Destilación . Equilibrio (Soluciones Binarias)materias.fi.uba.ar/7605/Archivos/OPIII-Unidad...
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Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Destilación . Equilibrio (Soluciones Binarias)
1 Facultad de Ingenieria - UBA
Soluciones Ideales:
Raoult: La presión parcial de un componente A en una mezcla está relacionada con la concentración de ese componente en la mezcla liquida. (P°A es la presión parcial de A puro)
AAA PxP *
Para una mezcla que sigue la ley de Raoult la presión total de la misma puede hallarse como la suma de las presiones parciales de cada componente en la mezcla.
BAT PPP
@ T1
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Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Destilación . Equilibrio (Soluciones Binarias)
2 Facultad de Ingenieria - UBA
Dalton: Presión parcial del componente A en una mezcla de gases es igual a la Presión Total por la fracción molar del componente .
TAA PyP *
De la combinación de ambas leyes podemos obtener la dependencia de la fracción de cualquiera componente en el vapor en equilibrio en función de la concentración de ese mismo componente en la mezcla liquida.
AAA
T
AAAATAA xKx
P
PyPxPyP ****
B
T
BA
T
ABA x
P
Px
P
Pyy **1
Sabemos que se cumple.
BA
BTA
PP
PPx
)1(** ABAAT xPxPP
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Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Diagramas a Puntos de Ebullición (P Cte)
3 Facultad de Ingenieria - UBA
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Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Volatilidad Relativa
4 Facultad de Ingenieria - UBA
A
A
A
A
A
A
A
A
B
B
A
A
BB
AAB
x
x
y
y
x
yx
y
x
yx
y
P
P
K
K A
1
1
1
1
AAAB
A
A
A
AAB
A
A
A
A
AAB
yx
x
y
y
x
x
y
y
x
x 11
)1(1)1(
11 **
*
A
AAAB
AAB
AAAB
AAB
AAB
Ay
xx
x
yx
x
x
x
)1(
1)1(
*
*
*
*
*
)1(1 **
*
ABA
AABA
x
xy
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Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Destilación . Equilibrio (Soluciones Binarias)
5 Facultad de Ingenieria - UBA
Soluciones Reales:
Henry: La presión parcial de un componente A en una mezcla está relacionada con la concentración de ese componente en la mezcla liquida a través de la constante de Henry (valido para xA 0
HxP AA *
BAT PPP
@ T1
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Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Destilación . Equilibrio (Soluciones Binarias)
6 Facultad de Ingenieria - UBA
Soluciones Reales:
Henry: La presión parcial de un componente A en una mezcla está relacionada con la concentración de ese componente en la mezcla liquida a través de la constante de Henry (valido para xA 0
HxP AA *
BAT PPP
@ T1
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Facutad de Ingenieria - UBA 7
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
TB
Concentración
xa
Tem
per
atu
ra
TB
Concentración
xa
Tem
per
atu
ra
ya
Fracción molar
xa
Fra
cció
n m
olar
ya
Fracción molar
xa
Fra
cció
n m
olar
TB
Concentración
xa
Tem
per
atu
ra
TB
Concentración
xa
Tem
per
atu
ra
ya
Fracción molar
xa
Fra
cció
n m
olar
ya
Fracción molar
xa
Fra
cció
n m
olar
• Azeotropos: • Efecto de la presión sobre el Equilibrio
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Facutad de Ingenieria - UBA 8
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Flash (recta q): Condición térmica de la alimentación
F, ZF
Calentamiento o expansión
V, y
L, x
F
Lqq
VLF
como define se
(1)
(3) *)1(* yFqxqFFzF
(2) *** yVxLzF F
V
L
zx F
Fz-y (2)y (1) de
xq
qzF*
)1(q)-(1 y (3)y (1) de
Ecuación de la Recta q
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Facutad de Ingenieria - UBA 9
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Flash (recta q): Condición térmica de la alimentación
• Balance entálpico
xq
qzF*
)1(q)-(1 y (3)y (1) de
(4) *** VLF HVHLHF
)(
)(
VL
VF
HH
HHq
)(*)(
*)1(* L/Fq que dado
VLVF
VLF
HHqHH
HqHqH
)( 0
00
)(10
1
)( 1
tadosobrecalenvapor
saturadovapor
VL Mezcla
saturado líquido
osubenfriad líquido
mqHH
mqHH
mqHHH
mqHH
mqHH
VF
VF
LFV
LF
LF
l
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Facutad de Ingenieria - UBA 10
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
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#1
#2
#n
#1
#2
#m
F=L + V
V1
DL0
LnVn-1
1mVmL
1V nL
WL m Facutad de Ingenieria - UBA 11
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Método de McCabe-Thiele para la determinación de Np
Zona de enriquecimiento o rectificación
Zona de Agotamiento o stripping
Alimentación Hipótesis: lAlB,
Pérdidas de calor y Calores de disolución despreciables.
