Laboratorio de Operaciones de Separación III
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL
LABORATORIO DE OPERACIONES DE SEPARACION III
Nombre de la Practica: Destilación Diferencial
Alumno: Samuel Carmona Carmona Jiménez
Grupo: 8IV2
Sección: 2
Equipo: 7
México, Distrito Federal
1
Laboratorio de Operaciones de Separación III
INDICE Objetivos-----------------------------------------------------------------------3
Teórica-------------------------------------------------------------------------4
Diagrama del equipo--------------------------------------------------------5
Diagrama de operación-----------------------------------------------------6
Cálculos------------------------------------------------------------------------7
Tabla de resultados-observaciones------------------------------------15
Conclusiones- Bibliografía-------------------------------------------------16
Apéndice--------------------------------------- --------------------------------17
2
Laboratorio de Operaciones de Separación III
OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA 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 etanolagua, como solución ideal y solución no ideal-gas ideal. El alumno deberá desarrollar un check list de los pasos a seguir, su secuencia y su lógica para la operación correcta del equipo instalado en el laboratorio para esta práctica.
Actitudinal: Observar una conducta adecuada durante la realización de la práctica exhibiendo una disciplina profesional. Realizar una investigación en las referencias disponibles sobre las diferentes aplicaciones del proceso de destilación.
3
Laboratorio de Operaciones de Separación III
TEORICA (MAPA CONCEPTUAL)
l a i c n e r e f i
D n o i c a l i t s e D
Es una operacion discontinua (el material se carga en el equipoy el vapor generado se retira en forma continua)
Tambien llamada: destilacion simple por lotes, destilacion por cargas.
Los vapores se extraen con la misma velocidad con que se forman (no hay acumulacion) y se condensan (destilado liquido).
Compocision del liquido remanente varia con el tiempo
Se admite que las compocisiones de vapor generado (y) y del liquido remamente (x) se hallan en estado de equilibrio.
Tiene lugar un aumento de la temperatura del sistema
No se alcanza en estado estacionario Se realiza en una sola etapa, mediante calentamiento lento y no presenta reflujo
En el liquido remanente, disminuye la cantidad del componente de menor temperatura de ebullicion, conforme avanza la destilacion.
4
Laboratorio de Operaciones de Separación III
DIAGRAMA DEL EQUIPO
5
Laboratorio de Operaciones de Separación III
DIAGRAMA DE OPERACIÓN
ARRANQUE DEL EQUIPO
Abrir la valvula de salida del condensador
Cerrar todas las valvulas del equipo
Conectar la bomba de alimentacion
Abrir la valvula de venteo para purgar el aire en el condensador 1
Abrir las valvulas para permitir el paso de la alimentacion al destilador
Alimentar la mezcla inicial al destilador, aproximadamente 3/4 partes
Cerrar las valvulas de alimentacion
Abrir la valvula general de agua de enfriamiento
Abrir la valvula de vapor de calentamiento al destilador, purgar el condensado retenido en la chaqueta de calentamiento y regular la presion necesaria del vapor con la valvula PCV-101
Abrir la valvula general de vapor de calentamiento, y la valvula de agua al enfriador de condensado de vapor de calentamiento
Abrir la valvula de condensado de vapor de calentamiento
Una vez que los vapores de destilado salgan por la valvula de venteo, cerrar dicha valvula
Abrir la valvula de agua de enfriamiento al condensador y enfriador que se vayan a operar
Abrir la valvula para el paso del producto destilado al enfriador y al tanque de almacenamiento
6
Laboratorio de Operaciones de Separación III
CALCULOS 1) Tabla de datos experimentales:
Fracción peso
Fracción mol
Densidad 3 (g/cm )
Alimentación (F)
0.24
0.1508
0.958
40,5
Destilado 1
0.315
0.2055
0.948
16,8
Destilado 2
0.32
0.2093
0.944
12
Residuo (W)
0.05
0.0287
0.988
11,7
°C
Inicial
Proceso
Final
T destilador
38
68
74
T salida cond
31
74,9
83
Volumen (L)
2) Secuencia de Cálculos:
