19/10/2010

Universidad de Los Andes

Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Química
Dpto. de Operaciones Unitarias y Proyectos

DESTILACION CONTINUA

Prof. Yoana Castillo

yoanacastillo@ula.ve
Web:http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/yoanacastillo/

CONTENIDO
ƒ Separación en un etapa.
ƒ Etapas múltiples.
múltiples
ƒ Etapas en cascada.
ƒ Destilación Continua.
ƒ Equipos de Destilación
ƒ Internos de columna.
ƒ Destilación Continua Binaria.
ƒ Mét d de
Método d McCabe-Thiele.
M C b Thi l

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SEPARACION EN UNA ETAPA

… en capítulo anterior Destilación Instantánea

• Operación
O ió simple
i l
• Separación limitada.
V1 ¿Cómo obtener mayor separación?
Agregar más separadores
F 11 V2

2 Presiones: P1>P2
L1 Temperaturas: T1< T2
L2

SEPARACION EN
MÚLTIPLES ETAPAS

ETAPAS MÚLTIPLES Y CASCADA

V1 V1
V2 V2
1 Uso de Compresores
1

V3 2 L1 V3 L1
2
¿Composición de
L2 Corrientes intermedias?
L2
F 3 V4
1

Requieren de mayor F 3 V4
1

separación. Solución:
R i
Recircularlas
l l all fl
flash
hdde V5
4 V5 4
etapa anterior.
L3 L3
5 5
L4 Uso de válvulas
L4
L5 L5

ETAPAS MÚLTIPLES ETAPAS EN CASCADA

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ETAPAS EN CASCADA
• Operación en contracorriente.
• No hay productos intermedios.
intermedios
V1
• Productos finales: TOPE Y FONDO con mayor pureza.
V2
• Presenta la desventaja que la presión es variable y 1
requiere de compresores. Costos. Solución Ingenieril:
Trabajar a presión constante y variar la temperatura. V3 2 L1
• Uso de intercambiadores de calor para evaporar
L2
parcialmente las corrientes líquidas o poner en contacto
F 3 V4

1
directo las corrientes de vapor y líquido para que haya
transferencia de calor y masa.
masa V5
4
• La simplificación de las etapas en cascada con la L3
construcción de todo el sistema dentro de un solo equipo
5
(Columna) el cual es un aparato más sencillo y menos L4
costoso. COLUMNA DE DESTILACIÓN.[1,2]
L5

DESTILACIÓN
• Operación unitaria que permite la separación de
componentes de una mezcla cuando hay una diferencia
de volatilidades entre ellos, se basa en el equilibrio de
fases líquido y vapor.
• Es el método de separación más común en la industria
de procesos químicos (90-95% de las separaciones en
industrias).
•El componente más volátil tiende a concentrarse en el
vapor.
• El componente menos volátil se concentra en el
líquido.
• Cuando α=1 y/o algún componente es térmicamente
inestable No es aplicable la destilación .[1,2]

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COLUMNA DE DESTILACIÓN
• La columna es de metal y tiene corte
transversal circular. Condensador Total

• Contiene
C ti etapas
t ((platos
l t o empaques))
donde se efectúa el contacto entre el Overhead vapor Acumulador
líquido y el vapor.
• El líquido drena por gravedad y llega 1 Destilado, D
Reflujo
al rehervidor donde se produce un Sección de
vapor y líquido (Fondo) en equilibrio. 2
Rectificación
El vapor se recircula y asciende
llegando a un condensador del cual se Alimentación
f Etapa de alimentación
retira un líquido (Destilado) y parte se
devuelve al tope de la columna como
un reciclo o Reflujo.
Sección de
• Diámetro de la columna depende del Despojamiento N
flujo. (0.3< Dc <10m) [3] Rehervidor

• Altura depende del grado de

separación deseado. (3 <H<75m) [3]
Fondo, B

Fotografía de planta Industrial de Agua

Pesada situada en Arroyito. Argentina

Fotografía de Refinería de Amuay. Venezuela

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Internos de la columna de destilación

• Platos
Contacto líquido-vapor
líquido vapor • Empaques

En general:

Platos
Se usan siempre en columnas de gran
diámetro y torres con mas de 20 etapas. [4]

Empaques
Columnas con diámetros <0.6m
Medio es corrosivo.
Destilaciones al vacío (mantener baja caída de Presión)
Líquido tiende a formar espumas.

Platos Perforados

plato

Configuración de plato

Bajante

Bajante

Bajante
Espuma

Plato
Plato

Fujo de líquido en azul. Flujo de vapor en rojo

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Platos con válvulas

Válvula o campana
Plato

Platos con campanas de borboteo

campana
rejillas

plato campana

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Empaques

Estructurado

Con soporte

Aleatorio

Fuente: www.koch-glitsch.com

DESTILACION CONTINUA BINARIA

METODO DE Mc CABE THIELE [1,2]
Desarrollado en 1925, es un método de solución grafico donde se trazan líneas
rectas por sección (líneas de operación) en un diagrama y-x para obtener el
número de etapas para lograr la separación, es aplicable a mezclas binarias.
Consideraciones del método:
• Operación adiabática.
• No hay efecto de entalpía de mezclado y se desprecia el efecto del calor
sensible.
• Existencia de FLUJO MOLAR CONSTANTE en cada sección de la columna.
Calores de vaporización por mol constantes, no dependen de la concentración.

