Metoda McCabe – Thiele - McCabe–Thiele method

Metoda McCabe – Thiele este considerată a fi cea mai simplă și poate cea mai instructivă metodă pentru analiza distilării binare . Se folosește de faptul că compoziția la fiecare tavă teoretică (sau etapă de echilibru ) este complet determinată de fracția molară a uneia dintre cele două componente și se bazează pe presupunerea de revărsare molară constantă care necesită că:

Metoda a fost publicată pentru prima dată de Warren L. McCabe și Ernest Thiele în 1925, care lucrau amândoi la Massachusetts Institute of Technology (MIT) la acea vreme.

Construirea și utilizarea diagramei McCabe – Thiele

Înainte de a începe construcția și utilizarea unei diagrame McCabe-Thiele pentru distilarea unei alimentări binare, datele de echilibru vapor-lichid (VLE) trebuie obținute pentru componenta de fierbere inferioară a alimentării.

Figura 1: Diagrama tipică McCabe-Thiele pentru distilarea unei alimentări binare

Primul pas este de a desena axele verticale și orizontale de dimensiuni egale ale unui grafic. Axa orizontală va fi pentru fracția molară (notată cu x) a componentei de alimentare cu fierbere inferioară în faza lichidă. Axa verticală va fi pentru fracția molară (notată cu y) a componentei de alimentare cu fierbere inferioară în faza de vapori.

Următorul pas este de a trasa o linie dreaptă de la originea graficului până la punctul în care x și y sunt egale cu 1,0, care este linia x = y din Figura 1. Această linie de 45 de grade este utilizată pur și simplu ca un ajutor grafic pentru desen liniile rămase. Apoi trageți linia de echilibru folosind punctele de date VLE ale componentei inferioare de fierbere, reprezentând compozițiile de fază de vapori de echilibru pentru fiecare valoare a compoziției fazei lichide. Trageți, de asemenea, linii verticale de la axa orizontală până la linia x = y pentru alimentare și pentru compozițiile dorite ale produsului distilat superior și ale produsului de fund corespunzător (prezentat în roșu în Figura 1).

Următorul pas este de a trasa linia de operare pentru secțiunea de rectificare (secțiunea de deasupra orificiului de alimentare) a coloanei de distilare , (prezentată în verde în Figura 1). Începând de la intersecția liniei de compoziție a distilatului și a liniei x = y, trageți linia de operare rectificatoare la o pantă descendentă (Δy / Δx) a L / (D + L) unde L este debitul molar al refluxului și D este debitul molar al produsului distilat. De exemplu, în Figura 1, presupunând că debitul molar al refluxului L este de 1000 moli pe oră și debitul molar al distilatului D este de 590 moli pe oră, atunci panta descendentă a liniei de operare rectificatoare este de 1000 / (590 + 1000) = 0,63 ceea ce înseamnă că coordonata y a oricărui punct de pe linie scade 0,63 unități pentru fiecare unitate pe care scade coordonata x.

Figura 2: Exemple de pante de linie q

Următorul pas este de a trasa linia q albastră (văzută în Figura 1) din linia x = y astfel încât să intersecteze linia de operare rectificatoare.

Parametrul q este fracția molară de lichid din alimentare și panta liniei q este q / (q - 1). De exemplu, dacă alimentarea este un lichid saturat, nu are vapori, deci q = 1 și panta liniei q este infinită, ceea ce înseamnă că linia este verticală. Ca un alt exemplu, dacă alimentarea este tot vapori saturați, q = 0 și panta liniei q este 0 ceea ce înseamnă că linia este orizontală.

Câteva exemple de pante ale liniei q sunt prezentate în Figura 2. După cum se poate vedea acum, diagrama tipică McCabe-Thiele din Figura 1 utilizează o linie q reprezentând o alimentare parțial vaporizată.

Apoi, așa cum se arată în Figura 1, trageți linia de operare violet pentru secțiunea de dezizolare a coloanei de distilare (adică secțiunea de sub intrarea de alimentare). Începând de la intersecția liniei de compoziție a fundului roșu și a liniei x = y, trageți linia de operare a secțiunii de dezizolare până în punctul în care linia q albastră intersectează linia de operare verde a liniei de operare a secțiunii rectificatoare.

În cele din urmă, așa cum se exemplifică în Figura 1, desenați pașii dintre liniile de operare și linia de echilibru și apoi numărați-le. Acești pași reprezintă plăcile teoretice (sau etapele de echilibru). Numărul necesar de plăci teoretice este 6 pentru distilarea binară descrisă în Figura 1.

Rețineți că utilizarea liniilor colorate nu este necesară și este utilizată doar aici pentru a face metodologia mai ușor de descris.

În distilarea continuă cu raport de reflux variabil, fracția molară a componentei mai ușoare din partea superioară a coloanei de distilare va scădea odată cu scăderea raportului de reflux. Fiecare nou raport de reflux va modifica panta liniei de operare a secțiunii de rectificare.

Când presupunerea de revărsare molară constantă nu este validă, liniile de operare nu vor fi drepte. Utilizând echilibrele de masă și entalpie, pe lângă datele de echilibru vapor-lichid și datele de concentrare a entalpiei, se pot construi linii de operare pe baza metodei Ponchon-Savarit.

Dacă amestecul poate forma un azeotrop , linia sa de echilibru vapor-lichid va traversa linia x = y, prevenind o separare suplimentară indiferent de numărul de plăci teoretice.

Vezi si

Referințe

linkuri externe