Colonna di distillazione

PIATTO CON SPILLAMENTO

PIATTI IN SERIE

CONDENSATORE CON RICICLO

In testa alla colonna abbiamo sia un condensatore che

un nodo di ripartizione che produce il distillato

Non si sono variabili ripetitive e non c’è calore. Ns

indica il numero di correnti scambiate che in

Se avessi avuto il condensatore parziale avrei avuto un grado di libertà in meno perché nel

condensatore parziale non ho un controllo sulla temperatura, e quella di saturazione del

sistema

INTERA COLONNA

Colonna di distillazione:

il primo pezzo è quello del condensatore con il nodo di ripartizione. Il secondo pezzo è

una sequenza di piatti n dalla testa no all’alimentazione e si chiama ZONA DI

ARRICCHIMENTO, perché si arricchisce del componente più volatile. Il terzo pezzo è il

piatto dell’alimentazione. Il quarto pezzo è una sequenza di piatti m dal piatto di

alimentazione no alla base si chiama ZONA DI ESAURIMENTO, perché si esaurisce il

componente più volatile. In ne abbiamo il ribollitore 2

Tra condensatore e zona di arricchimento, all’interfaccia si scambiano correnti(L e V). Tra zona

2

di arricchimento e piatto di alimentazione si scambiano correnti. Tra piatto di alimentazione e

2

zona di esaurimento si scambiano correnti. Tra zona di esaurimento e ribollitore si scambiano

2 correnti

Tra le variabili assegnate abbiamo generalmente la condizione dell’alimentazione e una

composizione di testa(detto recupero)

fi fi fi

Posso iniziare togliendo quelle più facili.

1) diciamo che la colonna è ADIABATICA quindi Qi=0 e questi sono n+m+1 gradi che ho ssato

perché ho il calore per gli n piatti, per gli m piatti e per il piatto di alimentazione.

2)poi dico che le PERDITE DI CARICO tra un piatto e l’altro sono al massimo di tot valore. Fisso il

DELTAPi tra i piatti e sono n+m gradi che ho ssato.

A questo punto mi restano altre sei variabili da ssare:

-posso ssare il DELTAP tra il primo piatto e il condensatore e tra l’ultimo piatto e il ribollitore,

così ho altre due variabili ssate DELTAPc e DELTAPr

-la PRESSIONE DELLA COLONNA, che devo de nire in un punto però siccome ho de nito le

perdite di carico allora o de nisco la pressione sul fondo o in testa. Diciamo che la de nisco sul

fondo e la chiamo Pb

Ci restano altre tre variabili:

- posso de nire la TEMPERATURA DEL DISTILLATO o la QUANTITÀ DI VAPORE che

scambio al condensatore. La T del distillato è più ragionevole, quindi sso Td. Oppure qc.

2 .

A questo punto ho variabili che sono importanti Il numero di piatti totali è il risultato del

calcolo per cui non lo posso mettere come variabile di progetto.

-posso stabilire dove voglio mettere il PIATTO DI ALIMENTAZIONE e la posizione e de nire da

n cioè il numero di piatti che stanno nella zona di arricchimento

-ci resta la variabile principale della distillazione che è il RAPPORTO DI FLUSSO cioè quanto

liquido ricircoliamo in testa alla colonna di tutto quello che separiamo nel ribollitore.

fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi

POSIZIONE DEL PIATTO DI ALIMENTAZIONE

La posizione ideale dell’alimentazione è quella per cui la composizione del piatto è la più

prossima a quella dell’alimentazione.

Inserendo l’alimentazione F vado a turbare quello che è il rapporto tra le portate. L’effetto

dell’alimentazione comporta che:

1. se F è una miscela liquida(il liquido tende a scendere), allora tutto il suo contributo andrà

ad arricchire il liquido che scende. Quindi al di sotto del piatto di alimentazione ho una

portata di liquido sicuramente maggiore.

2. se F è una miscela gassosa( il vapore tende a salire), allora va ad arricchire il vapore

che sale. Infatti al di sotto del piatto di alimentazione ho una portata di vapore

sicuramente più bassa.

3. Se F è una miscela liquido-vapore allora si arricchiscono sia il liquido che scende sia il

vapore che sa

ZONA DI ARRICCHIMENTO O RECTIFICATION SECTION

ZONA DI STRIPPAGGIO O STRIPPING SECTION

Facendo la somma membro a membro ottengo i

bilanci per l’intera colonna

INTERA COLONNA Mancano le equazioni di equilibrio e le perdite di carico

anche se la differenza di P tra piatto e piatto l’abbiamo

ssato, quindi mancano solo le eq.di equilibrio

Possiamo trovare dei metodi di risoluzione per questo

sistema. Uno è il METODO DI McCABE e THIELE

SEMPLIFICATO, che presuppone il fatto che le

portate di liquido e le portate di vapore che

transitano in una colonna sono le stesse, restano

invariate a meno che non ci sia un’alimentazione

o uno spillamento.Cioè la portata di liquido che

arriva in un piatto è uguale alla portata del liquido

che lascia quel piatto, così come la portata di

vapore che lascia un piatto è simile in quantità

alla portata di vapore che arriva su quel piatto.

ATTENZIONE: LE MOLI DI QUESTE

PORTATE SI ASSUMONO SIMILI, NON LE

COMPOSIZIONI CHE SONO DIVERSE

ALTRIMENTI NON SI AVREBBE LA

DISTILLAZIONE

fi Da cosa dipende il fatto che siano simili in moli?

Considero il mio piatto:

Se ho una variazione del numero di moli del vapore cosa signi ca?

