COLUMNA DE Destilación EMPACADA

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ DEPART DEPARTAMENTO AMENTO DE INGENIERÍA INGENIER ÍA QUÍMICA

Lizbet Castañeda Sandoval Adriana Cruzado Hernández Elizabeth Hernández Santisbon

PROCESOS DE SEPARACION III

DEFINICIÓN: Las columnas de destilación empacadas consisten en una torre llena de lo que se denomina cuerpos de rellenos o empaques, que permite el contacto intimo entre el liquido y su vapor al desplazarse el liquido sobre la superficie de los cuerpos de relleno en contracorriente con el vapor. Son particularmente útiles en destilaciones a baja presión y cuando la retención del líquido debe ser pequeña, como en la destilación de materiales sensibles al calor cuya exposición a temperaturas elevadas se debe minimizar.

COMPARACIÓN ENTRE UNA COLUMNA DE PLATOS Y UNA EMPACADA

Comparando el funcionamiento de una columna de platos con una empacada, se observa que en la de platos hay una variación discontinua de la concentración de un plato a otro, mientras que en la de relleno esta variación es continua a lo largo de toda la columna. Los balances de energía y entalpia son a aplicados a las columnas de platos son igualmente aplicables a las de relleno, teniendo en cuenta que a en estas hay que referirlas a un elemento diferencial de volumen limitado por dos secciones normales de la torres infinitamente próximas.

ALTURA EQUIVALENTE A UN PLATO TEÓRICO Se denomina altura equivalente a un plato teórico (HETP) a la altura de relleno necesaria para que las concentraciones del liquido y el vapor que salen de él sean las correspondientes a las condiciones de equilibrio. Esta magnitud hay que determinarla experimentalmente, y es función del tipo y tamaño del relleno, de los flujos del liquido y el vapor, y para algunas mezclas de su composición.

ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN El funcionamiento de una columna de relleno de acuerdo con el mecanismo de transporte de materia entre fases, la altura Z de relleno necesaria para efectuar una separación determinada, vienen dadas por el producto del numero de elementos de transmisión por la altura del elemento de transmisión. Si consideramos que la resistencia principal al transporte de materia se encuentra en la capa gaseosa, el numero global de elementos de transmisión ( altura del elemento de transmisión (

 =

   ´− 

) y la

 ) vienen dadas por las expresiones:

Ecuación 1

  =  

Ecuación 2

Si consideremos que la principal resistencia al transporte de materia se encuentra en la fase liquida, entonces:

   =  ´− 

Ecuación 3

 = 

Ecuación 4

Donde: a es el área de superficie de relleno por unidad de volumen K G y K L  son los coeficientes globales relacionados con los coeficientes de transporte k G y k L y la pendiente de la curva de equilibrio, por las expresiones

 =   +    

Ecuación 5

 =   +    

Ecuación 6

EJERCICIO Una mezcla acido acético-agua, de concentración 0.55 en fracción molar de acético, entra como alimentación a su temperatura normal de ebullición a una columna de rectificación empacada, al objeto de separarla en un producto de cabeza con composición 0.95 y de colas 0.03. Si se trabaja con una relación de reflujo de 0.85 y para el empaque empleado en las condiciones de operación H OG = 30 cm. Determínese: a) Las rectas de operación  b) El numero de elementos de transmisión c) La altura necesaria de empaque

DIAGRAMA D=? XD = 0.98 F = 100 moles XF = 0.55

W=? XW = 0.003

a) Las rectas de operación: Se realiza un balance de materia.

=+

=100−

Sustituyendo : (1) (2)

100=100−+ 100 =  +  100 0.55 = 0.95 +0.003

Resolviendo el sistema de dos ecuaciones:

55=95−0.95+0.003 40=−0.92  = 43.5   = 56.5 

  = 0.85   D =−    Relación de

Ecuaciones: L´= L+F

 = 1 -     = 0.15 

V´= L´- W

V = L+D

Resolviendo :

V - L= 56.5 L= 0.85V

V –  L = 56.5 -L = 56.5 - V

L = 320 moles

V = 56.5 + L V = 56.5 + 0.85V

V = 376.5 moles

L´= L + F V´ = L´- W

320 + 100 = 420 moles 420 - 43.5 = 376.5 moles

Sustituyendo en las ecuaciones para las rectas:

   =   +   =0.85+0.1425 =1.1155+0.00346

´ W  = ´  X + V´ Xw seccion superior seccion inferior

b) Numero de transmisiones

Z

=   =(15.96)(0.30)=4.80 