INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS ESIQIE LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS III PRACTICA: “DESTILACION DIFERENCIAL DE UNA MEZCLA BINARIA” ALUMNA: GÓMEZ CRUZ JULIETA PROFESOR: JOSE LUIS LUIS GORDILLO GORDILLO EQUIPO: NO 3 GRUPO:
8IV1 FECHA: !OCT!"13 OBJETIVOS
Conceptual. Desarrollar los conocimientos para explicar el fenómeno de la separación de dos líquidos volátiles, para lo cual destilara una mezcla binaria en un destilador diferencial a presión constante, comparando los resultados experimentales con los teóricos calculados a partir de la ecuación de Rayleigh y observar así el rendimiento de destilación por este método
Procedimental. Realizar los diagramas de equilibrio binario de los sistemas! metanol"agua y etanol"agua como solución ideal"gas ideal y solución no ideal"gas ideal
Actitudinal. #bservar una conducta adecuada durante la realización de esta práctica exhibiendo una disciplina profesional Realizar una investigación en las referencias disponibles sobre las diferentes aplicaciones del proceso de destilación
MARCO TEORICO $n este tipo de destilación, primero se introduce líquido en un recipiente de calentamiento %a carga líquida se hierve lentamente y los vapores se extraen con la misma rapidez con que se forman, enviándolos a un condensador donde se recolecta el vapor condensado &destilado' %a primera porción de vapor condensado es más rica en el componente más volátil ( ( medida que se procede con la vaporización, el producto vaporizado es más pobre en ( $n la figura ))*"+ se muestra un destilador simple %a operación se inicia introduciendo en el destilador una carga de % moles de componentes ( y - con una composición x) fracción mol de ( $n un momento dado, habrá % moles de líquido remanentes en el destilador con una composición x y la composición del vapor que se desprende en equilibrio es y .e ha vaporizado entonces una cantidad diferencial d% %a composición del recipiente varía con el tiempo /ara determinar la ecuación de este proceso, se supone que se vaporiza una cantidad peque0a d% %a composición del líquido varía de x a x " dx y la cantidad de líquido de % a % " d% .e hace un balance de materiales con respecto a (, donde la cantidad original 1 cantidad remanente en el líquido 2 cantidad de vapor
3% 1&x"dx'&%"d%'2yd% &))*"4' $fectuando la multiplicación del lado derecho, x%1x%"xd%"%dx2dxd%2yd% &))*"5' Despreciando el término dx d% y reordenando,
Donde %l son los moles originales cargados, %+ son los moles remanentes en el destilador, x) es la composición original y x+ es la composición final del líquido %a integración de la ecuación &))*")6' se puede llevar a cabo por medios gráficos, graficando l7#, " x' en función de x y determinando el área ba8o la curva entre x) y x+ %a curva de equilibrio proporciona la relación entre y y x ( la ecuación &) í*" )6' se le llama ecuación de Rayleigh %a composición promedio del total de material destilado, 9prom se obtiene por medio de un balance de materias!
DIAGRAMA REPRESENTATIVO
NOMENCAT!RA %)! moles iniciales en el destilador %+! moles remanentes en el destilador &final de la operación' %! moles remanentes en el destilador en el tiempo t d%! moles de líquido destilados en el tiempo t x! concentración del componente mas volátil en el tiempo t x)! concentración inicial del componente mas volátil x+! concentración final del componente mas volátil dx! variación de la concentración en el tiempo t y! concentración del componente mas volátil en el vapor generado en el tiempo t
CARACTERISTICAS )' $s una #peración discontinua &el material se carga en el equipo y el vapor generado se retira en forma continua'
+' :ambién llamada! Destilación simple por lotes, destilación por cargas *' .e realiza en una sola etapa, mediante calentamiento lento y no presenta reflu8o ;' %os vapores se extraen con la misma velocidad con que se forman &no hay acumulación' y se condensan &destilado líquido' <' .e admite que las composiciones del vapor generado &y' y del líquido remanente &x' se hallan en estado de equilibrio =' >o se alcanza el estado estacionario 4' ?omposición del líquido remanente varía con el tiempo 5' :iene lugar un aumento de la temperatura del sistema @' $n el líquido remanente, disminuye la cantidad del componente de menor temperatura de ebullición, conforme avanza la destilación
