Lizbet Castañeda Sandoval

Adriana Cruzado Hernández

Elizabeth Hernández Santisbon

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

PROCESOS DE SEPARACION III

DEFINICIÓN:

Las columnas de destilación empacadas consisten en una torre llena de

lo que se denomina cuerpos de rellenos o empaques, que permite el

contacto intimo entre el liquido y su vapor al desplazarse el liquido sobre

la superficie de los cuerpos de relleno en contracorriente con el vapor.

Son particularmente útiles en destilaciones a baja presión y cuando la

retención del líquido debe ser pequeña, como en la destilación de

materiales sensibles al calor cuya exposición a temperaturas elevadas se

debe minimizar.

COMPARACIÓN ENTRE UNA COLUMNA DE

PLATOS Y UNA EMPACADA

Comparando el funcionamiento de una columna de platos con una empacada, se

observa que en la de platos hay una variación discontinua de la concentración de

un plato a otro, mientras que en la de relleno esta variación es continua a lo largo

de toda la columna.

Los balances de energía y entalpia son a aplicados a las columnas de platos son

igualmente aplicables a las de relleno, teniendo en cuenta que a en estas hay que

referirlas a un elemento diferencial de volumen limitado por dos secciones

normales de la torres infinitamente próximas.

ALTURA EQUIVALENTE A UN PLATO

TEÓRICO

Se denomina altura equivalente a un plato teórico (HETP) a la altura de relleno

necesaria para que las concentraciones del liquido y el vapor que salen de él sean

las correspondientes a las condiciones de equilibrio. Esta magnitud hay que

determinarla experimentalmente, y es función del tipo y tamaño del relleno, de

los flujos del liquido y el vapor, y para algunas mezclas de su composición.

ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN

El funcionamiento de una columna de relleno de acuerdo con el mecanismo de

transporte de materia entre fases, la altura Z de relleno necesaria para efectuar

una separación determinada, vienen dadas por el producto del numero de

elementos de transmisión por la altura del elemento de transmisión.

Si consideramos que la resistencia principal al transporte de materia se encuentra

en la capa gaseosa, el numero global de elementos de transmisión (𝑁𝑂𝐺) y la

altura del elemento de transmisión (𝐻𝑂𝐺) vienen dadas por las expresiones:

𝑁𝑂𝐺 = 𝑑𝑦

𝑦´ − 𝑦

𝑌2

𝑌1

𝐻𝑂𝐺 = 𝐺

𝐾𝐺𝑎 Ecuación 1 Ecuación 2

Si consideremos que la principal resistencia al transporte de materia se encuentra

en la fase liquida, entonces:

Donde:

a es el área de superficie de relleno por unidad de volumen

KG y KL son los coeficientes globales relacionados con los coeficientes de

transporte kG y kL y la pendiente de la curva de equilibrio, por las expresiones

𝑁𝑂𝐿 = 𝑑𝑥

𝑥´ − 𝑥

𝑋

𝑋1

𝐻𝑂𝑙 = 𝐿

𝐾𝐿𝑎 Ecuación 3 Ecuación 4

1

𝐾𝐺=

1

𝑘𝐺 +

𝑚

𝑘𝐿 Ecuación 5

1

𝐾𝐿=

1

𝑘𝐿 +

1

𝑚𝑘𝐺 Ecuación 6

EJERCICIO

Una mezcla acido acético-agua, de concentración 0.55 en fracción molar de

acético, entra como alimentación a su temperatura normal de ebullición a una

columna de rectificación empacada, al objeto de separarla en un producto de

cabeza con composición 0.95 y de colas 0.03.

Si se trabaja con una relación de reflujo de 0.85 y para el empaque empleado en

las condiciones de operación HOG = 30 cm. Determínese:

a) Las rectas de operación

b) El numero de elementos de transmisión

c) La altura necesaria de empaque

F = 100 moles

XF = 0.55

D = ?

XD = 0.98

W = ?

XW = 0.003

DIAGRAMA

a) Las rectas de operación:

Se realiza un balance de materia.

𝐹 = 𝐷 +𝑊 𝐷 = 100 −𝑊

Sustituyendo :

(1) 100 = 100 −𝑊 + 𝐷

(2) 100𝑋𝐹 = 𝐷𝑋𝐷 +𝑊𝑋𝑊

100 0.55 = 0.95𝐷 + 0.003𝑊

Resolviendo el sistema de dos ecuaciones:

55 = 95 − 0.95𝑊 + 0.003𝑊

40 = −0.92𝑊

𝑊 = 43.5 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠

𝐷 = 56.5 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠

Relación de 𝐿

𝑉 = 0.85

D = 𝑉 − 𝐿 1

𝑉 Ecuaciones:

L´= L+F

𝐷

𝑉 = 1 -

𝐿

𝑉 V´= L´- W V = L+D

𝐷

𝑉 = 0.15 Resolviendo :

V - L= 56.5 V = 56.5 + L

L= 0.85V V = 56.5 + 0.85V V = 376.5 moles

V – L = 56.5

-L = 56.5 - V

L = 320 moles

L´= L + F 320 + 100 = 420 moles

V´ = L´- W 420 - 43.5 = 376.5 moles

Sustituyendo en las ecuaciones para las rectas:

𝑌𝑛 =𝐿

𝑉𝑋 +

𝐷

𝑉𝑋𝐷 𝑌𝑚 =

𝐿´

𝑉´ X +

W

V´Xw

𝑌𝑛 = 0.85𝑥 + 0.1425 seccion superior

𝑌𝑚 = 1.1155𝑥 + 0.00346 seccion inferior

Z = 𝑁𝑂𝐺𝐻𝑂𝐺 = (15.96)(0.30) = 4.80 𝑚

b) Numero de transmisiones