Presentación de PowerPoint

Unidad 1. Destilacin 7. Relacin ptima de reflujo externo y eficiencia de etapas Tecnolgico Nacional de Mxico Instituto Tecnolgico de Toluca Departamento de Ingeniera Qumica y Bioqumica M.C. Yenissei M. Hernndez Castaeda [email protected] Competencias a desarrollar Disea y selecciona equipos de Destilacin aplicando los principios de transferencia de calor, masa y equilibrio de fases en los procedimientos de clculo, para su construccin y operacin. Contenido de la presentacin 1.1. Importancia y tipos de destilacin 1.2. Destilacin flash y diferencial 1.3. Dimensionamiento de columnas 1.3.1. Mtodos grficos 1.3.2. Mtodos numricos 1.4. Dimensionamiento de columnas multicomponentes 1.5. Nuevas tecnologas REFLUJO EXTERNO PTIMO RELACIN PTIMA DE REFLUJO EXTERNO

Condensador total Cualquier relacin de reflujo externo entre el mnimo y el reflujo total proporcionar la separacin deseada. El nmero de platos tericos necesarios variar desde el infinito hasta el nmero mnimo. Determinar el nmero de platos mnimos a distintos valores de reflujo externo permitir realizar un mejor diseo de la columna (optimizacin). QC D, xD Destilado hD

n F, zF Alimentacin Vn+1 Ln hF m m+1 La relacin de reflujo que debe utilizarse para un nuevo diseo debe ser la ptima o la ms econmica, para la cual el costo sea mnimo. m B, xB QR Rehervidor parcial

hB Fondos, colas o residuo RELACIN PTIMA DE REFLUJO EXTERNO En la relacin de reflujo mnimo la columna requiere un nmero infinito de platos, por lo que los costos fijos sern infinitos, aunque los costos de operacin son mnimos (calor del rehervidor, agua de enfriamiento, potencia de la bomba para el refllujo). Al ir aumentando el valor de reflujo externo el nmero de platos decrece rpidamente, pero el dimetro de la columna crece debido a las mayores cantidades de lquido y vapor recirculados por cantidad unitaria

de alimentacin. Condensador total QC D, xD Destilado hD n F, zF Alimentacin Vn+1 Ln hF m m+1

m El condensador, el rehervidor y la bomba de reflujo tambin deben ser mayores. B, xB QR Rehervidor parcial hB Fondos, colas o residuo RELACIN PTIMA DE REFLUJO EXTERNO Los costos fijos disminuyen hasta un mnimo y crecen nuevamente hasta infinito en reflujo total. Por lo tanto, el costo total (suma de costos de operacin y costo fijo) debe pasar por un mnimo en relacin al reflujo ptimo.

$ Costo operacin Reflujo ptimo Costo total C fijo o ost L0/D RELACIN PTIMA DE REFLUJO EXTERNO De acuerdo a Wankat (2008) eso ocurre cuando el valor de reflujo externo est entre 1.05 y 1.25 veces el reflujo mnimo. De acuerdo a Seader (2000) eso ocurre cuando el valor de reflujo externo est entre 1.10 y 1.5 veces el reflujo mnimo.

De acuerdo a Geankoplis (1998) eso ocurre cuando el valor de reflujo externo est entre 1.2 y 1.5 veces el reflujo mnimo. EFICIENCIA O RENDIMIENTO DE SEPARACIN EFICIENCIA O RENDIMIENTO DE SEPARACIN Condensador total En un plato real no llega a alcanzarse el equilibrio entre el lquido y el vapor que salen de l. En consecuencia, la concentracin del vapor es menor que la del equilibrio. El clculo de platos reales puede hacerse introduciendo un coeficiente de eficacia, que como divisor del nmero de platos tericos nos dar el de los reales. Al pasar por un plato, en su camino

ascendente, el vapor se enriquece en el componente ms voltil en una cantidad que se mide por la diferencia que ha experimentado su concentracin. QC D, xD Destilado hD n F, zF Alimentacin Vn+1 Ln hF m m+1 m

B, xB QR Rehervidor parcial hB Fondos, colas o residuo EFICIENCIA O RENDIMIENTO DE SEPARACIN De la ecuacin de la lnea de operacin para los platos j y j+1: = + 1 1 + 1

( = ) + 1 ( ) Restando las 2 ecuaciones: = + 1 1 + 1

= ( ) + 1 + 1= ( ) 1

Factorizando y reordenando: + 1=( 1 ) +1 = 1 En el caso del plato terico, yj es la concentracin de equilibrio y puede representarse como y*. Para un plato real yj es menor que la concentracin de equilibrio: + 1< +1 EFICIENCIA O RENDIMIENTO DE SEPARACIN De acuerdo con lo anterior, Murphree defini el coeficiente de eficacia de un plato real por la relacin entre el enriquecimiento real y el correspondiente al plato terico: = +1 +1 Eger V. Murphree

EFICIENCIA O RENDIMIENTO DE SEPARACIN La eficacia se determina experimentalmente, y es funcin del diseo y de las condiciones de trabajo. Su valor oscila entre 0.4 y 0.9 en la mayora de los casos (VanOcon, 1976) En general puede suponerse invariable con la concentracin de la mezcla, o bien, admitir un valor medio adecuado. Para el clculo grfico del nmero de etapas se sustituye la curva de equilibrio por otra ficticia. EFICIENCIA O RENDIMIENTO DE SEPARACIN Un procedimiento ms sencillo es dividir el nmero de platos tericos por la eficacia. En la seccin de agotamiento se aplican los mismos mtodos, teniendo en cuenta que el plato inferior es la caldera, y su eficacia muy prxima a la unidad en todos los casos. Fuentes de Consulta

Elementos de Ingeniera Qumica (Operaciones bsicas). Van, ngel; Ocon, Joaqun. Espaa, 1976. Ed. Aguilar. Ingeniera de procesos de separacin. Phillip C. Wankat, 2da. Edicin en espaol. Mxico, 2008. Ed. Pearson. Operaciones de separacin por etapas de equilibrio en ingeniera qumica. E. J. Henley, J. D. Seader. Mxico, 2000. Ed. Revert. Procesos de transporte y operaciones unitarias. C.J. Geankoplis. Mxico, 1988. Compaa Editorial Continental, S.A. de C.V.

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