Bilanci materiali in una colonna di distillazione: Analisi e processo
Una colonna di distillazione è composta da piatti che consentono il contatto tra il vapore che sale e il liquido sul piatto. Il contatto tra liquido e vapore permette lo scambio tra i componenti più volatili e quelli meno volatili. Durante questo processo, i componenti più volatili tenderanno ad evaporare, mentre quelli meno volatili condenseranno. Il vapore che esce dalla colonna viene condensato e parte di esso costituisce il prodotto di testa, mentre il resto è rinviato nella colonna come riflusso. Il liquido che scende dalla base è parzialmente vaporizzato in una caldaia, e una parte viene utilizzata come prodotto di coda.
Il bilancio materiale globale della colonna di distillazione isolata porta alla relazione: Vm+1 = Lm + D. Un bilancio materiale per un componente generico i assume la forma: Vm+1 ym+1,i = Lm xm,i + DxD,i. Combinando le due equazioni si ottiene: Vm+1 ym+1,i = Lm xm,i + Vm+1 xD,i – Lm xD,i, da cui si ricava: Lm/Vm+1 = xD,i – ym+1,i/ xD,i – xm,i.
Un’analisi simile può essere condotta per la sezione di esaurimento, con le seguenti notazioni: W = portata molare del prodotto di coda e V = portata molare del vapore che sale dalla caldaia alla colonna. I bilanci materiali globale e relativo al componente i assumono la forma: Vn + W = Ln+1 e Vn yn,i + W xw,i = Ln+1 xn+1,i. Eliminando W si ottiene: Ln+1/Vn = xw,i – yn,i / xw,i – xn+1,i.
