INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

(E.S.I.Q.I.E.)

Departamento de Ingeniería Química Industrial

LABORATORIO DE OPERACIONES DE SEPARACION

DESTILACION

PRACTICA No. 2:

“DESTILACION DIFERENCIAL”

ALUMNOS:

GIL PACHECO LUIS DANIEL 2010321175

LARIOS PEREZ MARIBEL 2007320337

MARTINEZ OROZCO OMAR 2009320391

VELAZQUEZ SANCHEZ JUANA KAREN 2009320687

MÉXICO D.F. 13 DE MAYO DE 2014

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 etanol-agua, 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.

Desti

laci

on D

ifere

ncia

lEn la destilación diferencial la mezcla inicial se hace hervir y el vapor

generado se separa del liquido, condensándolo tan rápidamente como se genera. Los aparatos usados para este fin reciben el nombre de

alambiques.

La destilación por lotes, es un proceso de separación de una cantidad específica de una mezcla líquida en productos, utilizada ampliamente en

laboratorio, y para unidades pequeñas de producción, donde comúnmente dicho destilador es utilizado para la separación de muchas mezclas. Cuando existen N componentes en una mezcla de alimentación,

será suficiente una columna por lotes, donde se requerirían N – 1 columnas de destilación continua simples.

La destilación por lotes más simple es la diferencial, esta se lleva a cabo en un recipiente calentado (olla o caldera), un condensador y uno o más tanques acumuladores. En esta la alimentación se introduce al recipiente

y se llevan los líquidos hasta ebullición, los vapores se condensan y se recogen en un acumulador, sin que ningún flujo sea regresado.

Este proceso es conocido también como la destilación de Rayleigh, debido a que la ecuación que rige el funcionamiento de este destilador

fue creada por el.

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES:

ρ

(Kg¿ )x x ∆ H

(cm)

Volumen

(Lts)

Alimentación (F) 0.952 0.29 0.1868 49 44

Destilado 1 (D1) 0.884 0.63 0.4892 4 12.2

Destilado 2 (D2) 0.928 0.42 0.2894 4.5 13.4

Residuo (W) 0.984 0.085 0.04965 8.3 18.4

TEMPERATURA DEL EQUIPO

Temperatura inicial(℃ )

Temperatura Proceso(℃ )

Temperatura inicial(℃ )

Temperaturadestilador 33 67 78

PROPIEDADES

ln (P0 )=K 1− K 2(T+K 3 )

P0 en KPa ,T en℃

Pvapor=0.42kgcm2=308.943mmHg

Pop=0.23kgcm2=169.1831mmHg

P|¿|=Patm+Pop= (585+169.1831 )mmHg=754.1831mmHg=100.5494 Kpa¿

TMetanol=K 2¿¿

TMetanol=3638.27

(16.5785−ln (100.5494 ) )−239.5=64.50362148℃

T Agua=K 2¿¿

T Agua=3885.7

(16.3872− ln (100.5494 ) )−230.7=99.25229666℃

PM

(KG/KMOL)

CONSTANTES DE ANTOINE

K1 K2 K3

Metanol 32 16.5785 3638.27 239.5

Agua 18 16.3872 3885.7 230.7

LEY DE RAOULTT eb. P Metanol P Agua xa ya

64.50362148 100.5494 25.7007 1 165 102.5303 26.8645 0.973820278 0.99300537370 124.3605 33.3764 0.738293404 0.91312897875 149.9158 39.5028 0.552893002 0.82434511780 179.6685 48.4690 0.396955923 0.70930779685 214.1280 59.0861 0.267432785 0.5695195390 253.8413 71.5855 0.15891912 0.40119823495 299.3935 86.2195 0.067221753 0.200157858

99.25229666 343.1928 100.5494 0 0

LEY DE RAOULT MODIFICADA

ln ( γ1 )=A12¿¿

y i=Pi0 xi γ iPT

ln (γ2 )=A21¿¿

A12=0.9014 1=MetanolA21=0.5559 2=Aguax1 x2 γ1 γ2 Temperatura P1

0 P20 y1 y2 ∑ y

1 0 1 1.74351 64.50362148 100.5494 25.13902 1 0 1

0.9 0.1 1.00371 1.62724 65.985106.557469

7 26.846730.95731939

2 0.043447488 1.00077

0.8 0.2 1.01621 1.51786 67.51113.051522

9 28.706410.91405512

3 0.086668646 1.00072

0.7 0.3 1.04018 1.41591 69.1 120.169328 30.760330.87020260

8 0.129947567 1.00015

0.6 0.4 1.07952 1.32202 70.81128.235676

2 33.106630.82605935

8 0.174114266 1.00017

0.5 0.5 1.14015 1.23699 72.68137.565737

9 35.843790.77994572

8 0.220481313 1.00043

0.4 0.6 1.23139 1.16184 74.8148.816281

6 39.175480.72900058

2 0.271601859 1.00060

0.3 0.7 1.36858 1.09796 77.38163.524241

8 43.57863 0.66771715 0.333101752 1.00082

0.2 0.8 1.57836 1.04734 80.895185.475591

3 50.241720.58229428

3 0.418660598 1.00095

0.1 0.9 1.91016 1.01304 86.625226.430987

4 62.930160.43015605

8 0.570621973 1.000780 1 2.46305 1 99.25229666 343.192795 100.54940 0 1 1

SECUENCIA DE CALCULOS

2.- BALANCE Y AJUSTE DE MATERIALES

F=D+W…………….…… (1)

F ZF=D xD+W xW……….…(2)

Aplicando Ecuación (1), tenemos

D=D 1+D2……………………(3)

D xD=D1xD 1+D2 xD2……...…(4)

Convirtiendo a moles D1 y D2

D1=V D1∗ρD1PMD1

…………..….…….(5)

D1=12.2<¿0.884 Kg¿

24.8488 KgKmol

=0.4340169344 Kmol

Donde:

PMD1=xD1PM A+(1−xD1 )B…..(6)

Sustituyendo

PMD1=(0.4892∗32 KgKmol )+(1−0.4892 )∗18 Kg

Kmol=24.8488 Kg

Kmol

D2=13.4<¿ 0.928 Kg¿

22.0516 KgKmol

=0.5639137296Kmol

PMD2=(0.2894∗32 KgKmol )+ (1−0.2894 )∗18 Kg

Kmol=22.0516 Kg

Kmol

Sustituyendo en ecuación (3) D1 y D2

D= (0.4340169344+0.5639137296 ) Kmol=0.997930664 Kmol

De la ecuación (4) calcular xD

xD=D1 xD 1+D2 xD2

D

xD=[ (0.43401693344 ) (0.4892 )+ (0.5639137296 ) (0.2894 ) ] Kmol

0.997930664 Kmol=0.3762964

Aplicando Ecuación (5) y (6), Obtener W

W=18.4<¿0.984 Kg¿

18.6951 KgKmol

=0.9684676733 Kmol

PMW=(0.04965∗32 KgKmol )+(1−0.04965 )∗18 Kg

Kmol=18.6951 Kg

Kmol

Aplicando Ecuación (1)

F=(0.997930664+0.9684676733 )Kmol=1.966398337Kmol

Comprobando ZF con ecuación (2)

ZF=D xD+W xW

F

ZF=[ (0.997930664 ) (0.3762964 )+ (0.9684676733 ) (0.04965 ) ] Kmol

1.966398377 Kmol=0.21542

Aplicando ecuación (7) encontrar la relación DF y compararlo con la ecuación (8)

DF

=1−WF …………….(7)

DF

=xF−xwxD−xw

……………...(8)

DF

=1−0.9684676733Kmol1.966398337Kmol

=0.507491613

DF

= 0.21542−0.049650.3762964−0.04965

=0.5074906688

Aplicando ecuación (9), calcular la relación FW

FW

=α−1√( ZF

XW)∗( 1−XW

1−ZF)α

……..….(9)

α=y (1−x )x (1− y )

