DESTILACION .1 TEMA 6.-DESTILACION 1.-Introducción: Operaciones básicas controladas por transferencia de materia 2.-Introducción a la destilación 3.-Equilibrio líquido-vapor 3.1.-La vaporización parcial y la condensación parcial como fundamento de la destilación 3.2.-Leyes relacionadas con las presiones parciales de una mezcla 4.-Métodos de destilación para mezclas de dos componentes 4.1.-Destilación diferencial 4.2.- Destilación flash o de equilibrio 4.3.-Rectificación 5.-Columnas de fraccionamiento 6.-Deteminación del número de platos en una columna de destilación 7.-Relación de reflujo 8.-Bibliografía 1.-Introducción: Operaciones básicas controladas por transferencia de materia Estas operaciones se basan en la existencia del fenómeno de la difusión, por el que un componente de una mezcla se desplaza en el interior de la misma debido a un gradiente de concentración.

Cuando dos fases, que no están en equilibrio respecto a un componente, se ponen en contacto, éste se transfiere de una fase a la otra hasta alcanzar el equilibrio. La fuerza impulsora de la trasferencia es la diferencia o gradiente de concentración. Basándose en la difusión de compuestos entre fases, se pueden diseñar distintos tipos de aparatos que pongan en contacto dos fases con el objeto de conseguir la separación de uno de los componentes de una fase, mediante la acción de la otra fase. La operaciones que en ellos se realizan se agrupan bajo la denominación de operaciones de trasferencia de materia que incluye técnicas como: destilación; absorción, desorción de gases; extracción líquido-líquido; extracción líquido-sólido o lixiviación; y cristalización; como las más importantes.

♦ La destilación tiene como objetivo separar, mediante vaporización, una mezcla líquida de sustancias miscibles de distinta volatilidad. Como ejemplo señalar separaciones de una mezcla de agua/alcohol; fraccionamiento de crudo de petróleo en gasolina, queroseno, fuel oil y aceites lubrificantes; etc.

DESTILACION .2 ♦ En la absorción de gases, una mezcla de éstos se absorbe en un líquido en el que

es gas es más o menos soluble. Como ejemplo, la absorción de amoniaco presente en una masa de aire mediante agua en estado líquido. La operación contraria a la absorción es la desorción o stripping.

♦ La adsorción consiste en separar un soluto de un líquido o un gas mediante

contacto con un sólido adsorbente, cuando la superficie de éste presenta afinidad por el soluto

♦ En la extracción líquido-líquido una mezcla de dos o más componentes se trata

con un disolvente que disuelve preferentemente a uno o más de los componentes de la mezcla. La mezcla tratada se llama refinado; y el disolvente con el cual se trata la mezcla, enriquecido en soluto, es el extracto.

♦ En la extracción sólido-líquido o lixiviación un disolvente líquido disuelve

preferentemente un componente de una mezcla sólida. ♦ La cristalización obtiene materiales en forma de cristales uniformes a partir de

una disolución en la cual se encuentra el compuesto 2.-Introducción a la destilación La separación de mezclas de líquidos en sus componentes es posiblemente el problema más importante de la industria química; siendo la destilación el método generalmente empleado. Las separaciones industriales han de alcanzar unos rendimientos de separación cada vez más altos, asegurar la pureza deseada del producto y todo ello con costes cada vez más bajos. La destilación se define como la operación básica mediante la cual se separa una mezcla de líquidos, de distinta volatilidad, en sus componentes puros; esto se consigue mediante la realización sucesiva de una serie de etapas de vaporización y condensación; en cada una de estas etapas se incrementar la proporción del componente más volátil en la fase vapor.

