2.-Distillazione: basis design

Universit degli Studi di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Chimica e dei Materiali

Impianti Chimici a.a. 2014-2015

La distillazione

vapore

V, yi

L, xi

vapore

V0

L0

acqua

V1

L1

acqua

Vn-1

Ln-1

acqua

Vn

Ln

Piccole (infinitesime) quantit di vapore ottenuto in ogni stadio

Aumentando il numero degli stadi (n) aumenta la purezza ottenibile



vapore

V0

L0

acqua

V1

L1

acqua

Vn-1acqua

Vn

Ln

L1 Lm-1

Lm-2vapore

V1

vapore

Vn-2

Vm-1

Lm

Ln-1

vapore

Vm

Processo per la produzione di due composti di richiesta purezza con rispettivamente n e m stadi (ma con numerosi prodotti intermedi e lutilizzo di un gran numero di apparecchiature di scambio termico)



V0

L0

V1

L1

Vn-1acqua

Vnyn

Ln

L1 Lm-1

Lm-2

V1

Vn-2

Vm-1 Vm

Ln-1

vapore

L2 1

n-1

n

1

m-1 m

V2

Lm xm



La distillazione pu essere considerata come una serie di flash in cui il liquido e i l v a p o r e s i m u o v o n o i n controcorrente. In ogni stadio le correnti di liquido e vapore entranti si miscelano e le correnti uscenti possono essere considerate allequilibrio.

Il vapore uscente dallultimo stadio viene condensato e parzialmente rinviato in colonna come riflusso.

Il liquido uscente dallultimo stadio viene parzialmente vaporizzato e rinviato in colonna.



Determinazione del numero di stadi

Determinazione del numero di stadi con il metodo analitico-grafico di McCabe-Thiele.

Si suppone che le portate di liquido e vapore siano costanti nella sezione di arricchimento e in quella di esaurimento della colonna.

F = D+BFxF = DxD +BxW



Equazioni per la sezione di arricchimento

Dnnnn

nn

DxxLyVDLV

+=

+=

++

+

11

1

DLR

xDL

DxDL

L

xVDx

VLy

n

Dn

nn

n

Dn

nn

nn

=

++

+

=+=++

+

111

Dnn xRx

RRy

11

11 ++

+=+



Nel caso di portate costanti lequazione della sezione di arricchimento una retta.

Passa per il punto sulla diagonale x=xD, ha pendenza Ln/Vn+1 (R/R+1) e interseca lasse delle ordinate nel punto xD/R+1



Equazioni per la sezione di esaurimento

WVR

xVWx

VWVy

xVWx

VLy

WxxLyVWLV

m

Wm

mm

mm

Wm

mm

mm

Wmmmm

mm

/11

11

111

11

1

=

+

=

=

=

=

++

++

++

+

++

+

Wmm xRx

RRy 111 +

=+



Nel caso di portate costanti lequazione della sezione di esaurimento una retta.

Passa per il punto sulla diagonale x=xW, ha pendenza Lm/Vm+1 e interseca lasse delle ordinate nel punto -xW/



Stadio di alimentazione Lo stato fisico dellalimentazione determina la relazione fra Vn e Vm cos come fra Ln e Lm.

Lalimentazione definita attraverso il parametro q:

LV

FV

HHHHq

ionevaporizzazdilatentecaloreinizialicondizioniallemolevaporizzaracessariocaloreneq

=

=

1

q=1 liquido saturo

q=0 vapore saturo

q1 liquido sottoraffreddato



Il parametro q pu essere anche visto come il numero di moli di liquido saturo prodotte per ogni mole alimentata alla colonna:

FqVVqFLL

mn

nm

)1( +=+=

Lalimentazione rappresenta il punto di raccordo fra la sezione di arricchimento e di esaurimento:

Wmm

Dnn

WxxLyVDxxLyV=

+= ( ) ( ) ( )WDnmnm WxDxxLLyVV +=



( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

( )

11

1

=

=

+

=

+=

qxx

qqy

xqxyqFWxDxx

FLLy

FVV

WxDxxLLyVV

F

F

WDnmnm

WDnmnm

Retta di alimentazione



Per x=y la retta di alimentazione passa per il punto x=y=xF



Posizione dellalimentazione



Rapporto di riflusso Solitamente nella distillazione di una miscela binaria, le condizioni dellalimentazione, la composizione del distillato e del residuo sono note, occorre determinare il numero degli stadi .

Riflusso totale

R=

La pendenza della retta di lavoro superiore pari ad uno per cui coincide con la diagonale.

Il numero di stadi corrispondente il minimo possibile.



Riflusso minimo

R=Rmin Al diminuire del rapporto di riflusso la retta di lavoro superiore si sposta dalla diagonale fino a raggiungere la curva di equilibrio.

In questa situazione il numero di stadi corrispondenti infinito.

Al rapporto di riflusso minimo corrisponde anche la minima quantit di vapore in colonna e quindi la minore dimensione del condensatore e del ribollitore.



Rapporto di riflusso effettivo Nel caso di riflusso totale il numero di piatti minimo ma il diametro infinito cos come il costo corrispondente. Nel caso in cui il riflusso sia minimo il numero di stadi infinito e il costo corrispondente sar infinito.



C.J. Geankoplis Transport Processes and Deparation Process Principles 2003, Prentice Hall

E. Sebastiani Lezioni di Impianti Chimici I 1987, Siderea R.K.Sinnott Coulson &Richardsons Chemical Engineering Vol.6, 3 ed. 1999, Butterworth Heinemann

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