UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO

(LABORATORIO N°3: DESTILACIÓN)

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

PRIMIER SEMESTRE

DE: ABRAHÁN JOSÉ PÉREZ MAESTRE

PARA: CARMEN ALICIA ARIAS VILLAMIZAR

BARRANQUILLA, ATLANTICO

2014

DESTILACIÓN

Abstract: The alcohol is one of the most important compounds that exist in the present,

since the mechanics is in use in different processes for the obtaining of new substances in

the industries and in different fields of the medicine etc. His major use we find it in the

elimination of pathological agents, in the hospitals and different entities that use it like

antiseptic. Even it is used to satisfy in the persons a type of vices and is demonstrated that it

creates anxiety and a series of consequences to the nervous system, the body that it gets

used to consuming becomes dependent on this one and it is very difficult to stop consuming

it when already one has entered a vicious circle. The alcohol is classified like primary,

secondary or tertiary according to the chain to which the OH is joined; the principal

obtaining of the alcohol is given by means of distillation, which is a process by means of

which the temperature of a substance rises to separate by means of the evaporation and near

condensation all his compounds. Nowadays the alcohol somehow is helping to that the

society becomes addictive and that is taken as a natural part of the society and there are not

born in mind the different consequences that this one brings with it.

Alcohol

El alcohol se obtiene por medio de la fermentación de cereales, frutas o vegetales. La

fermentación es un proceso que utiliza levadura o bacterias para modificar el azúcar de los

alimentos y transformarla en alcohol. La fermentación se utiliza para elaborar muchos

productos necesarios: desde queso hasta medicamentos. El alcohol adopta distintas formas

y se puede utilizar como limpiador, antiséptico o sedante.

Por lo tanto, si el alcohol es un producto natural, ¿por qué los adolescentes deben tener

cuidado cuando lo beben? Cuando las personas beben alcohol, éste ingresa en el torrente

sanguíneo. Desde allí, afecta el sistema nervioso central (el cerebro y la columna vertebral),

que controla prácticamente todas las funciones del cuerpo.

La destilación, es un proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes

más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar

dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación. El objetivo principal

de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas

volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. En la evaporación y

en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el

componente más volátil, casi siempre agua, se desecha.

La destilación depende de parámetros como: El equilibrio líquido, vapor, temperatura,

presión, composición y energía.

El equilibrio entre el vapor y el líquido de un compuesto está representado por

la relación de moles de vapor y líquido a una temperatura determinada,

también puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones de vapor.

La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la

cantidad de energía proporcionada al sistema, también influye en la

composición del vapor y el líquido ya que esta depende de las presiones del

vapor.

La presión tiene directa influencia en los puntos de ebullición de los líquidos

orgánicos y por tanto en la destilación.

La composición es una consecuencia de la variación de las presiones de vapor,

de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.

Puntos de ebullición, son aquellos puntos o temperaturas de compuestos puros

a las que sus presiones de vapor igualan a la presión atmosférica,

produciéndose el fenómeno llamado ebullición.

Palabras clave

La destilación como un proceso de: ebullición, evaporación y condensación.

Introducción

Etanol

El etanol es un líquido incoloro, volátil, con un olor característico y sabor picante.

También se conoce como alcohol etílico. Sus vapores son más pesados que el aire. Se

obtiene, principalmente, al tratar etileno con ácido sulfúrico concentrado y posterior

hidrólisis. Algunas alternativas de síntesis son: hidratación directa de etileno en presencia

de ácido fosfórico a temperaturas y presiones altas y por el método Fischer-Tropsch, el cual

consiste en la hidrogenación catalítica de monóxido de carbono, también a temperaturas y

Presiones altas. De manera natural, se obtiene a través de fermentación, por medio de

levaduras a partir de frutas, caña de azúcar, maíz, cebada, sorgo, papas y arroz entre otros,

generando las variadas bebidas alcohólicas que existen en el mundo. Después de la

Fermentación puede llevarse a cabo una destilación para obtener un producto con una

mayor cantidad de alcohol.

El etanol se utiliza industrialmente para la obtención de acetaldehído, vinagre, butadieno,

cloruro de etilo y nitrocelulosa, entre otros. Es muy utilizado como disolvente en síntesis de

fármacos, plásticos, lacas, perfumes, cosméticos, etc. También se utiliza en mezclas

Anticongelantes, como combustible, como antiséptico en cirugía, como materia prima en

síntesis y en la preservación de especímenes fisiológicos y patológicos.