Aumenta l’energia tra Vi+1 e Vi.Supponiamo che il vapore aumenti, se

questo è un sistema adiabatico, da dove viene l’energia per farlo

aumentare? Dal calore sensibile del liquido. Quindi c’è una differenza di

T tale per cui una parte del calore sensibile possa convertirsi in

vaporizzazione, oppure c’è un calore di miscelazione. Se il calore di

miscelazione in questa corrente è molto maggiore dei calori sensibili

allora si può liberare una parte di questo calore di miscelazione e

questo viene reso disponibile per vaporizzare.

È possibile trascurare la variazione di portata perché l’entalpia di Vi+1

è simile a quella di Vi per soddisfare il bilancio di energia.

Spieghiamo meglio il concetto

PORTATE MOLARI = vogliamo andare a dimostrare

l’invarianza dei ussi molari

fl fi

Tutto questo va inserito nel bilancio di entalpia

I DELTAH di miscelazione non cambieranno moltissimo da piatto a piatto, lavorando con

miscele ideali

I calori sensibili tendono a compensarsi, dato che sono minime le variazioni di T tra un piatto

e l’altro,e sono anche molto più piccoli dei calori latenti

Se coibentiamo il nostro piatto, e generalmente lo facciamo per ridurre i bilanci energetici,

allora anche qn sarà molto minore di V*H e L*h LA PRINCIPALE FONTE DI VARIAZIONE

DELLE PORTATE MOLARI, NEL BILANCIO, E

LEGATA ALLA VARIAZIONE DEI LAMBDA DI

VAPORIZZAZIONE DEI VARI COMPONENTI

L’effetto è che se i lambda fossero molto

diversi, cambiando la composizione cambia

anche la sommatoria, l’uguaglianza ce l’ho

quando non ho molte differenze. Se io ho

un componente che richiede molto calore

per vaporizzare e un altro che ne richiede

poco, siccome nel piatto ho i più volatili che

vaporizzano e i meno volatili che

Solitamente utilizziamo la condensano,allora la quantità di quelli che

distillazione quando la T di vaporizzano è diversa da quelli che

ebollizione dei vari condensano. Se invece i calori latenti sono

componenti non è molto simili le quantità di componente che

diversa, sono simili, vaporizza e del componente che condensa

saranno simili

10 30

Supponiamo di aver una differenza tra i e i K 2

Quindi in questi casi in cui facciamo la distillazione con componenti che non differiscono

molto, non interagiscono fortemente e se le T di ebollizione non sono molto differenti l’una

dall’altra allora possiamo ipotizzare che le portate di vapore e quindi pure quelle di liquido

non cambiano tra un piatto e l’altro, perché il bilancio globale ci dice che se io ho una

variazione della portata di vapore questa sarà uguale a quella della portata di liquido

METODO DI McCABE E THIELE

Arrivo allora in testa alla colonna

conoscendo portate e composizioni

Quindi questo è il segreto del METODO DI McCABE E THIELE: ssare le portate consente di

determinare una serie di variabili, determinare una serie di equazioni e disaccoppiare le

relazioni di equilibrio dalle equazioni di bilancio(cioè risolvo prima l’una e poi l’altra)

fi

N.B. il fatto che la retta di lavoro della sezione di esaurimento passi necessariamente per il punto di intersezione tra la

retta di lavoro della sezione di arricchimento e la retta di alimentazione è legato alla particolarità del punto di connettere

la condizione sopra l’alimentazione con la condizione all’alimentazione e con la condizione sotto l’alimentazione (punto

di intersezione delle tre rette). − .

Dopo aver ricavato i rispettivi punti notevoli delle tre rette è possibile rappresentarle nel piano Costruite le rette

nel piano, individuiamo il loro punto di intersezione. A questo punto è possibile procedere con la costruzione a gradini.

COSTRUZIONE A GRADINI (METODO DI McCABE E THIELE)

−

Rappresentiamo sul piano la retta di lavoro della sezione di arricchimento, la retta di alimentazione e la retta di

lavoro della sezione di esaurimento: rappresentazione del piatto ②

Per ottenere la costruzione a gradini si parte dal punto (composizione in uscita dalla torre), e si traccia un segmento

orizzontale fino alla curva di equilibrio individuando il punto (attraverso un bilancio di materia); dal punto si traccia

1 1

un segmento verticale fino alla retta di lavoro della sezione di rettifica individuando il punto che fa equilibrio a

1

(attraverso una relazione di equilibrio: i punti sulla curva di equilibrio hanno coordinate che sono composizioni in

1

equilibrio tra loro); in questo modo si ottiene il primo gradino.

N.B. si può affermare che ogn gradino è la somma di una relazione di equilibrio (segmento verticale) e di un bilancio di

materia (segmento orizzontale) e, quindi, ogni gradino corrisponde a un punto teorico.

Tracciando alternativamente segmenti orizzontali (collegano composizioni con pedici diversi) che corrispondono a

bilanci di materia e segmenti verticali (collegano composizioni con lo stesso pedice) che corrispondono a relazioni di

equilibrio, si ottiene un certo numero di gradini: questi si raffigurano nella zona delimitata dalle tre rette e dalla curva

= = = .

di equilibrio, partendo da sulla diagonale In particolare, prima dell’alimentazione (che corrisponde

al punto di intersezione delle tre rette, i segmenti verticali poggiano sulla retta di lavoro della sezione di rettifica, mentre

dopo l’alimentazione i segmenti orizzontali poggiano sulla retta di lavoro della sezione di esaurimento. Il calco