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Facutad de Ingenieria - UBA 12
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Zona de rectificación
• Balance de Masa
#1
#2
#n
#1
#2
#m
F=L + V
V1
DL0
LnVn-1
1mVmL
1V nL
WL m
VVVVnVn
LLLLLn
xnVn
LnxD
Vn
Dyn
xnLnxDDynVn
LnDVn
12....1
012...
como
*1
*1
1
**1*1
1
(A) **1 nDn xV
Lx
V
Dy
Dn
Dn
Dn
xy
xV
LDy
xx
1
1 *
para
DLV 0
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Facutad de Ingenieria - UBA 13
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
y
x xD
yn+1
RECTA DE OPERACIÓN SUPERIOR (R.O.S)
(B) ** xV
Lx
V
Dy D
La ecuación A vale para toda la zona de rectificación, por lo tanto la reescribimos como
Luego se definen dos relaciones de Reflujo Relación de reflujo Interno (Ri) Relación de reflujo externo (R)
V
LRi
D
LR
0
Con estas definiciones reescribimos la ecuación B de la siguiente manera:
**1( ) xRxRy iDi
(R.O.S) *1
*1
1x
R
Rx
Ry D
1R
xD
V
L
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Facutad de Ingenieria - UBA 14
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Zona de Agotamiento
• Balance de Masa
#1
#2
#n
#1
#2
#m
F=L + V
V1
DL0
LnVn-1
1mVmL
1V nL
WL m
VVVVV
WLLLL
xV
Wx
V
Ly
VxWxL
VWL
mm
mn
w
m
n
m
nm
mmwnn
mn
121
21
1
*
1
1
1 1*
1
....
...
como
*
y**
(A2) **1 nWm xV
Lx
V
Wy
Wm
Wm
Wn
xy
xV
WLy
xx
1
1 *
para
LmWV 1mV
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Facutad de Ingenieria - UBA 15
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
y
x xW
ym+1
RECTA DE OPERACIÓN INFERIOR (R.O.I)
La ecuación A2 vale para toda la zona de agotamiento, por lo tanto la reescribimos como
1R
xD
V
L
(R.O.I) ** xV
Lx
V
Wy W
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Facutad de Ingenieria - UBA 16
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• La torre completa
#1
#2
#n
#1
#2
#m
F=L + V
V1
DL0
LnVn-1
1mVmL
1V nL
WL m
W x**
Masa de Balance
WxDzF
WDF
DF
(R.O.I) ** xV
Lx
V
Wy W
(R.O.S) *1
*1
1x
R
Rx
Ry D
*xq)(
q
-q)(
z y
F
11
q Recta
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Facutad de Ingenieria - UBA 17
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• La torre Completa.
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Facutad de Ingenieria - UBA 18
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Plato de alimentación óptimo
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Facutad de Ingenieria - UBA 19
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Reflujo Total
mínimo
productos de generaciónhay No
F.hay No
límiteCondición
N
VL
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Facutad de Ingenieria - UBA 20
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Reflujo mínimo
límiteCondición
N
• Efecto del reflujo en los costos
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Facutad de Ingenieria - UBA 21
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Condensador Parcial
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Facutad de Ingenieria - UBA 22
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Vapor Vivo
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Facutad de Ingenieria - UBA 23
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Reboiller total Reboiller parcial
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Facutad de Ingenieria - UBA 24
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Alimentaciones multiples • Extracciones laterales • Pérdida de calor • Eficiencia global • Eficiencia de Murphee (Ev)
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Facutad de Ingenieria - UBA 25
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Alimentaciones multiples
F2, q2, ZF2
F1, q1, ZF1
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Facutad de Ingenieria - UBA 26
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Alimentaciones multiples
xD / R +1
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Facutad de Ingenieria - UBA 27
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Extracciones laterales
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Facutad de Ingenieria - UBA 28
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Extracciones laterales
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Facutad de Ingenieria - UBA 29
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Pérdida de calor
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Facutad de Ingenieria - UBA 30
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Pérdida de calor
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Facutad de Ingenieria - UBA 31
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
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Facutad de Ingenieria - UBA 32
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Eficiencia
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Facutad de Ingenieria - UBA 33
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
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Facutad de Ingenieria - UBA 34
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
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