Guía Sistema de Destilación-práctica Para La Destilación de Etanol

GUÍA SISTEMA DE DESTILACIÓN: PRÁCTICA PARA DESTILACIÓN DE ETANOL

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIASDEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍAUNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

CÓDIGO: N.A

VERSIÓN: 01

FECHA DE VIGENCIA: Diciembre de 2014

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Realizó Revisó AprobóNombre fecha Nombre fecha Nombre fecha

Lina M. González-Fernando Cardeño Mayo 2014

1. OBJETIVOS: Determinar y medir experimentalmente las variables necesarias que permiten: a)

esquematizar el diagrama Ponchon Savarit y b) hallar la relación mínima de reflujo de la torre de destilación del Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Universidad de Antioquia (LOUUA) empleando una solución de etanol.

Implementar de manera responsable durante la práctica, las indicaciones de seguridad del LOUUA.

2. ALCANCE.Entregar un informe escrito con los resultados hallados y analizados; se deberá emplear el FORMATO DE INFORME DE RESULTADOS

3. RESPONSABILIDADEstudiantes y profesor que realizan la práctica

4. CONTENIDO

4.1. Descripción general del proceso:

En este proceso intervienen tres equipos principales: a) Una Torre o Columna empacada (C1), en la se presenta la separación del etanol; b) un calderín, que suministra la energía térmica suficiente para que se genere un equilibrio líquido-vapor en C1 ; c) un tanque de almacenamiento, el cual permite tener disponible toda la materia prima que se necesitará durante la práctica . En la presente práctica la sustancia de interés es el etanol, el cual se empleará en la alimentación a una concentración de etanol-agua de acuerdo a las indicaciones del profesor ; véase figura 1.

Calle 67 Número 53 - 108, Bloque 18-Tel 2195535-2195536Medellín, Antioquia




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Figura 1. Diagrama del sistema de destilación (ver INSTRUCTIVO DE OPERACIÓN PARA SISTEMA DE DESTILACIÓN.





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4.2.Indicaciones para la práctica Leer cuidadosamente el INSTRUCTIVO DE OPERACIÓN PARA SISTEMA DE DESTILACIÓN.

4.3.CRONOGRAMA DE TRABAJO Y CONDICIONES DE OPERACIÓN

Véase: FORMATO DE RESULTADOS-PRÁCTICA PARA DESTILACIÓN DE ETANOL.

5. MODELO DE CÁLCULO

Balances de masaLos balances de materia se plantean teniendo en cuenta las cantidades de ambas sustancias presentes en el flujo de alimentación (F) , en el destilado (D) y en la corrientes de los fondos (W):

Donde z es la fracción de agua o de etanol en la corriente correspondiente.

Método de Ponchón y Savarit

Las regresiones que relacionan la lectura del refractómetro y la fracción volumétrica de alcohol se muestran a continuación (Gráficas T. Masa II):





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El método de Ponchon y Savarit utiliza dos diagramas: El diagrama de equilibrio y el diagrama de entalpías. Estos pueden obtenerse usando un software (ASPEN, PRO II) al que se ingresan las condiciones de operación (Presión, composiciones, flujos y sustancias). Adicionalmente, el método usa dos puntos de diferencia y , los cuales se calculan para la zona de

enriquecimiento y empobrecimiento. Las coordenadas del punto corresponden a (zD, Q’), que corresponden respectivamente a las moles netas salientes de Etanol respecto a las moles netas salientes, y al calor neto saliente respecto a las moles netas salientes. Similarmente, las coordenadas del punto del punto son (zW, Q’’), que son las moles salientes de Etanol respecto a las moles netas salientes, y el calor neto saliente respecto a las moles netas salientes.

1. Para la zona de empobrecimiento, el calor que sale de la torre por el fondo se define como:

QB es la cantidad de calor que se tranfiere al rehervidor, la cual es una cantidad conocida e igual a 3615 W. W es el flujo molar de los fondos. Hw es la entalpía de la corriente que sale por los fondos. Como esta corriente es líquida, dicha entalpía se calcula como:

Donde Cw es la capacidad calorífica respecto a unidades másicas, Tw es la temperatura de burbuja de los fondos, To es la temperatura de referencia, PMav,W es el peso molecular promedio de los fondos y ∆Hs es la entalpía de mezclado.





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2. Para la zona de enriquecimiento, se parte de un balance de enería en la torre, despreciando las pérdidas de calor:

(Eq. 4)

Despejando Qc:

Donde D es el flujo del destilado y HD su respectiva entalpía, F es el flujo de alimentación, HF es la entalpía de dicha corriente y se calcula dependiendo del estado en el que ingrese la corriente a la torre (líquido, líquido-vapor, vapor). Por ejemplo, si la corriente es líquida:

(Eq. 6)

En este caso Tfes la temperature a la cual la solución entra a la torre luego de ser precalentada. Esya temperatura se calcula haciendo un balance de entalpía en este intercambiador de calor:

(Eq. 7)

Adicionalmente se pueden relacionar las corrientes del destilado y que sale del condensador a través de la siguiente ecuación:

(Eq. 8)

Luego de calcular el valor del calor que se transfiere en el condensador a través de la ecuación 5, se calcula el valor de Q’:

(Eq. 9)

Cálculo del reflujo mínimo

Para una corriente que se alimenta como líquido saturado, se usa la ecuación de Underwood para calcular el reflujo mínimo [7]:

Donde α es la volatilidad del etanol respecto al agua.





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5.1. Resultados e informe El estudiante, de acuerdo a los datos obtenidos en la presente práctica, deberá

diligenciar y entregar al profesor el siguiente documento: FORMATO DE RESULTADOS-PRÁCTICA PARA DESTILACIÓN DE ETANOL

El estudiante deberá presentar al profesor un informe de resultados a la semana siguiente a la realización de la práctica; el formato del informe será de acuerdo al siguiente documento: FORMATO DE INFORME DE RESULTADOS

Para lo cual deberá tener presente:

Realizar el balance de masa para la torre.

Realizar el diagrama Ponchon Savarit.

Determinar la relación mínima de reflujo

Analizar y discutir los resultados de acuerdo a las condiciones dadas en el proceso de destilación.

6. DOCUMENTOS DE REFERENCIA

MANUAL DE SEGURIDAD / Laboratorio de Operaciones Unitarias-Universidad de

Antioquia

INSTRUCTIVO DE OPERACIÓN PARA SISTEMA DE DESTILACIÓN.

FORMATO DE RESULTADOS-PRÁCTICA PARA DESTILACIÓN DE ETANOL.

FORMATO DE INFORME DE RESULTADOS

Treybal, R. E. Mass transfer operations. 3a edición. Mc Graw-Hill. 1981

7. ANEXOS

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