Presentación método de mc cabe thiele por zoraida carrasquero

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Presentación método de mc cabe thiele por zoraida carrasquero

  1. 1. CONTENIDOMétodo McCabe – Thiele • Fundamento • Flujos de entrada y salida, calor suministrado por el rehervidor y calor retirado en el condensador • Líneas de operación Zona de rectificación Zona de agotamiento Zona de alimentación • Relación de reflujo Limite de operabilidad: reflujo total y mínimo Reflujo óptimo Reflujo subenfriado Vapor sobrecalentado al plato inferior • Número de etapas ideales Numero mínimo y máximo de etapas ideales Localización del plato de alimentación. • Numero de etapas reales Eficiencia Global Eficiencia de Murphree Eficiencia puntual
  2. 2. Método McCabe-Thiele. FundamentoEs un método grafico basado en el método de Lewis mediante el cual Lewis,se puede determinar el numero de platos o etapas teóricas necesariaspara la separación de una mezcla binaria, usa balances de materia conrespecto a ciertas partes de la torre para obtener las líneas de torre,operación y la curva de equilibrio y-x para el sistema. Es adecuado enaquellos casos donde los componentes de la mezcla binaria a separarson de tal naturaleza que sus mezclas tienen un comportamientocercano a la idealidad. 1 8 0,9 0,8 0,7 5 0,6 0,5 0,4 0,3 03 1 0,2 R 0,1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
  3. 3. El modelo matemático fue desarrollado bajo el supuesto: Caudales molares de vapor y liquido constantes en cada sector Calor de mezcla Columna es despreciable perfectamente adiabática Igualdad de calores latentes Variación de las entalpias molares de los componentes de especificas de ambas la mezcla. Calor latente molar fases es despreciable de vaporización de la mezcla frente al calor latente de independiente de la vaporización composición
  4. 4. ¿Qué influye sobre las desviaciones de esta condición?1. Para series homologas, el calor molar de vaporización generalmente aumenta con el peso molecular. Para condiciones próximas a las isotérmicas, esto da lugar a una disminución del flujo molar de vapor a medida que se desciende en las etapas.2. La temperatura disminuye al ascender en las etapas. Esto da lugar a un aumento del calor molar de vaporización, pero a una disminución del calor sensible tanto del liquido como del vapor para una especie dada.
  5. 5. Cuando se Solo es necesitan mas aplicable a de 25 etapas mezclas teóricas binarias LIMITACIONES DEL MÉTODO MCCABE – THIELE THIE E Cuando las No darelaciones de información reflujos son directa de los menores a requerimiento 1,1Rmin s energéticos No es recomendable cuando hay diferencias de temperaturas importantes entre plato y plato.
  6. 6. Naturaleza del condensador, Fase de la total o parcial Relación dealimentación reflujo mínima ¿Qué es necesario conocer para aplicar el método? La composición del Presión de ladestilado y del fondo columna, (se o especificaciones p considera constante) )del producto deseado
  7. 7. Número mínimo de etapas necesarias, NminNúmero de Mediante el etapas Plato óptimo método se de de puede equilibrio alimentación determinar Reflujo mínimo, Rmin
  8. 8. Desarrollo del Método McCabe - Thiele ( 1. Balances externos en la columna (entorno rojo): para determinar los flujos y composición de las corrientes de entrada y salida de la columna y los requerimientos de calor necesario. a. Balance de materia global: F=D+B (1) b. Balance de materia por componente: F*xF = D*xD + B*xB (2) c. Balance de energía: F*HF + QR = D*HD + B*HB + QC (3)
  9. 9. 2. Líneas de operación en la zona de p V1 yV1 rectificación de la columna D, D a. Sección de rectificación (entorno azul) V1 L1 Lo xD1 a.1. Balance de materia global: V2 L2 Vn = Ln-1 +D (4) a.2. Balance de materia por componente:n Vn Ln-1 Vn*yn = Ln-1*xLn-1 + D*xD (5)Transformando la ecuación (5) en la ecuación de la recta, se obtiene (6)Del supuesto de McCabe-Thiele, los flujos molares son constantes:L1 = L2 = …… = Ln-1V1 = V2 = …… = Vn Línea de operación en la (7) zona de rectificación
  10. 10. Si R = L/DRealizando un balance de materia en elcondensador: V=L+D (8)Al di idi l ecuación (8) entre V y entre D se dividir la ió t t D,obtienen las siguientes ecuaciones: (9) (10) Sustituyendo (10) en (9) resulta: (11) ( )Y la ecuación de la línea de operación de la zona de enriquecimientoen función de la relación de reflujo es: Línea de operación de la zona de rectificación en función de (12) la relación de reflujo
  11. 11. Trazado de la línea de operación en la zona de rectificaciónT d d l lí d ió l d tifi ió 1,000 y1 1. Se traza el diagrama de equilibrio y-x y la línea 0,900 y=x Línea de operación de la y2 zona de rectificación con x2 2. Se ubican en el 0,800 pendiente L/V diagrama las x1 composiciones las 0,700 y3 corrientes de alimentación (xF), tope ntano 0,600 ( (xD) y fondo (xB). ( ) ccion molar de pen 0,500 3. Se determina la pendiente y/o el punto 0,400 de corte de la línea de operación de la zona py, frac 0,300 de rectificación. 4. A partir de xD se traza 0,200 una línea con p pendiente ( ) (L/V) ó 0,100 R/(R+1) o se utiliza el punto de corte xD/(R+1) 0,000 xB xF xD , 0,000 0,100 , 0,200 , 0,300 , 0,400 , 0,500 , 0,600 , 0,700 , 0,800 , 0,900 , 1,000 , x, fraccion molar de pentano
  12. 12. Construcción de la grafica para el plato superiorUtilizando un condensador totalUtilizando un condensador parcial p
  13. 13. b.b Sección de agotamientob.1 Balance de materia global Ln Vn+1 Ln = Vn+1 + B (13) xL Ln yV +1 Vn+1b.2. Balance de materia en el componente más Ln+1 Vn+2volátil VN+1 Ln*xLn = Vn+1*yVn+1 + B*xB (14) LN B xB Despejando de la ecuación (14) yVn+1 se obtiene, (15) ( ) Tomando en cuenta la asunción de McCabe-Thiele, flujos molares columna, constante en cada sección de la columna la ecuación (15) toma la forma, (16)
  14. 14. Trazado de la línea de operación en la zona de agotamiento1. Se traza el diagrama de 1,000 equilibrio y-x y la línea y =x =x. 0,9002. Se ubican en el diagrama de equilibrio 0,800 las composiciones de las corrientes de entrada y 0,700 salida de la columna, xF y xB. y, fraccion molar de pentano 0,6003. A partir de (xB ; yB) se traza una línea con 0,500 Línea de operación de la pendiente L’/V’ o se zona de agotamiento de ubica en el eje y el punto 0,400 pendiente L’/V’ de corte B*xB/V’ y se Rehervidor traza la línea que pase 0 300 0,300 y por (xB ; yB) y se prolonga hasta la curva 0,200 de equilibrio4.4 Luego se trazan las 0,100 0 100 etapas teóricas de la zona de agotamiento 0,000 xB xF 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 x, fraccion molar de pentano
  15. 15. c. Sección de alimentación En el plato donde se introduce la alimentación puede variar la velocidad del liquido o la del vapor, o la de ambos, dependiendo de la condición térmica de la alimentación. En la figura 1 se representan en forma esquemática las corrientes de liquido y vapor que entran y salen del plato de alimentación, para diferentes condiciones térmicas de la alimentación. (McCabe, W., Smith, J., Harriot, P., 2007) L V Liquido L V Mezcla de L VLiquido frio saturado dos fases Plato de Plato de Plato deAlimentación Alimentación Alimentación L’ V’ L’ V’ L’ V’ L’ > L L’ = L+F L’ > L V’ > V V = V’ V’ < V Vapor L V saturado Vapor L V Sobrecalentado Plato de Alimentación Plato de L’ V’ Alimentación L = L’ L’ V’ L’ > L V = V’ +F V’ < V
