Destilación+diferencial+2010

download Destilación+diferencial+2010

of 103

Transcript of Destilación+diferencial+2010

  • 1

    Destilacin Antonio Valiente Barderas Fac. de qumica, UNAM,C.U.

    2010

  • 2

    CAPITULO I INTRODUCCIN El trmino destilacin se emplea algunas veces para designar aquellos procesos en los

    que se vaporiza uno de los constituyentes de la solucin. No obstante, en general esta

    denominacin solo se aplica correctamente a aquellas operaciones en las que la vaporizacin de

    una mezcla lquida formada por uno o varios componentes produce una fase vapor que contiene

    uno de los constituyentes en mayor cantidad y se desea recuperar uno o ms de estos

    constituyentes en estado casi puro. As la separacin de una mezcla de alcohol y agua en sus

    componentes es una destilacin, mientras que la separacin de una salmuera en sal y agua es

    una evaporacin, an en aquellos casos en que el producto sea nicamente el agua

    condensada y no la sal. En la recuperacin de la glicerina de la solucin obtenida como

    subproducto de la fabricacin del jabn, la primera parte del proceso es una evaporacin, porque

    en esta etapa solo se elimina el agua y la glicerina no se vaporiza o lo hace en pequea

    cantidad. Esta parte del proceso se denomina vaporizacin de la glicerina y se efecta en

    evaporadores ordinarios. Cuando la concentracin es del orden del 80% en glicerina, empiezan

    a aparecer cantidades apreciables de sta en el vapor y una simple evaporacin no efectuar la

    separacin. La operacin empleada a partir de este punto se denomina destilacin de la

    glicerina.

    La exigencia bsica para la separacin de los componentes de una mezcla por

    destilacin es que la composicin del vapor sea diferente a la composicin del lquido con el cual

    se encuentra en equilibrio. Si la composicin del vapor es la misma que la del lquido, el proceso

    de destilacin no podr efectuar la separacin. Tericamente , la destilacin nunca producir la

    separacin de un componente puro, aunque prcticamente el producto pueda obtenerse con un

    grado de pureza garantizado econmicamente.

    En la prctica, la destilacin puede llevarse a cabo por dos mtodos principales. El primero

    implica la produccin de un vapor por ebullicin de la mezcla lquida que se quiere separar,

    condensando seguidamente estos vapores sin llevar ninguna porcin del lquido condensado

    como reflujo del caldern para que se ponga en contacto con el vapor que se desprende. El

    segundo mtodo se enva una parte al caldern de tal forma que este retorno se encuentra en

    intimo contacto y en contracorriente con los vapores que se desprenden y van hacia el

    condensador.

  • 3

    HISTORIA DE LA DESTILACIN La destilacin , es la operacin unitaria ms utilizada en la industria qumica, petroqumica, alimentara ,farmacutica y perfumera, para la separacin de los componentes que forman

    mezclas lquidas inmiscibles mediante la ebullicin. Los vapores obtenidos se recuperan como producto deseable y se condensan. Los vapores condensados son ms ricos en el lquido o

    lquidos ms voltiles, mientras que los fondos, o lquidos remanentes, son ms ricos en las

    sustancias menos voltiles. Aristteles describi por ejemplo un mtodo mediante el cual se

    podran producir agua fresca a partir de agua de mar mediante la vaporizacin.. Hasta donde se sabe, el proceso de la destilacin fue inventado por los alquimistas egipcios y los chinos,

    quienes emplearon gran cantidad de aparatos diseados para vaporizar sustancias voltiles y

    tratar los metales con ellas as mismo calentaban agua de mar en calderos cubiertos y se sacudan las gotas condensadas en las tapaderas, con el fin de usarlas como agua para beber.

    Tambin obtenan mercurio al calentar el cinabrio (mineral de sulfuro de mercurio) sobre un plato

    de hierro, colocado dentro de una olla cubierta con un puchero o ambix, en el que se

    condensaba el vapor de mercurio. Los romanos destilaban turpentina a partir del aceite de pino y dos mujeres alejandrinas de l primer siglo de nuestra poca , Mara la Juda e Hipatia

    inventaron aparatos para separar lquidos calentndolos Los alquimistas griegos, en el siglo primero de nuestra era, inventaron el alambique para destilar

    sustancias. Un alambique o destilador est compuesto de tres partes: una vasija en la que se

    calienta el material que se va a destilar, una parte fra para condensar el vapor producido y un

    recipiente para recogerlo.

    La destilacin se invent como un medio para obtener un lquido capaz de atacar o colorear los

    metales. Ciertamente, no se conoce el uso de alambiques para propsitos no alqumicos hasta

    alrededor de 700 aos despus de su primer empleo en la alquimia, cuando los encontramos en

    libros de recetas. Aunque las delicias de las bebidas fermentadas eran conocidas ya por los hombres de las cavernas, el contenido natural del alcohol en los vinos primitivos y en las

    cervezas no superaba al 16%. Como se dijo en la China y el Egipto antiguo se descubrieron las

    tcnicas de la destilacin que al aplicarse a esas sustancias podran haber aumentado su

    potencia sin embargo no fue sino hasta los alquimistas rabes que se pudo obtenerlas. La explicacin puede estar en el hecho de que el alcohol, cuando se produce a partir de las bebidas

    fermentadas, contiene trazas del venenoso metanol. Como el metanol vaporiza a temperaturas

  • 4

    menores que el etanol, el truco para hacer las bebidas seguras es descartar las primeras partes de cualquier destilacin alcohlica. Es probable que muchos alquimistas perecieran antes de que se perfeccionara la tcnica. Es posible tambin, que la ciencia de la destilacin fuera

    detenida por el emperador romano Diocleciano, que decret la quema de los libros alqumicos

    en 296 D.C por miedo de que los descubrimientos alqumicos pudieran convertir el plomo en oro

    y as deteriorar la moneda romana.

    Pero al parecer la quema de libros no fue totalmente exitosa, ya que los alquimistas medievales

    rabes retomaron la ciencia de los alquimistas griegos, tal como la palabra Alquimia sugiere. ( Esta palabra contiene el artculo rabe Al que se adicion a la palabra griega Kimia, que se

    refera a la ciencia mgica de la tierra de Kemet, o sea Egipto). No se sabe con precisin cuando

    y como se llev a cabo la destilacin perfeccionada del alcohol . Algunos sugieren que los monjes egipcios lo hicieron alrededor del siglo VI. Otros dan el crdito a los armenios.

    Los conocimientos qumicos de los rabes eran considerables. Aunque no profundizaron en la

    qumica terica, su qumica aplicada era positivamente superior a la de los qumicos helnicos.

    Un genio, Abu Mussah-al-Sofi o Geber, quien vivi alrededor de 760 dC describi mtodos

    mejorados de evaporacin, filtracin, sublimacin, fusin, destilacin y cristalizacin y habl

    sobre los vapores inflamables que se obtenan de las bocas de los recipientes en los que se

    calentaba el vino Un contemporneo suyo Abu Nawas en unos versos escritos en una taberna

    de Bagdag habla de un licor fuerte que quemaba las entraas lo que habla de algo mas potente

    que el vino.

    Los antiguos textos mencionan ciudades como Damasco entre los centros manufactureros y

    destiladores. La etimologa de lo que se destilaba nos da prueba de su origen rabe. La palabra

    alcohol deriva del rabe alcohol, el delineador de ojos hecho a base de antimonio, y se usaba

    por los alquimistas rabes para describir cualquier sustancia purificada (distinguiendo asi los

    espritus puros del khamr, de las bebidas fermentadas khamira.) .Debido a los investigadores

    rabes en la qumica actual tenemos nombres rabes para aparatos y productos qumicos:

    lcali, antimonio y alambique.

    El procedimiento de destilar alcohol y producir cidos fuertes, como el sulfrico y el ntrico,

    afectaron de manera importante a muchas tcnicas; la produccin de perfumes, por ejemplo,

    cambi totalmente. Los qumicos antiguos obtenan sus esencias por enfleurage, esto es,

    mezclando flores y hierbas con grasas o ceras fundidas, que despus se separaban por

    filtracin. Las esencias responsables del aroma eran as absorbidas por el aceite o la grasa.

    Pero los rabes empezaron entonces a mezclar las hierbas y las flores con alcohol o agua, y a

  • 5

    destilar las mezclas para producir un perfume lquido. Cuando se usaba agua, las esencias

    formaban una capa fina en la parte superior de la mezcla y podan separarse por decantacin.

    De este modo se produca el agua de rosas a partir de los ptalos de las rosas. ste es el inicio

    de la destilacin por arrastre con vapor. Las primeras descripciones europeas del alcohol datan

    de los alrededores del ao 1100. Se encuentran en manuscritos del gran centro mdico que fue

    Salerno. Cien aos despus, el alcohol, obtenido por la destilacin del vino, era ya una sustancia

    bien conocida. Durante la Edad Media, el alcohol concentrado sola prepararse en dos etapas; la

    primera destilacin produca un alcohol de 60%, al que se le daba el nombre de agua ardens, o

    aguardiente, una nueva destilacin suba la concentracin al 96%, el producto final se conoca

    por el nombre de aqua vitae, o agua de la vida. En 1320, se produca alcohol en gran escala en

    Mdena, Italia y su conocimiento se extendi a Francia y Alemania. La peste negra, que devast

    la poblacin de Europa, fue una de las causas de la difusin de la aficin al alcohol fuerte.

    Despus de ese holocausto, la costumbre de beber brandy, licores y aguardiente o ginebra (de

    33 a 45% de alcohol, o ms), qued firmemente arraigada como costumbre social. Hasta

    entonces los licores que se beban contenan pequeos porcentajes de alcohol, tales como vinos

    y cervezas (7 a 15% en volumen). Desde 1150, los qumicos italianos destilaron cido ntrico de

    una mezcla de nitro y alumbre. Venecia, y algunas ciudades de Francia y Alemania, fueron los

    centros producto-res de este cido, que era el principal reactivo empleado para la refinacin del

    oro que contena plata. El cido sulfrico se produca en el siglo XIII, ya sea por destilacin de

    alumbre, o quemando azufre sobre agua bajo una campana de cristal. En el siglo XV se

    destilaba cido clorhdrico de una mezcla de nitro y sal comn. El conocimiento de estos cidos

    fuertes se difundi rpidamente, en todas direcciones; se aplicaron a la disolucin de sales, en

    metalurgia y en el trabajo de metales, as como en calidad de agentes mordientes o de

    blanqueado. El conocimiento de los cidos y los disolventes de bajo punto de ebullicin, como el

    alcohol, result de extraordinaria importancia para el progreso de la qumica, tanto terica como

    experimental. Los qumicos antiguos se haban limitado generalmente al estudio de slidos o

    lquidos. Ahora podan estudiarse los cuerpos en disolucin con otros compuestos. La industria

    qumica se integr al dominio del gremio de los destiladores, que en el siglo XV comprenda no

    slo a los fabricantes de ginebra, sino tambin a los boticarios y a los fabricantes de cidos. La

    destilacin de cidos abri la puerta a la produccin de diversos productos qumicos nuevos. La

    medicina, en la primera parte de la Edad Media, no contaba en general ms que con

    medicamentos en forma de polvos y jarabes. Estos ltimos fueron reemplazados entonces por

    tinturas, es decir, disoluciones o destilados de la droga o, en especfico, en alcohol. Los

    perfumes que se haban preparado siempre en la forma clsica, macerando hierbas y aceites o

  • 6

    grasas, se empezaron a fabricar a la usanza rabe, es decir, por destilacin y disolucin con el

    alcohol.

    A continuacin se describen algunos tipos de destilacin

    DESTILACIN POR ARRASTRE DE VAPOR La destilacin por arrastre de vapor de agua es un mtodo que se utiliza para la separacin de sustancias de alto punto de ebullicin con impurezas no voltiles o para la extraccin de

    impurezas voltiles de alto punto de ebullicin de sustancias de an ms alto punto de ebullicin.