2.1 Calculo de fracción mol para la alimentación (F), Destilado 1 (D1), Destilado 2 (D2) y residuo (W).
Sustituyendo datos en la ecuación (1)
*Para la alimentación:
7
Laboratorio de Operaciones de Separación III
*Para el destilado 1:
*Para el destilado 2:
*Para el residuo:
2.2) Calculo de la masa de alimentación (F):
Sustituyendo:
2.3) Calculo de las moles de alimentación (F):
8
()
Laboratorio de Operaciones de Separación III
Se sabe que el Peso molecular de F se calcula con la siguiente formula:
Sustituyendo datos en la ecuación (3.1):
Regresando a la ecuación (3):
2.4) Cálculos de la masa del destilado 1:
Sustituyendo:
2.5) Calculo de las moles del Destilado 1 (D1):
()
Se sabe que el Peso molecular de D1 se calcula con la siguiente formula:
Sustituyendo datos en la ecuación (5.1):
Regresando a la ecuación (5):
9
Laboratorio de Operaciones de Separación III
2.6) Cálculos de la masa del destilado 2:
Sustituyendo:
2.7) Calculo de las moles del Destilado 2 (D2):
()
Se sabe que el Peso molecular de D2 se calcula con la siguiente formula:
Sustituyendo datos en la ecuación (7.1):
Regresando a la ecuación (7):
2.8) Cálculo de la masa del residuo (W):
Sustituyendo:
10
Laboratorio de Operaciones de Separación III
2.9) Calculo de las moles del residuo (W):
()
Se sabe que el Peso molecular de W se calcula con la siguiente formula:
Sustituyendo datos en la ecuación (9.1):
Regresando a la ecuación (9):
2.10) Realizando un balance en función del componente más volátil:
Para obtener el destilado total (DPESO) se realiza un balance de materiales, como se muestra a continuación:
Sustituyendo:
Calculando el número de moles para el destilado total (D):
Balance de Materiales para el destilado en función de la composición:
11
Laboratorio de Operaciones de Separación III
Sustituyendo datos en la ecuación (10.3):
De la ecuación (10) se despeja a F, quedando de la siguiente manera:
Sustituyendo:
Calculando el porcentaje de error con respecto a F:
2.11) Calculo de la relación D/F:
Sustituyendo:
Mediante un balance de materia de podrá determinar también la relación (D/F), de acuerdo a lo siguiente:
Sustituyendo:
F= 1.3038 kgmol + 0.6281 kgmol= 1.9319 kgmol Que puede escribirse como:
Sustituyendo datos en la ecuación (14):
12
Laboratorio de Operaciones de Separación III
Calculo del porcentaje de error:
2.12) Calculo de la relación F/W:
√ Sustituyendo: α=3.9620
√ Comparando:
13
Laboratorio de Operaciones de Separación III
2.13) Calculo de la relación de calores:
[ ( ) ]
Sustituyendo
( ) * + Sustituyendo
2.14) Calculo de Qv:
Sustituyendo
14
Laboratorio de Operaciones de Separación III
TABLA DE RESULTADOS
OBSERVACIONES 1) La lectura de las densidades se realizó con densímetros que trabajaban densidad relativa. Se tomaron muestras de mezcla alimentada, en el destilado y en el residuo para conocer dicha densidad. Posteriormente se utilizaron tablas (las cuales viene incluidas en el manual) para poder conocer la concentración al inicio, en el proceso y al final de la destilación. 2) Se tomaron las alturas tanto para el tanque de mezcla alimentado, del destilado, y del residuo, para posteriormente mediante el uso de tablas (proporcionadas en el manual) poder conocer el volumen de cada tanque.
15
Laboratorio de Operaciones de Separación III
CONCLUSIONES
La destilación diferencial es un método para separar los componentes de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de las sustancias. Esta destilación, a diferencia de otras, se lleva a cabo por lotes y se realiza en una sola etapa, no presenta reflujo. Experimentalmente, los datos obtenidos de las relaciones F/W, W/F D/F, utilizando las formulas de la ecuación de Rayleigh con respecto a las obtenidas con los datos experimentales, fueron favorables ya que el porcentaje de error en la mayoría de los casos fue poco notable. En la industria este tipo de equipos, son utilizados para la destilación de las bebidas alcohólicas, tales como la cerveza.
BIBLIOGRAFIA * http://depa.fquim.unam.mx/procesos/PDF/Procesos%20II.pdf * http://wikipedia/destilacion diferencial/com.
16
Laboratorio de Operaciones de Separación III
APENDICE 105
100
95
90
85 Liquido Vapor
80
75
70
65
60 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
17
Laboratorio de Operaciones de Separación III 1
0.9
0.8
0.7
0.6
X vs Y
0.5
Aux 0.4
0.3
0.2
0.1
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
18
Laboratorio de Operaciones de Separación III
19