Distillazione

1

2

3

Equazione di Clausius-Clapeyron

dP/dT = ΔH/TΔV

Costruzione del diagramma di stato

Curve vapore – fase condensata

lnP = -ΔH/RT + cost

Curva 3: la pendenza dipende dal valore diΔV (ΔH è >0 per il passaggio solido-liquido)Calore latente di fusione

Regola di Trouton

Diagrammi binari liquido-vapore

Diagrammi P - χSoluzioni ideali: legge di Raoult

L

V

Sistemi a due componenti

P = PA + PB = xA·P°A + xB·P°B

P = PA + PB = yA·P + yB·P

yA = xA·P°A/P

xA = (P – P°B)/(P°A – P°B)

Volatilità relativa: αA-B

αA-B = P°A/P°B

y = x·αA-B/[1+x(αA-B – 1)]

Diagrammi T - χ

T

V

L

TA

TB

VL

C

V L

Regola della leva:Bilancio di massa: V + L = CPer 1 componente: V·χV + L·χL = C·χC

V/L = (χL – χC)/(χC – χV) = CL/VC = nL/nV

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Frazione molare benzene nel liquido x

Fra

zion

e m

olar

e ben

zene

nel

vap

ore

y

Diagramma x-y

T1

T2

T3

T4

1

L2

V2

L3

V3

Distillazione frazionata

Calcolo del numero di piatti teorico

Metodo grafico di McCabe - Thiele

Soluzioni binarie ideali: ΔHmisc = 0; ΔHevapIA = ΔHevapIB

L = cost; V = cost all’interno della colonna (cambia solo il contributo di F)

Equilibrio liquido-vapore su ciascun piatto e nella colonna

Bilancio totale di massa: F = D + W

F

D

W

Zona di arricchimento (rettifica):

V = L+D

Zona di esaurimento (stripping):

L’ = V’+W

Metodo di McCabe - Thiele

Si calcolano le equazioni di due rette di lavoro e si sovrappongono al diagramma y-x della miscela binaria

0,3 0,98

0,18

0,05

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Frazione molare benzene nel liquido x

Fra

zion

e m

olar

e ben

zene

nel

vap

ore

y

R = L/D = rapporto di riflusso

(arricchimento)y = R/(R+1)·x + 1/(R+1)·xD

(esaurimento)y = L’/(L’-W)·x – W/(L’-W) ·xW

Punti caratteristici:y = xD e y = 1/(R+1)·xD

y = xW

Metodo di McCabe - Thiele

Si calcola l’equazione del comportamento dell’alimentazione:Si definisce il rapporto q = (L+L’)/F

Retta dell’alimentazione:y = q/(q-1)·x – 1/(q-1)·xF

Condizioni:q > 1 liquido con T<Tebq = 1 liquido con T = Teb0<q<1 liquido + vaporeq = 0 vapore saturoq < 0 vapore surriscaldato

0,10; 0,43

0,30; 0,30

0,30

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Frazione molare benzene nel liquido x

Fra

zion

e m

olar

e ben

zene

nel

vap

ore

y

Metodo di McCabe - Thiele

Si calcola il punto di intersezione tra le due rette di lavoro: partendo da xD si calcolano il numero di gradini tra la curva y-x e le due rette di lavoro

0,3 0,980,05

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Frazione molare benzene nel liquido x

Fra

zion

e m

olar

e ben

zene

nel

vap

ore

y

Soluzioni reali(componentimiscibili)

Miscele azeotropiche

Miscele azeotropiche

Distillazione azeotropica: azeotropo ternario (acqua-etanolo-benzene)

Distillazione estrattiva: solvente poco volatile rispetto ai due componentida separare

Produzioni petrolchimiche

Produzione di olefine

Idrocarburi non saturi C2 – C5 (più importanti):etilene, propilene, butileniC2H4 C3H6 C4H8

Reazione di cracking termico e deidrogenazione:

Cm+nH2(m+n)+2 CmH2m + CnH2n+2

CnH2n+2 CnH2n + H2

Prodotti finali: olefine, diolefine, aromatici, nafteniAlte temperature (bassi tempi): acetilene

Stabilità termodinamica delle olefine: diagramma di Francis

Diagramma di Francis

• CH4 più stabile a tutte le T

• n-paraffine meno stabili > C• olefine più stabili > T, a parità di C

(1066 K: C2H4 più stabile C3H6)

• per C che >, deidrogenazione più difficile rispetto al cracking

Prodotti del cracking(a) etano; (b) propano (T = 815 °C; P = 1 atm)

Tempo di permanenza (ms)

Parametri caratterizzanti: temperatura tempo di permanenza pressione parziale dell’alimentazione

Impianto di produzione di olefine

Reattore Profilo di temperatura

Schema dicracking

Separazione del gas da cracking

Separazione della frazione C4