FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARÍAS ALIMENT ARÍAS ESCUELAPRO ROFESI ONALDEINGE GENI NI ERÍ RÍ A QUÍMI CA
DESTILACIÓN DE SUSTANCIAS MULTICOMPONENTES
ASI GNATURA
DOCENTE
ALUMNO
CORREO
CI CLO
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Oper aci onesUni t ari asI I I
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Her nandezOr eJose
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Gonzal esChafloqueJhonEddy
:
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j hon_ 11_ eddy@hot mai l . com
2014–I I
Lambayeque, 30INTRODUCCIÓN de Noviembre del 2015
INTRODUCCIÓN En la actualidad el proceso de separación más dominante en la industria química es la destilación, debido a sus mayores aplicaciones que las otras tecnologías de separación existentes como extracción, cristalización, adsorción, etc. De hecho se considera un proceso primordial en las separaciones a nivel industrial debido a su utilidad en la recuperación y purifcación de los productos. na de las grandes venta!as que presenta este proceso, "rente a otros de trans"erencia de materia es que no necesita la adición de otros componentes para e"ectuar la separación, como ocurre en la extracción de solventes# en este caso el agente de separación utilizado es la energía y en e"ecto más del $% por ciento de la energía consumida por los procesos de separación en las industrias de procesos químicos se deben a la destilación. Es por ello, que la destilación es un proceso importante permitiendo separar por di"erencias de puntos de ebullición los componentes de la mezcla e igualmente se emplea para purifcar un componente obteniendo una concentración mayor. Debido a este amplio espectro de utilización y sobre todo por su enorme signifcación económica en los procesos en los que participa, se explica la importancia que tiene este proceso en la industria y el intensivo estudio del que es ob!eto. En la industria muchos de los procesos de destilación incluyen la separación de más dos componentes. &os principios generales del dise'o delas torres de destilación de multicomponentes son iguales en muchos aspectos a los que se conocen para los sistemas binarios( Destilación multicomponentes. )alance de masa y energía globales y para cada componente de la mezcla Datos de equilibrios empleados en el cálculo de temperatura de ebullición de la mezcla *onceptos de re+u!o mínimo y total como casos limitantes.
DESTILACIÓN DE SUSTANCIAS MULTICOMPONENTES Es un proceso físico de separación, en el cual los coponen!es de una e"cla #$ue a condiciones a%ien!ales puede ser lí$uida o &aseosa' se separan( Es!a separación ocurre por$ue e)is!e una diferencia en la *ola!ilidad de los coponen!es+ para $ue la des!ilación se lle*e a ca%o, de%e ocurrir un in!erca%io de calor asa en!re los coponen!es de la e"cla cuando se pon&an en con!ac!o direc!o las fases lí$uido-*apor de la isa e"cla+ !al coo se ues!ra en la fi&ura ad.un!a( Cuando /a%laos de Des!ilación del Pe!róleo, nos referios a la separación a no de coponen!es, sino de fracciones, coo por e.eplo0 1asolina, 2erosene, diesel( Es!as fracciones de%en !ener calidades específicas noradas por la Sociedad Aericana de Prue%as Ma!eriales #ASTM'(
Destilación Multicomponente La destilación como proceso de separación de mezclas líquidas homogéneas es el más difundido a nivel industrial, ya que es el proceso de separación más estudiado, el más económico y por tanto, el más desarrollado tecnológicamente. El empleo de calor como medio de separación hace que el estudio de la destilación sea relativamente sencillo. La mayoría de los procesos de destilación a nivel industrial involucran mezclas de más de dos componentes. Es por esto que el desarrollo de métodos de diseño para torres de destilación es de gran importancia. En la actualidad eisten métodos cortos o aproimados y métodos rigurosos disponi!les para el diseño de columnas de destilación. La destilación es utilizada cuando el grado de separación lograda por una vaporización parcial o una condensación parcial en una etapa resulta inadecuado, de!ido a que las diferencias en volatilidades entre las especies de la mezcla de alimentación no es suficientemente grande. "e puede lograr