Balance en moles:
F = D+ B
1 Reflujo Destilado
2
D, xD Balance en el componente más volátil
Alimentación
f FzF = x D D + x B B
F, zF
N

Fondo

B,

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Balance en la zona de Rectificación o

Enriquecimiento

V = D+L
V .Yn +1 = L.xn + D.xD
L D
1
Yn +1 = . xn + . x D
Reflujo, Destilado V V
Lo xD
n Definiendo la Relación de Reflujo R:
L
R=
L V D
xn yn+1
L L L/ D R
= = =
V L + D L / D + D / D R +1

D D 1
= =
V L + D R +1
Poniendo todo en función del reflujo

R 1
y= x+ x Recta de Operación de la zona de Rectificación.
R +1 R +1 D Intercepta a línea auxiliar Y=X en el punto x=XD

Balance en la zona de Rectificación o

Enriquecimiento

R 1
y= x+ x
R +1
1 1 D
R +1

y1

Curva de equilibrio
Línea de Operación de Rectificación
Pendiente=L/V=R/(R+1)
y

1
y= x
R +1 D
Linea 45°

x x1 x0=xD

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Balance en la zona de Agotamiento o

Despojamiento

L´ V´ L´= V ´+ B
xm ym+1
L´.xm = V ´.ym +1 + B.xB
m+1 L´ B
Ym +1 = . xm − . x B
N
V´ V´
Fondo Definiendo la Relación de Reflujo R´:
B, xB
V´
R´=
B
Poniendo todo en función del reflujo

R´+1 1 Recta de Operación de la zona de Agotamiento.

y= x − xB Intercepta a línea auxiliar Y=X en el punto x=XB
R´ R´

Balance en la zona de Agotamiento o

Despojamiento

R´+1 1
y= x − xB
R´ R´

Ym+1

y Equilibrio

yN

Línea de Operación de Agotamiento

Pendiente=L´/V´=(R´+1)/R´
yB
45° line

x xN xm
B
x

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Balance en la zona de Alimentación

V L
F + L + V ´= L´+V
F .hF + L.hL + V ´.H V ´ = L´.hL´ + V .H V
F .hF + hL (L − L´) = H V (V − V ´)
Alimentación
f
F, zF
Definiendo la Condición Termodinámica q
V´ L´ L´− L H V − hF L´− L
q= = =q
F H V − hL F

Línea de Operación de Alimentación

V .Y = L.x + D.xD Línea
ea de Ope
Operación
ac ó de Rectificación
ect cac ó

V ´.Y = L´.x + B.xB Línea de Operación de Agotamiento

y (V − V ´) = x(L − L´) + z F .F
y ( F + L − L´) = x.(− q.F ) + z F .F
q z
y=− x+
1− q 1− q

Balance en la zona de Alimentación

q z
y=− x+
1− q 1− q
y

Alimentación Zf
q>1 Líquido subenfriado
q=1 Líquido saturado
0<q<1 Mezcla Líquido Vapor
q= 0 Vapor Saturado
q<0 Vapor sobrecalentado

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Rectas de Operación

R 1
Equilibrio y= x+ x L.O.R
R +1 R +1 D
yN y=−
q
x+
z
L.O.Alim.
1− q 1− q

yB R´+1 1
y= x − xB LOA t
L.O.Agot.
45° line R´ R´

xB x=zF xD

Trazado de etapas.

Equilibrio

Corrientes en equilibrio

Corrientes pasantes LOE

L.O.E

Linea 45º

Unir composiciones de corrientes pasantes con las de equilibrio por medio de escalones

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Etapa óptima de alimentación

Equilibrio

Si está especificado el número de etapas, la

1 posición que da mayor separación entre la
composición de tope y fondo.
y Si no está especificado el número de etapas,
2
es la posición que minimice el número de
etapas.
yN
3

4 En la figura se tiene que la

etapa 2 es la etapa óptima de
alimentación.
yB

xB xD
x=zF

DESTILACION CONTINUA INDUSTRIAL

Mc Cabe-Thiele Utilidad Pedadógica

Mezclas
Ecuaciones,
Multicomponentes
Simuladores.

Columna de destilación en Mejorador del Complejo Jose,

Estado Anzoátegui

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REFERENCIAS

[1] WANKAT, P. “Ingeniería de procesos de separación”. 2da edición.

Pearson Educación
Educación. México
México, 2008
2008. Capítulo 3.3
[2] JUDSON KING. C. “ Procesos de Separación”. Ediciones Repla, S.A.
México, 1988. Capítulo 4.
[3] COULSON J, RICHARDSON J. “Chemical Engineering volume 2:
Particles Technology and Separation Processes” 5ta edición. Pág
542.
[4] SEADER, J; HENLEY E. “Operaciones de Separación por etapas de
equilibrio en ingeniería química”. Editorial Reverté, S.A. México,
2000.
2000

Fotografías tomadas de imágenes de Google, palabras claves:

distillation column, sieve tray column, packing column.

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