
8
.
0
5
.
0
4
.
0
5
.
0
5
.
0
1
1










 X
x
f
x
x
f
f
y F

Datos de equilibrio
)
x
(
)
y
(
x
y
B
B
A
A
AB
x
y
x
y




1
1

P
x
P
y
P
x
P
y B
B
B
A
A
A
0
0
; 

3
/
/
0
0
0
0




B
A
B
A
B
B
A
A
AB
P
P
P
P
P
P
x
y
x
y


Datos de equilibrio
x
x
y
)
x
(
)
y
(
x
y
AB
2
1
3
3
1
1 







x 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
y 0 0,429 0,667 0,818 0,923 1

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
8
.
0


 X
y

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
23
.
0
76
.
0 
 x
y

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
9 pisos; alimentación = 5º

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