El llamado alcohol desnaturalizado consiste en etanol al que se le agregan sustancias como

metanol, isopropanol o, incluso, piridinas y benceno. Estos compuestos desnaturalizantes

son altamente tóxicos por lo que, este tipo de etanol, no debe de ingerirse.

Producción del alcohol etílico.

La fermentación es un proceso metabólico energético que comprende la descomposición de

moléculas, tales como carbohidratos, de manera anaerobia. La fermentación ha sido

utilizada desde tiempos antiguos en la preparación de alimentos y bebidas. El desarrollo

químico ha revelado la naturaleza biológica del proceso de fermentación. El producto de la

fermentación es el alcohol etílico, pequeñas cantidades de propanol, butanol, ácido acético,

y ácido láctico; los alcoholes de alta concentración también se pueden formar. El alcohol

etílico está familiarizado con las bebidas alcohólicas. En su forma no natural es usado como

un solvente industrial y como materia prima para la manufactura de acetaldehído, acetato

etílico, ácido acético, dibromito de etileno, glicol y muchos otros químicos orgánicos. El

alcohol puro también puede ser utilizado para propósitos medicinales, farmacéuticos y

saborizantes.

La fermentación del alcohol etílico es realizada en forma cerrada por cualquier carbohidrato

rico en substratos. La melaza, licor producido de desechos, permanecen después de la

cristalización de la sucrosa y es usada ampliamente como materia prima en la fermentación

alcohólica. La melaza blackstrap contiene 35-40% de sucrosa y 15-20% de azúcares

invertidos (glucosa y fructuosa) La melaza hightest contiene 21-22% de sucrosa y 50-55%

de azúcares invertidos. La mayoría de las melazas blackstrap no requieren otros nutrientes

adicionales para realizar la fermentación del alcohol etílico. Sin embargo, las melazas

hightest requieren cantidades considerables de sulfato de amonio y otras sales, como

fosfatos. El contenido de nutrientes no azucarados de 50-lids de las melazas hightest es

aproximadamente 7%, comparado con el 28-35% encontrado en las melazas blackstrap.

La fermentación del alcohol etílico es realizada en forma cerrada por cualquier carbohidrato

rico en substratos. La melaza, licor producido de desechos, permanecen después de la

cristalización de la sucrosa y es usada ampliamente como materia prima en la fermentación

alcohólica. La melaza blackstrap contiene 35-40% de sucrosa y 15-20% de azúcares

invertidos (glucosa y fructuosa) La melaza hightest contiene 21-22% de sucrosa y 50-55%

de azúcares invertidos. La mayoría de las melazas blackstrap no requieren otros nutrientes

adicionales para realizar la fermentación del alcohol etílico. Sin embargo, las melazas

hightest requieren cantidades considerables de sulfato de amonio y otras sales, como

fosfatos. El contenido de nutrientes no azucarados de 50-lids de las melazas hightest es

aproximadamente 7%, comparado con el 28-35% encontrado en las melazas blackstrap.

Hay diferentes tipos de destilación:

Destilación simple.

Es el método que se usa para la separación de

líquidos con punto de ebullición inferior a 150ºC a

presión atmosférica de impurezas no volátiles o de

otros líquidos miscibles que presenten un punto de

ebullición al menos 25ºC superior al primero de

ellos. Es importante que la ebullición de la mezcla

sea homogénea y no se produzcan proyecciones.

Para evitar estas proyecciones suele introducirse en

el interior del aparato de destilación nódulos de

materia que no reaccione con los componentes. Normalmente se suelen utilizar pequeñas

bolas de vidrio.

Destilación Fraccionada.

Este proceso, conocido como

rectificación o destilación fraccionada, se

utiliza mucho en la industria, no sólo para

mezclas simples de dos componentes

(como alcohol y agua en los productos de

fermentación, u oxígeno y nitrógeno en el

aire líquido), sino también para mezclas

más complejas como las que se encuentran en el alquitrán de hulla y en el petróleo. La

columna fraccionadora que se usa con más frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la

que las placas están dispuestas horizontalmente, separadas unos centímetros, y los vapores

ascendentes suben por unas cápsulas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a través del

líquido. Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de izquierda a derecha

en una placa, luego cae a la placa de abajo y allí fluye de derecha a izquierda. La

interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que puede producirse

espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa

superior. En este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo de cuatro

placas teóricas, que realizan cuatro destilaciones. Un equivalente barato de la torre de

burbujeo es la llamada columna apilada, en la que el líquido fluye hacia abajo sobre una

pila de anillos de barro o trocitos de tuberías de vidrio.

La única desventaja de la destilación fraccionada es que una gran fracción (más o menos la

mitad) del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente

debe hervirse otra vez, con lo cual hay que suministrar más calor. Por otra parte, el

funcionamiento continuo permite grandes ahorros de calor, porque el destilado que sale

puede ser utilizado para precalentar el material que entra.

Cuando la mezcla está formada por varios componentes, estos se extraen en distintos

puntos a lo largo de la torre. Las torres de destilación industrial para petróleo tienen a

menudo 100 placas, con al menos diez fracciones diferentes que son extraídas en los puntos

adecuados. Se han utilizado torres de más de 500 placas para separar isótopos por

destilación.

Destilación por vapor.

Si dos líquidos insolubles se calientan,

ninguno de los dos es afectado por la

presencia del otro (mientras se les

remueva para que el líquido más ligero

no forme una capa impenetrable sobre el

más pesado) y se evaporan en un grado

determinado solamente por su propia

volatilidad. Por lo tanto, dicha mezcla siempre hierve a una temperatura menor que la de

cada componente por separado. El porcentaje de cada componente en el vapor sólo depende

de su presión de vapor a esa temperatura. Este principio puede aplicarse a sustancias que

podrían verse perjudicadas por el exceso de calor si fueran destiladas en la forma habitual.

Destilación al vacío.

Muchas sustancias no pueden purificarse

por destilación a la presión ordinaria,

porque se descomponen a temperaturas

cercanas a su punto de ebullición

normal, en otros casos la finalmente

poseen problemas de equilibrio liquido-

vapor, en consecuencia se emplea el método de destilación al vacío o a presión reducida.

Descripción del proceso de destilación a partir de otros compuestos.

1. Transporte y almacenamiento de la melaza: La melaza obtenida desde una fábrica

proveedora es transportada vía transferencia de tuberías o carros de almacenamiento a la

planta de procesamiento de alcohol etílico. La melaza es colocada en un tanque de

almacenamiento de concreto bajo tierra por bombeo de la melaza. Cuando el proceso ha

comenzado, la melaza almacenada será bombeada en un contenedor o vasija de disolución

para ajustarlo a una concentración adecuada.

2. Preparación de la melaza: La melaza es bombeada dentro del tanque medidor a través

de un bombeo desde el tanque bajo tierra el cual recibe el material directamente desde el

tanque de almacenamiento por transferencia de tuberías. Después que la melaza es medida

exactamente, fluye hacia el tanque de disolución de la melaza. Debido a su resistente

concentración de azúcar, la melaza no soporta una fermentación directa, por lo tanto

primero debe ser diluido a la concentración deseada. Este es llamado masa o templa, y

presenta los carbohidratos listos para la inoculación o vacunación de los cultivos de

semillas. La melaza utilizada en este proceso no necesita ser esterilizada o “nutriotinizada”

por un proceso diseñado especialmente, el cual será útil para eliminar el consumo de vapor

y los costos de producción de corte. Después que la melaza es diluida a la concentración

deseada, una mezcladora automática ayudará a darle una concentración homogénea para el

proceso de fermentación, antes de que sea bombeado a una serie de fermentadores de acero.

3. Estación de cultivo de granos: La estación es equipada con un fermentador piloto en

conjunto con el equipo de cultivo de granos y los instrumentos de cultivo diseñados

especialmente. Este proceso es realizado bajo una exacta supervisión de laboratorio,

incluyendo la selección de la inoculación de los granos de levadura, la adición de

nutrientes, el ajuste del pH, el control de temperatura, y finalmente la limpieza y

esterilización de la máquina de cultivo de levadura para la realización del siguiente lote.

4. Suministro de agua procesada: El equipo suministrador de agua procesada y el equipo

incrementador de presión son proporcionados. El suministro de agua procesada será

diseñado para una carga máxima de 21 TM/Hr; sin embargo, sólo aproximadamente 210

TM es necesario diariamente. El agua utilizada en el proceso podría ser tratada como agua

drenada de calidad o suministrado por un pozo de 90-100 metros de profundidad.

5. Estación de fermentación: Existen 8 fermentadores con una capacidad aproximada de

45 KL. Los fermentadores están conectados por tuberías para una operación de

fermentación continua. Esta estación tiene un control automático de temperatura, velocidad

de flujo, operación de templado y operación de alimentación. Usualmente el ciclo de

fermentación dura de 2-3 días. Dado que el alcohol etílico es formado por levadura desde

monosacárido, es necesario descomponer la sucrosa en d-glucosa y d-fructuosa. Las

enzimas producidas por la levadura cambian los monosacáridos en alcohol y dióxido de

carbono. Después que ha sucedido la reacción, el alcohol etílico presente en los

fermentadores puede ser separado por destilación. El contenido de alcohol de la masa es de

7-12% de su volumen, es bombeada hasta la sección de destilación del alcohol. Después de

pasar a través de varios intercambiadores de temperatura, el residuo en la base del

destilador transporta proteínas, residuos de azúcar y otras impurezas que pueden ser

extraídas y usadas como componentes para alimento animal. El diseño de la estación

elimina los errores de operación y puede alcanzar resultados efectivos a bajos costos de

operación. La capacidad de esta estación puede presentar el requerimiento para la

manufactura suficiente del caldo fermentado para la estación de destilación con una

producción diaria de 30 KL de alcohol etílico.

6. Estación de destilación y rectificación: El caldo conteniendo alcohol etílico, agua,

aldehído, ácido acético, etc., pasa a través de un intercambiador de temperatura hacia un

condensador parcial para mantener el alcohol en la columna y para proporcionar un reflujo

para las placas superiores. Los productos más volátiles, los cuales todavía pueden contener

rastros de aldehídos y alcohol, son condensados completamente y transportados detrás de la

parte superior del destilador de aldehído. Cerca de la parte superior de la columna, el 95-

96% del alcohol es absorbido a través del condensador para su almacenamiento.

Materiales

1. 100ml de alcohol etílico

2. Probeta

3. Termómetro

4. Mechero bunsen

5. Balón de destilación

6. Condensador

7. Tapones perforados

8. Columna fraccionada

9. Vasos de precipitado

10. Soporte (Pies)

11. Pinzas

12. H 2O

13. Trípode

14. Cinta metálica

15. Mechero

16. Elementos de limpieza

17. Mangueras

18. Malla de asbesto

19. Piedras de agitación.

Métodos

1. Se inició con el montaje de la destiladora, uniendo cada pieza en su lugar hasta

tenerla armada completamente.

2. Se introdujo el alcohol etílico junto con las piedras de agitación en el balón de

destilación.

3. Se introdujo el agua en el condensador calibrándolo hasta que quedara

completamente lleno y con flujo de agua continuo.

4. Se ubicaron en los soportes las pinzas para sujetar las piezas del destilador.

5. Se ubicó el vaso de precipitado en su posición, al final del condensador y se

procedió a encender el mechero bunsen debajo del trípode.

6. Observación.

Resultados

Gráfica del cambio de estado del agua, la cual explica porque se puede separar la sustancia.

Esta mescla se pueden separar ya que tienen distinto punto de ebullición, como el etanol

tiene el punto de ebullición más bajo, este se evapora primero totalmente antes que elH 2O.

Variación de temperatura, en la marcación del termómetro.

El lugar donde se practica este tipo de destilación se percibe fuertemente el aroma a

alcohol por toda la zona en donde se trabaja, antes de iniciar el proceso de

evaporización la temperatura aumento proporcionalmente con el tiempo

transcurrido y se mantuvo hasta llegar a 78,37°C y continuo así hasta el final del

experimento, ya que esta es la temperatura necesaria para que el alcohol etílico

cambie de estado y no aumento hasta que cambio completamente de estado.

Etanol

Vaporización

Vapor

Liquido

En la columna de fracción las soluciones que no pasaban al condensador se

condensaban y bajaban nuevamente al balón de destilación.

En el condensador se mantiene una cantidad mínima de etanol debido a la

inclinación del mismo.

Se obtuvo 45ml de alcohol etílico a partir de 100ml del compuesto inicial en el

proceso de destilación que demoro alrededor de 1 hora.

Se obtuvo un residuo en el balón de destilación que contiene impurezas, además de

la cantidad de H 2O que no se destilo en este proceso, este residuo es insalubre.

Evidencias

Destiladora:

Fraccionada.

Pinzas de sujeción,

utilizadas para fijar la

destiladora a los pies

de apoyo.

Probeta, utilizada para

la medición de la

cantidad de alcohol

etílico en el proceso

de destilación.

Balón de destilación

con etanol y piedras

de agitación sobre el

trípode, mechero

bunsen y malla de

asbesto.

Vaso de precipitado,

Fin de destiladora,

donde se observa la

pinza de sujeción al

pie de apoyo evitando

su movimiento.

Condensador,

termómetro y tapones

perforados. Además

de la conexión de la

manguera al

condensador.

Mechero bunsen y

manguera,

instrumento de

calentamiento del

balón de destilación.

Pies de apoyo de la

destiladora.

Inicio de destilación,

comportamiento de la

llama bajo el trípode.

Inicio del proceso de

ebullición con la

ayuda del movimiento

de las piedras de

agitación cuando

alcanzo una

temperatura de

78,37°C.

Comportamiento de la

columna de fracción

al inicio del proceso

de ebullición, nótese

el vapor ya

condensado que se

encuentra en las

paredes del destilador.

Inicio del proceso de

destilación al alcanzar

la temperatura

correspondiente de

78°C transcurrido de

15 minutos.

Residuo de

destilación, con

apariencia blanca.

Aquí se encuentran

las impurezas y

demás partículas que

contenía la solución

además del etanol.

Obtención de etanol

en un porcentaje de

concentración mayor

que el inicial.

Análisis de resultados

Se dedujo que la variación en la temperatura era por el escape de vapor de los

tapones perforados, se solucionó el problema y se obtuvo lo esperado que era la

continua elevación de la temperatura hasta la estabilidad y constante evaporización

para así ser condensada y separar el Alcohol etílico en estado líquido.

Se lograron los resultados esperados al destilar la mescla y convertirlo en un

porcentaje más alto de concentración de alcohol etílico, observando los procesos de

cambios de fase como lo es la evaporización del alcohol etílico a 78,37°C.

Junto con lo anterior se inició el proceso de evaporización a 80°C.

Retorno del vapor (al no alcanzar a pasar por el condensador) a su estado líquido en

la columna fraccionada, hasta llegar al balón de destilación.

Las piedras de agitación ayudan a que se acelere el proceso de ebullición, al saltar

estas también aumentan la temperatura del vapor marcada por el termómetro.

Conclusiones

La columna de fracción está compuesta de pequeñas puntas para que haya una

mayor interacción en entre el vapor y el agua condensada que cubre las paredes,

ayudando al intercambio de temperatura entre ellas.

La destilación es utilizada para la purificación y aislamiento de líquidos orgánicos.

La destilación aprovecha las volatilidades y puntos de ebullición de los

componentes líquidos a separar.

La destilación se debe llevar a cabo a través de unos parámetros para que el proceso

cumpla su función y no haya irregularidades en el resultado esperado, ya que este

puede ser un experimento de gran importancia donde los cálculos deben ser precisos

y controlados continuamente para así dar una hipótesis de lo que sucedió.

El punto de ebullición del etanol es de 78,37°C, en donde el ambiente afecta al

proceso, por lo cual debe estar en un ambiente controlado para tomar datos precisos.

La destilación es un proceso cualitativo en donde intervienen distintos fenómenos

físicos para poder llegar a un resultado concreto, que es la separación de sustancias

que se encuentran disuelta en otras, un ejemplo de este proceso lo encontramos al

separar el ClNa del agua, observamos este tipo de destilación, y es básicamente la

que se utilizó en el laboratorio.

Es de mucha importancia la diferencia en el punto de ebullición de las sustancias

para poder separarlas, se necesita además de esto un perfecto montaje en la

destiladora y en la unión de sus partes para así no tener fugas y con esto perdidas de

compuestos.

Al inicio del proceso de destilación las piedras de agitación saltan acelerando el

proceso de ebullición al calentarse a tal temperatura que evaporan el líquido que

está a su alrededor elevándose hasta la superficie y descendiendo cuando baja su

temperatura.

La medición de la temperatura se debe hacer constantemente y tomando nota de lo

que sucede, para poder detectar fallas en el proceso que se está realizando.

La destilación es un proceso donde se implementan distintos objetivos que ayudan a la

manipulación de la temperatura de líquidos orgánicos para aislarlos de otras sustancias

aumentando su concentración según el tipo de destilación que se le aplique en donde las

variables deben ser mínimas, donde debe existir un control.

En la destilación se dan una serie de cambios físicos de la materia al aplicar energía

suficiente a las sustancias para que cambien de estado y romper las fuerzas

intermoleculares que entre estas se presentan. La solución de agua y etanol son

homogéneas, tanto que cuando hay una mínima cantidad de agua actúa igual que el etanol

en dicho momento.

Bibliografía

http://www.abretelibro.com/emarketing/elegir.palabras.clave.html

http://lilybellove.blogspot.com/2011/02/practica-1-destilacion-de-alcohol.html

http://turnkey.taiwantrade.com.tw/showpage.asp?

subid=149&fdname=FOOD+MANUFACTURING&pagename=Planta+de+producc

ion+de+alcohol+etilico

http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/12etanol.pdf