Distillazione Multicomponente.pdf

Distillazione multicomponente Rispetto al caso di distillazione binaria nascono altri tipi di problemi: 1.

la sintesi degli schemi di frazionamento (si riporta un esempio per la separazione di una miscela ternaria);

Soluzione 1 2.

Soluzione 2

non è più possibile usare metodi grafici (ma solo metodi analitico-numerici che possono essere “short cut” o “rigorosi”) per i problemi di progetto e verifica;

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3.

nel caso di unità di distillazione multicomponente, le composizioni di distillato e residuo liquido dipendono dal funzionamento della colonna (rapporto di riflusso R e numero dei piatti installati N). Solitamente le specifiche di purezza che è necessario assegnare anche in questo caso sono date come frazione molare del componente “chiave” leggero (light key – lk) nel residuo e come frazione molare del “chiave” pesante (heavy key – hk) nel distillato a significare il “taglio” fra i componenti della miscela di alimentazione. Nel caso in cui i componenti chiave siano adiacenti nella scala delle volatilità relative (al componente chiave pesante)

1   2  ...  lk   hk  1  ...   NC è possibile risolvere approssimativamente i bilanci macroscopici sulla colonna:

 Fz i  Dxi , D i  lk   Fz i  Dxi , D  Bxi , B i  lk , hk  i  hk  Fz i  Bxi , B Nel caso di componenti distribuiti tra il chiave leggero e il chiave pesante occorre ipotizzarne la distribuzione. Politecnico di Milano Dipartimento CMIC “G. Natta”

Impianti Chimici (10 CFU) Prof.ssa Laura Annamaria Pellegrini – AA 2014 / 2015

Componenti NON distribuiti tra i chiave

1 2 3

lk

4

hk

5

6 Componenti distribuiti tra i chiave

1 2 3

lk

4 5

hk

6

1   2   3   4  5   6 Politecnico di Milano Dipartimento CMIC “G. Natta”

 hk  1 Impianti Chimici (10 CFU) Prof.ssa Laura Annamaria Pellegrini – AA 2014 / 2015

Metodo “short-cut” per problemi di progetto: Fenske-Underwood-Gilliland 1) Determinazione di Nmin Analogamente al caso di distillazione binaria si ha: Correlazione di Fenske

 Dxi ,D     Bx   i ,B 

 Dxhk,D  N lk    i min i  N min  Bx   hk,B 

 Dxlk ,D Bxhk,B   ln    Bx Dx lk , B hk , D    ln lk

Nel caso di componenti distribuiti occorre ricavare le composizioni uscenti di quest’ultimi a numero di stadi minimo nel distillato e nel residuo liquido:

SFi 

Dx 

i,D N min

Dxi , D Bxi , B

 SFhk  i

N min

SFi  Fz i   1  SFi

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Fz i  Dxi , D  Bxi , B  Bxi , B 1  SFi 

Bx 

i,B N min

1  Fz i   1  SFi

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2) Determinazione di Rmin Correlazioni di Underwood

1)

 i  zi  1 q  i 1  i  

2)

 i  xi , D  Rmin  1  i 1  i  

NC

NC

Dall’equazione (1) sai ottengono tante radici valide () quanti sono i componenti distribuiti più uno (una sola quindi nel caso di componenti chiave adiacenti). Sono valide le radici per cui:

 lk  1  ...   N '   hk  1 Si sostituisce/ono la/e radice/i () nell’equazione (2) e si ottengono tante equazioni quante sono le radici. Tali equazioni vanno risolte in Rmin e, qualora ci siano, nelle composizioni di testa dei componenti distribuiti. Si ottiene cosi una stima delle composizioni uscenti dei componenti distribuiti tra i due chiave in condizioni di riflusso minimo.

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3) Determinazione delle composizioni uscenti dei componenti distribuiti Se non vi sono componenti distribuiti saltare al punto 4 Nel caso di componenti distribuiti tra i due chiave la procedura diventa iterativa e occorre arrivare a convergenza sulle composizioni uscenti dei componenti distribuiti stessi. Sfruttando le stime delle composizioni uscenti dei componenti distribuiti in condizioni di numero di stadi minimo e riflusso minimo ottenute in precedenza, si ricava la stima a rapporto di riflusso effettivo R dalla relazione:

x 

i,D R

R  ab R 1

I parametri a e b per ogni componente distribuito si ricavano per interpolazione lineare esatta sfruttando le condizioni estreme di R. Se le stime delle composizioni dei componenti distribuiti sono “circa” uguali a quelle trovate all’iterazione precedente si prosegue al punto 4, altrimenti si torna al punto 1. Politecnico di Milano Dipartimento CMIC “G. Natta”

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4) Determinazione del numero di stadi teorici necessari (N) Applicazione del diagramma di Gilliland o, in alternativa, delle relazioni:

  0.75  0.75F 0.5668 Eduljee   1 e

 1 54.4 F F 1     11  117 . 2 F F  

Molokanov

con

N  N min (N )  N 1 R  Rmin F ( R)  R 1 Politecnico di Milano Dipartimento CMIC “G. Natta”

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Diagramma di Gilliland

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Diagramma di Erbar - Maddox

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Collocazione del piatto di alimentazione: relazioni shortcut Metodo basato sulla correlazione di Fenske

N min, INF con

lk ,INF

 zlk xhk ,B   ln    z x hk lk , B    ln lk , INF

volatilità relativa media del chiave leggero nel tronco inferiore.

Il numero di piatti del tronco inferiore (NINF) per R effettivo si calcola dalla relazione:

N INF N  N min,INF N min Politecnico di Milano Dipartimento CMIC “G. Natta”

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Equazione di Kirkbridge (Kirkbridge C.G., Pet. Ref. 23(9), 321, 1944)

z NS   hk N INF  zlk 

 xlk , B  B        xhk, D  D  2

0.206

In letteratura è stata proposta una correzione (Akashah, S. A.; Erbar J.H.; Maddox R. N., Chem Eng. Commun. 3, 461, 1979) al numero di piatti del tronco superiore (NS) calcolabile con la relazione di Kirkbridge:

N S'  N S  0.5  log N

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