…………………………..…(10)

α=α 1+α22

………………………………..(11)

Temperaturas

T Proceso=67℃ De la grafica T Vs x-y Ley de Raoult Modificada obtenemos:

y i=0.93 x i=0.83

T Final=78℃ De la grafica T Vs x-y Ley de Raoult Modificada obtenemos:

y i=0.65 x i=0.28

De la Ecuación (10) obtenemos valores de α

αProceso=0.93(1−0.83)0.83(1−0.93)

=2.72117

αFinal=0.65 (1−0.28)0.28 (1−0.65)

=4.77551

De la Ecuación (11) obtenemos valores de α

α=2.72117+4.775512

=3.74834

Sustituyendo en Ecuación (9)

FW

=3.74834−1√( 0.215420.04965 )( 1−0.049651−0.21542 )3.74834

FW

=2.215367

Comparando con la Ecuación (12), obtenida de la Ecuación (1)

FW

= DW

+1………………..(12)

FW

= 0.9979306640.9684676733

+1

FW

=2.03042

Determinar las perdidas de calor utilizando los datos de Balance:

Calculo del calor suministrado

Qv=M v∗λv………………………..(13)

De donde λv se obtiene a presión absoluta del vapor:

P|¿|=Patm+Pv ¿

P|¿|=( 308.943+585 )mmHg=893.943mmHg=1.2153 kg

cm2¿

Por lo tanto:

λv@1.2153 kg

cm2=536.2 kcal

kg

V= π4d i2∗h…………………………..(14)

Donde:

h=26cm=0.26m

d i=31.5 cm=0.315m

Sustituyendo datos en la Ecuación (14) obtenemos

V= π4

(0.315m )2 (0.26m)=0.020262m3 ¿

M v=V∗ρ@78℃……………..……….(15)

Sustituyendo en la Ecuación (15)

M v=20.262<¿0.974 kg¿ =19.735 kg

De la Ecuación (13) obtenemos el valor de Qv

Qv=536.2kcalkg

∗19.735 kg=10581.907 kcal

Qv=D∗H D+W∗HW−F∗H F…………………(16)

H D=Calor sensible+Cal or vaporizacion

H D=( (C pMetOH∗xD∗PMMetOH )+(Cpagua∗(1−xD )∗PM agua)) (T Proceso−T Referencia )+[ (λMetOH∗PMMetOH∗xD )+(λAgua∗PM agua∗(1−xD )) ]………….(17)

Hw=( (C pMetOH∗xw∗PMMetOH )+(Cpagua∗(1−xw )∗PM agua) ) (T Final−T Referencia )+[ (λ PMMetOH∗xw )+( λPM agua∗(1−xw )) ]…………….(18)

H F=[ (xF ¿PMMetOH∗CpMetOH )+ ((1−x F )∗PM Agua∗CpAgua) ] (T Inicial−Treferencia )..(19)

H F=0

T inicial=T referencia=33℃

Sustituyendo datos en Ecuación (17)

H D=[( kcalkg℃∗0.3762964∗32 kgkgmol )+( kcalkg℃∗(1−0.3762964 )∗18 kg

kgmol ) ] (67−33 )℃+[( kcalkg∗32 kg

kgmol∗0.3762964)+( kcal

kg∗18 kcal

kg∗(1−0.3762964 ))]

H D=kcalkmol

Sustituyendo datos en Ecuación (18)

Hw=[( kcalkg℃∗0.04965∗32 kgkgmol )+( kcalkg℃∗(1−0.04965 )∗18 kg

kgmol )](78−33)℃+[( kcalkg∗32 kg

kgmol∗0.04965)+( kcal

kg∗18 kcal

kg∗(1−0.04965 ))]

Hw=kcalkmol

De la Ecuacion (16)obtenemos:

Qv=(0.997930664 kmol∗kcalkmol )+(0.9684676733 kmol∗kcalkmol )−0Qv=kcal

BIBLIOGRAFIA

* http://depa.fquim.unam.mx/procesos/PDF/Procesos%20II.pdf