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Dest. Fracc . 1 LABORATORIO DE PROCESOS DE SEPARACION EN ETAPAS DE EQUILIBRIOUNIVERSIDAD IBEROAMERICANAPRACTICA DE DESTILACION FRACCIONADAI. OBJETIVOS : Operar una columna de destilación fraccionada tamaño laboratorio, para la separación de unamezcla binaría no ideal.Determinar la eficiencia de la columna, calculando el número de etapas teóricas requeridas deacuerdo con las composiciones de destilado y fondos obtenidas.Usar el método de McCabe-Thiele para realizar los cálculos. II. INTRODUCCION :Generalidades. La destilación es la separación de los constituyentes de una mezcla líquida por medio de lavaporización parcial de la mezcla y la recuperación por separado del vapor y del residuo.Los equipos comúnmente utilizados para llevar a cabo una destilación fraccionada, son las torresde platos, representadas en la figura 1. Fig.1 Torre de Destilación Su funcionamiento es el siguiente: El líquido desciende por la torre bajo la acción de la gravedad,mientras que el vapor asciende debido a la fuerza de una ligera diferencia de presiones de plato enplato. La presión más elevada se produce por la ebullición en el rehervidor inferior.El vapor pasa a través de aberturas en cada plato y entran en contacto con el líquido que circula alo largo del plato. Si el mezclado del vapor y del líquido en los platos fuese suficiente para alcanzarel equilibrio entre las corrientes de vapor y líquido que abandonan el plato, entonces cada platoproporcionaría la acción de una destilación simple. Dest. Fracc . 2 La porción de la torre por encima de la corriente de alimentación se denomina sección derectificación o enriquecimiento. Esta sección sirve para eliminar el componente más pesado delvapor ascendente y enriquecer el producto ligero.La posición de la torre por debajo de la alimentación, se denomina sección de agotamiento y sirveprincipalmente para eliminar o agotar el componente ligero del líquido descendente; purificando elproducto del fondo.Con objeto de obtener un buen contacto entre las fases y proporcionar el necesariodesprendimiento del vapor y líquido entre las etapas, el líquido se retiene en cada plato medianteuna prensa, sobre la que el efluente líquido pasa.Para alcanzar la siguiente etapa, éste efluente líquido desciende a través de un comportamientoseparado, denominado conducto de bajada o desagüe. Es importante hacer notar, que el desagüedebe proporcionar el volumen suficiente y un tiempo de residencia adecuado para que el líquido sedesprenda del vapor arrastrado antes de llegar a la siguiente etapa, como se muestra en la figura 2. Fig.2 Plato Perforado El condensador toma el vapor del domo de la columna y licúa una porción del mismo regresándoloa la torre como reflujo. El condensador mostrado en la figura 1, es un condensador parcial, ya quesolo condensa una fracción del vapor del domo. Usos. La destilación es la operación unitaria más común en cuanto a procesos de separación,generalmente es la primera opción que se analiza cuando es necesario llevar a cabo una Dest. Fracc . 3 separación líquido - líquido dentro de un proceso; ésta se implementa siempre que lascaracterísticas de la mezcla lo permitan.Las torres de platos son utilizadas en el refinamiento del petróleo, donde son uno de los tipos máscomunes. El método de McCabe-Thiele. Los métodos gráficos se utilizan ampliamente para visualizar las relaciones existentes entre unconjunto de variables, y por tanto, de uso general en ingeniería química. Estos métodos son útilesen el diseño de sistemas de contacto por etapas, ya que al calcularse se resuelvensimultáneamente relaciones de equilibrio y balances de materia y entalpia. Las ecuaciones de losbalances de materia y energía pueden representarse conjuntamente en los mismos gráficos.Mediante una adecuada elección de las coordenadas y de las construcciones geométricas sepueden resolver gráficamente los problemas de diseño. Por otra parte, cualquier problemaresoluble por técnicas gráficas, puede resolverse también analíticamente.El método más simple e instructivo para analizar las columnas para destilación binaría, es laaproximación ideada por McCabe-Thiele en (1925). III. EQUIPO El equipo de destilación del laboratorio consiste en lo siguiente:Una columna de destilación Oldershaw, hecha de cristal Pyrex, consistente en una serie de 15platos perforados, 10 en la sección de enriquecimiento y 5 en la sección de agotamiento (pordebajo de la alimentación). Los platos están interconectados también por un conducto bajante. Elvapor ascendente es forzado a través de las perforaciones en cada plato y burbujea en el líquido,produciendo un máximo de contacto.El diámetro nominal de la columna es de 2” y en la sección de enriquecimiento se encuentrarecubierta de chaqueta y vacío, y la de agotamiento de camisa de vidrio y una resistencia. Enambos casos se trata de aminorar al máximo las pérdidas de calor a lo alto de toda la columna.Algunas de las especificaciones de la columna son las siguientes:Diámetro nominal(51 mm) 2”Orificios por plato300Eficiencia operativa por plato a reflujo total65 %Temperatura máxima de operación230 °CNivel de líquido promedio por plato6 mLCaída de presión por plato1.0 mmHgLa torre cuenta con una cabeza de reflujo con indicador de temperatura. El reflujo es controladomediante una válvula solenoide, conectada a un controlador electrónico que regula el tiempo deapertura y cierre de la misma.La alimentación de mezcla a destilar se inicia en una bomba peristáltica, pasa por un rotámetro,posteriormente a un precalentador de serpentín sumergido en un baño de agua caliente, finalmentepasa a un indicador de temperatura para luego entrar a la torre.El reboiler consiste en un matraz de bola de tres cabezas, por una de éstas está conectado a lacolumna y por las otras se mide la temperatura y se toman muestras de fondos utilizando la bomba Dest. Fracc . 4 peristáltica. Incluye una mantilla de calentamiento, la cual está conectada a su vez a un vareador decorriente y voltaje eléctricos tipo autotrasformador (VARIAC).Los vapores de destilado pasan a un condensador, el cual enfría utilizando agua, y de ahí al controlde reflujo, si la válvula se encuentra cerrada, el reflujo será total, mientras que si está abierta, todoel caudal pasará al enfriador y posteriormente al receptor de destilado. IV. TEORIA Un sistema se denomina binario cuando las corrientes entre etapas tienen la propiedad de que lacomposición de cada corriente está determinada, fijando la fracción molar, la másica o lavolumétrica de un componente particular presente.El método de McCabe-Thiele, utiliza el hecho de que la composición en cada punto se describecompletamente por la fracción molar de solo uno de los dos componentes. Se basa en larepresentación de las ecuaciones del balance de masa como líneas rectas en el diagrama XY. Laslíneas se hacen rectas por la suposición de un flujo molar constante: La relación de fases líquidavapor se supone constante de plato a plato.Esta suposición implica que los calores molares de vaporización se suponen iguales para amboscomponentes, que la operación es adiabática y que en general no hay efectos debido a latransferencia de calor.En conclusión, el diagrama XY utiliza únicamente relaciones de equilibrio y balances demasa (Ver Fig. 3). Acercándose rigurosamente a aquellos sistemas en los cuales los efectosenergéticos son despreciables. Fig.3 Zona de rectificación Cuando el reflujo es líquido saturado, en el caso de un condensador parcial, se puede suponer queel flujo de líquido en la sección de rectificación es igual al caudal de reflujo en la parte superior.
