p

Teodor Ioan Trac

Operaii unitare n industria alimentar

Distilarea i rectificarea

DISTILAREA I RECTIFICAREA1. Definire

Distilarea reprezint operaia de separare a componentelor unui amestec omogen de lichide pe baza diferenei dintre temperaturile de fierbere ale constituenilor (diferena de volatilitate). Vaporii astfel mbogii, prin condensare formeaz distilatul, iar lichidul, coninnd (preponderent) componentele greu volatile reziduul. Distilarea este o operaie dubl, compus din fierberea parial a amestecului i condensarea vaporilor. Dac se dorete s se ating o separare mai avansat, succesiunea fierbere condensare se repet de mai multe ori, realizndu-se astfel rectificarea.

n industria alimentar, operaiile de distilare i rectificarea se utilizeaz n ramurile fermentativ, buturilor, spirtului, uleiului.

2. Echilibrul lichid vapori

Un lichid format dintr-un singur component (o singur substan) fierbe la temperatura la care presiunea de vapori a substanei este egal cu presiunea sub care se produce fierberea. n timpul fierberii, temperatura nu se modific i presiunea se menine constant, iar compoziia lichidului i compoziia vaporilor sunt identice i nu variaz.

n cazul unui lichid format din mai muli componeni (mai multe substane), fierberea ncepe cnd suma presiunilor pariale ale acestora este egal cu presiunea sub care se produce fierberea. n timpul fierberii, temperatura variaz i presiunea se menine constant, iar compoziia lichidului este diferit de cea a vaporilor.

Separrile prin distilare ale amestecurilor lichide se bazeaz pe diferena dintre compoziiile fazei lichide i a celei de vapori, conform echilibrului fazelor.

Amestecurile ideale au urmtoarele proprieti:

presiunea vaporilor variaz liniar cu compoziia molar;

toate proprietile sunt aditive;

la amestecarea componentelor nu apar efecte termice sau variaii de volum.

Majoritatea amestecurior sunt amestecuri neideale care nu verific legea lui Raoult. Relaiile de echilibru stabilite pentru amestecurile ideale sunt valabile i n cazul celor neideale, cu meniunea c presiunea Pi a substanei trebuie nmulit cu un factor de corecie, i anume coeficientul de activitate .

Coeficienii de activitate depind de natura componenilor amestecului, de concentraie i de temperatur.

Pentru amestecuri cu abateri mari de la varianta ideal, coeficienii de activitate variaz puternic cu compoziia i difer mult de unitate.

Amestecurile cu compoziia corespunztoare temperaturii de fierbere maxim i minim fierb la temperatur constant sunt amestecuri azeotrope. Ele pot fi pozitive (coeficientul de activitate este mai are ca unitatea; temperatura de fierbere este minim) sau negative (coeficientul de activitate mai mic dect unitatea; temperatura de fierbere este maxim).3. Distilarea simpl. Distilarea n echilibru

Distilarea simpl (distilarea diferenial) este o operaie care const n transformarea n vapori a amestecului de separat (fierbere), ndeprtarea lor pe msur ce se formeaz i condensarea. Condensatul reprezint distilatul (fraciunea uoar), iar lichidul rmas n fierbtor (blazul de distilare) reziduul (fraciunea grea).

n cazul amestecurilor multiple, distilarea simpl discontinu, ca mod de operare, este identic cu cea pentru amestecuri binare.

Operaia de distilare simpl continu const n alimentarea continu a blazului de distilare cu amestecul care trebuie separat i evacuarea continu a vaporilor formai. Se stabilete astfel un singur echilibru lichid vapori.

Distilarea n echilibru (distilarea integral sau distilare flash) reprezint operaia care const n vaporizarea parial a lichidului supus separrii. Vaporii formai rmn permanent n contact (n echlibru) cu lichidul din care au provenit. 4. Rectificarea continu a amestecurilor binare

Rectificarea continu const ntr-o succesiune de distilri i condensri ntre vaporii i lichidul care circul n contracurent. Utilajele tip se numesc coloane de rectificare i pot fi cu talere sau cu umplutur.