    Un ejemplo de lo primero es la separacin de aceites esenciales de alto punto de ebullicin,(

    pero sensibles al calor) de impurezas solubles en agua. Un ejemplo del otro caso es la

    eliminacin de las impurezas de alto punto de ebullicin (que originan un olor o sabor

    desagradable) de los aceites comestibles vegetales de mayor punto de ebullicin todava. El

    procedimiento se adapta especialmente a todos aquellos casos en la que la sustancia de que

    se trata se destila nicamente a un vaco muy elevado o cuando la temperatura de destilacin

    puede producir la descomposicin trmica de uno o todos los componentes-. Una condicin

    necesaria para la aplicacin de la destilacin por arrastre de vapor de agua, es que, el producto

    que se desea obtener ( tanto si es material voltil que se desprende del caldern ,como si es

    residuo no voltil que queda en el mismo) sea inmiscible con el agua.

    ESQUEMA DE LA DESTILACIN POR ARRASTRE DE VAPOR

    ENTRADA DE VAPOR

    CONDENSADOR

    SALIDA DEL MEDIO DEL ENFRIAMIENTO

    ACUMULADOR

  • 7

    DESTILACION INSTANTNEA O FLASH La destilacin flash , llamada tambin cerrada o de equilibrio, consiste en vaporizar una determinada fraccin del lquido, procediendo de forma que el vapor que se genera est en

    equilibrio con el lquido residual, separar el vapor y condensar este ltimo. Los elementos que

    constituyen una planta de destilacin flash son lo siguientes. La alimentacin se hace circular

    mediante una bomba a travs de un calentador, teniendo lugar una cada de presin en una

    vlvula de expansin. En un separador de vapor, entra una mezcla de vapor y lquido que

    permanece en l durante un periodo de tiempo suficiente para que se produzca la separacin de

    las dos fases. Debido al ntimo contacto que tiene lugar entre el lquido y el vapor, las corrientes

    que se separan estn en equilibrio. El vapor y el liquido salen por los conductos superior e

    inferior del separador.

    ESQUEMA PARA LA DESTILACIN INSTANTNEA O FLASH

    ALIMENTACIN

    BOMBA

    ENTRADA DE COMBUSTIBLE

    CALENTADOR

    SEPARADOR LQUIDO

    VAPOR

    SALIDA DE LOS GASES DE

    COMBUSTION

  • 8

    DESTILACIN AZEOTRPICA Y EXTRACTIVA Muchas mezclas son difciles de separar por destilacin debido a que sus volatilidades

    relativas son muy cercanas a 1.0 . Algunas de estas mezclas pueden separarse mediante la

    adicin de otro componente que incremente las volatilidades relativas de los constituyentes

    originales. La destilacin posterior a la adicin de un componente cuyo objetivo es el de

    incrementar las volatilidades relativas, se conoce como destilacin azeotrpica o destilacin

    extractiva, dependiendo del componente que se aade.

    En la destilacin azeotrpica, el componente que se aade es relativamente voltil. En

    muchos casos forma un azetropo mnimo con uno de los componentes originales; el azetropo

    mnimo sale por el domo como producto destilado, mientras que los dems componentes salen

    por el fondo. Desde luego es necesario separar el agente azeotrpico del componente original

    mediante otro proceso de separacin apropiado.

    La destilacin extractiva involucra la adicin de un componente con una volatilidad

    relativamente baja. El disolvente que se aade desciende de etapa a etapa incrementando las

    volatilidades relativas ,y por ultimo sale de la columna por el fondo. La destilacin azeotrpica o

    extractiva se emplea para separar mezclas tanto binarias como de multicomponentes. La

    destilacin azeotrpica o extractiva se basa en las interacciones de los componentes en

    soluciones no ideales. El agente azeotrpico o extractivo se selecciona de tal manera que

    interacte ms con uno de los componentes que con el otro. Un agente azeotrpico puede

    aadirse a una mezcla binaria casi ideal de baja volatilidad relativa (es decir de componentes

    que tienen puntos de ebullicin muy cercanos). Si las estructuras de los componentes originales

    son suficientemente distintas, el agente azeotrpico puede interactuar con una de ellas (por

    ejemplo puentes de hidrgeno), aumentando la volatilidad relativa.

    La solucin binaria original puede ser lo suficientemente no ideal de modo que contenga un

    azetropo binario que evite la produccin de los componentes puros por destilacin simple. La

    adicin de un agente azeotrpico puede romper el azetropo binario y permitir la produccin de

    los componentes puros, aunque requiere de unidades de separacin adicionales para recuperar

    al agente azeotrpico. Por ejemplo el etanol y el agua forman un azetropo binario con una

    fraccin mol de alcohol de 0.89, de manera que esta es la solucin alcohlica ms rica que

    puede recuperarse por destilacin simple.

  • 9

    ESQUEMA PARA LA DESTILACIN AZEOTRPICA RECTIFICACIN O FRACCIONAMIENTO La rectificacin, ha tenido gran desarrollo y es el mtodo ms utilizado en la prctica como

    mtodo de separacin, una unidad de rectificacin consta de un caldern o rehervidor en el que

    se genera el vapor, una columna de rectificacin o fraccionamiento a travs de la cual

    ascienden los vapores para ponerse en contacto contracorriente con l liquido que desciende y

    un condensador que condensa los vapores que salen por la parte superior de la columna

    enviando parte de este lquido condensado (el reflujo) nuevamente a la columna para que

    descienda contracorriente con los vapores que ascienden y descargando el resto del lquido

    como destilado. A medida que el lquido desciende por la columna, se va enriqueciendo en los

    COLUMNA DE DESTILACIN SIMPLE

    AGUA

    DISOLVENTE

    MEZCLA DE DISOLVENTE Y AGUA

    AGUA DE COMPLEMENTO

    COLUMNA DE EXTRACCIN

    COMPONENTE A PURO

    DISOLVENTE DE COMPLEMENTO

    ALIMENTACIN FRESCA

    CONDENSADOR COLUMNA DE DESTILACIN AZEOTRPICA

    AZEOTROPO

    CONDENSADOR

    COMPONENTE B PURO

    AZEOTROPO DE DISOLVENTE Y A

  • 10

    componentes de la mezcla que tienen punto de ebullicin ms elevado y a medida que la

    corriente de vapor asciende por la columna se va enriqueciendo en los componentes de punto

    de ebullicin ms bajo. En consecuencia, la columna es un aparato apropiado para poner a

    estas dos corrientes en ntimo contacto, de tal forma que la corriente de vapor tienda a vaporizar

    los componentes de punto de ebullicin bajo que lleva la corriente lquida, y sta a su vez tiende

    a condensar los componentes de punto de ebullicin elevado que lleva la corriente de vapor. La

    cabeza o parte superior de la columna est ms fra que su base o fondo, por lo que la corriente

    de lquido va calentndose a medida que desciende y la de vapor va enfrindose a medida que

    asciende. Esta transmisin de calor se efecta por contacto entre el lquido y el vapor, y para

    ello, se precisa que exista un contacto ntimo.

    ESQUEMA PARA LA RECTIFICACIN O FRACCIONAMIENTO

    COLUMNA

    REFLUJO DESTILADO

    CONDENSADOR

    ENTRADA DEL MEDIO DE CALENTAMIENTO

    V L

    ENTRADA DEL MEDIO DE ENFRIAMIENTO

  • 11

    DESTILACIN POR LOTES En la destilacin diferencial, una mezcla liquida se carga en un recipiente, y los componentes

    son separados por ebullicin del liquido, condensacin de los vapores y recolectando los

    componentes de acuerdo a sus puntos de ebullicin. El ms sobresaliente atributo de esta

    operacin es la flexibilidad.

    La destilacin por lotes se prefiere sobre la destilacin continua cuando las cantidades de

    material a tratar son relativamente pequeas, y son manejadas en periodos irregularmente

    programados, En algunos casos, la composicin del material que va a ser destilado puede variar

    mucho de periodo a periodo. En la destilacin por lotes solo son necesarios cambios pequeos

    cuando se cambia de una mezcla a otra, la velocidad del reflujo puede variarse fcilmente sin

    balanceo o ajuste de varios instrumentos, no es necesario un balance de alimentacin y

    tampoco hay la necesidad de mantenimiento. En una situacin donde diferentes mezclas deben

    ser manejados de un da para otro la versatilidad del caldern por lotes es insuperada.

    El ms caso ms simple de la destilacin por lotes es uno en el cual la mezcla que se va a

    separar se carga a un recipiente en adecuado para ser calentados con un condensador total y

    un recipiente para recibir el producto. La mezcla es destilada sin reflujo hasta que una cantidad

    definida de uno de los componentes de la mezcla ha sido recuperada, o hasta que un cambio en

    la composicin se ha llevado a cabo.

    CALDERIN

    ENTRADA DEL MEDIO DE CALENTAMIENTO

    CONDENSADOR

    TANQUE ACUMULADOR

    RESIDUOS

    DESTILADOS

    ENTRADA DEL MEDIO DE

    ENFRIAMIENTO

  • 12

    ESQUEMA PARA LA DESTILACIN POR LOTES

    CAPITULO II EQUILIBRIO EN DESTILACIN EQUILIBRIO LQUIDO VAPOR Se dice que una solucin lquida esta en equilibrio con sus vapores cuando las

    presiones de sus componentes en la fase lquida y vapor sean iguales.

    PAL = PAG Los datos bsicos de cualquier problema de destilacin son los de equilibrio entre

    las fases lquida y gaseosa del sistema sometido a destilacin, por tal motivo es necesario

    disponer de diagramas de puntos de ebullicin, en estos diagramas se representa la relacin

    que existe, entre el punto de ebullicin y la composicin de equilibrio a presin constante para

    todas las mezclas de un lquido A (de punto de ebullicin ta) y un lquido B (de punto de

    ebullicin tb ), siendo el lquido A el ms voltil. En tal diagrama se han representado las

  • 13

    temperaturas en el eje de las ordenadas y las composiciones en el eje de las abscisas . El

    diagrama esta formado por dos curvas cuyos extremos coinciden. Cualquier punto sobre la

    curva superior corresponde a vapor que tiene por composicin la marcada por su abscisa y , y que por condensacin a la temperatura correspondiente a su ordenada t1 produce un lquido

    de composicin x . (por ejemplo punto e) Cualquier punto de la curva inferior que tiene la composicin indicada por su abscisa x

    , corresponde a un liquido que comenzar a hervir produciendo un vapor de composicin y , todo ello a una temperatura t1. (por ejemplo el punto d)

    Cualquier par de puntos situados sobre la misma horizontal pero en diferentes curvas,

    representan composiciones de lquido y vapor que se encuentran en equilibrio a la

    temperatura indicada por la horizontal que pasa por los dos (por ejemplo los puntos e y d).

    Para todos los puntos situados por encima de la curva superior , la mezcla esta

    completamente en estado de vapor (ejemplo punto a)

    Para todos los puntos situados por debajo de la curva inferior, la mezcla se encuentra

    completamente lquida (ejemplo punto b)

    Y finalmente para todos los puntos situados entre las curvas, el sistema esta formado

    por una parte lquida y una vapor (ejemplo punto c)

    0

    40

    80

    120

    0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

    FRACCIN DE LIQUIDO X

    TEM

    PE

    RA

    TUR

    A

    C

    c

    a

    ed

    b

    x y

    ta

    tb

  • 14

    DIAGRAMA DE PUNTOS DE EBULLICIN EFECTO DE LA PRESIN Y LA TEMPERATURA EN EL EQUILIBRIO LIQUIDO

    VAPOR Cuando se incrementa la presin total en un sistema binario ,el punto de ebullicin de los

    componentes puros incrementa y los puntos de ebullicin de sus mezclas tambin se

    incrementan. En suma el rea de las dos fase en las curvas t vs x disminuye hasta

    desaparecer en la temperatura y presin crtica de la mezcla ,como se ve en los siguientes

    diagramas

    DIGRAMAS DE FASES A DIFERENTES PRESIONES Un comportamiento similar se observa en las curvas Pt vs x cuando la temperatura

    aumenta. Se ha observado que, como la presin aumenta, la diferencia en los puntos de

    ebullicin puede aumentar, disminuir o permanecer constante dependiendo de las

  • 15

    caractersticas de los componentes en las mezclas, pero ni la temperatura o presin critica de

    ninguno de los dos componentes.

    SISTEMAS IDEALES

    PRESIN DE VAPOR

    Si se coloca cierta cantidad de un lquido puro en un recipiente evacuado que tiene un

    volumen mayor que el del lquido, una porcin del lquido de evaporar hasta llenar el

    volumen restante. Suponiendo que queda cierta cantidad de lquido una vez establecido el

    equilibrio, la presin de vapor en el recipiente es solo una funcin de la temperatura del

    sistema. La presin desarrollada es la presin de vapor del lquido que es una propiedad

    caracterstica de los lquidos y aumenta rpidamente con la temperatura.

    ECUACIN DE ANTOINE La ecuacin de Antoine es una de las correlaciones ms usadas para obtener la

    presin de vapor de una sustancia

    CtBAP ln

    Donde .

    P es la presin de vapor ,A ,B y C son constantes caractersticas para cada sustancia,

    t es la temperatura, que generalmente es igual a la temperatura normal de ebullicin.

    PRESIN DE VAPOR DE LQUIDOS INMISCIBLES Si los componentes de un sistema lquido-lquido son inmiscibles o casi inmiscibles,

    cada componente ejerce su propia presin de vapor, sin que sta se vea disminuida por la

    presencia del otro . La mezcla lquida as hervir cuando la presin total sea equivalente a la

    presin de trabajo , y la composicin del vapor ser proporcional a la presin de vapor de

    cada componente a ala temperatura de ebullicin.

    PT=PA + PB PT yA = PA

  • 16

    LEY DE RAOULT Para llevar a acabo la separacin de mezclas ideales( estos sistemas se encuentran

    lejos de las condiciones criticas, bajas presiones y componentes similares), podemos usar la

    ley de Raoult en el equilibrio liquido vapor.

    Cuando un lquido es disuelto en otro ( totalmente miscible), la presin parcial de cada

    uno decrece , le ley de Raoult establece que para cualquier mezcla , la presin parcial de

    cualquiera de sus componentes, ser igual a la presin de vapor del componente puro por el

    numero de veces que componente este presente en la mezcla lquida.

    xiPPi Donde:

    Pi = Presin parcial, absoluta, del componente en la mezcla lquida.

    P = Presin de vapor del componente i, en su estado puro.

    Xi = Fraccin mol del componente en la mezcla lquida.

    FRANOIS MARIE RAOULT 1830-1901 Tras doctorarse por la Universidad de Paris (1863), trabaj un tiempo en la de Sens y finalmente se traslad

    a la de Grenoble. Junto con Van'y Hoff, Arrhenius y Ostwald, est considerado como uno de los fundadores de la

    fisicoquimca. Dedicado a la investigacin de las propiedades de las soluciones formul, en el ao 1886, la ley que

    lleva su nombre y que afirma que la presin osmtica a la que da lugar la presencia del soluto en el interior del

    disolvente es proporcional a la razn entre los nmeros de molculas de uno y otro. Adems estudi los fenmenos

    del descenso del punto de ebullicin y el aumento del punto de congelacin de las disoluciones. Sobre la base de

    estos estudios estableci mtodos para la obtencin del peso molecular de la sustancias (criscopa y ebulloscopa).

    Para aquellos sistemas que siguen la ley del gas ideal y la ley de Raoult para

    lquidos, tenemos para cada componente.

  • 17

    TT PxiP

    PPiyi

    Donde:

    yi = Fraccin mol del componente i en su estado vapor.

    PT = Presin total del sistema.

    La ley de Raoult no se aplica en condiciones cercanas a las criticas o para mezclas

    de hidrocarburos cercanas a 60 psig.

    LEY DE DALTON La ley de las presiones parciales de Dalton establece que la a cualquier

    temperatura especfica , la presin total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma

    de las presiones parciales de los gases constituyentes, es decir, el primer componente ejerce

    una presin p1 ,el segundo componente ejercer una presin p2 y as sucesivamente, para

    una mezcla de n componentes tenemos

    PT = p1 + p2 + ....pn Donde :

    PT = Presin total del sistema.

    p1 , p2 , pn = presiones parciales de los componentes en la mezcla.

  • 18

    JOHN DALTON

    1766-1844

    John Dalton, hijo de un humilde tejedor, naci en Cumberland, Inglaterra. Estudi inicialmente en una

    escuela rural y su progreso fue tan rpido que a la edad de doce aos se convirti en maestro de la escuela. Siete

    aos ms tarde lleg a ser director de la misma. En 1793 se traslad a Manchester y all se estableci para el resto

    de su vida. En principio, ense matemticas, fsica y qumica en un colegio. No obstante, cuando pens que estas

    obligaciones docentes interferan sus estudios cientficos, renunci al puesto y acept alumnos privados, a quienes

    enseaba matemticas y qumica, para sufragar sus gastos.

    Las primeras investigaciones cientficas de Dalton se desarrollaron en el campo de la meteorologa y esta pasin

    le acompa toda su vida; diariamente efectuaba observaciones de la temperatura, presin baromtrica y

    pluviomtricas. Fue el primero que describi la ceguera hacia los colores, de la que l mismo fue vctima.

    Dalton formul su teora atmica en 1803. Aunque propuso que los compuestos estaban formados por la

    combinacin de tomos de elementos diferentes en proporciones definidas por nmeros enteros pequeos, Dalton

    no dispona de ningn procedimiento fiable para determinar las relaciones en que se combinaban los diferentes

    tomos. En esa situacin supuso que, cuando slo se conoca un compuesto de dos elementos A y B, la frmula del

    compuesto debera ser la ms sencilla posible, AB. Basndose en esta suposicin y tomando en consideracin las

    masas atmicas de distintos elementos que se combinaban entre s, fue capaz de deducir masas atmicas relativas.

    Fue el primero en publicar una tabla incluyendo valores de dichas masas atmicas relativas. No obstante, sus suposiciones acerca de las frmulas de los compuestos no fueron siempre correctas.

    Por ejemplo, supuso que la frmula del agua era HO y ello hizo que algunas de las masas atmicas de su tabla

    fueran incorrectas. De hecho, los qumicos no fueron capaces hasta 1858 de resolver el problema de la

    determinacin correcta de frmulas moleculares y, consecuentemente, de masas atmicas. Sin embargo, Dalton

    debe tener el reconocimiento de la comunidad cientfica por haber sido el primero en dar una base cuantitativa a

    la teora atmica y ofrecer as el fundamento del rpido desarrollo que experiment la qumica a partir de

    entonces.

  • 19

    LEY DE HENRY Anloga a la ley de Raoult , es la ley de Henry, Segn la misma. La presin parcial

    del componente A sobre una mezcla liquida en la que la fraccin molar de A es x y C es la

    constante de la ley de Henry. Estrictamente hablando, C es constante nicamente a

    temperatura constante, si se compara con la ecuacin de Raoult se ver que esta es un caso

    especial, en la que la constante se convierte en la presin parcial del componente puro.

    PA = Cx Ley de Henry

    xiPPi Ley de Raoult

    WILLIAM HENRY 1774 - 1836 Qumico ingls que descubri la ley de la solubilidad de los gases.

    Era hijo de Thomas Henry (1734 - 1816), qumico y farmacutico establecido en Manchester. Fue discpulo de

    Dalton

    Fue miembro de la Sociedad Real de Londres y se distingui por sus experimentos qumicos, habiendo

    escrito una obra muy popular en Inglaterra, con el ttulo de Elementos de qumica experimental. DIAGRAMAS PARA EL EQULIBRIO DE MEZCLAS BINARIAS En el estudio de los problemas de destilacin se utilizan los diagramas de equilibrio

    liquido-vapor, que representan la relacin que existe entre las composiciones del lquido y el

    vapor que estn en equilibrio a una presin constante y determinada. La construccin del

    diagrama lquido vapor es fcil cuando se dispone de un diagrama de puntos de ebullicin.

    Solo es necesario elegir una composicin, trazar una vertical hasta que corte la lnea inferior

  • 20

    o del liquido, desde este punto trazar una horizontal hasta que corte la lnea superior o de

    vapor y de este punto trazar una vertical hacia abajo hasta el eje de las composiciones,

    obtenindose la composicin del vapor que esta en equilibrio a su punto de ebullicin con el

    liquido de partida.

    0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1

    0 0,2 0,4 0,6 0,8 1FRACCION MOL EN EN LIQUIDO

    FRA

    CC

    ION

    MO

    L EN

    EL

    VAPO

    R

    DIAGRAMA DE CONCENTRACIN x-y DIAGRAMA TEMPERATURA COMPOSICIN En general, los diagramas de composicin contra temperatura deben obtenerse

    experimentalmente, supongamos una mezcla lquida de composicin x que se calienta

    lentamente. Esta mezcla lquida empezar a hervir a una temperatura t1. El primer vapor

    producido tendr una composicin definida representada por y. Tan pronto como se forma

    una cantidad apreciable de vapor , la composicin de lquido deja de ser x de partida, ya que

  • 21

    el vapor que se desprende es ms rico en el componente ms voltil ,que el lquido que le

    precede y en consecuencia la composicin del vapor tambin cambia debido a que se

    enriquece con el componente ms voltil.

    DIAGRAMA TEMPERATURA CONCENTRACION

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    0 0,2 0,4 0,6 0,8 1FRACCION MOL X,Y

    TEM

    PER

    ATU

    RA

    COMPOSICIN DEL LIQUIDOx

    COMPOSICIN DEL VAPOR Y

    t1

    DIAGRAMA CONCENTRACIN x,y VS TEMPERATURA

  • 22

    DIAGRAMA ENTALPIA CONCENTRACIN Ciertos clculos requieren del conocimiento de la variacin de entalpas del lquido y

    del vapor con la composicin, lo que es posible mediante un diagrama entalpa concentracin.

    En la curva denominada lnea de punto de burbuja , se representan las entalpas de la

    mezcla lquida a sus respectivos puntos de ebullicin, La curva denominada lnea de punto de

    roco representa las entalpas de la mezcla a sus temperatura de saturacin correspondientes

    a la presin que se esta trabajando. Las lneas de equilibrio o reparto que unen los puntos

    sobre la lnea de punto de roco con los de la lnea de punto de burbuja representan las

    composiciones de la fase lquida y de la fase vapor que estn en equilibrio.

    DIGRAMA FRACCION MOL VS ENTALPIA

    0

    2000

    4000

    6000

    8000

    10000

    12000

    14000

    16000

    0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

    FRACCION MOL , x,y

    ENTA

    LPIA

    , H

    LINEA DE PUNTO DE BURBUJA

    LINEA DE PUNTO DE ROCIO

    LINEAS DE REPARTO O EQUILIBRIO

    DIAGRAMA ENTALPIA-CONCENTRACIN

  • 23

    Para la construccin de este tipo de diagramas, se hace tomando como base un estado

    de referencia, usualmente a 0C a una presin determinada.