  16. 16. La contribución de la alimentación al flujo interno de liquido es q*F y la contribución de la alimentación al flujo interno de vapor es (1 –q)*F –q) F La “calidad” q, se define como laFigura 2. Relación entre los flujos porencima por debajo del plato de relación entre la cantidad de caloralimentación (Geankoplis, C. J., 1998) necesario para vaporizar un mol de alimentación a las condiciones de entrada y el calor latente de vaporización de la alimentación ó los moles de liquido que fluyen en la sección de agotamiento como consecuencia de la introducción de cada mol de alimentación. Al aplicar un balance de materia y energía en el plato de alimentación, se obtienen las siguientes ecuaciones: F + Vm + Ln = Vn + Lm (17) FhF + VmHm + Lnhn = VnHn + Lmhm (18)
  17. 17. Si se considera derrame molal constante no variaran las entalpias de constante,vapor ni las de líquido, de una etapa a otra. Así, HV = Hm = Hn yhL =hn = hm y la ecuación (18) se puede escribir de la siguiente forma: FhF + (V’ – V)HV = (L’ – L)hL (19)Si Vm = V’, Vn = V, Lm = L’ y Ln = LCombinando las ecuaciones (17) y (19) se obtiene:donde:HV: entalpia de la alimentación al p p punto de rocíohL: entalpia de la alimentación al punto de ebullición (punto de burbuja)hF: entalpia de la alimentación a condiciones de entrada
  18. 18. Por tanto q tiene los siguientes limites numéricos para las distintas tanto,condiciones:Si la alimentación es liquido saturado, hF = hL y q = 1.Si la alimentación es liquido frio, hF < hL y q > 1Si la alimentación es vapor saturado, hF = HV y q = 0Si la alimentación es mezcla de dos fases HV < hF < hL y 0 < q < 1 fases,Si la alimentación es vapor sobrecalentado, hF > HV y q < 0 0 < q < 1,0 q = 1,0 q > 1,0 q=0 q<0 Figura 3 Localización de la 3. línea q a varias condiciones de alimentación
  19. 19. Si la alimentación es liquido frio, el valor de q se obtiene a partir de laecuación (20)Para vapor sobrecalentado la ecuación es (21) donde: CpV, CpL: Calor especifico del vapor y el liquido, respectivamente. Tb, TR : Temperatura de burbuja y de rocío, respectivamente. λ: Calor latente de vaporización TF: Temperatura de la alimentación Los flujos de liquido y vapor por encima y por debajo del plato de alimentación están relacionados por las ecuaciones que se muestran a continuación L’ = L + q*F y L’ – L = q*F (22) y V = V’ + (1 – q)*F y ( q) V – V’ = (1 –q)*F ( q) ( 3) (23)
  20. 20. En el plato de alimentación se cruzan las líneas de operación de la zonade enriquecimiento y la zona de agotamiento es decir, yenriq = yagot y xenriq = xagotComo las y y las x son iguales en el punto de intersección, se puedenrestar las ecuaciones (16) de la (7) y obtener, y(V’ – V) = x(L’ - L) - (D*xD + B*xB) (24) Al sustituir las ecuaciones (2), (22) y (23) en la ecuación (24) se (2) obtiene la ecuación de la línea de operación de la zona de alimentación,, ó
  21. 21. Ejercicios de aplicación. j pCalcular de la pendiente de la línea de alimentación para los casossiguientes: g1. Una alimentación de dos fases, con 80% en forma de vapor, a las condiciones de la columna columna.2. Una alimentación de vapor sobrecalentado, donde 1 mol de liquido se evapora en la etapa de alimentación por cada 9 moles de e apo a e a e apa a e ac ó po o es alimentación que entran.3. Una alimentación liquida subenfriada promedio del liquido es 35 ºF. q p q La capacidad calorífica es 30 Btu/lbmol.ºF y λ = 15000 Btu/lbmol.4. Una mezcla de etanol y agua, formada por 63% en peso de etanol, se alimenta a 40ºC. La presión es 1,0 kg/cm2.
