Cascadas de Etapas de Equilibrio
¿Qué es una Cascada de Separación? ¿Qué es un Sistema Híbrido?
Una cascada es un agregado o un conjunto de etapas de equilibrio en serie. Un sistema híbrido es un conjunto de dos o más operaciones de separación diferentes en serie. Ambos se usan para lograr separaciones que no son posibles en una etapa simple, reduciendo las cantidades de AMS (Agente de Separación de Masa) y AES (Agente de Separación de Energía) requeridas.
Diferencia entre Cascada en Contracorriente y Cascada en Corrientes Cruzadas
La cascada en contracorriente es la más eficiente y extensamente usada, mientras que la de corrientes cruzadas no es tan eficiente, pero conviene para operaciones discontinuas en las que el disolvente se divide para la alimentación de cada etapa. (Dibujo).
Limitación de la Cascada Simple. ¿La Cascada de Doble Sección Supera esta Limitación?
En una cascada de sección simple, las corrientes entran y salen únicamente de los extremos, pudiendo solo separar una única sustancia con un alto grado de pureza. Son usadas para recuperar un componente de la alimentación, mientras que las de sección doble pueden tener corrientes entrantes o salientes y permiten obtener dos productos con un alto grado de pureza.
Sistema Interconectado de Etapas
Es un sistema en el que varias cascadas de equilibrio de sección doble están interconectadas entre sí, de manera que divide a su sistema en dos etapas de equilibrio.
Condiciones para que una Cascada en Contracorriente Alcance una Extracción Completa
Haciendo tender N a infinito (número de etapas de equilibrio) y haciendo que el factor de extracción sea mayor a 1.
¿Por qué se Usan Cascadas de Doble Sección para la Destilación?
Porque el objetivo de la destilación es separar dos componentes (claves), uno ligero y otro pesado, y en las cascadas simples solo se obtiene un producto con un alto grado de pureza, mientras que en las cascadas de sección doble permiten obtener dos.
Método de Cálculo de Grupo
Es un método que relaciona los caudales de líquido y vapor entrantes y salientes de la cascada y sus composiciones con el número de etapas de equilibrio, sin tener en cuenta lo que ocurre dentro de la cascada. Es decir, se estudian globalmente las etapas sin tener en cuenta los cambios en temperaturas, composiciones y caudales de etapas.
Método Kremser
Es un método de cálculo de grupo que permite obtener una expresión para el cálculo de una operación de absorción y stripping (contrario a absorción) con N etapas de equilibrio adiabáticas a contracorriente. Consideraciones:
- El líquido absorbente no se transfiere a la fase vapor, ni el vapor entrante se condensa.
- Ninguna especie que se va a absorber se encuentra en el líquido absorbente.
- Se define Ae (factor de absorción efectivo medio) que sustituye a los valores de factores de absorción de cada etapa.
¿Qué son el Factor de Absorción y el Factor de Stripping?
El factor de absorción (A) se emplea en la operación de absorción, es análogo al de extracción (E), y cuanto mayor sea su valor, mayor eficacia tendrá la absorción. Es diferente para cada etapa y componente, se define como A = L/KV. El factor de stripping (S) se emplea en la operación de stripping o desabsorción, que es el inverso del valor de absorción. Cuanto mayor sea su valor, mayor eficacia tendrá la operación, se define como S = 1/A = KV/L.
Destilación: Reflujo, Boilup, Sección de Enriquecimiento o Rectificación y Sección de Agotamiento
Sección de rectificación: parte alta de la columna en la que se produce una absorción y el compuesto menos volátil se transfiere del vapor al líquido, es decir, se enriquece el líquido en el menos volátil y el vapor en el más volátil.
Sección de agotamiento: parte baja de la columna, en la que se produce una desabsorción y el compuesto más volátil se transfiere del líquido al vapor.
Reflujo: el vapor sale por el tope de la columna, se condensa y el líquido obtenido se divide en un producto destilado rico en el componente más volátil y en una corriente de reflujo que se recircula como líquido de entrada en el tope, actuando como líquido absorbente.
Boilup: el líquido que sale por el fondo de la columna se hierve, y el vapor obtenido se divide en un producto rico en el componente menos volátil y en una corriente de boilup que se recircula como vapor de entrada por el fondo, actuando de vapor a stripping.
Especificaciones
El número requerido de especificaciones se puede determinar a partir del número de grados de libertad de cada uno de los distintos elementos que componen la unidad de separación, mediante el análisis de los grados de libertad de Kwaulk: (Nd)unidad = (Nv)unidad – (Ne)unidad.
Grados de Libertad para un Sistema Híbrido
La manera más sencilla es considerar cada equipo de cada operación de separación como un elemento independiente con su número de grados de libertad, contar con las corrientes de interconexión entre cada equipo o elemento, y el número de variables adicionales, de manera que con las expresiones derivadas del análisis de grados de libertad de Kwaulk podemos obtener los grados de libertad del sistema total.