Hispanopedia WikiEl método McCabe-Thiele es una técnica comúnmente empleada en ingeniería química para modelar la separación de dos sustancias mediante una columna de destilación . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Se basa en el hecho de que la composición en cada plato teórico está completamente determinada por la fracción molar de uno de los dos componentes. Este método se fundamenta en la suposición de que la columna de destilación es isobárica —es decir, la presión permanece constante— y que los caudales de líquido y vapor no varían a lo largo de la columna (es decir, flujo molar constante). La suposición de flujo molar constante requiere que:
- El calor necesario para vaporizar una cierta cantidad de líquido de los componentes de alimentación es igual,
- Por cada mol de líquido vaporizado, se condensa un mol de vapor, y
- Los efectos del calor, como el calor necesario para disolver la(s) sustancia(s), son insignificantes.
El método fue publicado por primera vez por Warren L. McCabe y Ernest Thiele en 1925, [ 4 ] ambos trabajaban en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en ese momento.
Construcción y uso
Se construye un diagrama de McCabe-Thiele para la destilación de una alimentación binaria (de dos componentes) utilizando los datos de equilibrio vapor-líquido (EVL), que describen cómo se concentra el vapor al entrar en contacto con su forma líquida, para el componente con el punto de ebullición más bajo.
En un gráfico plano, ambos ejes representan las fracciones molares del componente más ligero (de menor punto de ebullición); los ejes horizontal (x) y vertical (y) representan las composiciones de las fases líquida y gaseosa, respectivamente. La línea x = y (véase la Figura 1) representa los casos en los que las composiciones de líquido y vapor son iguales. La línea de equilibrio vapor-líquido (la línea curva que va de (0,0) a (1,1) en la Figura 1) representa la composición de la fase gaseosa para una composición de fase líquida dada en equilibrio. Las líneas verticales trazadas desde el eje horizontal hasta la línea x = y indican la composición de la corriente de alimentación de entrada, la composición de la corriente de producto superior (destilado) y la composición del producto de fondo (mostrado en rojo en la Figura 1).
La línea de operación de la sección rectificadora para la sección por encima de la corriente de alimentación de entrada de la columna de destilación (mostrada en verde en la Figura 1) comienza en la intersección de la línea de composición del destilado y la línea x = y y continúa con una pendiente descendente de L / (D + L), donde L es el caudal molar de reflujo y D es el caudal molar del producto destilado, hasta que intersecta la línea q.
La línea de operación de la sección de despojamiento para la sección debajo de la entrada de alimentación (mostrada en magenta en la Figura 1) comienza en la intersección de la línea de composición de fondos rojos y la línea x = y y continúa hasta el punto donde la línea q azul interseca la línea de operación de la sección rectificadora verde.
La línea q (representada en azul en la Figura 1) interseca el punto de intersección de la línea de composición de la alimentación y la línea x = y, y tiene una pendiente de q / (q - 1), donde el parámetro q denota la fracción molar de líquido en la alimentación. Por ejemplo, si la alimentación es un líquido saturado , q = 1 y la pendiente de la línea q es infinita (dibujada como una línea vertical). Como otro ejemplo, si la alimentación es vapor saturado , q = 0 y la pendiente de la línea q es 0 (una línea horizontal). [ 2 ] El diagrama típico de McCabe-Thiele en la Figura 1 utiliza una línea q que representa una alimentación parcialmente vaporizada. Ejemplos de pendientes de la línea q se presentan en la Figura 2.
El número de pasos entre las líneas de operación y la línea de equilibrio representa el número de platos teóricos (o etapas de equilibrio) necesarios para la destilación. Para la destilación binaria representada en la Figura 1, el número de platos teóricos necesarios es 6.
La construcción de un diagrama de McCabe-Thiele no siempre es sencilla. En la destilación continua con una relación de reflujo variable, la fracción molar del componente más ligero en la parte superior de la columna de destilación disminuirá a medida que disminuya la relación de reflujo. Cada nueva relación de reflujo modificará la pendiente de la curva de la sección rectificadora.
Cuando no se cumple la suposición de desbordamiento molar constante, las líneas de operación no serán rectas. Utilizando balances de masa y entalpía, además de datos de equilibrio vapor-líquido y datos de entalpía-concentración, se pueden construir líneas de operación mediante el método de Ponchon-Savarit. [ 5 ]
Si la mezcla puede formar un azeótropo , su línea de equilibrio vapor-líquido cruzará la línea x = y, impidiendo una mayor separación sin importar el número de platos teóricos.
Véase también
Referencias
- ↑ McCabe, WL y Smith, JC (1976). Operaciones unitarias de ingeniería química (3.ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-044825-6.
- 1 2 Perry, Robert H. y Green, Don W. (1984). Manual del ingeniero químico de Perry (6.ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049479-7.
- ↑ Beychok, Milton (mayo de 1951). "Solución algebraica del diagrama de McCabe-Thiele". Chemical Engineering Progress .
- ↑ WL McCabe y EW Thiele (junio de 1925). "Diseño gráfico de columnas de fraccionamiento". Química industrial y de ingeniería . 17 (6): 605– 611. doi : 10.1021/ie50186a023 .
- ↑ King, C. Judson (1971). Procesos de separación . McGraw-Hill. ISBN 0-07-034610-0.
Enlaces externos
- Información más detallada sobre cómo dibujar un diagrama de McCabe-Thiele
- Análisis detallado del método McCabe-Thiele por Tore Haug-Warberg, Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, Noruega
- Diagrama interactivo de McCabe-Thiele
- Destilación