DESTILADOR DIFERENCIAL

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE OPERACIONES DE SEPARACIÓN

“DESTILACIÓN DIFERENCIAL”

Ing. Dante Real Miranda

CABRERA PALACIOS ANA MARIELA

SECCIÓN 1 EQUIPO 3 8IV4

OCTUBRE 2013

INTRODUCCION

Son pocos los elementos o compuestos que se presentan en estado puro en la naturaleza. En la mayor parte de los casos, éstos se encuentran mezclados con otras sustancias. Podemos distinguir dos tipos principales de mezclas :

Mezcla homogénea (uniforme), llamada disolución. Al hablar de disoluciones es frecuente distinguir los distintos componentes por medio de las palabras “soluto” y “disolvente”. Lo más corriente es que el disolvente sea un líquido, pudiendo el soluto ser un sólido, un líquido o un gas.

Mezcla heterogénea (no uniforme). La mayor parte de las rocas y los minerales de la corteza terrestre entran en esta categoría.

Separar las mezclas en sus sustancias componentes constituye el objetivo de algunas técnicas esenciales de la química experimental. Si una reacción conduce a varios productos y se necesita uno de ellos en estado puro, es preciso conocer cómo se puede separar la mezcla obtenida. Existen varios procedimientos para la separación de mezclas, y entre los más usuales nos encontramos con la destilación fraccionada, que es la técnica empleada en la práctica que nos ocupa.

El proceso de destilación constituye un método excelente para purificar un líquido estable en su punto de ebullición. La técnica puede adaptarse también para materiales inestables en las cercanías de sus puntos de ebullición, con la destilación al vacío. Es un método especialmente valioso a efectos de purificación porque puede aplicarse con relativa facilidad a gran cantidad de muestras líquidas ; además, el único reactivo adicional que interviene en la destilación es el calor. El calor puede retirarse de la mezcla de reacción de una manera mucho más cómoda que un disolvente, de modo que la contaminación del producto no resulta un problema. Nada de lo dicho es aplicable a un producto que sea inestable en su punto de ebullición y se descomponga.

Un líquido es un fluido que reúne átomos o moléculas de energía variable. Cuando una molécula del líquido se acerca a la fase de vapor-líquido, puede pasar de una a otra fase si tiene la energía suficiente que requiere dicho proceso ; la molécula ha de superar las fuerzas que la mantienen en fase líquida.

El calentamiento del líquido, ya que supone un aporte de energía, aumenta el proceso de vaporización, mientras que el enfriamiento de la fase de vapor invierte este proceso, dando lugar a la condensación.

El sistema se encuentra en equilibrio cuando el número de moléculas que pasan a la fase vapor, es igual al número de moléculas que retornan a la fase líquida. La extensión de este equilibrio se mide por la presión de vapor. Si la energía del sistema aumenta pero el equilibrio se mantiene, aumenta también la presión de vapor.

Cuando en la fase líquida están presentes dos componentes distintos, el vapor que cubre el líquido contiene algunas moléculas de cada uno de ellos. Si convenimos en llamar A y B a los componentes del líquido, el número de moléculas de A en fase líquida viene determinado por la volatilidad y por la fracción molar de A en la mezcla. En otras palabras, las cantidades relativas de A y B en la fase de vapor está relacionada con la presión de vapor de cada líquido puro, y la presión de vapor total de la mezcla que cubre el líquido es la suma de las dos presiones parciales. Esta relación queda expresada matemáticamente por la Ley de Raoult : PTOTAL = PA + PB, siendo PA = PºA·NA y PB = PºB·NB

PA y PB : representan las presiones parciales de A y B respectivamente.

PºA y PºB : son las presiones de vapor puro de A y B respectivamente.

NA y NB : son las fracciones molares de A y B.

A la presión atmosférica (1 atm = 760 mmHg), la suma de la presiones parciales debe ser igual a dicha presión atmosférica. Si se conocen la composición del líquido y la presión parcial de un componente, puede determinarse la otra presión parcial. Análogamente, si se conocen la presión de vapor y la fracción molar de uno de los componentes, puede determinarse la composición del líquido.

2 DESTILACIÓN DIFERENCIAL. Cabrera Palacios Ana Mariela

El estudio de la presión de vapor de una disolución tiene una relación directa con la destilación fraccionada, procedimiento de separación de los componentes líquidos de una mezcla que se basa en sus diferentes puntos de ebullición.

Supongamos que deseamos separar un sistema de dos componentes, por ejemplo benceno-tolueno. Tanto el benceno como el tolueno son relativamente volátiles, no obstante sus puntos de ebullición son apreciablemente diferentes : 80.1 ºC. y 110.6 ºC., respectivamente. Cuando se hierve una disolución que contiene esas dos sustancias, el vapor formado es relativamente más rico en benceno, componente más volátil que el tolueno. Si el vapor se condensa en otro recipiente y el líquido se hierve de nuevo, se obtendrá una concentración aún mayor de benceno en la fase de vapor. Repitiendo de forma continuada este proceso, que constituye el mecanismo básico de la destilación fraccionada, resulta posible separar por completo el benceno del tolueno.

