Instituto Politcnico Nacional

Laboratorio de Procesos de Separacin por Etapas

Prctica 2

Rectificacin de una mezcla binaria

Profesor: Jos Luis Gordillo Mendoza

Alumno: Heredia Godoy Javier

Grupo: 3IV72

PRCTICA 2RECTIFICACIN POR LOTES DE UNA MEZCLA BINARIA

Objetivos

Desarrollar los conocimientos para comprender el fenmeno de la separacin de lquidos voltiles, por medio de la destilacin de una mezcla binaria en una columna adiabtica de rectificacin por lotes, combinando y comparando los resultados experimentales con los tericos calculados a partir de la ecuacin de Rayleigh y poder predecir los tiempos de operacin, las masas y concentraciones obtenidas.Observar una conducta adecuada durante la realizacin de la prctica exhibiendo una disciplina profesional. Realizar una investigacin en las referencias disponibles sobre las diferentes aplicaciones del proceso de destilacin.

Marco tericoDestilacin por lotes se refiere a que una mezcla se destila para separarlo en sus fracciones componentes antes de la destilacin todava se carga de nuevo con ms mezcla y el proceso se repite. Esto est en contraste con destilacin continua, donde se aade el material de alimentacin y el destilado extrae sin interrupcin.Destilacin por lotes ha sido siempre una parte importante de la produccin de la capacidad de temporada, o baja y los productos qumicos de alta pureza. Se trata de un proceso de separacin muy frecuente en la industria farmacutica y en las unidades de tratamiento de aguas residuales.Cuando se ponen en contacto dos fases que tienen diferente composicin es posible que ocurra la transferencia de algunos de los componentes presentes de una fase hacia la otra y viceversa. Esto constituye la base fsica de las operaciones de transferencia de masa. Si se permite que estas dos fases permanezcan en contacto durante un tiempo suficiente, se alcanzar una condicin de equilibrio bajo la cual no habr ya transferencia neta de componentes entre las fases. En la mayor parte de los casos de inters que se presentan en las operaciones de transferencia de masa, las dos fases tienen una miscibilidad limitada, de tal forma que en el equilibrio existen dos fases que pueden separarse una de la otra. Con frecuencia, estas fases tienen composiciones diferentes entre s y distintas tambin de la composicin tambin de la composicin que tena cada fase antes de ponerse en contacto con la otra. Como resultado de lo anterior, las cantidades relativas de cada uno de los componentes que han sido transferidas entre las fases, son distintas, logrndose de esta forma una separacin. Bajo condiciones adecuadas, la accin repetida de poner las fases en contacto y separarlas a continuacin, puede conducir a la separacin casi completa de los componentes. Las diferencias en composicin que presentan las fases en equilibrio, constituyen la base fsica para los procesos de separacin que utilizan equipos con etapas mltiples.Cuando se plantea el problema de separar los componentes que forman una mezcla homognea, el ingeniero aprovecha las diferencias que existen en las propiedades de los constituyentes que forman la mezcla para efectuar su separacin. Se analizan las diversas propiedades qumicas y fsicas de los constituyentes, con el objeto de determinar en cuales de esas propiedades se observa una mayor diferencia entre los componentes ya que por lo general, cuanto mayor sea la diferencia de alguna propiedad, ms fcil y econmica ser la separacin deseada. Resulta evidente que el ingeniero debe tomar en consideracin muchos otros factores al seleccionar una ruta de separacin para un proceso. Los requerimientos de energa, el costo y disponibilidad de los materiales de construccin y de proceso, as como la integracin con el resto del proceso qumico, son factores que contribuyen para determinar cul proceso de separacin ofrece un mayor atractivo desde el punto de vista econmico.El proceso de separacin ms utilizado en la industria qumica es laDestilacin. Esta operacin unitaria tambin es conocida como fraccionamiento o destilacin fraccionada. La separacin de los constituyentes se basa en las diferencias de volatilidad. En la destilacin, una fase de vapor se pone en contacto con una fase lquido, transfirindose masa del lquido al vapor y del vapor al lquido. Por lo general, el lquido y el vapor contienen los mismos componentes aunque en distintas proporciones. El lquido se encuentra a su temperatura de burbuja, mientras que el vapor en equilibrio est a su temperatura de roco. En forma simultnea, se transfiere masa desde el lquido por evaporacin y desde el vapor por condensacin. La evaporacin y condensacin involucran calores latentes de vaporizacin de cada componente y por ello, al calcular una destilacin deben considerarse los efectos del calor.La destilacin se utiliza mucho para separar mezclas lquidas en componentes ms o menos puros. Debido a que la destilacin implica evaporacin y condensacin de la mezcla, es una operacin que necesita grandes cantidades de energa.Una gran ventaja de la destilacin es que no es necesario aadir un componente a la mezcla para efectuar la separacin.Los componentesms ligeros(de punto de ebullicin ms bajo) tienden a concentrarse en la fase de vapor, mientras que losms pesados(de punto de ebullicin ms alto) tienden a la fase lquida. El resultado es una fase de vapor que se hace ms rica en componentes ligeros al ir ascendiendo por la columna, y una fase lquida que se va haciendo cada vez ms rica en componentes pesados conforme desciende en cascada. La separacin general que se logra entre el producto superior y el del fondo depende primordialmente de lasvolatilidades relativasde los componentes, el nmero de platos de contacto y de la relacin de reflujo de la fase lquida a la de vapor.Destilacin por lotes:Tambin llamada destilacin por cargas, es el proceso de separacin de una cantidad especfica (la carga) de una mezcla lquida en productos. Este proceso se utiliza ampliamente en laboratorios y en las unidades pequeas de produccin, donde la misma unidad puede tener que servir para muchas mezclas.Cuando existenncomponentes en el material de alimentacin, ser suficiente una columna por lotes, donde se requerirann-1columnas de destilacin continuas simples.En una destilacin por lotes tpica, el lquido que va a procesarse se carga a un caldern caliente, sobre la cual se instala la columna de destilacin equipada con su condensador. Una vez que se carga el lquido inicial ya no se suministra ms alimentacin. El lquido del caldern hierve y los vapores ascienden por la columna.Parte del lquido que sale del condensador, se refluja y el resto se extrae como producto destilado. No se extrae ningn producto del caldern sino hasta que se completa la corrida.Debido a que el destilado que se obtiene es ms rico en el componente voltil que el residuo del destilador, este se agotara en el componente voltil que el residuo del destilador, este se agotara en el componente ms voltil a medida que progresa la destilacin.Muchas instalaciones grandes, tambin tienen un alambique por lotes. El material que se tiene que separar puede tener un contenido elevado de slidos, o bien, alquitranes o resinas que ensucien o atasquen una unidad continua. El uso de una unidad por lotes puede mantener separados los slidos y permitir el retiro conveniente al terminarse el proceso.

