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Destilación

(Método McCabe-Thiele)

Área Académica :Licenciatura en Ingeniería Industrial

Profesor(a):Pérez Sánchez Blasa

Resumen

La destilación se define como la operación básica mediante la cual se separa una mezcla de líquidos de distinta volatilidad, en sus componentes puros. 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.

Para el cálculo del número de etapas necesarias para alcanzar unos rendimientos, utilizaremos el método de McCabe-Thiele.

Abstract

Distillation is defined as the basic operation where a mixture of liquids of different volatility, into its pure components is carried out. In most cases, in vertical cylindrical columns which provide a high number of stages and the processes of evaporation and condensation take place.

To calculate the number of steps it is necessary to achieve yields, use the McCabe-Thiele method.

La destilación es un proceso de separación que consiste en eliminar uno o más de los componentes de una mezcla. Para llevar a cabo la operación se aprovecha la diferencia de volatilidad de los constituyentes de la mezcla, separando o fraccionando éstos en función de su temperatura de ebullición. Se usa para concentrar mezclas alcohólicas y separar aceites esenciales, así como componentes de mezclas líquidas que se deseen purificar.

Alimento Alimento

Acumulador Acumulador

Condensador

Condensador _{DestiladoDestilado}

Residuo Residuo S ec to r de en riq u ec im ie nt o S e ct o r de e nr iq ue ci m ie n to S e ct or d e ag o ta m ie nt o S e ct o r de ag ot am ie n to Caldera Caldera Platos Platos

L_n-2, X_n-2

L_n-1, X_n-1

L_n, X_n

L_n+1, X_n+1

V_n-1, Y_n-1

Plato n-1

Plato n

Plato n+1

V_n+2, Y_n+2 V_n+1, Y_n+1 V_n, Y_n

Nomenclatura

Fig. libro Warren L. Mc Cabe

Nomenclatura Plato

L_n-2, X_n-2

L_n-1, X_n-1

L_n, X_n

L_n+1, X_n+1

V_n-1, Y_n-1

V_n+2, Y_n+2 V_n+1, Y_n+1

V_n, Y_n T

A T

B

Xn Xn-1 Y_n+1 Y_n

Representación de las corrientes que entran y

Balance global:

Balance global:

F: alimentación D: destilado W: residuo

W

D

Total

Componente volátil

Línea operativa sector

enriquecimiento L.O.S.E.

Balance en sección de

enriquecimiento

D L

V_n1  _n 

D n

n n

n

Y

L

X

DX

V





D L DX D L X L V DX V X L Y n D n n n n D n n n

n    _  _

   1 1 1

Balance en sección de agotamiento

Total

Componente volátil

Línea operativa sector

agotamiento L.O.S.A.

R L

V_m1  _m 

R m

m m

m

Y

L

X

RX

V





R

L

RX

R

L

X

L

V

RX

V

X

L

Y

m







_



_

   1 1 1

L.O.S.E. en función de la razón de reflujo

L.O.S.E. en función de la razón de reflujo

Razón de reflujo

D

L

R



1

1

1



_



_



_



_



D D

D D D

n

R

X

R

R

D

L

DX

Xn

D

L

L

Y

Procedimiento de cálculo

(Método gráfico

McCabe- Thiele)

Procedimiento de cálculo

(Método gráfico

McCabe- Thiele)

1. Traza el diagrama de equilibrio del componente

mas volátil (y_i vs x_i).

2. Se traza la diagonal (0,0 ; 1,1).

3. Se localizan los puntos X_R, X_F, X_D los cuales fueron

calculados previamente con los datos del problema y se proyectan sobre la diagonal.

4. Se traza la línea de operación de la alimentación (F) a

partir del punto X_F proyectada en la diagonal, esta línea

de operación puede tener 5 posiciones de acuerdo a las características de dicha alimentación.

a) Alimentación fría, q > 1

b) Alimentación en el punto de burbuja (líquido

saturado), q = 1

c) Alimentación parcialmente como vapor, 0 < q < 1

d) Alimentación en el punto de rocío (vapor saturado), q

= 0

Fracción molar en el líquido, x

Fracción molar en el líquido, x

F ra cc ió n m ol ar e n el v ap or , y F ra cc ió n m ol ar e n el v ap or , y X_F

X_F XX_DD

X_W X_W a b c d e

Imagen libro Warren L. Mc Cabe

5. Se traza la línea de operación superior a partir del

punto (X_D) proyectado sobre la diagonal con la

inclinación ya sea con la formula (punto pendiente o con el reflujo). Aquí se encuentra un punto de intersección en la línea de operación de alimentación (F):

6. Se traza la línea de operación inferior uniendo los

puntos X_R proyectado sobre la diagonal y el punto que

7. Se trazan escalones iniciando desde el punto X

proyectado en la diagonal, primero horizontalmente

hacia la izquierda hasta la curva, luego

verticalmente hasta la línea de operación superior

sucesivamente hasta llegar a la línea de

alimentación, en donde los siguientes escalones se

siguen trazando de la misma forma entre la curva y

la línea de operación inferior.

Si el último escalón no es completo se calcula la

parte proporcional de escalón que le corresponde.

 Se localiza el plato de alimentación como aquel escalón que cruza con la L.A. (línea de alimentación).

 Se cuentan los escalones, identificándolos con platos

Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe )

Fracción molar en el líquido, x

Fracción molar en el líquido, x

F ra cc ió n m ol ar e n e l va p or , y F ra cc ió n m ol ar e n e l va p or , y X_F

X_{F X}X_DD

X_W X_W L.A. L.A. L.O.S.E. L.O.S.E. L.O.S.A. L.O.S.A.

Procedimiento de cálculo (Método gráfico de Mc Cabe )

Fracción molar en el líquido, x

F

ra

cc

ió

n

m

ol

ar

e

n

el

v

ap

or

,

y

X_F X_D

X_W

1

2

3



Se calcula el número de platos reales, conocida

la eficacia de plato (que varía entre 0 y 1). El valor

obtenido se redondea hacia arriba. Así:



Se calculan las necesidades energéticas de la

columna, conocidos los calores latentes de

cambio de estado,



:

reales

platos

número

ideales

platos

número

plato

eficacia

.

.

.

.

.







V

m





V

T

T

C

Referencias

 _{Warren L., Mc Cabe, Smith J. C}

.

Operaciones Unitarias en ingeniería química. España: Mc Graw Hill.

 Geankopolis, Christie J. (1998), Procesos de

transporte y operaciones unitarias (3ra ed.), México: CECSA.

 Foust L.S, Wenzel L.A, Clump C. W & Anderson L. B.

(2006), Principios de operaciones unitarias, México: