Distillazione continua in uno stadio ideale (flash)
La distillazione continua in uno stadio ideale, noto anche come flash, è un processo che avviene secondo lo schema seguente:
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Durante questo processo, un’alimentazione preriscaldata sotto leggera pressione viene successivamente fatta espandere mediante decompressione, provocando una parziale vaporizzazione. Di conseguenza, due correnti continue vengono separate: una in fase vapore, ricca dei componenti più volatili, e una in fase liquida, ricca dei componenti meno volatili.
Condizioni di idealità
Un’apparecchiatura del tipo descritto opera in condizioni di idealità se le fasi liquida e vapore presenti nel separatore si trovano in condizioni di equilibrio termodinamico. Questo rappresenta un esempio di separazione per distillazione continua in uno stadio ideale. Il grado di separazione dipende dalla velocità con cui avvengono i processi di trasferimento di materia ed energia nell’apparecchiatura in esame.
Nei processi di separazione è utile definire un parametro di equilibrio *Ki* come segue: Ki = xi1 / xi2, dove xi1 e xi2 sono le frazioni molari del componente i nelle fasi 1 e 2. Nel caso in cui le fasi siano un vapore e un liquido, Ki diventa la costante di vaporizzazione: Ki = yi / xi.
Il fattore di separazione αij, noto anche come volatilità relativa del componente i rispetto al componente j, diventa: αij = yi*xj / xi*yj e dipende unicamente dalle caratteristiche fisiche della miscela che deve essere separata.
Bilancio materiale
Il bilancio materiale dell’apparecchiatura è espresso da: F = L + V, dove F rappresenta la portata molare (moli/tempo) dell’alimentazione, V la portata del vapore e L la portata del liquido. Le frazioni molari dei vari componenti presenti nell’alimentazione sono indicate con zi, mentre xi e yi rappresentano le frazioni molari nel liquido e nel vapore uscente dall’alimentazione.
Applicato al componente i, il bilancio materiale assume la forma: Fzi = Vzi + Lzi = Vy + Lx. Risolvendo rispetto a xi, si ottiene: xi = (F/V) zi / Ki + L/V = (L/V + 1) ( zi /Ki + L/V). Mentre per yi: yi = (F/V) Ki zi / Ki + L/V.
È necessario conoscere i valori delle costanti Ki che dipendono dalla natura dei sistemi in esame e dalle variabili fisiche come temperatura e pressione.
Sostituendo i valori delle frazioni molari nelle due equazioni precedenti, si comprende che la temperatura deve avere un valore tale per cui risulti soddisfatta l’equazione.
In conclusione, la distillazione continua in uno stadio ideale avviene secondo un preciso equilibrio termodinamico e fisico, determinato dalle caratteristiche dei componenti da separare e dalle variabili operative come temperatura e pressione.
