destilation - Escuela de Ingeniería Química

PROGRAMA DE ASIGNATURA
ANTECEDENTES GENERALES
NOMBRE
DESTILACION
CÓDIGO
CARRERA
SEMESTRE
TIPO
ÁREA
LÍNEA
RÉGIMEN DE ESTUDIO
ASIGNATURAS PREVIAS
REQUISITO PARA
HORAS TEÓRICAS
HORAS LABORATORIO
HORAS AYUDANTIA
CRÉDITOS
EIQ-566
INGENIERIA CIVIL QUIMICA
OPTATIVO
ESPECIALIDAD
SEMESTRAL
EIQ-451
4
4
DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA
La destilación es un proceso de separación omnipresente en plantas químicas y refinerías de petróleo,
por tanto, los alumnos deben estar familiarizado con una diversidad de métodos de separación de forma
de obtener productos purificados y un segundo concepto es el de la operación unitaria, ya que aunque el
diseño específico puede variar de acuerdo a las sustancias que están separando, los principios básicos
de diseño para un determinado método de separación, siempre son los mismos.
OBJETIVOS
Los métodos más comunes en Ingeniería Química son la destilación con evaporación instantánea,
destilación continúa en columna, destilación intermitente o por lotes. En todas estas operaciones se
ponen en contacto dos fases y puede diseñarse, analizarse como procesos con etapas de equilibrio, de
forma de calcular concentraciones y temperaturas sin conocer en forma detallada los flujos y las tasas de
transferencia de calor y masa. Los objetivos son explicar como se usan las separaciones en una planta
química típica., definir los conceptos de etapas de equilibrio y su operación unitaria, definir que se
entiende por equilibrio de fases y finalmente determinar un método estructurado para resolver el
problemas, ya sea por el método de Mc Cabe Thiele, Ponchon Savarit para mezclas binarias o por
métodos rigurosos para multicomponentes
CONTENIDOS
1.- Variables de Diseño.
Tipos de variables y tipos de restricciones. Ecuaciones básicas para determinar el número de
variables de los elementos y de las unidades. Determinación de las variables de diseño para los
elementos. Divisor simple, Mezclador. Enfriador, Calentador, Bombas. Compresores. Condensadores
parciales y totales. Rehervidores parciales y totales. Etapa de equilibrio. Etapa con alimentación. Etapa
con corriente lateral. Determinación de las variables de diseño para las unidades. Columnas de
Absorción. Columna de Extracción con dos alimentaciones. Columna de Extracción con Reflujo en el
Extracto. Columna de Extracción con Reflujo en el Refinado. Columna de Destilación con condensador
total y rehevidor parcial. Determinación de las variables de diseño para sistemas complejos.Sistema
Absorción-Destilación, con refrigeración y bomba de calor.
2.Destilación Binaría. Diagramas XY. Método McCabe Thiele. Determinación de los grados de
libertad en columnas binarias. Balance general de masa y energía. Volatilidad relativa. Ecuación de
equilibrio en función de la volatilidad relativa. Azeótropos y Heteroazeótropos. Concepto de líneas de
operación. Ecuación de la línea de operación superior. Puntos singulares. Suposiciones implícitas en el
concepto de flujos molares constantes. Significado de las líneas de operación y curvas de equilibrio.
Ecuación de la línea de operación inferior, en función del Reflujo Interno. Intersección de las líneas de
operación. Línea q. Definición de q. Significado físico. Balance de energía en el plato de alimentación.
Cálculo del q. Casos notables. Diseño de columnas binarias. Determinación de las etapas de equilibrio
por métodos gráficos. Cálculo del número de etapas de equilibrio.Concepto de eficiencia. Curvas de
psendo-equilibrio. Columnas con dos alimentaciones. Columnas con corriente lateral. Condensadores
parciales, totales y con subenfriamiento. Rehervidor con vapor abierto. Columnas de enriquecimiento.
Columnas de agotamiento. Reflujo total, mínimo y óptimo. Destilación binaria con flujo molares no
constantes. Métodos Mc.Case Thiele modificado. Ejemplos gráficos y numéricos.
