Procese transfer masă

Calculul coloanei de fracţionare a amestecului binar ce formează azeotrop

Amestecurile binare omogene sau parţial miscibile care formează azetrop cu punct minim sau cu punct maxim de fierbere pun probleme la separarea lor prin fracţionare. Principala problemă este că, amestecurile azeotrope care se formează au o compoziţie determinată, care nu poate fi modificată şi distilă pe la unul din capetele coloanei, acel produs al coloanei fiind în mod evident impurificat.

În activitatea practică, se întâlnesc destul de des astfel de cazuri: amestecuri hidrocarburi– apă dar şi alcooli inferiori-apă sau acizi minerali- apă.

Aşa cum se va vedea, pentru unele dintre aceste amestecuri (cele omogene), separarea ambilor componenţi la puritate mare este imposibilă prin fracţionare, totuşi nu se renunţă complet la fracţionare, măcar pentru purificarea unuia dintre componenţi şi concentrarea, pe cât posibil, a celuilalt.

Fractionarea PRF a amestecurilor ce formeaza azeotrop cu punct minim de fierbere

Calculul numărului de echilibre teoretice

Punctul de intersecţie al curbei cu diagonala (fig.4.46) împarte diagrama în două părţi (ramura I şi ramura II), fiecare parte corespunzând unei coloane de fracţionare. Ambele coloane obţin azeptropul ca produs de vârf şi componentul în exces drept produs de blaz. Pentru o compoziţie de alimentare xof < xaz, construcţia grafică va avea loc pe ramura I a curbei, iar pentru un amestec de alimentare de compozţie xof > xaz, construcţia grafică pentru determinarea numărului de talere teoretice va avea loc pe ramura II a curbei.

Cazul xof < xaz

În cest caz, componentul mai puţin volatil este în exces şi de aceea, în blazul coloanei se va obţine componentul mai greu la puritate mare.

Se va face o construcţie grafică de tip McCabe- Thiele direct pe ramura I a curbei y-x

Particularitati:

Concentraţia xd nu este o dată de proiectare, ci se alege în aşa fel încât să aibă o valoare apropiată de xaz;

-Concentraţia xb poate fi aleasă cât mai mică, obţinându-se un produs cât mai pur; cu excepţia sistemului etanol- apă, aceasta nu va conduce la un număr de talere prea mare în zona de stripare a coloanei;

-De regulă, la fracţionarea acestor sisteme, alimentarea este parţial vaporizată, astfel încât linia q are poziţia corespunzătoare acestei condiţii termice

Cazul xof > xaz

- În acest sistem, se consideră un nou binar, alcătuit din :

-amestecul azeotrop („component volatil)

-componentul în exces („component mai puţin volatil”,

- x¢¢ - fracţia molară a componentului mai volatil (azeotropul) în faza lichidă,

- y¢¢ - fracţia molară a componentului mai puţin volatil (componentul A) în faza vapori.

Între concentraţia x¢¢ şi concentraţia exprimată uzual x (fracţia molară a componentului A în amestecul A+B) există o relaţie matematică permite trecerea dintre un sistem de coordonate în celalalt :

-cu formulele acestea se calculeaza xd’’, xof’’ xb’’

Construcţia grafică nu se poate face direct pe curba y-x, ci această curbă va fi transpusă într-un sistem de coordonate convenabil: sistemul y¢¢- x¢¢.