  22. 22. Tabla 1. Resumen d l condiciones d l alimentación.T bl 1 R de las di i de la li t ió Tipo de p T hF q f p pendiente alimentaciónLiquido TF < Tb,F hF > hL q>1 f<0 > 1,0subenfriadoLiquido saturado TF = Tb,F hL= hF q=1 f=0 ∞Mezcla de dos Tb,F<TF<TR, HV<hF<hL 0<q<1 0<f<1 Negativafases FVapor saturado TF = TR,F hF=HV q=0 f=1 0Vaporsobrecalentado TF > TR,F hF > HV q<1 f>1 1 > pendiente di tFuente: Wankat, P 2008 Wankat P.
  23. 23. Trazado de la líneas de operación de las tres secciones de la columna 1,000La línea de 0,900 0 900operación de laalimentación se 0,800deduce de lai tintersección d ió de l la 0,700 0 700línea de operación y fraccion molar de pentano 0,600de la zona deenriquecimiento y la d 0,500 0 00zona de xD/(R+1) 0,400agotamiento. Por ellorepresenta todos los y, 0,300 xD/(R+1)lugares posibles enlos que se pueden 0,200cruzar las dos líneas 0,100para determinadaalimentación (xF, qF) 0,000 0,000 xB 0,100 0,200 0,300 0,400 xF 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 xD 1,000 x, x fraccion molar de pentano
  24. 24. Trazado de la líneas de operación de las tres secciones de la columna 1,000 0,900Igualmente, si la 0,800relación de reflujo estafija,fija la línea de 0,700operación de la zona y fraccion molar de pentanode enriquecimiento 0,600esta fija pero si fija, la d 0,500condición térmica de laalimentación, q, varia 0,400el punto de y, 0,300intersección, como se xD/(R+1)observa en la figura. 0,200 0,100 0,000 xB xF xD 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 x, fraccion molar de pentano
  25. 25. Tabla 2 LíT bl 2. Líneas del diagrama McCabe-Thiele d l di M C b Thi l Línea Cual línea describe Pendiente Punto a través del cual pasa la línea 1. Línea de balance de Balance de componente (xD, xD) si es componente de la sección de en la sección de L/V condensador total rectificación (operación) rectificación (yD, yD) si es condensador parcial 2. Línea de balance de Balance de componente componente de la sección de en la sección de L’/V’ (xB, xB) agotamiento (operación) agotamiento 3. 3 Línea a q Lí Localización d l puntos L li ió de los de intersección de las (xF, xF) líneas de balance de componentes de las secciones d agotamiento i de t i t y de rectificación 4. Línea diagonal de 45º a. Ubicación de los puntos donde x = y 1,0 (0, 0) y (1,0 , 1,0) b. A b reflujo total representa las líneas de balance de componentes
  26. 26. Aprendiste a hacer los balances externos, ahora estas en capacidad p , pde responder lo siguiente: 1. ¿Cómo funciona una columna de destilación a contracorriente? 2. Haga un esquema e id tifi 2 H identifique l las partes d un sistema d d til ió t de i t de destilación: explique el funcionamiento de cada parte y el régimen de flujo de cada plato. 3. Plantee y resuelva balances externos de masa y energía para sistemas de destilación binaria. 4. Una columna de destilación recibe una alimentación formada por 40% mol de pentano y 60% mol de hexano. La alimentación es 2500 lbmol/h y la temperatura de la alimentación es 30ºC. La columna esta a 1 atm. Se usa un condensador t t l El reflujo es un lí id saturado. L relación d reflujo es d d total. fl j líquido t d La l ió de fl j L/D = 3. Las colas del vaporizador parcial contienen 99,8% mol de n-hexano. Deduzca las ecuaciones para: D, B, QR y Qc. Datos: λC5 = 11,365 Btu/lbmol λC6 = 13,572 Btu/lbmol CpL,C5 = 39,7 (Suponerlo constante) Cp C L,nC6 = 51 7 (S 51,7 (Suponerlo constante) l t t ) CpV,C5 = 27,45 + 0.08148T – 4.538x10-5T2 + 10.1x10-9T3 CpV,nC6 = 32,85 + 0.09763T – 5.716x10-5T2 + 13,78x10-9T3 Estando T en ºC y CpL y CpV en cal/(gmol ºC) ó Btu/(lbmol ºF) p p (g ) ( )