Por otra parte, en virtud del hecho de que la presencia de un soluto no volátil disminuye la presión de vapor de una disolución, debe afectar al punto de ebullición de la misma. El punto de ebullición de una disolución es la temperatura a la cual su presión de vapor iguala la presión atmosférica externa.

La elevación del punto de ebullición Tb, viene dada por la expresión Tb = Tb - Tºb, donde Tb es el pto. de ebullición de la disolución y Tºb es el pto. de ebullición del disolvente puro. Como Tb es proporcional a la disminución de la presión de vapor, también es proporcional a la concentración de la disolución.

CARACTERÍSTICAS

Es una Operación discontinua (el material se carga en el equipo y el vapor generado se retira en forma continua).

También llamada: Destilación simple por lotes, destilación por cargas.

Se realiza en una sola etapa, mediante calentamiento lento y no presenta reflujo.

Los vapores se extraen con la misma velocidad con que se forman (no hay acumulación) y se condensan (destilado líquido).

Se admite que las composiciones del vapor generado (y) y del líquido remanente (x) se hallan en estado de equilibrio.

No se alcanza el estado estacionario.

Composición del líquido remanente varía con el tiempo.

Tiene lugar un aumento de la temperatura del sistema.

En el líquido remanente, disminuye la cantidad del componente de menor temperatura de ebullición, conforme avanza la destilación.

DATOS EXPERIMENTALES

ρ (Kg/Lts) %wMEOH Z (cm) TDestilador (°C) Tamb (°C)

Alimentación 0.962 20 42.5 86 27


Destilado 0.94 33 6.5 Presión de Vapor (Kg/cm2)

Residuo 0.963 19 10.5 0.9

DATOS BIBLIOGRÁFICOS

Cp (Kcal/Kg °C) λ (Kcal/Kg) PM (Kg/Kgmol)

Metanol 0.605 262.2 32

Agua 1.000 539.4 18

Constantes de la ecuación de Antoine, donde T [=] °C y P [=] mmHg

Constantes Metanol Agua

A 8.08097 8.07131

B 1582.27 1730.63

C 239.7 233.426

CÁLCULOS

Cálculo de fracción peso a fracción mol del Metanol y Agua.

Alimentación


Destilado

Residuo

Volumen

De gráficos:


Altura Z (cm) Volumen (L)

Alimentación 42.5 36.71

Destilado 6.5 16

Residuo 10.5 22.5

Flujos Másico y Molares

Flujos Másicos

Alimentación

Destilado

Residuo

Flujos Molares

Alimentación

Destilado


Alimentación

Cálculo de la presión parcial del metanol P°MEOH

Presión de vapor :

Cálculo de la presión parcial del agua P°H2O

Presión de vapor :


Cálculo de Temperatura Promedio

X=0.39 Y=0.72

Cálculo de Volatilidad Relativa

Cálculo de F/W

BALANCE DE CALOR

Entalpías

Destilado


Residuo

Alimentación

Calor


RESULTADOS

Fracción mol de metanol en la mezcla Fracción mol de metanol en la mezcla

Flujos Másicos Flujos Molares

Presiones Parciales

Volatilidad Relativa


Relación alimentación-residuo

Calor

OBSERVACIONES

Durante la operación tuvimos una falla a la hora de obtener nuestro destilado, ya que lo enviamos a recirculación, por lo tanto debimos de haber obtenido un poco más de lo presentado, con esto, las densidades cambiaron considerablemente ya que son muy cercanas entre sí.


CONCLUSIÓN

La

Como se propuso en el objetivo se logró la separación de la mezcla Metanol-Agua, aunque no se lograron obtener los resultados esperados, se comprobó que gracias a la volatilidad relativa a las diferencia de temperaturas que existen entre ambas sustancias la mezcla puede separarse con gran facilidad, y como se menciona en la introducción teórica de ser posible es mejor contar con una destilaciones sucesivas para alcanzar un condensado bastante concentrado en alcohol.

Por otro lado este tipo de destilación no proporciona altas concentraciones de pureza debido a que como ya lo había mencionado al antes, en este tipo de destilación se obtienen alta purezas al inicio de la destilación, pero conforme transcurre el tiempo, el grado de pureza disminuye.

Al realizar los cálculo correspondientes para conocer el calor perdido de la columna, observamos, que hay gran pérdida de calor, la mayor parte se pierde en los condensados de agua debido a que hay un intercambio entre el agua y el vapor de destilado, y el calor se va con el agua que se dirige hacia drenaje, además de que también hay perdidas hacia el ambiente.


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