3.Destilación Binaria. Diagrama Entalpia-Concentración. Método de Ponchon-Savarit.
Construcción de los diagramas. Simplificaciones. Determinación de las líneas de amarre. Balances
globales de masa y energía. Definición de los puntos delta. Líneas de operación superior e inferior.
Descripción del método. Determinación de las etapas de equilibrio.Condensadores parciales, totales y
con subenfriamiento. Rehervidor con vapor abierto. Columnas de enriquecimiento y agotamiento.
Determinación del Reflujo en función de términos de energía. Reflujo total, mínimo y óptimo. Columnas
con dos alimentaciones. Columna con corriente lateral. Casos complejos.
4.Destilación multicomponente. Métodos de estimación. Ecuación de Fenscke, determinación
del número mínimo de etapas. Ecuación de Underwood, determinación del Reflujo mínimo.
Determinación del Reflujo Optimo, consideraciones económicas. Ecuación de Gilliland, determinación del
número de etapas de operación.
5.Destilación Multicomponente. Métodos rigurosos. Variables de diseño. Determinación de los
factores de absorción y de agotamiento. Deducción de las ecuaciones de balance de masa, forma
matricial. Determinación de los puntos de rocío y de burbuja mediante volatilidades relativas. Métodos de
convergencia. Determinación de nuevos perfiles de temperatura. Balances de energía y método de
composición constante. Determinación de nuevos perfiles de flujos. Influencia de la calidad térmica de la
alimentación. Descripción general del método y calidad de los programas computacionales.
6.Hidráulica del Plato. Determinación de los tiempos de residencia del vapor y del líquido.
Recomendaciones generales para el diseño del plato. Conclusiones empíricas para la eficiencia. Espuma.
Inundación Arrastre. Ecuaciones empíricas. Caída de presión, campana seca, a través de la ranura, y a
través del líquido curvado. Gradiente hidráulico, ecuaciones. Ecuaciones para determinar la eficiencia.
Eficiencia global en función de la Eficiencia con arrastre. Eficiencia de Murphree en función de la
Eficiencia con Arrastre. Eficiencia global en función de la Eficiencia de Murphree y del grado de
mezclamiento. El número de unidades de transferencia en función de la eficiencia global. Ecuaciones
para determinar el número de unidades de transferencia de masa para la fase gas y para la fase líquida.
Influencia del diseño en la caída de presión y en la eficiencia. Consideraciones finales.
EVALUACIÓN
Tipo de evaluación (marcar con X)
Sesión Académica
Escrito
Cátedra
Laboratorio - Taller
Ayudantía
Exámen
X
Oral
Trabajo
Individual
Trabajo
Grupal
X
X
Desglose de Nota de Presentación
Sesión Académica
Cátedra
Laboratorio – Taller
Ayudantía
Ponderación Nota Presentación
75
25
Desglose de Nota Final
Nota Presentación
Exámen
60
40
Criterio para Eximir
Criterio
Nota cátedra mayor o igual a
Nota laboratorio-taller mayor o igual a
Nota ayudantía mayor o igual a
Asistencia mayor a
Límite
5
Aplica (X)
X
4
X
BIBLIOGRAFÍA
Obligatoria
Autor
Nombre
Editorial
Año
Perry
Chemical Engineer
Handboock
Design of
Equilibriem Stage
Processes
Fundamentals of
Multicomponent
Distillation
Mc.Graw
Hill
Mc.Graw
Hill
2007
Autor
Phillip & Wankat
Budford D. Smith
Charles D. Holland
Existencias
Biblioteca
Código
1963
0 (Profesor)
-
Mc. Graw
Hill
1981
2 (Mayor
Ingeniería,
Activo)
660.284
HOL
Nombre
Editorial
Año
Código
Ingeniería de
Procesos de
separación
Operaciones
Unitarias en
Ingeniería
Química
Prentice
Hill
2007
Existencias
Biblioteca
(Profesor)
Mc. Graw
Hill
1991
Complementaria
Mc Cabe –Smith
- Harriot
Si
(Tambien en
forma
digital)
Revisión
Preparado por
Revisado por
Unidad
Fecha
0
Jaime Fernández
GOC
EIQ
Agosto 2008