INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
Laboratorio de Introducción a los procesos de separación.
Destilación diferencial. Grupo: 3IV64
Nombre:
Desiga Pérez Jonatan Israel
Equipo: 1
Firma
_____________
OBJETIVOS
Que el alumno al termino de las sesiones correspondientes al estudio de este equipo experimental sea capaz de: 1. Comprender los conceptos fundamentales de esta operación de separación. 2. Explicar el funcionamiento del equipo de destilación diferencial de una mezcla binaria ideal. 3. Llevar a cabo la destilación de una mezcla binaria, en el destilador diferencial a presión constante, comparando los resultados experimentales con los teóricos calculados a partir de la ecuación de Rayleigh, observando así el rendimiento de destilación por este método.
“DESTILACION DIFERENCIAL DE UNA MEZCLA BINARIA” GRUPO: 3IV64 EQUIPO:2
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INTRODUCCION La destilación continua es un proceso ininterrumpido en el cual se verifica la producción de un flujo continuo. El líquido o material orgánico que va a ser destilado puede ser introducido continuamente en el alambique o cargado de una sola vez sin interrumpir la recogida del destilado. Los métodos de destilación fraccionaria o continua son meramente descriptivos de los varios procesos que ocurren, pudiendo ser todos incluidos en un único sistema de destilación. Los sistemas profesionales de destilación continua tienen aplicaciones evidentes en la producción a gran escala de alcohol con un elevado grado alcohólico, poseyendo un potencial ilimitado para producir cualquier bebida alcohólica. El destilador aficionado puede probar a utilizar el alambique charentais, una unidad completamente funcional y dotada de un bonito diseño. El Arrastre de Vapor es un sistema de destilación con múltiples propósitos debido a su versatilidad, pudiendo ser utilizado para destilar bebidas espirituosas, aceites esenciales, extractos de plantas medicinales, perfumes, agua de rosas, entre otros. La destilación es un método que utiliza el principio de etapas de equilibrio para lograr la separación de una solución. La facilidad de la separación puede determinarse mediante el concepto de volatilidad relativa, que se define como la relación entre la composición del componente A en el vapor y en el líquido dividida en la relación de la composición de otro componente de referencia en la fase vapor y el líquido. Cuando el valor numérico de la volatilidad relativa es mayor a 1, la separación es factible. Hay que tener en cuenta que este parámetro es un valor que varía con la concentración, aunque para sistemas binarios que puedan ser modelados con la ley de Raoult la variación es muy poca a presión constante. Es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla. Una forma de destilación, conocida desde la antigüedad, es la obtención de alcohol aplicando calor a una mezcla fermentada. El aparato utilizado para la destilación es el alambique, que consta de un recipiente donde se almacena la mezcla, a la que se le aplica calor, un condensador donde se enfrían los vapores generados, llevándolos de nuevo al estado líquido y un recipiente donde se almacena este líquido concentrado.
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En la industria química se utiliza la destilación para la separación de mezclas simples o complejas. Una forma de clasificar la destilación puede ser la de que sea discontinua o continua. La destilación discontinua se realiza introduciendo la mezcla en una caldera, donde se le aplica calor y los vapores condensados se almacenan en un recipiente. La operación de llenado de la caldera con la mezcla hace que el proceso se realice en lotes. Un ejemplo sería la destilación, mediante alambique, del bagazo de la uva para la obtención del orujo. La destilación continua, también llamada fraccionada, se basa en la alimentación regulable y en continuo de la mezcla a separar, introduciéndola en una columna o torre de destilación, donde se separan los componentes de una mezcla de forma continua en las distintas fracciones, saliendo por la parte superior o cabeza la fracción más ligera o de menor punto de ebullición, por el fondo la fracción más pesada y a diferentes alturas de la columna, las distintas fracciones que se quieren obtener dependiendo de su punto de ebullición. Un ejemplo de destilación atmosférica del petróleo.
continua,
fraccionada,
sería
la destilación
En una instalación de destilación continua las composiciones de los productos separados permanecen constantes en cada sección de la columna, para lo cual se utilizan unas corrientes que se denominan reflujos, que son recirculaciones de las propias extracciones, y aprovechando las evaporaciones y condensaciones sucesivas de las extracciones, obteniendo productos destilados de características definidas previamente.
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TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES.
SOLUCIONES
Δz
ρ(g/cm3) Vol.
(cm)
%w
Xmol
T(ºC)
PVKg/cm2
POPKg/cm2
(lts)
ALIMENTACION
-
0.955
-
26
0.1650
25
0.3
0.15
DESTILADO 1
5.5
0.927
15
42
0.29
-
-
-
DESTILADO 2
2.6
0.882
8.7
64
0.5
-
-
-
RESIDUO
7.6
0.961
17
23
0.1438
-
-
-
CONDENSADOR
6.8
-
-
-
-
-
-
-
TABLA DE TEMPERATURAS.
TEMPERATURA.
INICIALES T (ºC)
FINALES (ºC)
TE-01
26
78
TE-02
25
75
TE-03
25
85
TE-04
25
70
TE-05
26
26
TE-06
25
26
TE-01. Entrada del condensador TE-02. Temperatura en el destilador TE-03.Temperatura de entrada de Vapor TE-04.Temperatura de Salida del Condensador 1 TE-05. Temperatura de Entrada en el Condensador 2 TE-06. Temperatura de Salida del Condensador 2
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TABLA DE EQUIPOS.
TANQUES
DIAMETRO (cm).
LONGITUD (cm).
ALIMENTACION
56
73
DESTILADO 1
31.5
58.5
DESTILADO 2
31.5
58.5
RESIDUO
31.5
58.1
CONDENSADOR
38.5
-
SECUENCIA DE CALCULOS. %Peso a Fracción Mol
= %.%. + 100 − %. Alimentación
= 26322632 + 7418 = 0.1650 Destilado 1
1 = 0.29 Destilado 2
2 = 0.5 Residuo
= 0.1438 = Alimentación
= 9553 ∗ (0.04 ³) = 38.2 Residuo
= 9613 ∗ (0.017 ³) = 16.337 Destilado 1
1 = 9273 ∗ (0.015 ³) = 13.905 Destilado 2
2 = 8823 ∗ (0.0087 ³) = 7.6734
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Efectuar un balance de materia con los datos experimentales aplicando las ecuaciones (11) y (13).
= + − − − − − (11) = + − − − − − (13) MASA MOLAR. Alimentación
= 38.2 20.31 = 1.8801 Residuo
= 16.33720.013 = 0.8163 Destilado 1
11 = 13.90522.06 = 0.6303 Destilado 2
2 = 7.673425 = 0.3069 = 1 + 2 = 0.6303 + 0.3069 = 0.9372 = 11 + 22 = 0.6303 ∗ 0.29 + (0.3069 ∗ 0.5)0.9372 = 0.3587 =+ = 0.9372 + 0.8163 = 1.7535 = + 1.7535 ∗ = 0.4535 = 0.45351.7535 = 0.2586 (1.7535 ∗ 0.2586) = (. 9372 ∗ .3587) + (0.8163 ∗ 0.1438) 0.4535 = 0.4535 Aplicando la ecuación (14), encontrar la relación (D/F) para compararlo con el valor resultante de la ecuación (12).
= 1 − − − − − − (12) = − − − − − − − (14 ) = 0.2586 − 0.14380.3587 − 0.1438 = 0.5342 … … … (14) = 1 − 0.81631.7535 = 0.5344 … … … … … … . . (12) = 0.5344 Aplicando la ecuación (10), calcular la relación (F/W) 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. Considerar “α” como un valor promedioentre estas temperaturas.
= ∝ −11 − 1 − ∝ − − − − −(10)
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Con T1 = 68°C TF = 75°C
∝ = 0.85(1 − 0.57)0.57(1 − 0.85) = 4.2748 ∝= 0.68(1 − 0.35)0.35(1 − 0.68) = 3.9464 ∝ = (4.2748 + 3.9464)/2 = 4.1102 = 4.1102 − 10.25860.14381 − 0.1438 1 − 0.25864.1102 = 1.4607 Comparar la relación (F/W) obtenida en el paso anterior con la obtenida por medio de la Ecuación 12.
+ 1 = = 0.93720.8163 + 1 = 2.1482 % = 47. 06% Determinar las pérdidas de calor empleando: XF, YD, XW, F, D y W experimentales. Metanol
= 0.605 ° = 262.5 Agua
= 1.0 ° = 540 = 38.524136.8 = 7916.263 → 7.9162 = 7.9162 ∗ 540 = 4274.748 = + ℎ − ℎ = [(0.605 ° ∗ 0.3587 ∗ 32) + (1.0 ° (1 − 0.3587) ∗ 18)] (71.5 − 25) ° + [(262.5 ∗ 32 ∗ 0.3587) + (540 ∗ 18(1 − 0.3587))] = 10106.2 ℎ = [(0.1438 ∗ 0.605 ° ∗ 32 ) + ( (1 − 0.1438) 1.0 °18)] (71.5 − 25)° = 846.1 ℎ = 0 = 0.9372 ∗ 10106.2 + 0.8163 = 10162.202 = 4274.748 – 10162.202 = −5887.45407
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DIAGRAMA DEL EQUIPO
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CONCLUSION:
Uno de los procesos industriales más utilizados es la destilación, debido a su costo y tiempo de operación, así como a su eficacia de separar 2 sustancias liquidas con diferentes puntos de ebullición. Durante la práctica se llevó a cabo una destilación notándose pérdidas de vapor debido a las condiciones de la tubería, lo cual pudieron afectar el trabajo experimental. Los datos principales para este experimento fueron la temperatura y la densidad, pues se tratan de variables donde una depende de la otra. El manejo del equipo de forma adecuada da como resultado datos, y resultados correctos, puesto que la alimentación debe ser mayor respecto al residuo. Desiga Pérez Jonatan Israel.
Bibliografía:
Robert H. Perry, Manual del Ingeniero Químico, Vol. II, Séptima Edición, Editorial Mc Graw Hill.
Donald Q. Kenrn, “Procesos de Transferencia de Calor”, trigésima quinta reimpresión 2004, Editorial Mc Graw Hill.
Treybal E Robert, “Operaciones de transferencia de masa” Mc. Graw Hill, Book Co. 2da. Edición, México (1980).
http://www.iq.uva.es/separacion/archivos/arrastrevapor.pdf
http://www.doschivos.com/trabajos/quimica/554.htm
Z. KISTER, HENRY (1992) Distillation Design, McGraw-Hill, primera edición
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