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CONDENSADORES DE VAPOR MEZCLADOS
CONDENSACION DE MEZCLA BINARIA Correlaciones vapor-líquido. En la derivación de la ecuación de Nusselt para un componente simple, se supuso que la razón a la que el vapor entra entr a en contacto con la película de condensado, es casi infinita. Un vapor que entra a un condensador a su presión de saturación condensa debido a que la superficie está a una temperatura debajo del punto de rocío o temperatura de saturación. La razón a la cual el vapor pasa de la fase vapor a la fase líquida depende, sin embargo, del mecanismo de difusión. Esto significa que, si la temperatura de la película del condensado es menor que la temperatura de saturación de la masa del vapor, la presión del componente en la película del condensado es menor que la del vapor, estableciéndose una diferencia de presiones. La dirección de esta diferencial promueve el flujo hacia afuera de la fase vapor. En la condensación de una mezcla binaria el problema de difusión es un poco más complicado, aun cuando no produce resistencias significativas en serie con la resistencia de la película de condensado. En una mezcla binaria, a menos de que sea una mezcla de punto de ebullición constante tal como el etanol-agua al 95%, los componentes de mayor punto de ebullición condensan en mayor proporción cerca de la entrada del condensador. La velocidad de condensación de ambos componentes está relacionada a sus diferenciales de presión individual entre la masa del vapor y la película de condensado. Colburn y Drew 4 señalaron que la razón de la presión parcial ejercida por la película de condensado para una mezcla binaria, depende de la temperatura de la película, la que a su vez está relacionada a la temperatura de la superficie fría y al rango de temperaturas del agua de enfriamiento. Así, para una mezcla binaria dada, que entra en un condensador, no solamente el flujo sino también la composición química del condensado están influidos por la temperatura del agua fría. Esto no es de un interés particular en la condensación total de un vapor, pero puede influir en la composición del producto obtenido de un condensador parcial. Colburn y Drew dan ecuaciones para calcular la composición y temperatura en la interface vapor-condensado para mezclas binarias. Es costumbre, sin embargo, suponer la temperatura del condensado en la interface como la misma del vapor. En la condensación de un vapor que sale de una columna de destilación binaria, el vapor es casi completamente compuesto del componente más volátil y la presencia del segundo componente establece un rango de condensación según se predice por la regla de la fase. f ase. El segundo componente siendo menos volátil, condensa más fácilmente en la entrada que en la salida. Es, entonces, concebible, para una mezcla binaria con un rango de condensación de 20°F,
que el componente de mayor punto de ebullición se condense en mayor proporción durante los primeros l0° que durante los segundos Similarmente puede ser removido más calor del vapor en los segundos l0°que en los primeros. El uso de la MLDT induce a un pequeño error en el lado inseguro tratándose de vapores binarios, aun cuando el tamaño del error no justifica usualmente que se le rechace. Cuando un cierto número de componentes están contenidos en el vapor de salida de una torre de destilación de multicomponentes, el rango de temperatura y la distribución de la transferencia de calor difieren grandemente de las relaciones directas de Q VS. t con las que la MLDT se predice. Los métodos para tratar las mezclas multicomponentes se consideran en la siguiente sección. Los coeficientes de película para la transferencia de calor por condensación de mezclas binarias, pueden tratarse como las anteriores relacionadas con los vapores simples usando las propiedades balanceadas de las mezclas.
CONDENSACION DE UNA MEZCLA DE MULTICOMPONENTES
Correlaciones vapor-líquido en las mezclas.
Aun cuando la regla de la fase ha sido usada sólo de manera cualitativa, es importante en la identificación de los diferentes tipos de problemas de mezclas. Excepto en las mezclas binarias o mezclas de varios compuestos cuyos puntos de ebullición en su condición pura no difieran grandemente, la condensación de las mezclas de vapores tiene lugar sobre un amplio rango de temperaturas. La fracción de la carga total de calor liberada durante un descenso fracciona1 en la temperatura del vapor, no debe ser uniforme en todo el rango de condensación, y esto invalida el uso de la media logarítmica sola o F, X MLDT en el caso del condensador 1-2. La solución de tales problemas requiere la determinación o cálculo de la c u m z d e c o n d e n s a c i ón para la mezcla. Cuando un vapor simple está en equilibrio con su líquido, el vapor y el líquido tienen la misma composición. Para una mezcla, algunos de ¡os componentes son más volátiles que otros (excepto en las mezclas de punto de ebullición constante) y el vapor y el líquido en equilibrio tienen diferente composición, el porcentaje del componente más volátil es mayor en el vapor. La siguiente discusión se aplica particularmente a mezcIas que formen solu cion es ideales, aun cuando se incluyen sugestiones para su aplicación en soluciones no ideales. Una solución ideal, es aquella en la que la presencia de varios componentes no tiene efecto sobre la conducta de cada uno de ellos y que se gobierna por las leyes de Dalton y de Raoult. Para un sistema de esta
naturaleza, la ley de Dalton establece que la presión total es la suma de las presiones parciales en la fase sobre la solución líquida. La ley de Raoult establece que la presión parcial de un componente sobre una solución líquida es igual al producto de su presión como componente puro y su fracción mol en la solución. Esto último no es verdad para soluciones no idéales, en las cuales la presencia de varios componentes tiende a reducir la presión parcial de los otros, de manera que la presión total no es lasuma de los productos de las fracciones mol y la presión de vapor en el estado puro. Materiales de naturaleza electrolítica o iónica, tienen grandes desviaciones de las soluciones ideales. Para una solución ideal:
