AO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA"Universidad Nacional De Piura"

Facultad De Ingeniera De Minas

Escuela Profesional De Ingeniera Qumica

Nmero De Prctica: 09

Titulo:Destilacin por Rectificacin de Mezcla Binaria

Profesor:Ing. Guido Ticona Olarte.

Grupo N 04:Martes 4:00-6:00 p.m.

Alumna:Huertas mendoza, Angie.

Piura, Noviembre De 2013

I. TITULO:Destilacin Por Rectificacin De Mezcla BinariaII. OBJETIVOS: Conocer los fundamentos de la destilacin para mezclas binarias. Utilizar el mtodo de McCabe-Thiele para determinar el nmero de etapas tericas de la columna. Realizar los clculos correspondientes para la determinacin de los flujos de destilado y residuo, con fines de operacin.

III. FUNDAMENTO TEORICO:La destilacin es una operacin unitaria que consiste en la separacin de los componentes de una mezcla lquida (en la que todos los compuestos son ms o menos voltiles) por evaporacin y condensacin sucesivas. La separacin se basa en la diferencia de volatilidades absolutas de los componentes, lo que tiene como consecuencia la formacin de un vapor de composicin diferente a la del lquido del que procede.

Lgicamente, cuanto mayor sea la diferencia de volatilidades mayor ser la separacin que se puede conseguir. Para el clculo de la composicin del vapor que se desprende se supondr que ste se encuentra en equilibrio con la fase lquida presente en cada instante.

Los distintos mtodos empleados en la destilacin se pueden clasificar del siguiente modo:

1) Destilacin simple:Consiste en la vaporizacin parcial de una mezcla con produccin de vapor ms rico en componentes ms voltiles que la mezcla liquida inicial, quedando un residuo lquido ms rico en componentes menos voltiles. Se puede llevar a cabo de dos maneras:

a. Destilacin diferencial o abierta.

Para llevar a cabo este proceso se hace hervir el lquido que se va a destilar y el vapor generado se separa del lquido condensndolo tan rpidamente como se genera. Los alambiques o aparatos que se usan en este tipo de destilacin, se empezaron a usar en la edad media. Este tipo de destilacin se sigue utilizando en ciertas industrias tradicionales como la industria vitivincola, as como en la purificacin intermitente de reactivos y en los laboratorios para valorar el rango de ebullicin y las caractersticas de la mezcla.

b. Destilacin Cerrada o de equilibrio.

El lquido se lleva a una temperatura intermedia entre la de principio y fin de ebullicin, dejando que la fase vapor formada alcance el equilibrio con la fase liquida a aquella temperatura.

2) Destilacin con enriquecimiento de vapor:

Se consigue un vapor cuyo contenido en los componentes ms voltiles del sistema es superior al que corresponde al equilibrio con el lquido en ebullicin.

a. Repetida.

Se consigue mediante sucesivas condensaciones y destilaciones del vapor que se va generando.

b. Condensacin parcial.

El vapor generado en una destilacin se pone en contacto con una superficie lquida a temperatura constante (ms fra) durante el tiempo necesario para que alcance el equilibrio.

c. Rectificacin

En la rectificacin, el enriquecimiento del vapor se consigue a base de poner en contacto el vapor generado en una caldera, que asciende por una torre, con un reflujo procedente de devolver a la columna parte del destilado (lquido) que se recoge por la cabeza de sta. El enriquecimiento del vapor se produce debido a que la composicin en los componentes ms voltiles del sistema es siempre superior a la del lquido en equilibrio con el vapor.

Continua

Intermitente.

3) Destilacin con arrastre de vapor.

La destilacin por arrastre de vapor de agua es un mtodo que se utiliza para la separacin de sustancias de alto punto de ebullicin con impurezas no voltiles o para la extraccin de impurezas voltiles de alto punto de ebullicin de sustancias de an ms alto punto de ebullicin.

Un ejemplo de lo primero es la separacin de aceites esenciales de alto punto de ebullicin, (pero sensibles al calor) de impurezas solubles en agua. Un ejemplo del otro caso es la eliminacin de las impurezas de alto punto de ebullicin (que originan un olor o sabor desagradable) de los aceites comestibles vegetales de mayor punto de ebullicin todava. El procedimiento se adapta especialmente a todos aquellos casos en la que la sustancia de que se trata se destila nicamente a un vaco muy elevado o cuando la temperatura de destilacin puede producir la descomposicin trmica de uno o todos los componentes-. Una condicin necesaria para la aplicacin de la destilacin por arrastre de vapor de agua, es que, el producto que se desea obtener (tanto si es material voltil que se desprende del caldern, como si es residuo no voltil que queda en el mismo) sea inmiscible con el agua.