Desarrollo experimental OPERACIN A REFLUJO TOTAL

Datos experimentales

Alimentacinh (cm)V (lt/min) (g/cm3)%xpesoxmol

Hervidor21.50.240.98230.105

Destilado0.37850.96461.50.385

Residuo0.10.89100.042

Pop = 0.24 kg/cm2

ClculosLey de Roult

logP = A (B/(T+C))

Etanol(mmHg)Agua(mmHg)

A8.204177.96681

B1642.891669.21

C230.3228

Log(585) = 8.20417 (1642.89/(T+230.3))

T= 71.87 C x=1 ; y=1T= 92.85 C x=0 ; y=0

Constantes de Van Laar A12= 0.36 A21= 0.2

Fracciones mol de Etanol

Zi= (0.23/46)/((0.23/46)+(0.77/18)) = 0.105

XD= (0.615/46)/((0.615/46)+(0.385/18)) = 0.385

XR= (0.1/46)/((0.1/46)+(0.9/18)) = 0.042

EtanolAgua

T (C)Cp Cp

60.99.2731x1012 J/kmolK1.027x106 J/kg4.185 kJ/kgK562.66 kcal/kg

62.629.4656 x1012 J/kmolK1.037x106 J/kg4.186 kJ/kgK561.63 kcal/kg

P=760mmHg Etanol Agua

T (C) Pa Pb x y

71.87585.06251.40.99980.9999

72588.21252.80.99040.9959

73.5625.7269.440.88580.9474

74638.64275.180.85240.9306

75.5678.28293.050.75790.8787

80811.57352.610.50630.7024

84.5966.08422.020.29960.4947

861022.74447.560.23890.4177

88.51123.314930.1460.2803

901187.5522.060.09460.192

91.51254.72552.540.04620.0991

92.851317.88581.230.00510.0115

HLF= (Cpa Xa + Cpb (1-xb)) (TB TF)

HLF= [(9.2731x1012 J/kmolK)(0.042) + ((4.185 kJ/kgK)(1000J/1kJ)(18kg/kmol)(1-0.042))] (334.05K 338.15K) = -1.6x1012 J/kmol

HV= {[(9.4656 x1012 J/kmolK)(0.385) + ((4.186 kJ/kgK)(1000J/1kJ)(18kg/kmol)(1-0.385))] (335.77K 338.15K)} + [((1.037x106 J/kg)(0.385)(46kg/kmol)) + ((561.63kcal/kg)(4186.8J/1kJ)(1-0.385)(46kg/kmol))] = -8.67x1012 J/kmol

q= (-8.67x1012 J/kmol) / ((-8.67x1012 J/kmol) (-1.6x1012 J/kmol)) = 1.23

xint= z/q = (0.105 / 1.23) = 0.085

F = D + W

F = (0.1 gal/min)(3.785 lt/gal) + 0.1 lt/min = 0.4785 lt/min

R = L/D = 0.4785/0.3785 = 1.26

yint= xD / R+1 = 0.385 / (1.26 +1) = 0.17

T = ((NMPT 1) / 16) x 100 = 12.5%

Tabla de resultados

HLF-1.6x1012 J/kmol

HV-8.67x1012 J/kmol

q1.23

F0.4785 lt/min

R1.26

NMPT3

T12.5%

Conclusiones

La destilacin por lotes se emplea bajo condiciones especiales de alimentacin, ya que tiene una capacidad pequea de carga y adems permite impurezas que no afectan al equipo como lo hara en una destilacin continua.La diferencia entre los procedimientos de operacin radica en el reflujo. Por un lado en reflujo total, todo lo que sale del domo se retorna al proceso hasta alcanzar la concentracin deseada y en reflujo constante se establece una relacin de reflujo, es decir, solo una parte del destilado retornara al proceso y el resto se obtendr como producto con determinada concentracin, por lo que la concentracin del siguiente producto ir aumentando conforme el proceso avance. Es de esta manera que podemos notar que las concentraciones aumentan conforme a los cortes y como los tiempos de destilacin disminuyen.