    La lnea de punto de roco se calcula mediante la siguiente ecuacin:

    H= xA [CpLA(te t0)+(1-xa)[CpLB(te-to)+H m

    La lnea de punto de roco se calcula mediante la siguiente ecuacin:

    H=yA [CpLA(te t0)+ A,,te]+(1-ya)[CpLB(te-to)+ B,te]+ Hm Donde

    XA = Fraccin mol del componente A

    CpLA= Capacidad calorfica molar del componente A

    t0 = Temperatura base para el calculo de entalpas

    te = Temperatura de ebullicin

    Hm = Entalpa de mezcla A,,te = Calor latente de ebullicin del componente A Si los lquidos son ideales, entonces Hm = 0

    TEMPERATURA DE EBULLICIN DE SOLUCIONES IDEALES La temperatura de ebullicin en una mezcla ideal de lquidos se alcanzar cuando

    los suma de las presiones parciales sea igual a la presin total de operacin

    PT=PA xA + PB xB Para obtener la temperatura de ebullicin , se selecciona una temperatura , obteniendo la

    presin de vapor de los componentes puros verificando que la suma de las presiones

    parciales sea igual a la presin total ,si no es as se selecciona otra temperatura hasta

    comprobar que la suma de las presiones parciales es igual a la presin total, a esta

    temperatura se le llama temperatura de burbuja.

  • 24

    1

    1

    1

    T

    n

    n

    P

    ixiPyi

    La temperatura a la cual se forma la primer gota de lquido a partir del vapor se llama,

    temperatura de roco, as la primera gota formada tendr la composicin dada por:

    iPyiPxi T

    Esta temperatura se obtiene por prueba y error, seleccionando una temperatura y

    comprobando que la suma de las fracciones sea igual a 1

    1

    1

    1

    iP

    yiPxi

    Tn

    n

    SISTEMAS NO IDEALES

    Hay mezclas en las que no se puede suponer la idealidad, o son mezclan que

    contienen varios componentes, en estos casos se suele usar el llamado coeficiente de

    distribucin, que esta definido por

    xiyiKi

    El factor K es la relacin de equilibrio entre la fraccin mol de un componente en la

    fase vapor dividida entre la fraccin mol del mismo componente en la fase lquida. K es

    generalmente.

    Los valores de K para algn compuesto en particular son funcin de la temperatura

    y la composicin de la mezcla. Estos coeficientes pueden obtenerse de graficas como las

    siguientes. As el punto de roco y el de burbuja usando los coeficientes K estarn definidos

    de la siguiente manera:

  • 25

    1Kiyi

    Para el punto de roco

    1 xiKi Para el punto de burbuja COEFICIENTES DE DISTRIBUCIN K=y/x

  • 26

    VOLATILIDAD Y VOLATILIDAD RELATIVA Generalmente, el termino volatilidad es usado para comparar las presiones de vapor

    de las sustancias. Cuando se compara una con otra, la sustancia con la ms alta presin de

    vapor es considerada la ms voltil. La presin de vapor no es exclusivamente un criterio

    valido para la determinacin de la facilidad de la separacin de los componentes de la mezcla

    lquida, as la presin de vapor de cada sustancia se ve disminuida por la presencia de otros,

    para una mezcla que contiene los componentes A y B:

    A=P(yA/xA) B=P(yB/xB) Donde i , es la actividad de cada componente, x y y son la fraccin mol de cada

    componente en las fases vapor y lquido y P es la presin total del sistema.

    La volatilidad relativa se define como:

    =A / B =AB

    BA

    xyxy

    **

    El coeficiente de actividad es i / P , para cada componente, de aqu yA=A PAxA yB=B PBxB Donde P es la presin de vapor del componente puro. En consecuencia

    =AB

    BA

    xyxy

    ** =

    BB

    AA

    PP

    = VOLATILIDAD RELATIVA =

    B

    A

    KK

    KA y KB son constantes de equilibrio de vaporizacin para A y B respectivamente,

    si A= B , =

    B

    A

    PP

    La volatilidad relativa es una medida directa de la facilidad de la separacin de los

    componentes por medio de un proceso de destilacin. De esta manera sustancias fcilmente

    separables por destilacin tienen valores grandes de volatilidad relativa. Para una volatilidad

    relativa de un promedio de uno no es posible la separacin y una volatilidad que es menor a

    uno en la relacin molar de los constituyentes en el vapor ser veces su relacin molar en

  • 27

    el liquido. Cuando existe una diferencia de volatilidades el valor de siempre ser mayor que 1, solo si la volatilidad del componente ms voltil se encuentra en el numerador de la

    expresin para . La volatilidad relativa de dos componentes cambia con la temperatura. Desde el punto de vista, solo para una separacin fcil, el rango de temperatura optima para

    llevar a cabo la destilacin es en el cual el valor de es mximo, La siguiente relacin derivada de la expresin para nos da para una mezcla binaria, la relacin entre x y y para un valor constante de .

    )1(1*

    x

    xy

    Durante una destilacin por lotes la presin constante la temperatura se eleva, como la

    concentracin de sustancias voltiles disminuye en el liquido residual. Para mezclas de

    sustancias similares que tienen valores bajos de , estos tendrn un cambio muy lento de , con la temperatura de esto la ecuacin anterior nos dar resultados confiables. Esas

    condiciones son se encuentran por ejemplo para miembros adyacentes de una serie

    homologa tal como las parafinas (hidrocarburos). Variaciones de , se deben investigar cuando se use la ecuacin anterior.

  • 28

    CAPTULO III

    DESTILACIN DIFERENCIAL

    La destilacin diferencial es el mtodo de destilacin ms antiguo conocido

    tambin recibe el nombre de destilacin simple. Para llevar a cabo este

    proceso se hace hervir el lquido que se va a destilar y el vapor generado se

    separa del lquido condensndolo tan rpidamente como se genera. Los

    alambiques o aparatos que se usan en este tipo de destilacin, se empezaron a

    usar en la edad media. Este tipo de destilacin se sigue utilizando en ciertas

    industrias tradicionales como la industria vitivincola, as como en la

    purificacin intermitente de reactivos y en los laboratorios para valorar el rango

    de ebullicin y las caractersticas de la mezcla.

    Como se dijo anteriormente, al inicio se llena una olla vaporizadora o

    alambique con la solucin y luego se calienta e hierve esta. A medida que se

    generan los vapores, stos se separan y se condensan, por ello el contenido de

    la olla desciende, as como aumenta en esta la concentracin de sustancias

    menos voltiles. Por otro lado la concentracin del vapor destilado vara

    tambin con el tiempo, tendiendo en un principio la mayor cantidad de voltiles

    y disminuyendo esta progresivamente a medida que contina la concentracin.

    Hoy en da la destilacin diferencial puede llevarse a cabo tambin en torres de

    platos o empacadas provistas de un rehervidor o alambique, en las que se

    opere intermitentemente. En esta caso se puede operar con reflujo variable o

    constante dependiendo de s se quiere que el destilado tenga una composicin

    que no cambie con el tiempo o que el valor final deseado sea igual al promedio

    de todos, los destilados

    Para analizar las condiciones de operacin de un sistema de destilacin

    diferencial vamos a partir de, los equipos ms sencillos que intervienen en un

    sistema de destilacin diferencial.

    La carga entra al destilador con una composicin Xio de componente que nos

    interesa i. Luego comienza el calentamiento , al aparecer las primeras burbujas

    , el lquido comienza a hervir y desprender vapores el lquido en el destilador o

    alambique se empobrece en el componente ms voltil producindose a su vez

  • 29

    un vapor ms pobre en el componente ms voltil. Este proceso continua hasta

    que termina la destilacin.

    En las figura se puede observar las condiciones iniciales y finales de

    concentracin, as como el incremento de temperatura que tiene lugar mientras

    se produce la destilacin

    0

    40

    80

    120

    0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

    FRACCIN DE LIQUIDO X

    TEM

    PE

    RA

    TUR

    A

    C

    Xo

    Yo

    Y1 X1

    To

    TfSentido

    del proceso

    Variacin de la composicin del destilado y el liquido en el alambique en la destilacin diferencial

    0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1

    0 0,2 0,4 0,6 0,8 1FRACCION MOL EN EN LIQUIDO

    FRA

    CC

    ION

    MO

    L EN

    EL

    VAPO

    R

    Variacin de la composicin del destilado y del lquido en el alambique en la

    destilacin diferencial

    Sentido del proceso

  • 30

    Como se puede observar en los diagramas de equilibrio anteriores en esta

    destilacin el vapor que sale en cualquier momento est en equilibrio con el

    lquido del que procede.

    Balance de materia

    S se efecta un balance de materia alrededor del siguiente equipo

    En donde

    LA es la cantidad inicial alimentada

    LR la cantidad final que queda en el alambique al terminar el proceso

    LD la cantidad del lquido obtenido

    LA = LR + LD Y para el componente i LAX iA = LD yiDm + LR XRi

    En donde X iA es la fraccin mol del componente i en la composicin, XRi la

    fraccin mol del componente i en los residuos, despus de que termin la

    destilacin y yiDm es la composicin promedio de todos los destilados ( o sea la

    composicin de la mezcla destilada)El balance anterior se efecto entre el

    comienzo y el final del proceso ,pero tambin es posible efectuar un balance

    diferencial, esto es en un instante dado del proceso.

  • 31

    Balance total Entrada = salida + acumulacin En este caso

    Entradas = 0 , ya que la operacin es intermitente

    ddLD0

    Siendo D el vapor destilado, L es lquido que queda en el caldern y el tiempo. Para el componente ms voltil el balance parcial dara:

    0 =DyD + dLxd )( = DyD+ d

    dxLdxdL

    pero D = ddL

    0 = ddxL

    ddLxy

    ddL

    D

    multiplicando por d dL yD= Ldx+ xdL

    dL (y-x) =Ldx

    xy

    dxL~dL

  • 32

    Integrando desde la composicin inicial a la final

    R

    A

    R

    A

    X

    X

    L

    L xydx

    LdL

    A

    R

    X

    XR

    A

    xydx

    LL

    ln

    Esta expresin recibe el nombre de ecuacin de Rayleigh . El lado derecho se

    puede integrar o no directamente dependiendo de si conocemos no la relacin

    de x vs y

    La ecuacin de Rayleigh se puede resolver analticamente si se conoce el valor

    de la volatilidad promedio jPiP y esta se toma como constante.

    INTEGRACIN GRAFICA DE LA ECUACION DE RAYLEIGH

    0

    5

    10

    15

    x 0,2 0,325 0,4 0,575 0,6 0,7

    X

    1/(Y

    -X)

    )1(x1xy

    x))1(x1(yx)xx1(y

    xyyyxxxyy))y1(x(

    )y1(x~)x~1(y~

    x~y~x~y~

    x~y~Px~y~P

    PP

    A

    AA

    AAA

    AAAA

    AAAAAA

    AAAAA

    AA

    BA

    AB

    BA

    BBT

    BAT

    B

    A

    Y remplazando y por la expresin dada en la ecuacin de Rayleigh se obtiene

  • 33

    XA

    XR

    LR

    LA

    LA

    LR

    XR

    XA x)1(x1

    xdx

    LdL;

    x)1(x1

    xdx

    LdL

    1

    R

    A

    A

    R

    R

    A

    11

    R

    A1

    A

    R

    R

    A

    11

    R

    A

    A

    R1

    1

    A

    R

    R

    A

    A

    R

    AR

    RA

    R

    A

    xx

    )x1()x1(

    LL

    xx

    x1x1

    LL

    xx

    x1x1

    x1x1

    LL

    )x1()x1(ln

    )x1(x)x1(xln

    11

    LLln

    Para sistemas no ideales en donde se puede obtener el valor del coeficiente K

    o coeficientes de equilibrio

    Y =K x

    A

    R

    X

    XR

    A

    )1K(xdx

    LLln

    JOHN WILLIAM STRUTT RAYLEIGH

    (1842-1919)

  • 34

    Matemtico, fsico y premio Nobel britnico, conocido por sus investigaciones de los fenmenos

    ondulatorios. Naci en Lanford Grove, cerca de Maldon, Essex, y estudi en la Universidad de Cambridge. Ejerci

    como profesor de fsica experimental y como director del Laboratorio Cavendish de Cambridge desde 1879 a 1884 y

    como profesor de filosofa natural en la Institucin Real de Londres desde 1887 a 1905. En 1908 fue rector de la

    Universidad de Cambridge.