  27. 27. Condiciones limites de operación. pRelación de reflujo total.1. Indica la máxima cantidad de condensado que regresa a la columna.2. El numero de etapas teóricas es mínima y la altura de la columna es pequeña3. El diámetro de la columna es grande4 El calor en el rehervidor es alto.4. l l h id lt En la parte superior de la columna como todo el vapor se va a reflujo, L = V , D = 0, L/V = 1,0 y L/D = ∞ igualmente en l parte i f i i l t la t inferior de la columna, L’ = V’, B = 0 y L’/V’ = 1,0. Las dos líneas de operación se convierten en la línea y = x Figura 5 Reflujo total: A) Columna, B) diagrama McCabe - Thiele
  28. 28. Relación de reflujo mínima: (L/D)min ó (L/V)min j ( ) ( )1. Indica la cantidad máxima de liquido que sale como producto destilado2. El numero de etapas teóricas es máxima, por ende la altura de la columna es infinita3. El diámetro de la columna es pequeño4. El calor en el rehervidor es bajo En el punto de estricción no cambian las concentraciones de liquido y vapor de una etapa a otra. Figura 6. Reflujo mínimo: A) estricción en la etapa de alimentación, B) estricción tangente. Fuente: Wankat, P. 2008
  29. 29. Relación de reflujo de operación (1 + 2) (1) 1,2 1 2 Rmin < Rop < 1 5Rmin 1,5R (2)Figura 7. Representación grafica del costo anual, costo fijo y costo totalfrente a la relación de reflujo (L/D); para la determinación de la relación dereflujo óptima ( j p (L/D)optima )
  30. 30. Reflujo subenfriado y vapor sobrecalentado al plato inferiorComo el reflujo y el vapor de fondo son entradas a la columna, se debe esperarel mismo comportamiento si esas corrientes están subenfriadas osobrecalentadas.El reflujo subenfriado se presenta con frecuencia si el condensador esta a niveldel suelo Entonces se requiere una bomba para regresarlo a la parte superior suelo.de la columna. Un liquido saturado provocara cavitación y dañara la bomba;entonces se debe subenfriar el liquido para poder bombearlo.Igualmente, la pendiente de la línea de operación de la zona deenriquecimiento, L/V, no puede calcularse en forma directa a partir de larelación de reflujo externo, L/D, porque L y V cambian en el plato superior.Cuando el reflujo esta sobreenfriado se debe agregar un plato adicional paracalentar el reflujo (Kister 1990) (Kister,Una entrada de vapor directo sobrecalentado o un vapor sobrecalentadodirigido al plato inferior procedente de un vaporizador total causaranevaporación del liquido dentro de la columna. Esto equivale a un aumento netode la relación de vapor al fondo, V’/B, y hace que la pendiente de la línea deoperación en la zona de agotamiento tienda a 1,0 (Wankat, P., 2008).
  31. 31. Numero de platos teóricos p Si el condensador l d d es total 1,000 1 0,900 2 0,800 0,700 3 y, fraccion molar de pentano 0,600 e 0,500 0,400 R , 0,300 xD/(R+1) 0,200La columna consta de 0,1003 etapas teóricos +un calderin 0,000 xB xF 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 xD 1,000 x, x fraccion molar de pentano
  32. 32. Si la columna consta de un condensador parcial (C) y un rehervidor parcial(R ) 1,000 C 0,900La columna 1consta de 2 0,800etapasteóricos + un 0,700condensador 2 y, fraccion molar de pentanoparcial + un 0,600rehervidor e 0,500 0,400 R , 0,300 xD/(R+1) 0,200 0,100 0,000 xB xF 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 xD 1,000 x, x fraccion molar de pentano
  33. 33. Numero de platos teóricos p En el punto “2” se identifican la composición de la fase liquida de la etapa t y la composición de la fase de vapor de la etapa inferior a la t, etapa p , p t-1 En el punto “3” se lee la composición de la fase liquida y de vapor en equilibrio de la etapa t-1.
  34. 34. Localización de la etapa de alimentaciónL li ió d l t d li t ióLa localización de la etapa de alimentación esta en el punto de cambiopara el trazado de las etapas entre la línea de operación de la zona deenriquecimiento y la curva de equilibrio y el trazado de las etapas entre lalínea de operación de la zona de agotamiento y la curva de equilibrio 1 Si la columna consta de un C 2 condensador total la etapa 1 optima de alimentación es 3 la 3 2 Si la columna consta de un condensador parcial la etapa optima de alimentación es la 2
  35. 35. Localización de la etapa de alimentación (Cont.)L li ió d l t d li t ió (C t ) (A) (B) Figura 8. Localización de la etapa de alimentación: A) Localización de la etapa de alimentación por encima de la etapa optima B) Localización de la etapa de alimentación por optima. debajo de la optima Fuente: Maddox, R y Hines, A. 1985 ¿Como influye el número de etapas y la posición del plato de alimentación en el rendimiento de la columna?
  36. 36. Numero d etapas reales: Eficiencia N de t l Efi i i La eficiencia indica la desviación de la idealidad, permite comparar el funcionamiento de una etapa real y una de equilibrio Existen tres tipos de equilibrio. eficiencia de platos: 1) Eficiencia global (εo), se refiere a toda la columna ) g ( 2) Eficiencia de Murphree (εMV ó εML), se aplica a un solo plato 3) Eficiencia local o puntual (εP), se refiere a una localización especifica en un plato determinado.La eficiencia global se define como la cantidad de etapas de equilibrionecesarias para la separación, dividida entre la cantidad real de etapasrequeridas: En la cantidad de etapas reales o de equilibrio no se incluyen condensadores parciales ni rehervidores parciales
  37. 37. Eficiencia d MEfi i i de Murphree hLa eficiencia de Murphree del vapor es la variación de la composicióndel vapor al pasar de un plato al siguiente dividida entre la variación siguiente,que tendría lugar si el vapor que sale estuviese en equilibrio con elliquido que sale del plato (McCabe, W; Smith, J y Harriot, P. 2007). (24)Figura 9. Una sección del diagrama donde se observancada una de las concentraciones involucradas en laeficiencia de Murphree (Fuente: Kister, H. 1992)
  38. 38. Una vez conocida la eficiencia de Murphree para cada etapa, será fácilusarla en un diagrama McCabe-Thiele, (Figura 26), yn esta dado por (25) El trazado de la curva de pseudoequilibrio permite determinar el plato optimo real de alimentación y el numero de etapas reales. Observe que el rehervidor parcial se considera por separado, porque tendrá una eficiencia diferente a la del l d l resto d l columna t de la l Figura 10. Diagrama McCabe-Thiele para εMV g g p Fuente: Wankat, P. 2008
  39. 39. Para obtener eficiencias elevadas en cada etapa• El tiempo de contacto debe ser largo para que ocurra difusión•La superficie interfacial entre las fases debe ser grande La• La turbulencia debe ser relativamente alta para obtener elevadoscoeficientes de transferencia de masa.Si el gas burbujea lentamente a través de los orificios del plato, lasburbujas son grandes, y la superficie interfacial por unidad de volumende gas es pequeña, el liquido esta relativamente tranquilo y gran parte g p q q q g pde él pasa sobre el plato sin hacer contacto con el gas.Si la velocidad del gas es relativamente elevada, el gas se dispersatotalmente en el liquido el cual a su vez es agitado hasta formarespuma y a su vez las áreas interfaciales son grandes.SinSi embargo, esto puede ocasionar: b t d i• Arrastre de liquido: reduce el cambio de concentración en la etapa ypor ende afecta la eficiencia del plato.• Elevadas caídas de presión: Inundación Inundación,
  40. 40. Métodos empíricos para el calculo de la eficiencia Drickamer y Bradford presentan una correlación netamente empírica que relaciona la eficiencia del plato con una viscosidad seudomolal de la alimentación de la columna de fraccionamiento. Ludwig dice que esta correlación es buena para los hidrocarburos, los hidrocarburos clorados, los glicoles, la glicerina y los compuestos relacionados, y para algunas absorbedoras y separadoras ricas en hidrocarburos. O’Conell presento una correlación empírica como una función de la viscosidad de la alimentación y la volatilidad relativa de los componentes claves. Ludwig recomienda que se use la correlación para absorbedoras, solo en áreas donde da una eficiencia mas baja que la correspondiente para fraccionadoras de Drickamer y Bradford (Fuente: Branan, C., 2000)Figura 11 Correlaciones empíricas para eficiencias en torres 11.de destilación y absorción (Fuente: Ludwig, E., ).