Esta operación se lleva a cabo, en la mayoría de los casos, en columnas cilíndricas verticales que proporcionan un alto número de etapas en las que tienen lugar los procesos de vaporización y condensación. En este tema se estudiarán los conceptos básicos de la destilación, los distintos métodos de destilación, y el cálculo del número de etapas necesarias para alcanzar unos rendimientos. 3.-Equilibrio líquido-vapor La composición del vapor en equilibrio con un líquido de una composición dada se determina experimentalmente mediante un destilador de equilibrio; la figura 6.1 representa

DESTILACION .3 un diagrama de temperatura-composición a una presión determinada constante. La curva ABC indica la composición del líquido que hierve a una temperatura dada; mientras que la curva ADC se refiere a la composición del vapor a dicha temperatura.

Figura 6.1.-Diagrama temperatura-composición en el sistema benceno-tolueno. (x) fracción molar en el líquido, (y) fracción molar en el vapor, del componente más volátil. Si x e y son la fracción molar del componente más volátil en el líquido y en el vapor respectivamente. Un líquido de composición x1 hervirá a la temperatura T1 (punto B), y el vapor en equilibrio estará representado por el punto D, con una fracción molar y1. Para una composición cualquiera x del líquido, el vapor está mas rico en componente más volátil.

La curva ABC representa los puntos de burbuja, que es la temperatura de la primera burbuja de vapor que escapa de un líquido, que cede calor, a presión constante. La curva ADC representa los puntos de rocío, que es la temperatura de la primera gota de condensado producida al enfriar vapor a presión constante

Figura 6.2.-Diagrama temperatura-composición en el sistema (a) acetona-sulfato de carbono, (b) acetona-cloroformo

DESTILACION .4 En las gráficas de la figura 6.2 puede comprobarse la existencia de una composición crítica, xg, en la que el vapor y el líquido tienen la misma composición; a estas mezclas críticas se denomina azeótropos. Las curvas de las figuras 6.1 y 6.2 se pueden modificar representando la fracción molar del componente más volátil en el vapor (y), frente a la fracción molar del componente más volátil en la fase líquida (x), figura 6.3.

Figura 6.3.-Composición del vapor frente a la composición del líquido, a presión cte. 3.1.-La vaporización parcial y la condensación parcial como fundamento de la destilación En la columnas de destilación se desarrollan una serie de etapas en las que acontecen, simultáneamente, procesos de vaporización parcial y condensación parcial. En ambos casos tiene lugar un enriquecimiento del vapor en el componente más volátil y un descenso de la fracción de éste en el líquido, con lo que se consigue la separación de ambos. Se dispone de una mezcla de benceno y tolueno a presión constante y en un recipiente cerrado. En la figura 6.4 se representa un diagrama de temperatura de ebullición de la mezcla, frente a composición (fracción molar del componente más volátil, x, benceno en el líquido). La curva ABCJ es la curva de ebullición, corresponde a la temperatura en la que aparece la primera burbuja de vapor que escapa del líquido. La curva ADEJ, es la curva de punto de rocío, y es la temperatura de la primera gota de condensado producida al enfriarse el vapor. Una mezcla de dos líquidos, con x2 como fracción del componente mas volátil, se encuentra a temperatura T3, (G); se calienta hasta T2 (B), empieza la ebullición formándose un vapor de composición representada por el punto E.

Si se sigue calentando hasta T`, el líquido y el vapor coexisten en equilibrio, el líquido tendrá una composición representada por L y el vapor una composición representada por N; la composición del líquido varía debido a la pérdida del componente más volátil que pasa al estado de vapor. Como se observa en la gráfica la evaporación parcial del líquido da un vapor más rico, en componente volátil, que el líquido.

DESTILACION .5 Asimismo, si el vapor formado, al alcanza la temperatura T2, punto E, se separa

inmediatamente por condensación, se obtiene un líquido de composición x3 (C), con un enriquecimiento del líquido de componente más volátil.

Por otra parte, si la mezclas siguiera calentándose hasta T1 (D) todo el líquido se

transforma en vapor con una composición igual a la del liquido original. Si el vapor está recalentado, H, al enfriar hasta T1, se forma la primera gota de

líquido con la composición que indica el punto K que refleja una disminución del componente más volátil en el líquido. Si se sigue el enfriamiento hasta T` dará un líquido L y un vapor N que indica un enriquecimiento del vapor en el componente más volátil, al igual que sucedía en la evaporación parcial.