Rectificarea continu este o operaie care decurge n regim staionar: amestecul care trebuie separat n componenii si este alimentat cu debit constant i la temperatur constant n coloana de rectificare; cele dou fraciuni rezultate n urma operaiei au de asemenea debite i temperaturi constante. n orice punct al coloanei, debitele, concentraiile, temperatura i presiunea sunt constante.

n figura 1 se prezint schema coloanei de rectificare continu cu talere. Modul de operare este urmtorul: amestecul iniial este prenclzit pn la temperatura de fierbere, dup care se introduce pe unul din talerele 2 ale coloanei 3; concentraia refluxului intern pe talerul respectiv trebuie s fie egal cu concentraia amestecului iniial. Talerul pe care s-a efectuat alimentarea amestecului iniial mparte coloana n dou zone: zona de concentrare (de rectificare) n care se produce concentrarea vaporilor i lichidului n component uor volatil;

zona de epuizare (de stripare) n care are loc epuizarea lichidului i vaporilor de ultimele resturi de component uor volatil.

Amestecul curge din taler n taler, pierde treptat componentul volatil i ajunge n fierbtorul (serpentina de nclzire) 4 unde este parial vaporizat, restul fiind evacuat ca fraciune grea (reziduu). Vaporii rezultai din fierbtor servesc la vaporizarea componenilor volatili din lichidul (refluxul) care curge n contracurent.n trecerea prin coloan, compoziia vaporilor variaz de la cea corespunztoare fraciunii grele pn la cea corespunztoare fraciunii uoare.

Vaporii sunt condensai total n condensatorul 1. O parte din condensat revine ca reflux n coloana de rectificare, iar restul se evacueaz ca distilat. Distilatul este produsul obinut la partea superioar a coloanei, dup condensare, i reprezint fie componentul mai volatil purificat, fie o fraciune mbogit n component mai volatil. Reziduul reprezint produsul obinut la baza coloanei sub form lichid i reprezint componentul greu volatil puizat de componentul uor volatil sau o fraciune mbogit n component greu volatil.

Figura 1 Coloane de rectificare

n lungul coloanei de rectificare, temperatura variaz de la temperatura de fierbere a reziduului (apropiat de temperatura de fierbere a componentului greu volatil), pn la temperatura de condensare a distilatului (apropiat de temperatura de fierbere a componentului uor volatil).

Studiul coloanelor de rectificare cu talere se bazeaz pe conceptul de taler teoretic. Acesta este o unitate ideal de contact, pe care se realizeaz echilibru termodinamic ntre lichidul (refluxul) care cade de pe talerul superior i vaporii care se ridic de pe talerul inferior. Conceptul de taler teoretic se poate explica astfel: pe un talerul n, pe care se menine nivelul constant, se realizeaz contactul ntre vaporii de compoziie yn+1 cu temperatura tn+1 (de la talerul imediat superior n+1) i lichidul de compoziie xn-1 cu temperatura tn-1 (de la talerul imediat inferior n-1). Deoarece tn+1 > tn-1, vaporii mai calzi cedeaz cldur lichidului mai rece. Componentul greu volatil din vapori se va consensa i componentul uor volatil din lichid se va evapora. Pe talerul n se realizeaz astfel vapori i lichid n echilibru, avnd aceeai temperatur tn. Talerul teoretic echilibreaz deci diferenele de temperatur i concentraie dintre cele dou fluxuri lichid i vapori din coloana de rectificare. Rezult componenta lichid cu compoziia xn i cea de vapori cu compoziia yn. Condiia ca talerul n s fie taler teoretic este ca xn i yn s corespund echilibrului termodinamic lichid vapori.

Un taler teoretic reprezint mai multe talere reale, a cror numr depinde de condiiile de operare. Caracteristica principal a coloanelor de rectificare este numrul de talere teoretice.

Dimensionarea unei coloane cu talere const n determinarea numrului de talere. Aceasta se poate face prin dou metode:

dimensionarea la echilibru const n determinarea numrului de talere teoretice necesare separrii; dimensionarea pe baza cineticii transferului de mas const n determinarea concentraiilor i temperaturilor de fierbere pe fiecare taler i astfel a numrului de talere reale.

1. Descriei operaia de distilare!

2. n ce const distilarea simpl?

3. n ce const operaia de rectificare continu?

4. Descriei modul de operare al coloanei de rectificare continu cu talere!

5. Ce reprezint distilatul, respectiv reziduul?

_1136794186.unknown