    Rayleigh realiz importantes trabajos sobre la luz, el color y la electricidad, y la dinmica de la resonancia y las

    vibraciones de gases y slidos elsticos. Tambin fue el responsable de la determinacin de unidades elctricas de

    medida. En 1894 Rayleigh descubri el elemento inerte llamado argn. Por este descubrimiento fue galardonado en

    1904 con el Premio Nobel de Fsica.

    PROBLEMA 1

    Se desean destilar 250 Kg mol de una mezcla de cido actico y agua que

    tiene una composicin de 0.2 en fraccin mol de cido actico. Para ello se

    introducir en un alambique y se destilaran a la presin de 1 atm. , hasta que

    en el alambique el lquido residual contenga 80% de cido actico en mol.

    Determine la cantidad de productos que se tendr que destilar y la cantidad de

    residuos finales.

    Datos de equilibrio a 760 mm de Hg.

    Xac 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

    Yac 0 0.181 0.327 0.448 0.555 0.649 0.737 0.813 0.875 0.934 1

    Traduccin

    2 Planteamiento 2.1Diagrama de equilibrio 2.2 Ecuacin de Rayleigh

    A

    R

    X

    XR

    A

    xydx

    LLln

    LD = ?

    Xac f=0.8 XH20f=0.2 LR=?

    Xac A = 0.2 XH2OA =0.8 LA= 250 Kg. mol

  • 35

    2.3 Balance de materia LA= LR + LD 3. Clculos 3.1 Destilacin de Rayleigh

    2.0

    8.0

    250ln

    xydx

    L R

    A partir de los datos de equilibrio se tiene que X y

    xy 1

    0.2 0.327 7.874

    0.3 0.448 6.757

    0.4 0.555 6.451

    0.5 0.649 6.711

    0.6 0.737 7.299

    0.7 0.813 8.849

    0.8 0.875 13.33

    El valor de la integral se puede obtener a partir de la grfica de x vs 1/ y-x

    segn se muestra en la grafica siguiente

  • 36

    Integracin grfica de la ecuacion de Rayleigh

    02468

    101214

    0 0,2 0,4 0,6 0,8 1x

    1/y-

    x

    Una forma de obtener la integracin es mediante el uso de tcnicas de

    integracin numrica, entre ellas la del trapecio

    X xy

    1 media Incremento de

    rea X media 0.2 7.874 0

    0.3 6.575 7.3155 0.73155

    0.4 6.451 6.604 0.6604

    0.5 6.711 6. 581 0.6581

    0.6 7.299 7.005 0.7005

    0.7 8.849 8.074 0.8074

    0.8 13.33 11.091 1.1091

    rea total 4.667

    667.4250ln RL

    ; 378.106250

    RL

  • 37

    LR= 2.35 3.2 Destilados y residuos

    Residuos = 2.35 Kg. mol Destilados = 250-2.35 =247.65 Kg. mol

    Composicin del destilado

    250(0.2)=2.35(0.8)+247.65(yac)

    50=188+247.65yac

    yac=0.1943

    4 Resultados Se debern destilar 247.65 Kg. mol, el residuo ser de 2.35 Kg. mol

    Problema 2 Se desea producir un destilado que contenga 80% en mol de benceno a

    partir de una mezcla de 70% en mol de benceno y 30 % en mol de tolueno.

    Calcule los moles de productos (fondo y destilados) que se obtendran por cada

    100 Kg. mol alimentado si la destilacin se hace en un alambique a 1 atm.

    1.TRADUCCIN

    2.Planteamiento

    2.1 destilacin diferencial

    LA =100 Kg. mol XBA = 0.7 XTA = 0.3

    LR = ?

    LD = ? YBD = 0.8

    P = 1 atm

  • 38

    7.0

    lnRX

    BB

    B

    R

    A

    xydx

    LL

    LAXA = LDYD +LRB XRB

    3. CLCULOS

    3.1 Diagrama de equilibrio

    3.2 Destilacin diferencial

    Del diagrama de equilibrio se pueden obtener los datos x vs y para cada

    caso

    DIAGRAMA DE EQUILIBRIO BENCENO TOLUENO A 1 ATM

    0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,6

    0,7

    0,8

    0,9

    1

    0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

    X BENCENO

    Y B

    EN

    CE

    NO

  • 39

    01234567

    0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

    1/y-x

    x

    problema 2

    XR Y Y-X 1/Y-X AREA LN LA/LR LA/LR LR LD YPR

    0,7 0,85 0,15 6,6667 0 0 0 0 0 0 0,6 0,785 0,185 5,4054 0,60355 0,6035 1,8285 54,68 45,313 0,8208 0,55 0,75 0,2 5 0,262625 0,86584 2,377 42,06 57,94 0,8089 0,54 0,745 0,205 4,878 0,04939 0,91549 2,498 40,02 59,97 0,8068 0,52 0,73 0,21 4,7619 0,09639 1,02274 2,7808 36,35 63,647 0,8028

    0,5 0,715 0,215 4,6512 0,09413 1,10592 3,022 33,09 66,91 0,7994

    4. RESULTADOS

    Se obtendrn alrededor de 33 Kg. mol de fondos y 67 Kg. mol de destilados

    PROBLEMA 3

    En un alambique se efecta una destilacin intermitente, donde se purifica una

    mezcla de benceno y tolueno. El aparato se carga inicialmente con 20 Kg. mol

    de una mezcla que contiene 32 por ciento en mol de benceno. La destilacin se

    lleva a cabo de forma que se continue aadiendo alimentacin a razn de 10

  • 40

    Kg. mol /h y calentando de forma que el contenido en el alambique

    permanezca constante e igual a 20 Kg. mol.

    Estime el tiempo de destilacin requerido para que la composicin final de los

    vapores destilados sea 40 por ciento en mol de benceno

    Dato

    Para las mezclas de benceno y tolueno la curva de equilibrio viene dada por

    )1(1*

    x

    xy en donde =2.48

    1. Traduccin

    2. Planteamiento

    2.1 Balance total de tolueno

    Rapidez de Rapidez de Rapidez de

    entrada de - salida de = acumulacin

    benceno benceno de benceno

    LAXAB - GDyDB = dXMd BTT )(

    ; LAXAB - GDyDB = ddXM BTT

    BT

    BTDAA

    BTT

    DDAA

    BTT

    xxGXL

    dxMYGXL

    dxMd

    48.1148.2

    Para conocer el tiempo es necesario integrar la funcin entre lmites inicial y

    final de la concentracin en el alambique de destilacin

    3 Clculos

    3.1 Concentracin al final del tanque

    LA = 10 Kg. mol / h XBA =0.32 MT = 20 Kg. mol

    XBT =0.32

    =?

    GD=10 kg mol/h YBD final =0.4

  • 41

    21.0)4.0)(48.1(48.2

    4.0 BTx

    3.2 Tiempo de destilacin

    2.348.11

    48.248.11

    48.210

    20

    10)32.0(10

    20

    0

    BT

    BT

    xx

    BT

    BT

    BT

    BT dx

    xx

    dxd

    Integracin grfica para obtener el tiempo requerido para obtener la composicin de los destilados

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

    X

    LAX

    A-G

    (2.4

    8X/1

    +1.4

    8X)

    1 2 3 4 5 6

    XBT 2.48 XBT 1.48XBT BT

    BT

    xx48.11

    48.2 (10)

    20/4-3.2 horas

    0.21 0.52 0.3108 2.967 26.07

    0.23 0.53 0.3404 4.252 19.01 0.41

    0.25 0.62 0.37 4.520 15.15 0.34

    0.27 0.669 0.39 4.812 12.40 0.27

  • 42

    0.29 0.7196 0.429 5.032 10.91 0.23

    0.32 0.7936 0.4736 5.385 9.15 0.30

    1.55 h

    Resultado

    Se requieren 1.55 horas

    PROBLEMA 4 Una mezcla de benceno y tolueno con una composicin de 0.4 en fraccin

    mol se somete a destilacin diferencial a la presin de 1 atm. Si la destilacin

    se interrumpe cuando se han destilado el 55 % de las moles iniciales calclese:

    a) La concentracin del destilado

    b) La concentracin del lquido que queda en el alambique

    c) La cantidad de benceno en el destilado expresada como porcentaje de

    benceno contenido en la carga inicial (considrese que la volatilidad relativa es

    constante e igual a 2.5)

    1. Traduccin.

    2 Planteamiento

    2.1 Ecuacin a emplearse

    111

    A

    R

    R

    A

    R

    A

    xx

    xx

    LL

    3. Clculos

    3.1 Composicin final en el alambique

    LA = 100 kg mol XBA =0.4 LR =45 kg mol

    XBR =?

    YBD promedio =?

    ?100* AA

    BDD

    XLyL

  • 43

    222.245100

    R

    A

    LL

    5.1

    5.2

    4.0114.0222.2

    R

    R

    xx

    5.1

    5.2

    5.21

    6.04.0222.2

    R

    R

    xx

    5.1

    5.21747714.1

    R

    R

    xx

    Resolviendo por tanteos

    x f(x) error0,18 2,25158619 0,503872190,19 2,12802957 0,380315570,2 2,01446094 0,26674694

    0,22 1,81252501 0,064811010,23 1,7222505 -0,02546350,228 1,73979547 -0,007918530,2275 1,74422043 -0,003493570,2277 1,74244858 -0,005265420,22752 1,74404313 -0,003670870,22751 1,74413178 -0,003582220,2274 1,7451073 -0,00260670,22729 1,74608358 -0,001630420,2273 1,7459948 -0,0017192

    3.2 Balance de materia

    LA = 100 kg mol ; LR = 45 kg mol ; LD = 55 kg mol.

    LAxAB = 100(0.4)= 40 kg mol de benceno

    LRxRB = 45(0.2273) = 10..2285 kg mol de benceno

    LDyDB = 40 10.2285 =29.7715 kg mol de benceno

    5413.0557715.29 BDPROMEDIOy

    Benceno recuperado en el destilado = 4.74100*407715.29

    4 Resultados

  • 44

    La concentracin del benceno en el destilado es de 54.13 por ciento en mol, la

    concentracin del benceno en el alambique es de 22.73% en mol y se destilo el

    74.9 % del benceno inicial.

    PROBLEMA 5 Se tiene una carga inicial de 100 moles de 70 % de furfural y 30 moles de

    agua, las moles se van a destilar a 1 atm. De presin total hasta que el material

    que permanece en el caldern contenga 96 % en mol de furfural.

    Calcule las moles que se deben destilar y las prdidas de furfural con los

    vapores.