Figura 6.4.-Efecto de vaporizaciones y condensaciones parciales de una mezcla de dos componentes de distinta volatilidad 3.2.-Leyes relacionadas con las presiones parciales en una mezcla

Ley de Dalton, en una mezcla de compuestos en estado de vapor, la presión total es la suma de las presiones parciales

∑= APP PA es la presión ejercida por el compuesto A a la misma temperatura si estuviera en la

misma concentración volumétrica que en la mezcla

Por otra parte, en una mezcla ideal, la presión parcial de un componente de una mezcla será proporcional a la fracción molar del componente en la mezcla (yA)

PyP AA =

DESTILACION .6

Ley de Henry, aplicada a disoluciones diluidas, explica la presión parcial de un soluto líquido A en un disolvente líquido B. La presión parcial de A es proporcional a la fracción molar, xA, del soluto en el disolvente.

AA fxP = xA es la fracción del soluto en el disolvente

Ley de Raoult, relaciona la presión parcial con la concentración en la fase líquida. Se cumple para elevados valores de xA

AAA xPP 0=

0

AP es la presión de vapor de A puro a la misma temperaturaxA es la fracción del soluto en el disolvente

Si una mezcla sigue la ley de Raoult se pueden calcular la fracción del compuesto A en la fase vapor, yA, para diversos valores de la fracción molar de A en la fase líquida, xA; para ello es necesario conocer la presión de vapor de los dos componentes a varias temperaturas.

AAA xPP 0= AA PyP =

Por tanto, PxPy AA

A

0

= y PxPy BB

B

0

=

Como, yA + yB =1 ( )

1100

=−

+P

xPPxP ABAA

00

0

BA

BA

PPPP

x−−

=

Mediante la volatilidad relativa, α, se puede establecer la relación entre la composición del vapor, yA, y la del líquido, xA, en el equilibrio. Si (Volatilidad de un A=PA/xA) y (Volatilidad de B=PB/xB),

AB

BA

xPxP

dBVolatilidadAVolatilida

==α

Como PA=PyA y PB=PyB

AB

BA

xyxy

=α o B

A

B

A

xx

yy α=

DESTILACION .7

Como en la mezclas binarias yB=1-yA y xB=1-xA

A

A

A

A

xx

yy −−

=1

1α ( ) A

AA

xxy

11 −+=

αα ( ) A

AA

yyx

1−−=

αα

Esta expresión permiten calcular la composición del vapor si se conoce x y α. Para

poder efectuar la separación α debe de ser distinto de 1 De otra manera, la volatilidad, para un sistema ideal, puede decirse que es igual a la

presión de vapor del compuesto puro; por tanto la volatilidad relativa será,

0

0

B

A

PP

=α

La volatilidad relativa desciende ligeramente con la temperatura 4.-Métodos de destilación para mezclas de dos componentes Los métodos de poner en práctica la destilación, basados en que el vapor es siempre más rico en componente volátil que el líquido que lo origina, son tres: Destilación diferencial; destilación flash o de equilibrio; y rectificación o destilación fraccional.

La rectificación o destilación fraccional es el método de mayor interés industrial; difiere de los otros dos métodos en que parte del vapor es condensado y devuelto como líquido al destilador, mientras que en la destilación diferencial y la destilación flash el vapor formado se separa del líquido que lo genera. 4.1.-Destilación diferencial Como indica la figura 6.5, la alimentación se introduce en un recipiente calentado a velocidad constante. El vapor formado en la ebullición del líquido se separa del sistema haciéndolo pasar por un refrigerante que lo condensa. Este vapor es más rico en el componente más volátil que el líquido; quedando como componente principal en la fase líquida, el menos volátil. Como la separación se realiza en una etapa, en la que el vapor formado no está en equilibrio con el líquido, la separación completa resulta imposible; se utilizan como separaciones preliminares, cuando no se requieren purezas elevadas, cuando las mezclas se separan fácilmente, cuando se disponen de mezclas relativamente pequeñas (a escala laboratorio).