PROCEDIMIENTO DE OPERACI"N Arran#ue del e#uipo )" (brir la válvula de salida del condensador par vaciar posible acumulación de condensado en prácticas anteriores +" ?errar todas las válvulas del equipo *" (brir las válvulas para permitir el paso de la alimentación al destilador ;" (brir la válvula de venteo para purgar el aire en el condensador ) <" ?onectar la bomba de alimentación =" (limentar la mezcla inicial al destilador, aproximadamente A partes, desconectar el motor de bomba y anotar la altura del nivel del destilador y la temperatura inicial de la alimentación 4" ?errar las válvulas de alimentación 5" (brir la válvula general de agua de enfriamiento
@" (brir la válvula de condensado de vapor de calentamiento )6" (brir la válvula general de vapor de calentamiento, y la válvula de agua al enfriador de condensado de valor de calentamiento ))" (brir la válvula de vapor de calentamiento al destilador, purgar el condensado retenido en la chaqueta de calentamiento y regular la presión necesaria del vapor con la válvula pcv")6) )+" Bna vez que los vapores de destilado salgan por la válvula de venteo cerrar dicha válvula )*" (brir la válvula de agua de enfriamiento al condensador y enfriador que se vayan a operar );" :omar los datos de temperatura )<" abrir la válvula para el paso del producto del destilado al enfriador y al tanque de almacenamiento )=" (brir las válvulas de salida de residuo del destilador, de agua al enfriador y al tanque de recepción )4" %a cantidad de destilado condensado recolectado puede reprocesarse nuevamente enviando este al hervidor previamente descargado para empezar una segunda destilación y obtener un destilado de mayor concentración
Detenci$n del e#uipo )" ?errar la válvula de paso de vapor de calentamiento al destilador +" ?errar la válvula de condensado de vapor de calentamiento al tanque de recepción y anotar la altura del nivel del tanque *" (brir las válvulas de salida del residuo del destilador, de agua al enfriador de residuo y al tanque de recepción ;" ?onectar la bomba de residuo, desconectar el motor de la bomba después de que salga todo el residuo <" De8ar enfriar y que termine de condensarse el destilado por )< minutos
=" Cedir la altura del nivel del tanque de residuo y destilado y obtener muestras estos y #H D&'()*+ X.&( X%/ V/2% de s $% * ,-$%3 / &' L determinar concentración 0
ALIMENTACI ON DESTILADO RESIDUO
46.3
0.956
23.5
0.1473
18
0.944
30
0.1942
33.35
4.5
0.970
15
0.0903
4.63
enfriamiento 5" (brir la válvula de drena8e y cerrar sus válvulas
DATOS E%PERIMENTAES
/resión de traba8o! 6+; g7cm+
T&
45.5
4" ?errar la válvula general de agua de
T' T( T) T* T+er,idor
*@
4@
5)
4=
45
45
+5
+5
+5
SEC!ENCIA DE CAC!OS &. Balance de materia de acuerdo a la- ecuacione- && &(. F = D +W
//.0ec. &&1
F ZF = DYD + W xw
//.0ec. &(1
F =V ∗⍴
1
E
<¿
1000 cm
3
¿ ¿ F =45.5 <
(
0.956 g
cm
D =V ∗⍴
3
)¿
E
1
<¿
1000 cm
3
¿ ¿ D =33.35 <
W = V ∗⍴
1
(
0.944
g
3
cm
)¿
E
<¿
1000 cm
3
¿ ¿ W = 4.63 <
(
0.970 g
cm
3
)¿
F = D + W
D23 4(&.)5'2 ).)6&4 (7.8& )(.)654(*.68( 0.235
Z F =
32 0.235 32
+
( 1−0.235 ) 18
= 0.1473
0.30
X D=
32 0.30 32
+
(1−0.30 )
= 0.1942
18
0.15
X W =
32 0.15 32
+
(1−0.15 )
=0.0903
18
F ZF = DYD + W xw
(
)=6.4072
(
) + 4.491 Kg ( 0.0903 )=5.1147
43.498 Kg 0.1473 31.482 Kg 0.1492
'. Aplicando la ec. 0&)19 o:tener la relaci$n 0D;<19 compararlo con el re-ultado de la ec. 0&'1 D W =1 − … … … … .. ec (12) F F 31.482 43.498
=0.7237 =1−
4.491 43.498
=0.8967
D Z F − X W = … … … … .. ec ( 13 ) F Y D− X W 31.482 43.498
=0.7237 =
−0.0903 =0.5486 0.1942− 0.0903 0.1473
(. Relaci$n 0<;31 (plicando la ecuación anterior, se calcula la relación F7G con las concentraciones de equilibrio obtenidas a partir del diagrama de puntos de
ebullición con ayuda de las temperaturas inicial y final de la destilación ?onsiderar H como un valor promedio entre estas temperaturas
√
α
1 − X W F α −1 Z F ⌋ ……….ec (10 ) = ∗⌊ 1 −Z F W X W
METANO AG!A
A
B
C
4545=* 4@==5)
);4*))6 )==5+)6
+*6666 ++5666
De la ecuación de (ntoine log P = A −
/1mmIg
B C + T
:1J?