    DATOS DE EQUILIBRIO

    FURFURAL AGUA X Y TC X Y Y-X 1/(Y-X)

    0 0 100 0.3 0.905 0.605 1.65

    1 5.5 98.56 0.2 0.89 0.69 1.45

    2 8 98.07 0.1 0.81 0.71 1.41

    4 9.2 97.9 0.08 0.68 0.6 1.67

    9.2 9.2 97.9 0.06 0.36 0.3 3.333

    50 9.2 97.7 0.04 0.19 0.15 6.67

    70 9.5 98.7

    80 11 100.6

    90 19 109.5

    92 32 122.5

    94 64 146

    96 81 154.8

    98 90 158.8

    100 100 161.7

    Graficando xy

    1 vs x , el area entre x1 = 0.3 y x2 = 0.04 es 0.46, el

    antilogaritmo de 0.46 es 1.58

  • 45

    moles3.6358.1

    100581.1L

    58.1LL

    46.0LLln

    A

    R

    A

    R

    A

    El liquido remanente es

    63.3(0.96)=60.8 moles de furfural y 2.5 moles de agua

    El destilado debe consistir de 70-60.89.2 moles de furfural

    Y 30-2.5 moles de agua

    Moles totales destiladas 36.7 y la composicin es

    aguadefraccinen75.07.365.27

    Sin embargo a 100 F la solubilidad del furfural en agua es solo de 1.8 mol por

    ciento mientras que la solubilidad del agua en el furfural es 26.4 mol por ciento.

    El destilado a esta temperatura consistir en dos capas.

    Capa rica en agua Capa rica en furfural

    Moles de agua 24.4 3.1

    Moles de furfural 0.44 8.8

    24.8 11.9

    Si la capa de agua se quita pero la capa de furfural se adiciona al nuevo batch

    que se destile la perdida de furfural ser solo de %63.07044.0

  • 46

    Problema 6

    Se tiene una carga de 500 Kg. de una mezcla de benceno y tolueno de

    concentracin equimolecular. Se desea conocer la cantidad que ser necesario

    destilar para obtener un producto que contenga el 98 % en mol del benceno

    inicial, as como las concentraciones del residuo y del destilado. El sistema

    trabaja a presin atmosfrica a nivel del mar.

    1. Traduccin.

    2. Planteamiento

    LA = LD + LR

    LA XA = LD YD + LR XR

    A

    R

    X

    XR

    A

    xydx

    LLln

    3. Clculos

    3.1 Peso molecular promedio

    PM= 0.5(78)+0.5(72) = 85 Kg / Kg mol

    3.2 moles en la alimentacin

    LA =PMKg500

    XB = 0.5 XT = 0.5 XR =?

    YD Prom.= ?

  • 47

    LA=500 / 85 = 5.88Kg mol

    3.3 Integral

    Para la evaluacin de la integral usamos el diagrama x vs y para obtener los

    datos de equilibrio, asi tenemos la siguiente tabla

    X y y-x 1/y-x x x*(1/(y-x)) 0.10 0.205 0.105

    0.15 0.290 0.140 8.33 0.05 0.416

    0.20 0.373 0.173 6.7 0.05 0.323

    0.25 0.443 0.193 5.49 0.05 0.274

    0.30 0.510 0.210 4.97 0.05 0.248

    0.35 0.570 0.220 4.60 0.05 0.230

    0.40 0.624 0.224 4.50 0.05 0.225

    0.45 0.670 0.220 4.50 0.05 0.225

    0.50 0.715 0.215 4.59 0.05 0.229

    2.170

    El valor de la integral es 2.170, con este valor calculamos LR

    molKg67163.0758.888.5

    758.8LL

    758.8LL

    170.2LLln

    AR

    R

    A

    R

    A

    3.4 Clculo de LD YD prom.

    LD YD prom =LA XA - LR XR

    =5.88(0.5) 0.67163(0.1)=2.8728 Kg mol

    LD YD prom = 0.98(LA XA ) = 0.98*(5.88)*0.5=2.8812

  • 48

    Los valores estn muy aproximados por lo que resulta adecuada la suposicin

    xR = 0.10

    3.5 Clculo de YD prom.

    YD prom = LD YD prom. / LD = 523.02084.58728.2

    67.088.58728.2

    4. Resultados

    La composicin promedio del destilado ser 0.523

  • 49

    Captulo IV DESTILACIN DIFERENCIAL MULTICOMPONENTES En la destilacin diferencial multicomponentes, los componentes ms ligeros (componentes de

    bajo punto de ebullicin) son concentrados en el vapor y los componentes materiales mas

    pesados son concentrados en el lquido. El proceso puede ser llevado a temperatura constante,

    en donde la presin disminuye gradualmente mientras el liquido y el vapor permanecen a

    temperatura constante hasta el final de la destilacin. La destilacin multicomponentes se basa en los mismos principios de equilibrio de fases que la

    destilacin binaria, para el caso de la destilacin multicomponentes la concentracin del vapor

    en equilibrio de un componente depende no solo de su concentracin en el lquido y la presin,

    sino tambin la concentracin de los dems componentes presente en el lquido, es necesario

    contar con los datos sobre las relaciones de equilibrio para un componente y el efecto que para

    el tiene la variacin de la composicin de los dems componentes. Ya que esto podra requerir

    una gran cantidad de datos, siempre que es posible se hacen suposiciones simplificativas.

    Cuando los componentes tienen estructura qumica similar (como en el caso de los

    hidrocarburos del petrleo), es posible suponer relaciones de las leyes de Raoult y Henry. Esta

    suposicin relaciona la composicin del vapor para un componente especifico con su

    concentracin en el lquido mediante una constante que no depende de la variedad o cantidad

    de los otros componentes presentes. En muchos sistemas, no es vlida la suposicin de la Ley

    de Raoult o la de Henry. Por ejemplo, el objeto de la destilacin azeotrpica y de la extractiva, es

    adicionar un componente que afectar el equilibrio vapor lquido de otros componentes.

    En general, las ecuaciones usadas para describir el proceso son bsicamente las usadas en

    la destilacin binaria.

    Un alambique puede usarse tambin para destilar mezclas de multicomponentes,

    logrndose por este medio obtener destilados que contiene una mayor cantidad de

    voltiles que la mezcla de donde provena.

    La ecuacin de Rayleigh no es aplicable para cuando hay mas de dos componentes,

    ya que la relacin y, x no se conoce. Supongamos que tenemos una mezcla formada

    por tres sustancias y que se somete a destilacin en un alambique

  • 50

    O sea el desprendimiento de Gi moles de la sustancia i provoca una

    disminucin de Li moles en el lquido contenido en el alambique.

    dGA = - dLA dGB = - dLB dGc = - dLc

    pA=PAXA = PA cBA

    A

    PB = PB CBA

    B

    B

    A

    CBA

    BB

    CBA

    AA

    B

    A

    dLdL

    P

    P

    dd

    C

    AAC

    C

    A

    C

    A

    B

    AAB

    B

    A

    B

    A

    LL

    dLdL

    dGdG

    LL

    dLdL

    dGdG

    Si las i,j son constantes durante el rango de operacin podemos integrar para dar:

    Para la sustancia i dGi = -dLi

  • 51

    CCo

    B

    Bo

    A

    Ao

    L

    L C

    CAC

    L

    L B

    BAB

    L

    L A

    A

    LdL

    LdL

    LdL

    y por lo tanto ACAB

    CO

    C

    BO

    B

    AO

    A

    LL

    LL

    LL

    En donde AB es la volatilidad relativa de A en B y ac es la volatilidad relativa de B en C tomada como una constante entre la temperatura inicial y final de la destilacin.

    PROBLEMA 7 Una mezcla equimolecular de heptano y octano se destila en un alambique

    hasta que la composicin del lquido residual en el alambique sea 0.3 en

    fraccin mol de heptano, operando a la presin atmosfrica.

    Cul ser la composicin promedio del destilado?

    Dato para esta mezcla consideres un valor medio de volatilidad relativa de

    =2.17 1 Traduccin

    2 .Planteamiento

    2.1 Ecuacin de Rayleigh

    A

    R

    X

    XR

    A

    xydx

    LLln ; 1 1

    1

    A

    R

    R

    A

    R

    A

    xx

    xx

    LL

    XHA = 0.5 XOA = 0.5

    XHf = 0.3 XOf = 0.7

    Y promedio =?

  • 52

    2.2 Ecuacin para multicomponentes

    O/H

    OOCT

    OCT

    HO

    H

    LL

    LL

    2.3 Balances

    LA= LR + LD LA xAH = LRxRH + LDYDP

    3. Clculos

    3.1 Composicin del destilado mediante la ecuacin de Rayleigh.

    Base 100 kg mol

    887.211

    3.05.0

    17.1

    17.2

    07

    3.0

    R

    A

    LL

    64.34887.2

    100 RL LD= 65.36 kg mol

    Balance de heptano

    100(0.5) = 34.64(0.3)+ 65.36 yDH

    yDH = 0.606

    3.2 Composicin del destilado mediante la ecuacin de multicomponentes.

    17.2

    5050

    OCTH LL Del punto anterior

    LH = 34.64(0.3)=10.392 17.2

    5050392.10

    OCTL

    17.2

    5020784.0

    OCTL

    L OC = 24.2415 kg mol

    Moles de octano destiladas = 50-24.2915=25.758

  • 53

    Moles de heptano destiladas = 50-10.392 = 39.608

    Total de destilado = 65.366

    Xop=0.606

    4 Resultados

    La composicin del destilado ser 60.6 % en mol de heptano

    PROBLEMA 8 A un alambique se introducen 1000 kg mol de una mezcla que contiene 30 %

    de A 40 % de B y 30 % de C. La destilacin se llevar a cabo a 760 mm de Hg.

    Si la destilacin procede que se contengan 500 kg mol en el alambique.

    Cul ser la composicin en el caldern?.