DESTILACION .8

Figura 6.5.-Destilador diferencial 4.2.- Destilación flash o de equilibrio Cosiste en la vaporización parcial de una alimentación introducida en el destilador a una presión tal que a la temperatura de la alimentación sufre una vaporización instantánea separándose en continuo un líquido y un vapor en equilibrio. Es una separación en una sola etapa y generalmente en continuo. V (nº moles) Vapor (y fracción molar de A) F (nº moles) L (nº moles) Alimentación Líquido (xf fracción molar de A) (x fracción molar de A) En balance de materia sobre el componente más volátil A sería,

F xf = Vy + Lx

Como, F = V + L

Despejando L xyxx

FV f

−−

=

DESTILACION .9

xVFx

VFy f ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −−= 1

Ecuación que representa una línea recta de pendiente VL

VVF

−=−

− que pasa

por el punto (xf, y=xf). Los valores de x e y deben satisfacer la ecuación más los datos de equilibrio líquido-vapor; por lo que estos valores se pueden obtener gráficamente utilizando el diagrama de equilibrio x-y, figura 6.6.

Figura 6.6.-Diagrama de equilibrio para la resolución de destilaciones flash

En la figura 6.7 se encuentran los elementos de una planta de destilación flash, la alimentación se hace circular a través de un calentador (b) impulsada por una bomba (a), reduciendo posteriormente la presión en la válvula (c). Una mezcla intima de vapor y líquido entra en el separador (d), en el que permanece suficiente tiempo para que se separen las dos fases y alcancen el equilibrio. Finalmente, el vapor sale por la línea (e) y el líquido a través de la línea (g).

Figura 6.7.-Destilación flash

DESTILACION .10 La destilación flash se utiliza a gran escala en el refino del petróleo; el petróleo se calienta en calderas tubulares y el fluido caliente se somete a destilación obteniendo un vapor de cabeza y un líquido residual, conteniendo ambas corrientes un elevado número de componentes. 4.3.-Rectificación La destilación flash se utiliza principalmente para separar compuestos con puntos de ebullición muy diferentes; pero no es eficaz en la separación de compuestos de volatilidades parecidas. Asimismo, en la destilación flash se produce un pequeño enriquecimiento, en la fase vapor, del componente más volátil.

La rectificación permite obtener un vapor sustancialmente más rico, que el líquido que queda en el destilador, en el componente más volátil. La rectificación se desarrolla en una columna de fraccionamiento a través de evaporaciones y condensaciones sucesivas a lo largo de la columna. 5.-Columnas de fraccionamiento

En la figura 6.8 se muestra una columna de destilación continua .

Figura 6.8.-Columna de fraccionamiento

DESTILACION .11 La columna tiene una estructura cilíndrica con una serie de platos perforados que permiten el flujo ascendente del vapor; el líquido (reflujo) pasa a través de cada plato descendiendo por un vertedero al plato inferior. El vapor procedente del plato superior pasa a un condensador, parte del condensado se retira como producto D y el resto se devuelve al plato superior de la columna como reflujo. Por otra parte, el líquido presente en la base del la columna, calderín, es calentado mediante vapor o con una corriente de aceite caliente que convierte parcialmente el líquido en vapor que asciende a través de las perforaciones del primer plato y el resto se retira como producto de cola .

Para aumentar la concentración del componente más volátil en el vapor, la corriente

de vapor procedente del calderín se pone en contacto con el líquido hirviente que desciende por la columna (reflujo), este líquido es rico en el componente más volátil y se produce una transferencia de materia del componente más volátil desde el líquido hacia el vapor; y así sucede en cada una de las etapas de la columna.

