ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICASINGENIERÍA EN SISTEMAS AMBIENTALES

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

INGENIERÍA EN SISTEMAS AMBIENTALES

FISICOQUÍMICA DE SISTEMAS AMBIENTALES

Práctica No. 1DESTILACIÓN POR ARRASTRE DE

VAPOR

Figueroa Reséndiz D. SeleneHernández Vargas JesúsPaz Vázquez OscarVíquez Escalona Brenda

HORARIO DE LABORATORIO9:00 – 13:00 h

4AV1

Práctica No. 1 Destilación por arrastre de vaporPágina 1

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INTRODUCCIÓNLa destilación por arrastre con vapor es una técnica usada para separar sustancias orgánicas insolubles en agua y ligeramente volátiles, de otras no volátiles que se encuentran en la mezcla, como resinas o sales inorgánicas, u otros compuestos orgánicos no arrastrables.

Ley de DaltonLos vapores saturados de los líquidos inmiscibles sigue la Ley de Dalton sobre las presiones parciales, que dice que: cuando dos o más gases o vapores, que no reaccionan entre sí, se mezclan a temperatura constante, cada gas ejerce la misma presión que si estuviera solo y la suma de las presiones de cada uno, es igual a la presión total del sistema.Su expresión matemática es la siguiente:PT = P1 + P2 + --- Pn

Al destilar una mezcla de dos líquidos inmiscibles, su punto de ebullición será la temperatura a la cual la suma de las presiones de vapor es igual a la atmosférica. Esta temperatura será inferior al punto de ebullición del componente más volátil. Si uno de los líquidos es agua (destilación por arrastre con vapor de agua) y si se trabaja a la presión atmosférica, se podrá separar un componente de mayor punto de ebullición que el agua a una temperatura inferior a 100ºC.

Esto es muy importante cuando el compuesto se descompone a su temperatura de ebullición o cerca de ella.En general, esta técnica se utiliza cuando los compuestos cumplen con las condiciones de ser volátiles, inmiscibles en agua, tener presión de vapor baja y punto de ebullición alto.

Aceites esencialesLa destilación por arrastre de vapor también se emplea con frecuencia para separar aceites esenciales de tejidos vegetales.Los aceites esenciales son mezclas complejas de hidrocarburos, terpenos, alcoholes, compuestos carbonílicos, aldehídos aromáticos y fenoles y se encuentran en hojas, cáscaras o semillas de algunas plantas.En el vegetal, los aceites esenciales están almacenados en glándulas, conductos, sacos, o simplemente reservorios dentro del vegetal, por lo que es conveniente desmenuzar el material para exponer esos reservorios a la acción del vapor de agua.Los aceites esenciales son productos naturales aplicados en diferentes industrias, como son la farmacéutica, alimenticia, en perfumería, entre otros usos.Actualmente, se constituyen en productos alternativos para la elaboración de biopesticídas o bioherbicídas.

La obtención de los aceites esenciales es realizada comúnmente por la tecnología llamada de destilación por arrastre de vapor, en sus diferentes modalidades.La pureza y el rendimiento del aceite esencial dependerán de la técnica que se utilice para el aislamiento.

Métodos

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Cuando se usa vapor saturado o sobrecalentado, generado fuera del equipo principal, ya sea por una caldera, una olla de presión o un matraz adecuado, esta técnica recibe el nombre de “destilación por arrastre de vapor”, propiamente dicha.También se puede usar el llamado “método directo”, en el que el material está en contacto íntimo con el agua generadora del vapor. En este caso, se ponen en el mismo recipiente el agua y el material a extraer, se calientan a ebullición y el aceite extraído es arrastrado junto con el vapor de agua hacia un condensador, que enfría la mezcla, la cual es separada posteriormente para obtener el producto deseado.Este método es usado de preferencia cuando el material a extraer es líquido o cuando se utiliza de forma esporádica.

Una variante de esta última técnica es la llamada “hidrodestilación”, en la que se coloca una trampa al final del refrigerante, la cual va separando el aceite del agua condensada, con lo cual se mejora y se facilita el aislamiento del aceite esencial. También puede montarse como un reflujo, con una trampa de Clevenger para separar aceites más ligeros que el agua.El vapor de agua condensado acompañante del aceite esencial es llamado “agua floral” y posee una pequeña concentración de los compuestos químicos solubles del aceite esencial, lo cual le otorga un ligero aroma, semejante al del aceite obtenido. En algunos equipos industriales, el agua floral puede ser reciclada continuamente, o bien, es comercializada como un subproducto (Agua de Colonia, Agua de Rosas, etc.)

DATOS BIBLIOGRÁFICOS

AGUA TOLUENOFórmula

molecular H2O C7H8

Apariencia Incoloro IncoloroDensidad 1.000 Kg/m³ 0.8669 g/cm³

Masa molar 18.01528 g/mol 92.1381 g/molPunto de ebullición 100°C

383.8K111°C

Solubilidad En agua 0.47g/L

Presión atmosférica:

1 atm = 760mmHg Ciudad de México = 585mmHg (0.7697 atm)

Presión de Vapor del agua: 0.9978 Kg/dm³

OBJETIVO- Estudiar la destilación por arrastre de vapor de un líquido, para determinar su peso

molecular, aplicando para ello, las leyes de Dalton y Avogadro.