  41. 41. Resumen del procedimiento de análisis de McCabe-Thiele1. Trace una figura de la columna e identifique todas las variables conocidas. conocidas2. Para cada sección: a. Trace una envolvente de balance de masa. Se quiere que esta envolvente corte las corrientes desconocidas de líquido y vapor en la sección, y las corrientes conocidas (alimentaciones, productos especificados o salidas laterales especificadas). especificadas) Mientras menos corrientes haya los balances haya, de masa serán más simples. Este paso es importante porque determina la facilidad de los pasos siguientes. b. Escriba los balances de masa general y del componente mas volátil c. Deduzca la ecuación de operación d. Simplifique p q e. Calcule todas las pendientes, ordenadas al origen e intersecciones.
  42. 42. Resumen del procedimiento de análisis de McCabe-Thiele p(Cont.)3. Formule ecuaciones de las líneas de alimentación. Calcule q, pendientes e intersecciones con y = x x.4. Para las líneas de operación y alimentación: a. Grafique todas las líneas de operación y alimentación que se pueda b. Si no es posible graficar todas las líneas de operación, escale las etapas, si se especifica el lugar de la etapa o de cualquier alimentación o salida lateral c. Si es necesario, realice los balances externos de masa y energía. Use los valores de D y B obtenidos en el paso 2 d. Cuando haya graficado todas las líneas de operación, escale las etapas, determine los lugares del plato óptimo de alimentación y la cantidad total de etapas. Si lo desea, calcule p un número fraccionario de etapa.
  43. 43. Selección de las condiciones de operación•La composición y flujo de la alimentación están usualmenteespecificados.•Las especificaciones de los productos, pueden expresarse entérminos de pureza de los productos o recuperación de ciertocomponente.Los parámetros a seleccionar el diseñador incluyen: Presión de operación Relación de reflujo Condición de la alimentación Tipo de condensador
  44. 44. 1. Presión de Operación 1.1. Si la presión de operación es elevada:o La separación resulta más difícil (la volatilidad relativa disminuye),se requieren mas etapas o aumentar el reflujo.o El calor l l latente d vaporización di i de i ió disminuye así, el calor suministrado í l l i i dpor el rehervidor y retirado en el condensador será menoroL d La densidad d l vapor i id d del incrementa, por t t el diá t d l t tanto l diámetro de lacolumna será menoro La temperatura en el rehervidor incrementa con la limitante de ladescomposición térmica del material que esta siendo vaporizado,causando excesivo ensuciamiento ensuciamiento.o La temperatura en el condensador incrementa.
  45. 45. 1.1.1. Si se usa condensador total, el producto de tope es liquido, la presión de operación debe ser fijada tomando en cuenta:• Si se utiliza como fluido de enfriamiento agua, el punto de burbujadel producto de tope debe ser alrededor de 10 ºC por encima de latemperatura del agua de enfriamiento en verano• Si se utiliza aire como fluido de enfriamiento el punto de burbuja del enfriamiento,producto de cabeza debe ser típicamente 20 ºC superior a latemperatura del aire en verano.• La presión debe ser la atmosférica si alguna de las condicionesanteriores permiten la operación al vacio.
  46. 46. 1.1.2. Si se usa condensador parcial, el producto de tope es vapor, la presión de operación debe ser fijada tomando en cuenta:• Si se utiliza como fluido de enfriamiento agua, el punto de burbujadel producto de tope debe ser alrededor de 10 ºC por encima de latemperatura del agua de enfriamiento en verano• Si se utiliza aire como fluido de enfriamiento el punto de burbuja del enfriamiento,producto de cabeza debe ser típicamente 20 ºC superior a latemperatura del aire en verano.• La presión debe ser la atmosférica si alguna de las condicionesanteriores permiten la operación al vacio.

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