Explora cómo el tipo de columna y las condiciones de operación afectan la separación de una mezcla etanol–agua, usando el mismo modelo de McCabe–Thiele y la curva de equilibrio de la guía de laboratorio. Los tres sistemas corresponden a las Partes A, B y C de la experiencia.
Curva de equilibrio ilustrativa (datos típicos de literatura, 1 atm). El escalonado muestra, a reflujo total, cuántas etapas equivalentes separan la composición actual del líquido en el balón (en el instante marcado por el control de progreso) de la composición del vapor que sale por el tope de la columna.
| Sistema | V (mL) | T (°C) | x (balón) | yD (destilado) |
|---|
Línea de rectificación (pendiente R/(R+1)), línea de agotamiento, línea q de la alimentación, y escalonado de etapas. La etapa de alimentación —donde el escalonado cruza de una recta de operación a la otra— se marca en un color distinto.
Balance global: F = D + B. Balance de componente: F·xF = D·xD + B·xB. A diferencia del balón por lotes, aquí F, D, B, xF, xD y xB son constantes en el tiempo (estado estacionario).
Supuestos: balón con carga finita W, sin alimentación continua, vapor generado sale de inmediato como destilado (sin reflujo externo), equilibrio (o cuasi-equilibrio de N etapas) entre el líquido remanente y el vapor que sale.
yD(x) es la composición del vapor que sale por el tope; con columna de N etapas a reflujo interno total, yD se obtiene escalonando N veces sobre la curva de equilibrio partiendo de x (ver pestaña 1).
Supuestos: flujo molar líquido y vapor constante en cada sección (derrame molar constante, CMO), etapas de equilibrio ideales (o eficiencia de Murphree fija), estado estacionario.
Reflujo mínimo (pellizco): Rmín = (xD − ypellizco) / (ypellizco − xpellizco), evaluado donde la línea q toca la curva de equilibrio. Reflujo total (Fenske): mínimo número de etapas, línea de operación coincide con la diagonal y=x.
Supuestos: alimentación F, destilado D y fondos B constantes en el tiempo; sin acumulación de masa ni de especie dentro de la columna.
Balance de energía global (cualitativo): F·hF + Qreboiler = D·hD + B·hB + Qcondensador. En McCabe–Thiele este balance de energía se simplifica asumiendo CMO (los calores latentes molares de ambos componentes son aproximadamente iguales); si no lo son, hace falta Ponchon–Savarit.
Supuestos: ninguno sobre el derrame molar — a diferencia de McCabe–Thiele, no asume que los calores latentes molares de los componentes sean iguales. Usa un balance de materia y de energía simultáneo en cada etapa, sobre un diagrama entalpía–composición (H–x–y).
Las etapas se escalonan con líneas de reparto (tie-lines, que conectan el líquido y el vapor en equilibrio sobre el diagrama H–x–y) y líneas rectas hacia el punto de diferencia Δ, en vez de con una recta de operación de pendiente constante.