DESARROLLO EXPERIMENTALCuando un

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RESULTADOS

CÁLCULOS

DISCUSIÓN

CONCLUSIÓN

APLICACIÓN

REFERENCIAS Tesis. Destilación por arrastre de vapor

http://www.iocd.unam.mx/organica/1311/1311pdf10.pdf Imagen https://www.google.com.mx/search?

q=destilacion+por+arrastre+de+vapor&espv=2&biw=1600&bih=1099&site=webhp&tbm=isch&imgil=BEsF0DRWd5VDWM%253A%253BH9ILE6dwUYDjMM%253Bhttps%25253A%25252F%25252Fesperanza96.wordpress.com%25252F2012%25252F04%25252F29%25252Fdestilacion%25252F&source=iu&pf=m&fir=BEsF0DRWd5VDWM%253A%252CH9ILE6dwUYDjMM%252C_&dpr=1&usg=__4CrWbshJ7ZCG2s2vHBst75MnZhY%3D&ved=0CCUQyjdqFQoTCK2v7vvS5ccCFYhakgodNIEEmA&ei=NuTtVa28Coi1yQS0gpLACQ#imgrc=BEsF0DRWd5VDWM%3A&usg=__4CrWbshJ7ZCG2s2vHBst75MnZhY%3D

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CÁLCULOS

ℜ=Dvρμ

Donde: D es diámetro en cm, v es la velocidad en cm/s, ρ la densidad del fluido en g/cm3, μ la viscosidad dinámica en Pa•s.

Para obtener la velocidad se despeja de Q=vA:

v=QA

Donde: Q es el gasto en cm3/s, A en cm2 y v en cm/s.

Y A=D π4

Donde D es el diámetro

Y Q=V/t Donde V es el volumen en ml y t tiempo en s.

Datos generales:

Viscosidad dinámica (μ) a 20°C= 1.02x10-2 g/cm s

Densidad del agua (ρ) a 20°C= 0.998g/cm3

Diámetro del tubo (D)= 2.1 cm --> A=(2.1cm)2π4

=3.4636cm2

-Flujo laminar:

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Datos: Q=13.3cm3/s

Se obtuvo al medir un volumen en determinado tiempo. En este caso, en de 30 s, se obtuvieron 400ml, utilizando una probeta.

Cálculo de v

v=13.33cm3 /s3.4636cm2

v=3.8485cm /s

Cálculo de Re

ℜ=(2.21cm)(3.8485cm /s)(0.998 g /cm3)

1.02 x10−2 ℜ=¿832.1739

-Flujo en transición:

Datos: Q= 43.33 cm3/s

Un volumen de 650 cm3, en 15s.

Cálculo de v

v=43.33cm3 /s3.4636cm2

v=12.5110cm / s

Cálculo de Re

ℜ=(2.21cm)(12.5110 cm /s )(0.998g /cm3)

1.02 x10−2 ℜ=¿2705.29

-Flujo turbulento:

Datos: Q= 120 cm3/s

Igual que en el caso anterior, se midió en una probeta un volumen de 1800cm 3 durante un tiempo de 15s.

Cálculo de v

v=120cm3 /s3.4636cm2

v=34.6460cm /s

Cálculo de Re

ℜ=(2.21cm)(34.6460cm /s)(0.998 g /cm3)

1.02 x10−2 ℜ=¿7491.62

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Número de Reynols crítico

Utilizando la formula de Re pero con la velocidad despejada, v=ℜμDρ

, se podrá obtener:

Velocidad que debe tener el fluido del sistema utilizado para alcanzar el número de Reynols crítico inferior, Re=2000.

v=(2000 ) (1.02 x10−2g /cms )

(2.1cm)(0.998 g /cm3) v=9.7337cm/s

Velocidad que debe tener el fluido del sistema utilizado para alcanzar el número de Reynols crítico superior, Re=4000.

v=(4000 ) (1.02x 10−2 g/cm s )

(2.1cm)(0.998g /cm3) v=19.4675cm/s

CONCLUSIONES

Como era de esperarse, al aumentar la velocidad de flujo se pasa de un régimen laminar a uno turbulento, y como consecuencia aumenta el número de Reynolds y se observa la formación de vórtices.

Si bien la operación unitaria estudiada no es particularmente atractiva, la comprensión de los efectos de flujo en el régimen de flujo es sumamente importante. El número de Reynolds es quizá el número adimensional más utilizado en cálculos de ingeniería y su comprensión adecuada resulta fundamental.Los objetivos fueron satisfechos, pues no sólo se obtuvieron resultados adecuados, sino que se comprendió adecuadamente la relación de la velocidad con el régimen de flujo y los efectos en el número de Reynolds.

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