1.033 Kg 2
cm
=760 mmHg
/ara metanol! Log (761.573)
=
7.87863 −
1473.110 230.00 + T
=64.80 ℃
∴ T
/ara agua!
Log (761.573) = 7.96681 −
1668.210 228.00 + T
=100.05 ℃
∴ T
/abs1/atm2/man /atm1<5
T
PA4
PB4
%A
?A
7).5
4=);=**
)5<@*@;
)666
)666
7*
4=4;+=<
)54=)+6
6@@6
6@@5
8@
@+@<+@5
+**446=
64<@
6@+=
8*
)))55++;
+5@)455
6<=@
65*=
5@
)**5=*<*
*<<+<4@
6;)*
64+=
5*
)<@+<*@@
;**<4=;
6+5*
6<@+
6@
)55;*;5=
<+<5<<4
6)4;
6;+@
6*
++)5))*@
=**@4=<
665)
6+*<
&@@
+<@5)+==
4<@@5*6
666)
666*
&@@.@*
+=6+)4<;
4=)*;65
6666
6666
X A , Y A vsT B
95
90
85
80
75
T
70
65
60
55
50 0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
X5 6
$ntrando con =;5 J? se lee en el diagrama las composiciones de la mezcla binaria 316=@ 916@) y ( 1− x ) α = x ( 1 − y )
α =
( −0.69 ) =4.54 0.69 ( 1−0.91 ) 0.91 1
.ustituyendo
√
1 − X W F α −1 Z F ⌋ = ∗⌊ 1 −Z F W X W
43.498 4.491
=9.68 =
√
4.54 − 1
α
−0.0903 ⌋ ∗⌊ 0.0903 1−0.1473 0.1473
1
4.54
=1.24
). Calor perdido Q F =Q P + Q D + Q W
DATOS D#>D$ Q F = F ∗h F h F =Cp F ∗T F
COMPONENT ES METANOL AGUA
7 $+-%/ 9
C. $+-%/ ;C9
8415
19.38
9718
18
Q D = D∗h D h D=Cp D∗TR + D
∗0.1473 ¿
19.38
−0.1473 +( 18∗(¿)) ¿ h =¿ 1
Qw=W ∗hW
hW =CpW ∗TB
F
P!F = X A∗ P! A + x ( 1 − X A ) P! B P!F =( 0.1473∗32 )+( ( 1−0.1473 )∗18 )
/CF1+66= 43.498 Kg
∗420.21 Kc$#
Kg 20.06 Km"# Q F = Km"#
Q F
4 6&&.&5& cal
OBSERVACIONES $n esta práctica observamos el funcionamiento del equipo para una destilación diferencial, así como sus componentes y los parámetros que se controlan en este tipo de destilación para una mezcla binaria
CONC!SIONES %a destilación diferencial también llamada simple por lotes, tiene diferentes características como! $s una #peración discontinua ,s e realiza en una sola etapa, mediante calentamiento lento y no presenta reflu8o, la composición del líquido remanente varía con el tiempo, tiene lugar un aumento de la temperatura del sistema, entre otras %os cálculos se efectuaron por medio del método de Rayleigh, en donde la volatilidad relativa de cada componente, es indispensable para determinar la cantidad de vapor suministrado al hervidor de la columna $n este tipo de destilación, la primera porción de vapor condensado es más rica en el componente más volátil, a medida que se procede la vaporización, el producto vaporizado es más pobre en el componente más volátil Respecto a la pérdida de calor, la mayor parte se pierde en los condensados de agua, debido al intercambio entre el agua y el vapor de destilado, existen perdidas también hacia el ambiente, esto debe considerarse para me8orar la eficiencia del equipo ndustrialmente se aplica la destilación diferencial de multicomponentes en el proceso de destilación de petróleo
BIBIOGRA
