Fondamenti delle operazioni unitarie dell’industria chimicaing.univaq.it/gallifuoco/FONDAMENTI OPERAZIONI UNITARIE 2016... · ... (Vy) = ydV + Vdy Vapore infinitesimo d(Lx) = Ldx

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)