Placa teòrica
| Destilació | |
|---|---|
| |
| Branques | |
| Llei de Raoult / Llei de Dalton / Refluix / Equació de Fenske / Método de McCabe-Thiele / Plat teòric / Pressió parcial / Equilibri vapor-líquit | |
| Processos industrials | |
| Métodos de laboratori | |
| Tècniques | |
Un plat teòric en molts processos de separació és una zona o etapa hipotètica en la que dos fases, com les fases líquida i vapor d'una substància, establixen un equilibri entre sí. Dites etapes d'equilibri també poden denominar-se una etapa d'equilibri, una etapa ideal o una placa teòrica. El rendiment de molts processos de separació depén de tindre una série d'etapes d'equilibri i es millora en proporcionar més etapes d'este tipo. En atres paraules, tindre plaques més teòriques aumenta l'eficiència del procés de separació, ya siga per destilació, absorció, cromatografía, adsorció o un procés similar.[1][2]
Aplicacions
[editar | editar còdic]El concepte de plaques i fonts teòriques o etapes d'equilibri s'utilisa en el disseny de molts tipos diferents de separació.[1][2]
Columnes de destilació
[editar | editar còdic]El concepte de plaques teòriques en el disseny de processos de destilació ha segut discutit en molts texts de referència.[2][3] Qualsevol dispositiu físic que proporcione un bon contacte entre les fases de vapor i líquit presents en les columnes de destilació a escala industrial o les columnes de destilació d'artículs de vidre a escala de laboratori constituïx una "placa" o "font". Ya que una placa física real mai pot ser una etapa d'equilibri 100% eficient, el número de plaques reals és major que les plaques teòriques requerides.
a on:
- és el número de plaques o fonts reals, físiques
- és el número de plats o fonts teòriques
- és l'eficiència de la placa o font
Les anomenades fonts de tapa de bombeta o tapa de vàlvula són eixemples dels dispositius de contacte de vapor i líquit utilisats en les columnes de destilació industrial. Un atre eixemple de dispositius de contacte de vapor i líquit són els picos en les columnes de fraccionament de Vigreux.
Les fonts o plaques utilisades en les columnes de destilació industrial estan fabricades en plaques d'acer circulares i generalment s'instalen dins de la columna a intervals d'entre 60 i 75 cm (24 a 30 polzades) fins a l'altura de la columna. Eixe espai s'elegix principalment per a facilitar l'instalació i facilitar l'accés per a futures reparacions o manteniment.
Un eixemple d'una font molt simple és una font perforada. El contacte desijat entre vapor i líquit ocorre quan el vapor, que fluïx cap a dalt a través de les perforació, entra en contacte en el líquit que fluïx cap a avall a través de les perforació. En la pràctica moderna actual, com es mostra en el diagrama adjacent, es conseguix un millor contacte instalant tapes de bombetes o tapes de vàlvules en cada perforació per a promoure la formació de bombetes de vapor que fluïxen a través d'una capa prima de líquit mantinguda per un abocador en cada font.
Per a dissenyar una unitat de destilació o un procés químic similar, es deu determinar el número de fonts o plaques teòriques (és dir, etapes d'equilibri hipotètic), Nt, requerides en el procés, tenint en conte un ranc provable de composició de matèria primera i el valor desijat del grau de separació dels components en les fraccions d'eixida. En les columnes industrials de fraccionament continu, Nt es determina començant en la part superior o inferior de la columna i calculant els balanços de materials, els balanços tèrmics i les vaporisació instantànees d'equilibri para cada una de les etapes d'equilibri de la successió fins que es conseguixca la composició del producte final desijat. El procés de càlcul requerix la disponibilitat d'una gran cantitat de senyes d'equilibri líquit-vapor per als components presents en l'alimentació de destilació, i el procediment de càlcul és molt complex.[2][3]
En una columna de destilació industrial, la Nt requerida per a conseguir una separació donada també depén de la cantitat de refluix utilisada. L'us de més refluix disminuïx el número de plaques requerides i l'us de menys refluix aumenta el número de plaques requerides. Per lo tant, el càlcul de Nt es repetix generalment en vàries taxes de refluix. Nt es dividix per l'eficiència de la font, I, per a determinar l'número real de fonts o plaques físiques, Na, necessàries en la columna de separació. L'elecció final de disseny del número de fonts que s'instalaran en una columna de destilació industrial se selecciona després sobre la base d'un equilibri econòmic entre el cost de les fonts adicionals i el cost d'utilisar una major taxa de refluix.
Existix una distinció molt important entre la terminologia teòrica de la placa utilisada per a discutir les fonts de destilació convencionals i la terminologia teòrica de la placa utilisada en les discussions a continuació sobre la destilació o absorció en llit empacado o en cromatografía o atres aplicacions. La placa teòrica en les fonts de destilació convencionals no té "altura". És simplement una hipotètica etapa d'equilibri. No obstant, la placa teòrica en llits compactar, cromatografía i atres aplicacions es definix com tindre una altura.
Llits de destilació i absorció
[editar | editar còdic]Els processos de destilació i separació per absorció que utilisen llits empacados per a contacte en vapor i líquit tenen un concepte equivalent denominat altura de placa o altura equivalent de placa teòrica (HETP de l'anglés height equivalent to a theoretical plate).[2][3] El HETP sorgix del mateix concepte d'etapes d'equilibri que la placa teòrica i és numèricament igual a la llongitut del llit d'absorció dividit pel número de plaques teòriques en el llit d'absorció (i en la pràctica es medix d'esta manera).
a on:
- és el número de plaques teòriques (també denominat "reconte de plaques")
- H és l'altura total del llit
- és l'altura equivalent a una placa teòrica
El material en llits empacados pot ser un empaque bolcat a l'encert (1-3 "d'ample) com anells Raschig o chapa metàlica estructurada. Els líquits tendixen a humir la superfície del empaque i els vapors entren en contacte en la superfície mullada, a on ocorre la transferència de massa.
Processos cromatogràfics
[editar | editar còdic]El concepte de placa teòrica també va ser adaptat per als processos cromatogràfics per Martin i Synge.[4] El Llibre d'Or de l'IUPAC proporciona una definició del número de plaques teòriques en una columna d'cromatografía.[5]
La mateixa equació s'aplica en els processos d'cromatografía que per als processos de llit empaquetat, a saber:
En cromatografía, el HETP també es pot calcular en l'equació de Van Deemter.
Atres aplicacions
[editar | editar còdic]El concepte de plaques o fonts teòriques s'aplica també a atres processos, com l'electroforesis capilar i alguns tipos d'adsorció.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Gavin Towler; R K Sinnott, {{{nom2}}} (2007). Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design, Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-8423-2.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Kister, H.Z. (1992). Distillation Design, 1st edició, McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Perry, Robert H.; Green, Don W., {{{nom2}}} (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6th edició, McGraw-Hill. ISBN 0-07-049479-7.
- ↑ Biochemical Journal.35(12)
- 1358–1368.
- ↑ Definició del número de plaques (en cromatografía) IUPAC Gold Book
- Este artícul conté una traducció derivada de «Placa teórica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.