3 ITIS Marconi Forlì Dicembre 204 Roberto Zannoni
L Rapporto di riflusso R = D Si possono definire un rapporto di riflusso massimo Rmax = infinito in corrispondenza di D = 0 = R R+ * x + R+ * 0,9 0,8 0,7 Curva di equilibrio liquido/vapore diagramma x/ Con x = 0 sarà = xd/( +)=0 0,6 0,5 0,4 0,3 Cioè la retta di lavoro della zona di arricchimento coincide con la diagonale. Il numero di piatti sarà il numero minimo. 0,2 0, 0 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 x W x
L Rapporto di riflusso R = D Curva di equilibrio liquido/vapore Rapporto di riflusso minimo (Rmin) Si realizza quando la concentrazione nel vapore del componente più volatile è la più alta possibile (max) e dipende dall'alimentazione. diagramma x/ Nel caso F sia tutta liquida la retta q è verticale e individua un punto sulla curva di equilibrio: 0,9 0,8 0,7 la retta passante per (xd, D) e questo punto incrocerà l'asse nel punto 0,6 0,5 0,4 Rmin = R min + R min = - Rmin 0,3 0,2 0, Il numero dei piatti in questo caso risulta infinito 0 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 x W x
L Rapporto di riflusso R = D Rapporto di riflusso ottimale Il procedimento per determinare il rapporto di riflusso ottimale tiene conto di molti fattori tra cui quelli economici che dipendono dal rapporto di riflusso: costi Determinazione del rapporto di riflusso ottimale a) di costo della colonna b) costo delle apparecchiature accessorie c) costi energetici Sommando i costi si trova una curva che avrà un minimo che individua il rapporto con costi minori (ottimale) (Ropt). Di solito il rapporto di riflusso ottimale è compreso tra,2 e,5 volte quello minimo R opt,2 R min < R opt <,5 R min R min b R c a
Una colonna di rettifica, funzionante a pressione atmosferica, viene alimentata in continuo da 8000 kg/h di una miscela liquida formata da 40 % di benzene e del 60% di toluene alla sua temperatura di ebollizione. Il vapore che si sviluppa dal primo piatto della colonna viene condensato in un condensatore nel quale viene utilizzata acqua che entra a 5 C ed esce a 45 C. Il ribollitore di coda serve per far evaporare il residuo che sotto forma di vapore rientra in colonna e impiega come fluido riscaldante un vapore acqueo alla pressione di 3 ata. Sapendo che il distillato presenta una composizione in benzene del 96%, il prodotto di coda una composizione del 98% in toluene e il rapporto di riflusso vale,6 volte quello minimo, determinare: le portate di distillato e di fondo (residuo) il numero dei piatti teorici Il numero di piatti effettivo se l'efficienza del processo è del 72% I dati (che si possono trovare sui manuali) necessari sono i seguenti: Masse molecolari: benzene 78 e toluene 92 La temperatura di alimentazione è di 86,2 C La temperatura del prodotto di testa è di 8,0 C La temperatura del prodotto di coda è di 0 C Nella tabella a fianco i dati per disegnare il diagramma x- T (K) x 353,5 357,5 0,82 0,92 36,5 0,66 0,83 365,5 0,5 0,72 369,5 0,38 0,60 373,5 0,26 0,45 377,5 0,5 0,30 38,5 0,06 0,3 383,5 0 0
Bilanci di materia: W = F - D F * zf = D * xd + W * xw - x W D = F * ---------- D = 8000 (0,0,4 0,02)/(0,96 0,02) = 7277 kg/h W = 8000 7277 = 0723 kg/h - x W alimentazione Prodotto di coda Prodotto di testa n benz = 8000*0,4/78 = 92,3 kmol/h n tol = 8000*0,6/92 = 7,4 kmol/h = 92,3/(92,3+7,4) = 0,44 n = 7277*0,96/78 = 89,6 benz kmol/h n tol = 7277*0,04/92 = 3,2 kmol/h = 89,6/(89,6+3,2) = 0,96 n = 0723*0,02/78 = 2,7 benz kmol/h n tol = 0723*0,98/92 = 4,2 kmol/h x W = 2,7/(2,7+4,2) = 0,02
T (K) x diagramma x/ 353,5 357,5 0,82 0,92 36,5 0,66 0,83 365,5 0,5 0,72 0,9 0,8 0,7 2 369,5 0,38 0,60 373,5 0,26 0,45 377,5 0,5 0,30 38,5 0,06 0,3 383,5 0 0 F 0,6 0,5 0,4 0,3 5 4 3 <<miscela liquida formata da 40 % di benzene e del 60% di toluene alla sua temperatura di ebollizione>> ci indica che q = retta verticale ( ;2) 0,2 0, 0 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 x
A questo punto si può procedere per trovare il numero di piatti teorico. Rmin = R min + = 0,4 (dal diagramma x-) 0,9 diagramma x/ R min = - =,34 Rmin R =,34 *,6 = 2,5 = = 0,96/(2,5+) = 0,3 R+ 0,8 0,7 0,6 0,5 /(Rmin + )= 0,4 0,4 0,3 0,2 Si trovano circa 5 piatti teorici 5/0,72 = 20,8 piatti reali 0, 0 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 x W x