Operațiuni unitare în procesarea alimentelor - R
CAPITOLUL 9
PROCESE DE CONTACT-EQUILIBRIUM - APLICAȚII (continuare)
DISTILARE
Distilarea cu abur
Distilarea sub vid
Distilarea în lot
Echipament de distilare
Distilarea este un proces de separare, separând componentele dintr-un amestec prin utilizarea faptului că unele componente se vaporizează mai ușor decât altele. Când vaporii sunt produși dintr-un amestec, acestea conțin componentele amestecului original, dar în proporții care sunt determinate de volatilitatea relativă a acestor componente. Vaporii sunt mai bogați în unele componente, cele mai volatile, și astfel se produce o separare.
În distilarea fracționată, vaporii sunt condensați și apoi reevaporați atunci când are loc o separare suplimentară. Este dificil și uneori imposibil să se pregătească componente pure în acest fel, dar un grad de separare poate fi ușor atins dacă volatilitățile sunt în mod rezonabil diferite. Acolo unde este necesară o puritate mare, pot fi folosite distilări succesive.
relații de echilibru în distilare sunt guvernate de presiunile relative de vapori ale componentelor amestecului, adică de volatilitatea lor una față de cealaltă. Curbele de echilibru pentru amestecurile de vapori-lichid cu două componente pot fi prezentate în mod convenabil sub două forme, sub formă de curbe de temperatură/concentrație de fierbere sau ca curbe de distribuție a concentrației de vapori/lichide. Ambele forme sunt corelate, deoarece conțin aceleași date, iar curbele de distribuție a concentrației, care sunt la fel ca curbele de echilibru utilizate în extracție, pot fi obținute cu ușurință din curbele de temperatură/concentrație de fierbere.
A diagrama temperaturii/concentrației de fierbere este afișat în FIG. 9.10. Observați că există două curbe pe diagramă, una indicând concentrațiile de lichid și cealaltă concentrațiile de vapori.
Figura 9.10 Diagrama temperaturii/concentrației de fierbere
Dacă o linie orizontală (temperatură constantă) este trasată pe diagramă în limitele de temperatură ale celor două curbe, aceasta va tăia ambele curbe. Această linie orizontală corespunde unei anumite temperaturi de fierbere, punctul în care taie linia inferioară dă concentrația lichidului care fierbe la această temperatură, punctul în care taie linia superioară dă concentrația condensului de vapori la aceeași temperatură . Astfel, cele două puncte dau cele două concentrații care sunt în echilibru. Ele dau, de fapt, două valori corespunzătoare pe curbele de distribuție a concentrației, punctul de pe linia lichidă corespunzând unei X punct (adică la concentrația din faza mai grea) și punctul de pe linia de vapori la a y punctul (concentrația în faza mai ușoară). Diagrama arată că y valoarea este mai bogată în componenta mai volatilă a amestecului decât X, iar aceasta este baza separării prin distilare.
Se constată că unele amestecuri au diagrame în punct de fierbere care au o formă diferită de cea prezentată în Fig. 9.10. Pentru aceste amestecuri, la o altă temperatură particulară și departe de componentele pure de la extremele compoziției, liniile de compoziție de vapori și lichide se reunesc. Aceasta înseamnă că, la această temperatură, lichidul fierbe pentru a da un vapor cu aceeași compoziție ca el. Astfel de amestecuri constituie azeotrope iar formarea lor limitează concentrația atinsă într-o coloană de distilare. Amestecul etanol-apă, care are o mare importanță în industria băuturilor alcoolice, are un azeotrop cu punct de fierbere minim la compoziție 89,5 moli% (95,6% g/g) etanol și 10,5 moli% (4,4% g/g) apă, care fierbe la 78,15 ° C. Într-o coloană de distilare, separând alcoolul etilic diluat de apă, concentrațiile limită ale fluxurilor sunt 100% apă pe de o parte în fluxul „lichid” și 95,6% alcool etilic, 4,4% apă în greutate în fluxul „vapori”, cu toate acestea sunt utilizate multe etape de distilare.
O coloană de distilare în mai multe etape funcționează oferind etape succesive în care lichidele fierb și vaporii din stadiul de deasupra se condensează și în care se atinge echilibrul dintre cele două fluxuri, lichid și vapori. Soldurile de masă pot fi scrise pentru întreaga coloană și pentru părți ale acesteia, în același mod ca și în cazul altor procese de echilibru de contact.
EXEMPLUL 9.13. Distilarea amestecului alcool/apă
Într-o singură etapă, coloană de distilare continuă utilizată pentru îmbogățirea amestecurilor de alcool/apă, furajul conține 12% alcool, iar 25% din furaj se scurge cu produsul de top (fluxul de "vapori") de la alambic. Având în vedere că, la o temperatură de fierbere de 95,5 ° C, 1,9 moli% alcool în lichid este în echilibru cu 17 moli% alcool în vapori, estimați concentrația de alcool din produs din.
Din datele de echilibru date și deoarece fracția molară a alcoolului este mică, putem presupune o relație de echilibru liniar. Curba de echilibru trece prin (0,0) și (1.9, 17), astfel încât în acest interval putem spune y = x(17/1.9) sau x = y(1,9/17).
Din condițiile de funcționare date, deoarece alimentarea este egală cu fazele lichid + vapori, (L + V) putem scrie: