PREINFORME LABORATORIO 1 IIQ2023 Operaciones Unitarias II

Procesos de separacin lquido-vapor Destilacin Binaria

Nombre: Joaqun Amenbar Montenegro Fecha: 24 de abril de 2015

1) Objetivos Mediante esta experiencia de laboratorio se busca realizar mediciones de una destilacin semi-batch. Se trabajar una mezcla de agua y acetona. Se buscar medir cmo ser su comportamiento hasta recuperar una parte importante de la acetona (alrededor de 30 [min]), por lo que se realizar un registro cada 5 [min] de las mediciones que sean necesarias. En base a estas mediciones se deber determinar la corriente de reflujo que se tendr en los momentos medidos y su composicin. En base a esto se calcular la composicin de la bombona. En base a los resultados obtenidos se realizar un anlisis comparando el comportamiento obtenido con el caso terico. Se evaluar que puede explicar este comportamiento.

2) Instalacin y equipos El sistema de destilacin que se ocupar consiste en un estanque (perol) de acero inoxidable, con 60 [L] de capacidad, donde se carga la mezcla inicial. Este estanque esta en contacto con una tubera que trae vapor desde un caldern elctrico. La tubera del caldern cuenta con una trampa de vapor que asegura que se transfiera todo el calor de vapor hasta que cambie de fase y pase a ser lquido. Sobre el estanque hay una torre de destilacin de acero inoxidable. Su altura es de 1 [m]. Esta se encuentra aislada trmicamente y contiene anillos Rashig de 1 para realizar la destilacin. En la parte superior de la columna hay un condensador parcial que enfra una parte del vapor que recibe para recircularlo como lquido. Usa agua de la red a temperatura ambiente para realizar el enfriamiento. Se regula el caudal con una vlvula. Se asumir que este flujo es constante. El vapor que sale del sistema se enva a un condensador total. En el se enfra toda la mezcla disponible. La alimentacin de agua al condensador total proviene de la red. Se regula con una vlvula y se asume que el caudal es constante. El lquido obtenido se libera del sistema y se acumula en el dispositivo que se seleccione. La figura 1 corresponde al dibujo del sistema de destilacin con todas las partes consideradas.

Figura 1 Sistema de destilacin

3) Plan de trabajo Primero se activar el sistema de extraccin de vapores que debe funcionar durante toda la experiencia. Se partir por verificar que la salida inferior del perol se encuentre cerrada. Una vez hecho esto se proceder a ingresar la mezcla. Se trabajar con entre 40 y 60 [L] de una mezcla de acetona y agua, con una concentracin entre 2 y 5% en moles para la acetona. Antes de empezar a calentar se abren las vlvulas que permiten la circulacin del agua hacia los condensadores parcial y total. Tambin se verifica que la vlvula del caldern se encuentre funcionando correctamente. Se instala un contenedor con marcas de volumen a la salida del sistema para capturar el destilado. Se enciende entones el caldern, comenzando el proceso de ebullicin. Se regula el paso de vapor en contacto con la mezcla mediante la vlvula asociada. Esto para lograr un aumento adecuado de la temperatura en el perol. Desde el momento en que empieza a salir la primera gota de acetona, se realizan registros cada 5 [min]. Se mide la temperatura del destilado con un termmetro, su densidad y el volumen recibido. Tambin se mide la temperatura de salida de agua en los condensadores para calcular los flujos de calor. La temperatura y el caudal del entrada correspondern al ingreso de agua lquida desde la red. Por ltimo se registrar la temperatura en el perol. Se realizan las mediciones a lo largo de 30 [min]. Se realiza registro de todo lo mencionado anteriormente en cada ocasin. Finalmente se apaga el caldern y se cierran las vlvulas que correspondan. Para realizar los clculos correspondientes, se trabajar bajo una serie de supuestos. Primero se asume que los flujos de agua tienen temperatura ambiente. Adems se trabajar considerando la presin atmosfrica estndar. Se asumir adems que la densidad en un instante corresponde a la suma de las densidades de los componentes (agua y acetona) ponderadas por sus respectivas fracciones msicas. En cuanto a las ecuaciones que se necesitarn para realizar el modelamiento terico, corresponden primero a la planteadas para la destilacin de Rayleigh:

VdtdL

= (1)

dtdxLx

dtdLyV

dtxLd

+== )(

(2)

De estas se obtiene que:

=

x

x xydx

LL

00

ln (3)

Esto se conectar con las relaciones provenientes del mtodo de McCabe-Thiele:

LOR: DxVDx

VLy += (4)

LOA: BxVBx

VLy += (5)

Lnea q: Fxqx

qqy

+

=

11

1 (6)

DLRD = (7)

De los balances:

IN OUT = ACU

En un plato terico: !!! + !!! = ! + ! (8) !!! !!! + !!! !!! = ! ! + ! ! (9) !!! !!! + !!! !!! = ! ! + ! ! (10)

En el condensador parcial: ! = ! + ! (11) ! ! = ! ! + ! ! (12) ! ! = ! ! + ! ! + !"#$%"& (13)

En el condensador total: ! = (14) ! ! = ! (15) ! = ! + !"!#$ (16)

En general: = ! (17) ! = ! ! (18) ! + !"#$%"& + !"!#$ = ! ! (19)

Con L0 correspondiente al flujo desde el perol a la torre de destilacin.

Finalmente de los supuestos: !"#! !"#! + !"#$%&! !"#$%&! = !"#$#% (20)