    Datos: Las constantes de Antoine son

    Compuesto A Compuesto B Compuesto C

    A 7.02447 7.96681 6.81089

    B 1161 1668.1 992

    C 224 228 230

    1 Traduccin

    2.Planteamiento

    2.1 Ecuacin de diseo C,AB,A

    O Co

    C

    Bo

    B

    A

    A

    LL

    LL

    LL

    LA =1000 kg mol XAa = 0.3 XAb = 0.4 XAc = 0.3

  • 54

    En donde: B

    AB,A K

    K y C

    AC,A K

    K

    Para ideales: B

    AB,A P

    P y C

    AC,A P

    P

    3. Clculos

    3.1 Temperatura de burbuja de la mezcla inicial

    PAxA + PBxB + PCxC= 760 mm de Hg

    Suponiendo T= 100 C

    100224116102447.7log AP ; PA=2698.5 mm de Hg

    1002281.166896681.7log AP ; PB=760.57 mm de Hg

    10023099281089.6log AP ; PC=6380 mm de Hg

    2698.5(0.3)+760.57(0.4)+6380(0.3)= 3041.721 mm de Hg > 760 mmde Hg

    Suponiendo temperatura de 10 C

    PA=115.59 , PB=9.0779 , PC=475.44

    PI xi =180.808 mm de Hg 760 Suponiendo temperatura de 25 C

    PA=230 , PB=23.63 , PC=833.09

    PI xi =328 mm de Hg 760 Suponiendo Temperatura de 35 C

    PA=348.2 , PB=42.09 , PC=1168

    PI xi =471.73mm de Hg 760 mm de Hg Suponiendo Temperatura de 45 C

    PA=511.07 , PB=79.61, PC=1598

    PI xi =664.609 mm de Hg 760 mm de Hg Suponiendo Temperatura de 50 C

    PA=612.69 , PB=92.565, PC=1853.67

    PI xi =776.93 mm de Hg 760 mm de Hg

  • 55

    Suponiendo Temperatura de 49 C

    PA=591.184 , PB=88.06, PC=1800.25

    PI xi =752.65 mm de Hg 760 mm de Hg

    Suponiendo Temperatura de 49.3C

    PA=597.573 , PB=89.39, PC=1861.15

    PI xi =759.875 mm de Hg 760 mm de Hg

    685.639.89573.597

    B,A 329.0

    15.1816573.597

    C,A 3.2 Separacin inicial

    Suponiendo que LBxAB = 1000(0.3)(0.5)= 150 kg mol 329.0685.6

    300400300150

    CB LL

    14958.0685.6 1B 5.05.0400L

    LB=360.605 kg mol

    329.0 15.0300L C

    LC=36.487 kg mol

    LBxB= 150 + 360.605 +36.487 = 547.09 Composicin

    274.009.547

    150 aBx ; 659.009.547605.360 bBx ; 06669.009.547

    487.36 cBx

    Punto de burbuja de los fondos

    Suponiendo temperatura de 80 C

    PA=1604.68 , PB=355.55 , PC=4082.15

    PI xi =946.22 mm de Hg 760 Suponiendo temperatura de 70 C

    PA=1189.24 , PB=223.96 , PC=3193.17

    PI xi =693.14 mm de Hg 760

  • 56

    Suponiendo Temperatura de 75 C

    PA=1385.24 , PB=289.42 , PC=3617.68

    PI xi =811.54 mm de Hg 760 mm de Hg Suponiendo Temperatura de 73.5 C

    PA=1324.186 , PB=271.73, PC=3486.23

    PI xi =774.39 mm de Hg 760 mm de Hg

    873.473.271186.1324

    B,A 3798.023.3486186.1324

    C,A

    829.52

    685.6873.4medio AB

    3544.02

    329.03798.0medio AC

    Segundo tanteo de separacin

    Suponiendo LBxBA = 150 3544.0829.5

    300400300150

    CB LL

    400L5.0 B829.5/1

    L =547.58 kg mol LB = 355.15kg mol LC = 42.43 kg mol Si LBXBa = 140 kg mol

    3544.0829.5

    300400300140

    CB LL

    400L4666.0 B829.5

    1

    L =525.88 kg mol LB= 350.974 kg mol ; LC=34.91 kg mol

    Si LBxBA = 130 3549.0829.5

    300400300130

    CB LL

  • 57

    3544.0C289.5 1300L4333.0

    L =504.96 kg mol LB = 346.54kg mol LC = 28.42 kg mol

    2574.096.504

    130 aBx 68627.096.50484.346 bBx 05628.096.504

    42.28 cBx

    Tercer tanteo de separacin

    786.442.28924.1385

    B,A 3829.042.28924.1385

    C,A

    7356.52

    685.6786.4medio AB

    35595.02

    329.03829.0medio AC Si LBxBa= 130

    35595.07356.5

    300400300130

    CB LL

    LC=28.62 L =504.34 kg mol 2577.0

    34.504130 aBx 685.034.504

    72.345 bBx 0567.034.50462.28 cBx

    4 Resultados

    La composicin en el caldern ser aproximadamente de 25.77% de A, 68.5 %

    de B y 5.67 % de C.

  • 58

    PROBLEMA 9 Una mezcla lquida de hidrocarburos contiene 20 % en mol de n-butano. 30%

    en mol de n-pentano y 50 % en mol de n-hexano. Si esta mezcla se somete a

    una destilacin diferencial a 10 atm. Encuentre la composicin del lquido que

    permanece en el alambique cuando se ha evaporado la mitad del pentano.

    1. Traduccin

    2 Planteamiento

    2.1 Ecuacin de diseo

    H,BP,B

    A HA

    H

    ,

    PA

    P

    B

    B

    LL

    LL

    LL

    En donde

    P

    BP,B K

    K y H

    BH,B K

    K 2.2 Clculo del punto de burbuja

    11

    n

    iiKx

    3. Clculos

    3.1 Temperatura inicial de ebullicin

    Utilizando un diagrama K vs T

    a 150 Y 10 atm.

    KB =2.5 , Kp = 1.5 , Kh = 0.75

    325.1)5.0(75.0)3.0(5.1)2.0(5.21

    n

    iiKx

    Xn-b = 0.2 Xn-p = 0.3 Xn-h =0.5 LfXf =0.5LAxAP

  • 59

    a 135 C y 10 atm

    KB =2.25 , Kp = 1.1 , KH = 0.6

    08.1)5.0(6.0)3.0(1.1)2.0(25.21

    n

    iiKx

    045.21.125.2

    P,B 75.36.025.2

    H,B

    3.2 Primer tanteo de destilacin

    Suponiendo alimentacin de 100 kg mol 75.3045.2

    503015

    20

    HB LL

    LB = 4.846 kg mol ; L p = 154 kg mol ; LH = 34.26 kg mol

    Moles finales en el alambique: 54.107

    633.0107.5426.34

    2772.0107.5415

    0755.0107.54846.4

    H

    p

    B

    x

    x

    x

    3.3 Temperatura de burbuja final

    Si T = 150 C

    KB = 2.5 ; Kp = 1.5 ; KH = 0.75

    Kx = 2.5(0.0755) + 1.5 (0.2772) + 0.75(0.633) = 1.0793

    66.15.15.2

    P,B 333.375.05.2

    H,B

  • 60

    855.12

    66.1045.2medio P,B

    5415.32

    75.3333.3medio H,B

    3.4 Segundo tanteo de destilacin 75.3045.2

    503015

    20

    HB LL

    LB = 5.5286 kg mol ; L p = 15 kg mol ; LH = 34.773 kg mol

    Moles finales en el alambique: 55.30

    6288.030.55773.34

    2712.030.55

    15

    0999.030.55

    5286.5

    H

    p

    B

    x

    x

    x

    Si se requiriera mayor precisin se debera obtener el nuevo punto de burbuja ,

    para de ah obtener las K y las nuevas.

    4. Resultado

    La composicin del alambique despus de la destilacin ser 10 % de butano

    , 27.1 % de pentano y 62.9 % de heptano

  • 61

    PROBLEMA 10 Una mezcla equimolecular de benceno tolueno y xileno se destila a 1 atmsfera

    de presin para recuperara el 95 % del benceno inicial destilando. Qu

    cantidad de moles deberan destilarse por 100 moles de alimentacin y cul

    ser la composicin del destilado y residuo de la destilacin diferencial?

    1 Traduccin

    2. Planteamiento

    Destilacin diferencial multicomponente

    3. Clculos

    3.1 Punto de burbuja inicial

    Primer tanteo T= 200 F

    0.35(0.33)+0.89(0.33)+1.6(0.33)=1.479

    2 Tanteo T = 175 F

    0.22(0.33)+0.58(0.33)+1.6(0.33) = 0.789

    3er Tanteo T= 188F

    0.305(0.33)+0.76(0.33)+1.95(0.33)= 1.0032

    3.2 .- a 188 F

    393.6305.095.1

    583.2755.095.1

    X,B

    T,B

    LA =100 kg mol XAB = 0.333 XAT = 0.333 XAX = 0.333

    P= 1atm.

    YB=0.05

  • 62

    Clculo de L: LB = 1.666 xB = 0.05

    LT =10.5 xT = 0.317

    LX =20.86 xx = 0.633

    TOTAL=32.97

    3.3 Temperatura de ebullicin final

    T=250 F

    0.05(0.43)+0.318(2)+0.6333(0.88)=1.4

    T=225 F

    0.05(3.2)+0.317(1.5)+(0.633(0.59)=1.007

    42.559.02.3

    133.25.12.3

    X,B

    T,B

    3.3 media

    91.52

    42.53934.6

    358.22

    133.2583.2

    3.3 Segundo Tanteo 91.5

    x358.2

    T

    33.33L

    33.33L05.0

    LB = 1.666 xB = 0.0534

    LT =9.355 xT = 0.3

    LX =20.075 xx = 0.446

    TOTAL=31.09

    T=225 F

    0.0534(3.2)+0.3(1.5)+0.446(0.59) = 0.8852

    T=234 F

  • 63

    0.0534(3.63)+0.3(1.71)+0.446(0.74)=1.038

    905.474.063.3

    12.271.163.3

    X,B

    T,B

    408.52

    393.6905.4

    24.22

    358.212.2

    T= 232 F

    3.53(0.0534)+1.67(0.3)+0.7(0.446)=1.003

    043.57.03.3

    114.267.153.3

    X,B

    T,B

    2255.52

    043.5408.5

    117.22

    12.2114.2

    2255.5

    x117.2

    T

    33.33L

    33.33L05.0

    LB = 1.666 xB = 0.05881

    LT =8.096 xT = 0.2835

    LX =18.8 xx = 0.6584

    TOTAL=28.556

    T=232 F

    3.53(0.05881)+1.67(0.2835)+0.7(0.6584)=1.142

    T=225F

    3.2(0.05881)+1.45(0.2835)+0.59(6.584)1.002

    424.559.02.3

    133.25.12.3

    X,B

    T,B

    91.5

    36.2

  • 64

    91.5

    x36.2

    T

    33.33L

    33.33L05.0

    LB = 1.666 xB = 0.0534

    LT =9.356 xT = 0.3

    LX =20.074 xx = 0.646

    TOTAL=20.074

    T=225

    3.21(0.0534)+1.5(0.3)+0.59(0.646) =1.004

    Ya es 1 por lo cual

    T=225

    Gas x

    XB = 0.0534 GB= 31.66 0.46

    XT = 0.3 GT=23.9 0.35

    XX =0.646 GX= 13.26 0.19

  • 65

    PROBLEMA 11

    Una mezcla de hidrocarburos voltiles tiene la siguiente composicin en % en

    peso Propano = 8%

    n-butano =66%

    n-pentano =22%

    n-hexano =4%

    La mezcla se destila en forma diferencial hasta que slo la mitad del butano

    inicial queda en el caldern.

    Qu cantidad de destilado se obtiene si se introducen 500 lb al caldern y

    cul es la composicin de los destilados?