una separación satisfactoria por medio de destilación multietapa, sin necesidad de añadir un agente de separación de masa. La destilación involucra m#ltiples contactos entre las fases líquidas y va por que fluyen en contracorriente. $ada contacto consiste en el mezclado de las dos fases para promover la rápida distri!ución de las especies por transferencia de masa, seguido de la separación de fases. Los contactos son a menudo hechos en platos horizontales en un arreglo vertical en una columna. El vapor, mientras fluye hacia arri!a en la columna, se va enriqueciendo con las especies más volátiles. El líquido, por su parte, mientras fluye hacia a!a%o en la columna se enriquece con las especies menos volátiles. La alimentación a la columna de destilación se hace en un plato intermedio, casi siempre cerca de la parte media de la columna. La parte de la columna que se encuentra por arri!a de la alimentación se denomina sección de enriquecimiento o de rectificación, y la parte por de!a%o de la alimentación es llamada sección de agotamiento. El vapor de la alimentación asciende por la columna, mientras que el líquido desciende. El líquido es requerido para hacer contactos con el vapor de arri!a del plato de alimentación, y el vapor es requerido para hacer contactos con el líquido por de!a%o de la etapa de alimentación. &recuentemente, el vapor de la parte superior de la columna es condensado en un condensador con agua de enfriamiento o un refrigerante para proveer el líquido requerido para el contacto de fases, llamado reflu%o. 'e manera similar, el líquido del plato inferior de la columna es enviado a un rehervidor, donde es calentado por vapor de condensación o alg#n medio de calentamiento, para proveer el vapor para el contacto, llamado !oilup.
Destilación de un Sistema Multicomponentes "e !asa en los mismos principios que para una destilación !inaria, pero los equili!rios líquido vapor son algo más complicados. "e !usca lograr un !uen contacto entre las fases líquidas y vapor, para lo cual se usan platos perforados o empaques. El n#mero de platos depende del grado de fraccionamiento que se desea, y de la cantidad de cortes laterales que se o!tendrán.
D!"N"#"$N D L$S #$M%$N&S #L'(S "on aquellos en los cuales se !asa la separación de los productos.
#lave liviano o li)ero *L+
Es aquel componente dentro de los livianos que está presente en los productos de tope y fondo a cualquier relación de reflu%o. En general se especifica el flu%o o composición en el producto de tope.
#lave pesado *.+
Es aquel componente dentro de los pesados que se distri!uye dentro de los productos de tope y fondo a cualquier relación de reflu%o. En general se especifica el flu%o o composición en el producto de /ondo.
#omponentes distribuidos-
Es aquel o aquellos componentes que poseen volatilidad relativa intermedia entre los componentes clave liviano y pesado. "e les denomina distribuidos porque se distri!uyen entre el tope y fondo de la columna al igual que los claves.
#omponente de re/erencia
El componente clave pesado es el de referencia, se de!e conocer el flu%o en tope y fondo.
M&$D$S #$&$S %'' L' D&M"N'#"$N D NM$S M"N"M$S D &'%'S (no de los procedimientos más usualmente utilizados para o!tener estimativos simplificados del n#mero de etapas teóricas requeridas en una separación por destilación es el propuesto por) Fenske: para
el cálculo del n#mero de etapas mínimas a reflu%o total Underwood: para el cálculo de reflu%o mínimo con etapas infinitas Gililand: para el cálculo de etapas reales a reflu%os de operación Kirkbride: para el cálculo de n#mero de platos en la sección de agotamiento y la sección de rectificación.
#'#"N D !NS+
y 6
*ara sistemas de volatilidad relativa constante, , &ens+e demostró una ecuación para el n#mero mínimo de etapas a reflu%o total en una columna de destilación. *ara una me4cla multicomponente, la ecuación de &ens+e se epresa en términos de las concentraciones en el destilado, D, y en los fondos, , de los componentes escogidos como clave liviano, L+ y clave pesado, .+ , y, además, de la volatilidad relativa del componente clave liviano con respecto a la del clave pesado. la composición. La ecuación de &ens+e es)
