Distillazione Batch

La distillazione batch è una tecnica usata per separare componenti di miscela liquida quando ci sono piccole quantità da trattare o quando la produzione è stagionale. Questa metodologia è favorevole quando le operazioni a monte avvengono in modo discontinuo, rendendola ideale per impianti pilota che non effettuano separazioni frequenti.

Distillazione Batch Semplice

Nella distillazione batch semplice, il processo si svolge in un singolo stadio senza riflusso, moto in controcorrente o alimentazione continua. In questo processo, una miscela liquida viene portata all'ebollizione, e il vapore prodotto viene raccolto, condensato ed estratto come distillato. Le composizioni del liquido e del distillato variano nel tempo, creando un bilancio materialmente dinamico, dove variazioni sono espresse in forma differenziale.

Equazione di Rayleigh

L'equazione di Rayleigh è fondamentale in questa fase; essa fornisce le relazioni necessarie per il bilancio materiale durante il processo di distillazione. Le equazioni relative al bilancio materiale e alla composizione possono essere espresse come:

\(rac{dM}{dt} = -D, \quad \frac{dMx}{dt} = yD\)

Queste equazioni vengono integrate considerando condizioni iniziali e finali di lavoro. In particolare, per le miscele binarie, è possibile utilizzare la volatilità relativa considerata costante, il che consente di calcolare la composizione media del distillato attraverso funzioni di relazione tra le frazioni molari e le quantità di materia trattate.

Esempi e Applicazioni

Prendiamo in considerazione un esempio pratico: una miscela di benzene e toluene all'80% è ottenuta vaporizzando una miscela liquida inizialmente al 60%. Utilizzando la volatilità relativa e i punti di ebollizione per calcolare la quantità di carica da vaporizzare, si determina che per raggiungere l'80% di toluene, è necessario vaporizzare l'85.3% della miscela iniziale. Tale calcolo permette di comprendere le dinamiche di separazione e il bilancio entalpico, che sono cruciali in questo tipo di distillazione.

Condensazione Batch Semplice

Analogamente alla distillazione, la condensazione batch semplice viene governata da equazioni simili, dove la frazione molare nell'apparecchiatura e nel liquido residuo sono correlate in modo dinamico e vengono analizzate utilizzando bilanci di materiale. Questa relazione fornisce informazioni cruciali sulla gestione delle fasi di condensazione.

Distillazione Batch Multistadio

La distillazione batch multistadio si differenzia dalla semplice per la presenza di più stadi di separazione che consentono di ottenere distillati con purità superiore. In questo modo, la separazione è più efficiente rispetto alla distillazione batch semplice.

Bilancio di Materiale

Per ogni piatto in colonna, viene applicato un bilancio di materiale, dove l'input è dato dalla composizione iniziale e l'output dalla composizione finale. L'“hold-up” sui piatti è generalmente ridotto per mantenere il sistema il più stazionario possibile.

Diagramma di McCabe-Thiele

In caso di miscela binaria, il diagramma di McCabe-Thiele è uno strumento utile per visualizzare il processo di separazione, mostrando le linee di lavoro in relazione ai coefficienti di volatilità dei componenti, permettendo così una facile determinazione dei rapporti di riflusso.

Confronto tra Distillazione Batch e Continua

La distillazione batch è più flessibile e può essere adattata a piccole produzioni, ma richiede maggiore manodopera e attenzione rispetto alla distillazione continua, la quale può operare a flussi costanti e produrre distillati di alta purezza. La distillazione continua, però, ha limitazioni nel recupero di componenti volatili molto puri.

Distillazione Batch e Meccanismi di Separazione

Distillazione Batch e Meccanismi di Separazione