El reflujo que entra por la parte superior de la columna está a la temperatura de

ebullición; en el resto de la columna el líquido está a temperatura de ebullición y el vapor a temperatura de condensación; la temperatura aumenta a medida que se desciende en la columna debido al aumento de concentración del componente menos volátil.

En cada una de las etapas de la columna algo del componente más volátil se difunde

la fase líquida a la de vapor, y algo del componente menos volátil pasa del vapor al líquido. El calor de vaporización del componente más volátil procede del calor de condensación del componente menos volátil. El enriquecimiento del vapor, de componente más volátil, al atravesar la columna en contacto con el reflujo se conoce como rectificación.

Por tanto, la alimentación se introduce continuamente en la columna obteniendo dos

corrientes de producto; una por la parte superior mucho más rica que la alimentación en el componente más volátil; y otra por la base de la columna con menor proporción del componente más volátil. La alimentación en un proceso continuo se hace a una altura de columna en la que la composición del líquido sea similar a la de alimentación

Figura 6.9.-Esquema de un plato perforado

DESTILACION .12 Una parte importante de la columna de rectificación es el plato, figura 6.9; consiste

en un tamiz horizontal, A, perforado con agujeros de hasta 12 mm de diámetro; un tubo descendente, C, cuya parte superior actúa como vertedero; un tubo, D, procedente del plato superior. El líquido desciende de un tubo a otro a través de los tubos descendentes D y C y de los agujeros del plato. El vapor asciende a través de las perforaciones formando un burbujeo en íntimo contacto con el líquido; debido a las burbujas el vapor y el líquido se encuentran en ebullición.

6.-Deteminación del número de platos en una columna de destilación En un balance de materia o de calor a través de un plato se implica cuatro corrientes, figura 6.10,

Figura 6.10.-Flujos alrededor de un plato

El plato n recibe líquido Ln+1 del plato superior n+1 y vapor Vn-1 del plato inferior n-1

El plato n proporciona líquido Ln al plato n-1 y vapor Vn al plato n+1 En el plato se produce una mezcla de tal manera que el vapor Vn de composición yn, alcanza el equilibrio con el líquido Ln de composición xn. Las corrientes Ln+1 y Vn-1 cuando se encuentran el plato (n) no están en equilibrio y lo que sucede es que parte del componente más volátil se vaporiza del líquido Ln+1 disminuyendo su composición hasta xn, y parte del componente menos volátil de Vn-1 condensa, aumentando la composición hasta yn. El calor necesario para evaporar el componente más volátil de líquido procede de la condensación parcial del vapor de la corriente Vn-1

DESTILACION .13 Cálculo del número de platos, método de LEWIS-SOREL Como se indica en la figura 6.11 se alimenta al destilador una corriente F (xf fracción molar del componente más volátil), de dos compuestos, y se obtiene un producto de cola W (xw fracción molar del componente más volátil) otro de cabeza D (xd fracción molar del componente más volátil). El vapor Vt del plato superior condensa parcialmente y se devuelve a la columna como líquido a la temperatura de ebullición y el resto se retira como producto. Un balance de materia en el plato n (I) daría,

Vn=Ln+1+D y en función del componente más volátil ynVn=Ln+1xn+1+Dxd

d

n

n

n

nn x

VDx

VLy += +

+

11 como se considera que Ln=Ln+1 d

n

n

n

nn x

VDx

VLy += + 1

Esta ecuación relaciona la composición de vapor que asciende, y, de un plato y la composición del líquido del plato, siempre que el plato esté situado por encima de la alimentación.

Figura 6.11.-Balances de materia en la columna Asimismo, un balance de materia en (II), teniendo en cuenta que Lm=Lm+1 Lm=Vm+W y en función del componente más volátil ymVm=Lmxm+1-Wxw

w

m

m

m

mm x

VWx

VLy −= + 1

DESTILACION .14

Esta ecuación relaciona la composición del vapor que asciende de un plato y el líquido existente en él, siempre que el plato esté por debajo del plato de alimentación. Ambas ecuaciones se repiten a lo largo de la columna, utilizando una u otra según se este por encima o por debajo de la alimentación. Cálculo del número de platos, método de McCabe-Thiele Partiendo de que los flujos molares de vapor y líquido son constantes, es decir Vn=Vn+1 y Ln=Ln+1, se obtienen las ecuaciones de enriquecimiento del apartado anterior,

d

n

n

n

nn x

VDx

VLy += + 1 w

m

m

m

mm x

VWx

VLy −= + 1

McCabe y Thiele observaron que estas ecuaciones representan rectas que unen (yn con xn+1) y (ym con xm+1) que se pueden representar sobre el diagrama de la curva de equilibrio y con ello obtener una resolución gráfica de los distintos estadios de equilibrio necesarios para llegar a una separación. En el diagrama de equilibrio de benceno, figura 6.12, la recta de la ecuación

d

n

n

n

nn x

VDx

VLy += + 1 pasa por los puntos 2-4-6-etc; y la recta de la ecuación

w

m

m

m

mm x

VWx

VLy −= + 1 pasa por los puntos 8-10-12-14.

De la ecuación d

n

n

n

nn x

VDx

VLy += + 1 ; si (xn+1=xd) se obtiene,

dd

n

d

n

nn xx

VDx

VLy =+=

Esta ecuación representa una recta que pasa por el punto yn=xn+1=xd.

Si xn+1 se hace cero, entonces d

n

n xVDy = con lo que se obtiene otro punto fácil para

determinar. Resumiendo, la línea de operación superior pasa por los puntos, (xd, xd) y [0, (Dxd/Vn)]

La línea inferior de operación responde a la ecuación w

m

m

m

mm x

VWx

VLy −= + 1

Si xm+1=xw, la ecuación anterior pasa a ecuación

w

m

w

m

mm x

VWx

VLy −=

Como Vm=Lm-W , luego ym=xw.

DESTILACION .15 Resumiendo, la línea de operación inferior pasa por el punto (xw, xw) y tiene una pendiente (Lm/Vm).

Figura 6.12.-Curva de equilibrio del benceno y trazado de las líneas de operación Una vez trazadas las líneas de operación el número de platos requeridos se determina trazando escalones desde la línea de operación y la curva de equilibrio. Como ejemplo está la gráfica de la figura 6.13, referida al cálculo del número de platos de una columna de rectificación para separar una mezcla de benceno y tolueno con una alimentación de composición xf=0,4; la composición xd del producto de cabeza debe de ser 0,9 y la del producto de cola xw=0,10. Con una relación de reflujo Ln/D=3. El punto 16 de la figura representa la concentración del líquido del calderín. El punto 15 representa la concentración del vapor. El punto 2 representa la concentración en el plato superior, el vapor procedente de este plato tiene la concentración que indica el punto 1; el condensador condensa el vapor totalmente y da un producto con la misma concentración y que viene representado por A Este sistema no es aplicable cuando la volatilidad relativa es inferior a 1,3 o superior a 5 o cuando son necesarios más de 25 platos; en estos casos se emplea el método de Ponchon-Savarit.

DESTILACION .16

Figura 6.13.-Cálculo del número de platos por el método de McCabe-Thiele

El lugar geométrico de intersección de las líneas de operación depende de la temperatura y condiciones físicas de la alimentación. Si las dos líneas de operación se cortan

en un punto (xq, yq), las ecuaciones d

n

n

n

nn x

VDx

VLy += + 1 ; w

m

m

m

mm x

VWx

VLy −= + 1 se pueden

escribir,

dqnqn DxxLyV += y wqmqm WxxLyV −=

( ) ( ) ( wdqnmnmq WxDxxLLVVy +−−=− )

nmnm −−=−

Haciendo un balance de materia en el plato de alimentación,

nmmn VLVLF +=++ ; V FLLV La relación entre Ln y Lm se puede obtener a partir de un balance de entalpía en el plato de alimentación.

♦ Si la alimentación se encuentra en estado líquido a temperatura de ebullición, el reflujo Lm que llega al plato inferior será Ln+F

DESTILACION .17

♦ Si la alimentación es líquida a temperatura inferior al punto de ebullición, Tf, parte del vapor que asciende desde el plato inferior condensará para proporcionar el calor suficiente para que el líquido de alimentación alcance la temperatura de ebullición.

El calor que debe suministrarse para llevar la alimentación al punto de ebullición

viene dado por la expresión, F(Hfs-Hf); siendo Hf la entalpía de un mol de alimentación y Hfs la entalpía de un mol de alimentación a la temperatura de ebullición.

El número de moles de vapor que condensan para ceder este calor será F(Hfs-Hf)/λ; siendo λ el calor latente de vaporización. El líquido de reflujo será,

( ) qFLHHFLHHFFLL nffs

nffs

nm +=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

+=−

++=λ

λλ

Donde q=(calor necesario para vaporizar un mol de alimentación/calor latente molar de la alimentación) De la ecuación se obtiene FLLVV nmnm −−=− FqFVV nm −=− Un balance de materia, en la columna, del componente más volátil de,

wdf WxDxFx +=

La ecuación ( ) se convierte en, ( ) ( wdqnmnmq WxDxxLLVVy +−−=− )

( ) fqq FxqFxyqF −=−1 o 11 −

−−

=q

xxq

qy fqq

A esta ecuación se le denomina como ecuación de la línea de alimentación, o línea q. Si xq=xf y por tanto yq=xf; la recta pasa por el punto (xf, yf) y tiene una pendiente q/(q-1). En la figura 6.14 se muestra la línea de alimentación y el efecto sobre la intersección de las líneas de operación. Alimentación como líquido frío q>1 línea q ⁄

Alimentación a temp. Ebullición q=1 línea q ⎢ Alimentación parcialmente vap. 0<q<1 línea q \ Alimentación como vapor saturado q=0 línea q ⎯ Alimentación como vapor sobrecal. q<0 línea q ⁄

DESTILACION .18

Figura 6.14.-Estado de la alimentación y efecto sobre la intersección de las líneas de operación 7.-Relación de reflujo La relación entre el reflujo de la parte superior y el producto de cabeza (Ln/D), figura 6.11, se representa por R; por lo que la ecuación de la línea de operación,

d

n

n

n

nn x

VDx

VLy += + 1 se puede expresar como

1111

++

+=

++

+= ++

Rxx

RRx

DLDx

DLLy d

nd

n

n

n

nn

Si se conoce R la línea superior de operación se traza uniendo el punto A (xd, xd) con el punto B [0, xd/(R+1)]. La columna funciona en condiciones de reflujo total cuando no se retira nada de producto (D=0) Cualquier variación en R modifica la línea de operación y hace cambiar el número de platos necesarios para la separación. Para efectuar una determinada separación la relación de reflujo se puede elegir arbitrariamente dentro de unos límites.

Si la relación es muy grande se necesitan pocos platos pero la columna ha de ser muy grande para dar una cantidad de destilado. Si la relación de reflujo disminuye, aumenta el número de platos y no existe enriquecimiento apreciable entre cada plato; por lo que es necesario definir un reflujo mínimo por debajo del cual no se debe operar.

DESTILACION .19 La ecuación de Underwood y Fenske permite calcular analíticamente el reflujo mínimo, para mezclas ideales,

( )( ) ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−−

−−

=f

d

f

dm

xx

xxR

11

11 α

α

8.-Bibliografía • COULSON J.M./RICHARDSON J.F. "Ingeniería Química" Vol 1 y 2. Ed. Reverté

(1979-81). • McCABE W.L./SMITH J.C. "Operaciones Básicas de Ingeniería" Ed Reverté (1991) . • MUÑOZ V. "Química Técnica" Ed. U.N.E.D. (1985). • VIAN A. "Elementos de Ingeniería Química" Ed. Alhambra (1975).