    LFxFB = 1652

    66.0*500

    componente PM % lb lb mol % mol

    C3 44 0.08 40 0.9091 10.88

    C4 58 0.66 330 5.69 68.07

    C5 72 0.22 110 1.52 18.28

    C6 86 0.04 20 0.232 2.78

    P= 1 atm , T eb =20 C

    Componente X K Kx

    C3 0.1088 7.1 0.772

    C4 0.6807 2.05 1.3954

    C5 0.1828 0.55 0.1005

    C6 0.278 0.165 0.0043

    K 2.275

    M=500 lb XAC3 = 0.08 XAC4 = 0.66 XAC5= 0.22 XAC6= 0.04

  • 66

    T =32 F

    Componente X K Kx

    C3 0.1088 4 0.4352

    C4 0.6807 1.05 0.7147

    C5 0.1828 0.23 0.042

    C6 0.278 0.054 0.0015

    K 1.1934

    T =25 F

    Componente X K Kx

    C3 0.1088 36 0.3916

    C4 0.6807 0.9 0.6126

    C5 0.1828 0.18 0.0329

    C6 0.278 0.042 0.00116

    K 1.038

    T =24 F

    Componente X K Kx

    C3 0.1088 3.55 0.3862

    C4 0.6807 0.88 0.599

    C5 0.1828 0.17 0.03107

    C6 0.278 0.24 0.0011

    K 1.01

    75.8804.055.3

    88.2017.055.3

    034.488.055.3

    63

    53

    43

    C,C

    C,C

    C,C

    6C,3C5C,3C4C,3C

    60C

    6C

    50C

    5C

    40C

    4C

    30C

    3C

    LL

    LL

    LL

    LL

  • 67

    lbmol0555.0L69.5845.2

    9091.0L

    3C

    034.43C

    lbmol33.1L52.1

    L69.5845.2

    5C

    88.205C

    034.4

    lbmol2284.0L232.0L

    69.5845.2

    6C

    75.886C

    034.4

    Composicin

    Componente L X

    C3 0.0555 0.0124

    C3 2.845 0.6385

    C3 1.33 0.2985

    C3 0.2248 0.0509

    4.4553 1.00003

    Temperatura final de burbuja

    Tb =32 F

    Componente X K Kx

    C3 0.0124 4 0.0496

    C4 0.6385 1.05 0.6709

    C5 0.2985 0.23 0.0686

    C6 0.0509 0.054 0.0027

    K 0.7914 T =45 F

    Componente X K Kx

    C3 0.124 5.2 0.0644

    C4 0.6385 1.4 0.8939

    C5 0.2985 0.33 0.0985

    C6 0.0509 0.08 0.0040

    K 1.0609

  • 68

    T =40 F

    Componente X K Kx

    C3 0.1088 4.75 0.0589

    C4 0.6807 1.25 0.7981

    C5 0.1828 0.29 0.0865

    C6 0.278 0.07 0.0035

    K 0.9470

    T =43 F

    Componente X K Kx

    C3 0.1088 5.05 0.0626

    C4 0.6807 1.34 0.5421

    C5 0.1828 0.32 0.0955

    C6 0.278 0.07 0.0035

    K 1.003

    142.7207.005.5

    78.1532.005.5

    768.334.105.5

    63

    53

    43

    C,C

    C,C

    C,C

    44.802

    142.7275.88C,C

    333.182

    88.2078.15C,C

    901.32

    034.4768.3C,C

    63

    53

    43

    lbmol0608.0L69.5845.2

    9091.0L

    3C

    901.53C

    lbmol3115.1L52.1

    L5.0

    5C

    33.185C901.3

  • 69

    lbmol2243.0L232.0L5.0

    6C

    44.806C901.3

    Composicin

    Componente L X

    C3 0.0608 0.0136

    C3 2.845 0.8967

    C3 1.3115 0.0938

    C3 0.2243 0.004

    4.4416 1.0081

    T final B=45 F

    Componente X K Kx

    C3 0.0136 5.2 0.07072

    C4 0.8967 1.4 0.8967

    C5 0.0938 0.32 0.0938

    C6 0.004 0.08 0.004

    K 1.065

    T final B=45 F

    Componente X K Kx

    C3 0.0136 5.05 0.06868

    C4 0.8967 1.34 0.8582

    C5 0.0938 0.32 0.0944

    C6 0.004 00.7 0.035

    K 1.014

  • 70

    142.7207.005.5

    78.1532.005.5

    786.334.105.5

    63

    53

    43

    C,C

    C,C

    C,C

    29.76C,C

    75.16C,C

    8345.3C,C

    63

    53

    43

    lbmol73625.0L69.5845.2

    9091.0L

    3C

    8345.33C

    lbmol2969.1L52.1

    L5.0

    5C

    75.165C8345.3

    lbmol224.0L

    232.0L5.0

    6C

    29.706C8345.3

    Composicin

    Componente L X

    C3 0.063725 0.0134

    C3 2.845 0.645

    C3 1.2969 0.294

    C3 0.244 0.05

    4.45 1

    Destilados % mol

    DC3 =0.9091-0.0608 =0.8483 21.70

    DC4 =5.69-2.845 =2.845 72.77

    DC5 =1.52-1.3115 =0.2085 5.330

    DC6 =0.232-0.2243 =0.0077 0.197

  • 71

  • 72

    Destilacin diferencial de multicomponentes usando un programa de computacin Tomando como punto de partida el alambique mostrado en la figura siguiente:

  • 73

  • 74

    Captulo V DESTILACIN POR LOTES CON RECTIFICACIN Destilacin diferencial con caldern y columna de fraccionamiento Para obtener productos con un rango estrecho de composiciones , se usa un alambique

    rectificador. Los componentes de esta unidad son el caldern, la columna rectificadora, un

    condensador y un medio para dividir una porcin del destilado como reflujo y uno o ms

    acumuladores. La temperatura del destilado se controla para hacer regresar el reflujo cerca de la

    temperatura de la columna, con el fin de permitir una indicacin verdadera de la cantidad de

    reflujo y mejorar el funcionamiento de la columna. A continuacin , se emplea un intercambiador

    de calor hasta subenfriamiento para el resto del destilado.

    La columna puede funcionar tambin a presin o al vaco, en cuyo caso se debern incluir

    los dispositivos apropiados para obtener esas condiciones.

    En funcionamiento se introduce al caldern una carga del lquido y se lleva

    primeramente el sistema al estado estacionario con reflujo total. A continuacin se retira en

    forma sucesiva una porcin del producto superior de conformidad con la cantidad reflujo

    establecido. Se hacen cortes pasando por acumuladores alternos y en eso instantes se pueden

    modificar las condiciones operacionales. Toda la columna funciona como seccin de

    enriquecimiento. A medida que transcurre el tiempo, la composicin del material que se destila

    se va haciendo cada vez menos rica en el componente ms voltil y se detiene la destilacin de

    un corte cuando el destilado combinado alcanza la composicin promedio que se desea.

    El progreso de la destilacin por lotes se puede controlar de modos distintos:

    1. Una forma de trabajar la destilacin por lotes en columnas de fraccionamiento es utilizar un

    reflujo constante y permitir que decrezca la pureza del destilado. As por ejemplo se podra

    comenzar con un destilado que contenga hasta el 82% de pureza , para que la mezcla destilada

    tuviera una composicin promedio del 90 %. Por medio de reflujo constante y composicin en el domo variable. El reflujo se ajusta en un

    valor determinado, donde se mantiene para la operacin. Puesto que la composicin en el

    caldern cambia la composicin del destilado tambin. La destilacin prosigue hasta que la

    composicin promedio del destilado tiene el valor deseado. A continuacin , se desva el

    producto del domo a otro acumulador y se retira un corte intermedio, hasta que el liquido que

  • 75

    queda en el caldern satisface la especificacin requerida. El corte intermedio se suele agregar al

    lote siguiente.

    2 . Composicin constante en el domo y reflujo variable. Si se desea mantener una composicin

    constante en el domo, la cantidad de reflujo que vuelve a la columna debe ir aumentando

    constantemente, durante toda la operacin. Conforme transcurre el tiempo, el caldern se vaca

    en forma del componente ms ligero. Finalmente, se llega al punto en que la relacin de reflujo

    alcanza un valor muy alto. Entonces, se cambian los acumuladores, donde se reduce el reflujo y

    se toma un corte intermedio como en el caso anterior.

    Muchos procesos de destilacin se llevan a cabo por lotes, ya que es ms conveniente en

    algunos casos procesar cada lote por separado, por ser estos de diversas composiciones , pero

    adems se desea una alta pureza en los productos. En estos casos se mete toda la

    alimentacin en el caldern , se calienta y los vapores destilados pasan a la columna de

    fraccionamiento.

    La composicin del destilado depender de la concentracin en la alimentacin

    , del nmero de platos y del reflujo usado.

    El liquido que permanece en el caldern va cambiando conforme se destilan los componentes

    ms voltiles y como resultado de esto la concentracin del destilado vara. Por ejemplo si al

    caldern se meten LA moles de mezcla con una composicin XA del ms voltil y si se usa un

    reflujo de R1, el producto destilado saldr con una composicin XD . Si despus de un cierto

    tiempo pero la composicin del destilado baja , se deber subir el reflujo a R2 para obtener un

    destilado con la misma composicin XD con unos fondos que ahora tendrn una composicin

    XB2. Este mtodo de destilacin requiere de un aumento contnuo del reflujo para mantener un

    producto destilado de composicin constante.

    3. Otros mtodos de control. Con frecuencia se usa un procedimiento de reciclaje para

    establecer el patrn de funcionamiento de la columna. La unidad funciona a un reflujo total hasta

    que se establece un equilibrio. Entonces, se toma el destilado como producto total durante un

    espacio de tiempo breve, y despus de ello, se hace regresar a la columna al reflujo total. Este

    ciclo se repite durante toda la destilacin. Otra posibilidad es la optimizar la relacin de reflujo

    para lograr la separacin deseada en un tiempo mnimo.

  • 76

    Adems de suponer que la columna trabaja de forma adiabtica, sobreflujo equimolar

    y calor de la mezcla despreciable, los clculos para una destilacin por lotes tambin

    presuponen


Cálculo diferencial e integral - Tomo 1 (Parte1) - N. Piskunov.pdf

Cálculo diferencial e integral - Tomo 1 (Parte1) - N. Piskunov.pdf

TP Mediaci+¦n 2010

TP Mediaci+¦n 2010

Facultad de CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN - uss.cl“N... · ¿POR QUÉ ESTUDIAR PEDAGOGÍA EN EDUCACIÓN DIFERENCIAL EN LA USS? “Decidí estudiar Educación Diferencial porque creo

Facultad de CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN - uss.cl“N... · ¿POR QUÉ ESTUDIAR PEDAGOGÍA EN EDUCACIÓN DIFERENCIAL EN LA USS? “Decidí estudiar Educación Diferencial porque creo

Boletín N°01 2010

Boletín N°01 2010

CURRICULUM OCULTO Antropologia de La Educacion Educ Diferencial 2010

CURRICULUM OCULTO Antropologia de La Educacion Educ Diferencial 2010

Diferencial y derivada 13...Revista de Edificación. RE • Nº 13 • Marzo 1993 41 Diferencial y derivada FAUSTINO N. GIMENA RAMOS, DR.ARQUITECTO RESUMEN. El cálculo diferencial

Diferencial y derivada 13...Revista de Edificación. RE • Nº 13 • Marzo 1993 41 Diferencial y derivada FAUSTINO N. GIMENA RAMOS, DR.ARQUITECTO RESUMEN. El cálculo diferencial

Capitulo 4: Caracterización del reconocimiento diferencial de los ...

Capitulo 4: Caracterización del reconocimiento diferencial de los ...

Piskunov N - Calculo Diferencial E Integral Tomo 1

Piskunov N - Calculo Diferencial E Integral Tomo 1

CALCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL - N. PISKUNOV - TOMO I

CALCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL - N. PISKUNOV - TOMO I

UNIDAD N°2: LÍMITE Y CONTINUIDAD. DERIVADA. DIFERENCIAL …

UNIDAD N°2: LÍMITE Y CONTINUIDAD. DERIVADA. DIFERENCIAL …

Manual para la Familia · 2010-09-14 · Educadora Diferencial en Trastornos de Audición Lenguaje. Post Título en Intervención Cognitiva. Patricia Badani Guevara Educadora Diferencial

Manual para la Familia · 2010-09-14 · Educadora Diferencial en Trastornos de Audición Lenguaje. Post Título en Intervención Cognitiva. Patricia Badani Guevara Educadora Diferencial

Guía N°4 Diferencial

Guía N°4 Diferencial

I N T R O D U C C I Ó N - itpochutla.edu.mx · de los elementos de expresión, ... CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL ... CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL Granville / Smith / Longley

I N T R O D U C C I Ó N - itpochutla.edu.mx · de los elementos de expresión, ... CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL ... CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL Granville / Smith / Longley

Calculo Diferencial e Integral Vol 2 - N. Piskounov

Calculo Diferencial e Integral Vol 2 - N. Piskounov

Ma c Basicas- Calculo Diferencial e Integral-plan 2010

Ma c Basicas- Calculo Diferencial e Integral-plan 2010

Cálculo Diferencial e Integral N. Piskunov

Cálculo Diferencial e Integral N. Piskunov

Sarasuati [2010] N.8

Sarasuati [2010] N.8

SECRETARÍA!DEDOCENCIA! CÁLCULO!DIFERENCIAL!!denms.uaemex.mx/pdf2016/Pro_5CalcuDif15.pdf · CÁLCULO!DIFERENCIAL!!!! 2" ... Asignatura: Calculo Diferencial Semestre: ... • Reporte

SECRETARÍA!DEDOCENCIA! CÁLCULO!DIFERENCIAL!!denms.uaemex.mx/pdf2016/Pro_5CalcuDif15.pdf · CÁLCULO!DIFERENCIAL!!!! 2" ... Asignatura: Calculo Diferencial Semestre: ... • Reporte

Mayo 2010 - N° 405

Mayo 2010 - N° 405

Clase N° 1 -Educación Diferencial - 2016

Clase N° 1 -Educación Diferencial - 2016