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Fondamenti delle operazioni unitarie dell’industria chimica Distillazione - parte prima
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Fondamenti delle operazioni unitarie dell’industria chimica
Distillazione - parte prima
Xa= 0.45
ya= 0.66
T1= 367.5 K
T2= 373.5 K
A
A’
L V C
HV
Q
HL
H2 H1
HF
H J/mol
Q W
F mol/s
H1 = H2
Vaporizzazione flash
F
F
FF
F
F
zx
zy
V
L
;zyVxzL
Vy;LxzVL
Vy;LxFz
V;LF
y= 0.50
x= 0.29
zF= 0.45
-L/V = -0.192
-L/V = -
-L/V = 0
ymax= 0.67
F
F
zx
zy
V
L
Assegnato un rapporto L/V, bilancio di materia ed equilibrio chiudono il problema: si determinano x, y (e viceversa).
Q = ?
LF
VF
VFFL
VLF
VLF
VLF
HFQH
HFQH
V
L
F
QHH
F
QHH
V
L
HHV
L
F
Q
V
VLH
V
VL
HHV
L
V
QHV
F
VHLHQFH
Assegnato un rapporto L/V, bilancio entalpico ed equilibrio chiudono il problema: si determinano x, y (e viceversa).
Il problema si può risolvere completamente per via grafica su un H-x con annesso y-x.
zF= 0.40 F
F’
HF
HF+Q/F
-L/V
Esercitazione numerica n. 3 – Distillazione
1) Una miscela liquida (50% in moli di n-eptano, 50% n-ottano) a 30 °C deve essere vaporizzata in continuo in un uno stadio flash ad 1 atm per ottenere il 60% di vapore. Determinare la composizione delle fasi ottenute e la temperatura dell’apparecchiatura.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
xa
ya
T, °C
zF = 0.5
V/F = 0.6 L/F = 0.4
-L/V = -0.4/0.6 = - 0.67
x = 0.34
y = 0.605
T = 111 °C
Esercizio aggiuntivo
A liquid containing 60 mol% toluene and 40 mol% benzene is continuously distilled in a single equilibrium stage at 1 atm. What percent of benzene in
the feed leaves as vapor if 90% of the toluene entering in the feed leaves as liquid? Assume a relative volatility of 2.3 and obtain the solution graphically.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
ya
xa
1x1α
αxy
y1
x1
x
y
x1
y1x
y
α
Assume a relative volatility of 2.3
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0y
a
xa
A liquid containing 60 mol% toluene and 40 mol% benzene zF = 0.4
90% of the toluene entering in the feed leaves as liquid
Base: F = 100 0.9*0.6*100 = L(1-x) 54 = L(1-x) 6 = V(1-y) -L/V = (54/6)(1-y)/(1-x) -L/V = 9(1-y)/(1-x)
Procedura grafica Si assume –L/V Si legge (x,y) dell’intersezione fra retta di lavoro e curva di equilibrio Si verifica se torna -L/V = 9(1-y)/(1-x) Si itera fino a convergenza
x
y
Distillazione frazionata
D, xD L, x0 = xD
R = L/D
V1,y1
x1
y2
n
1
2
Ln
xn
Vn+1
yn+1
b)Vn+1yn+1= Lnxn +DxD a)Vn+1= Ln +D
Assunzioni di McCabe & Thiele
1. Calori latenti di vaporizzazione circa costanti; 2. Variazioni di calori sensibili (CpT) e di miscela trascurabili rispetto a quelle dei calori latenti;
3. Colonna praticamente adiabatica; 4. Perdite di carico trascurabili (colonna isobara).
Ln-1= Ln
n
Ln
xn
Vn+1
yn+1
Ln-1
Xn-1
Vn
yn Qloss
Vn+1yn+1= Lnxn +DxD
In base al bilancio di materia totale a), se L è costante, allora lo è anche V
Vyn+1= Lxn +DxD
yn+1= (L/V) xn +(D/V)xD
yn+1 = (L/V)xn +(D/V)xD
D, xD L, x0 = xD
R = L/D
V, y1
V = L + D
yn+1 = L/(L+D)xn +D/(L+D)xD
yn+1 = R/(R+1)xn +xD/(R+1)
yn+1 = R/(R+1)xn +xD/(R+1)
xD, xD
xD/(R+1)
R= L/D R = 0
R =
B, xB
yN
m
N
m+1
V, yB
LN,yN
V, ym+1
L,
xm
a) Vym+1= Lxm -BxB
B, xB
V, yB
LN,yN
b)V = L - B
Vym+1= Lnxm - BxB
ym+1=(L/V)xm –(B/V)xB
xB, xB
(a) Liquido sottoraffreddato; (b) Liquido saturo; (c) Misto liquido e vapore; (d) Vapore saturo; (e) Vapore surriscaldato.
V L
F V
L
LV
FV
VFVL
FVL
FVL
VLVLF
HH
HH
F
LL
HHF
HLL
F
HLL
HF
HVV
F
HLL
FHHVVHLL
VHHLHVLHFH
VLVLF
LV
FV
HH
HH
F
LLq
