Fondamenti delle operazioni unitarie dell’industria chimica
Distillazione - parte terza
Riflusso sottoraffreddato
Rint = R+R’
R
R’
VAP
sub
L
P'
int
VAP'
sub
L
PΔH
ΔTC1RRRR ;ΔHRΔTRC
Condensatore parziale
3
2
1
V’
V
L’
L
V L
F1 (vap. saturo)
F2 (liq. saturo)
F1 (vap. saturo)
V’ = V – F1
F2 (liq. saturo)
L’ = L
Prelievo intermedio (side stream)
V’
V
L’
L
V L
LS
F
V’
V
L’
L
V L
LS
F
DxV
Dx
V
Ly
'
DSS
'
'
'
S
'
V
DxxLx
V
Ly
VV
L-LL
VV;LLL
V
DxxLx
V
Ly
V
Dxx
V
Ly
'
S
'
'
DSS
'
'
D
Intersezione tra le due rette
Le due rette Passano per x = xS
Vaporizzazione flash multicomponente
Miscela ideale yj =mjxj
Bilanci di materia L/V=(yj –zj,F)/(zj,F - yj /mj)
zj,F(L/V+1) Ricavando yj yj = 1+ (L/V)/mj
Schema di calcolo 1) Fissare un L/V 2) Calcolare gli yj
3)Verificare se yj = 1
3) Un liquido di composizione molare 50% benzene (A), 25% toluene (B), 25% o-xilene (C) è vaporizzato in un flash ad 1 atm e 100 °C. Determinare l’ammontare del liquido e del vapore e la loro composizione. [Tensioni di vapore a 100 °C (mmHg): A=1370, B=550, C=200]
zA=0.5; zB=0.25; zC=0.25 mA=1370/760=1.80; mB=0.72; mC=0.26
0.5(L/V+1) yA = 1+ (L/V)/1.80
0.25(L/V+1) yB = 1+ (L/V)/0.72
0.25(L/V+1) yC = 1+ (L/V)/0.26
L/V=2 yA = 0.710 yB = 0.198 yC = 0.086
= 0.994
L/V=2.5 yA = 0.732 yB = 0.196 yC = 0.082
= 1.017
Distillazione differenziale
Q
V, y
L, x
D, xD=y
V,y,L,x,D = f(t)
dL = -dV Bilancio totale d(Lx) = - d(Vy) Bilancio sul componente
d(Vy) = ydV + Vdy Vapore infinitesimo
d(Lx) = Ldx + xdL =- ydV = ydL
Ldx + xdL = ydL
f
i
x
xi
f
xy
dx
L
Lln
xy
dx
L
dL
Equazione di Raileigh
Occorre una relazione tra x e y
i
f
i
f
i
f
i
f
i
f
x1
x1αln
x
xln
1α
1
L
Lln cost;α
x
xln
1K
1
L
Lln Kx;y
f
i
x
xi
f
xy
dx
L
Lln +
1) Per x corrente a partire da xi si legge y;
2) Si calcolano i valori di F =1/(y-x);
3) Si diagramma F =1/(y-x) in funzione di x;
4) Si valuta l’area sottesa dal diagramma;
5) L’area è pari a ln(Lf/Li)
f
i
x
xi
f
xy
dx
L
Lln
xi xf x
1/(y-x)
Possibili calcoli Noto il primo membro, calcolare xf; Noto xf, calcolare il primo membro.
Oppure: Richiesta una composizione media del distillato, Calcolare quanta parte della carica iniziale va lavorata
Lixi – Lfxf = DxD xD =(Lixi – Lfxf)/(Li – Lf) mixing cup concentration
Distillazione batch
D,xD
B,xB
R
D, xD R = L/D x1
y2
1
2
Q
B, xB
3
4
BxB = dB(xD) + (B-dB)(xB – dxB)
moli di “a” nel fondo
moli di “a” rimosse
moli di “a” rimaste
BxB = xDdB + BxB – BdxB –xBdB + dBdxB
BdxB = (xD – xB)dB
Bf
Bi
x
xBD
B
i
f
BD
B
xx
dx
B
B
xx
dx
B
dB
ln
Non integrabile direttamente! (Tra xD e xB ci sono n stadi)
Operazioni a R costante (Pendenze delle rette di lavoro costanti)
xBi= 0.30
Esempio R = 3 (Pendenza = 3/4) xBi= 0.30
Tracciare una serie di rette a pendenza 3/4
Scegliere la retta che impiega esattamente 4 stadi partendo da XBi. Si determina così xDi.
Al passare del tempo le rette si abbassano e xD diminuisce. Contando 4 stadi si determinano valori decrescenti di xB. Si integra graficamente.
xBi xBf xB
1/(xD-xB)
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