Clculo Del Nmero De Etapas Tericas En Columna De Destilacin Segn el Mtodo de McCabe-ThieleUn balance total de materia, y otro aplicado al componente ms voltil, conducen a las siguientes ecuaciones:F = D + W ... (1)Fxy = DxD + WxW (2)Se considerar dos secciones en una columna de rectificacin que funciona en marcha continua: la seccin superior o de rectificacin situada por encima del plato de alimentacin y la seccin inferior o de agotamiento, situada por debajo de aquel. Figura 1

Aplicando a cada una de estas secciones el balance de materia total y el referido al componente ms voltil, numerando los platos o pisos de la columna en sentido descendente, e indicando el plato de que proceden como subndice de los caudales del lquido, del vapor y de sus respectivas composiciones, tendremos:Para la seccin superior:

Para la seccin inferior:

Estas ecuaciones nos relacionan la concentracin del vapor procedente de un piso con la del lquido que llega a l procedente del piso inmediatamente superior. Cuando las lneas de operacin correspondientes a las ecuaciones (3) y (4) se representan grficamente, de manera conjunta con la curva de equilibrio en el diagrama xy, conviene utilizar la construccin paso por paso (escalones) de McCabe-Thiele para calcular el nmero de platos ideales que se requieren para alcanzar una diferencia de concentracin definida, bien en la seccin de rectificacin o en la de agotamiento.

Relacin de reflujo

El anlisis de las columnas de fraccionamiento se facilita utilizando el concepto de relacin de reflujo, que es la relacin entre el reflujo y el producto destilado. Esta relacin se refiere a cantidades de la seccin de rectificacin. La ecuacin para esta relacin es:

Usando relacin de reflujo, la ecuacin (3) se convierte en:

Plato de alimentacin

En el plato donde se introduce la alimentacin pueden variar la velocidad del lquido o la del vapor, o la de ambos, dependiendo de la condicin trmica de la alimentacin. La figura 2 representa en forma esquemtica las corrientes de vapor y lquido que entran y salen del plato de alimentacin, para diferentes condiciones de alimentacin.

Figura 2

Flujo a travs del plato de alimentacin para diferentes condiciones de alimentacin: a) alimentacin como lquido fro; b) alimentacin como lquido saturado; e) alimentacin parcialmente vaporizada; d) alimentacin como vapor saturado; e) alimentacin como vapor sobrecalentado.

En la figura 2.a se supone que la alimentacin est fra y que toda la corriente de alimentacin se suma al lquido que desciende por la columna. Adems algo de vapor se condensa para calentar la alimentacin hasta el punto de burbuja; esto da lugar a que el flujo de lquido sea an mayor en la seccin de agotamiento y a que disminuya el flujo de vapor en la seccin de rectificacin.

En la figura 2.b se supone que la alimentacin est en su punto de burbuja. No se requiere condensacin para calentar la alimentacin, de forma que V = V y L= F+L.

Si la alimentacin est parcialmente en forma de vapor, como indica la figura 2.c, la porcin de lquido de la alimentacin forma parte de L la porcin de vapor forma parte de V. Si la alimentacin es vapor saturado, como muestra la figura 2.d, toda la alimentacin forma parte de V, de modo que L = L y V = F + V. Finalmente, si la alimentacin es vapor sobrecalentado, como en la figura 2.e, parte del lquido procedente de la seccin de rectificacin se vaporiza con el fin de enfriar la alimentacin hasta el estado de vapor saturado. Por tanto, el vapor de la seccin de rectificacin consta de: 1) el vapor procedente de la seccin de agotamiento, 2) la alimentacin y 3) los moles adicionales vaporizados en el enfriamiento de la alimentacin. El flujo de lquido que pasa a la seccin de agotamiento es menor que en la seccin de rectificacin por la cantidad de vapor adicional que se ha formado.

Es posible caracterizar los cinco tipos de alimentacin utilizando un nico factor, representado por q y definido como los moles de lquido que fluyen en la seccin de agotamiento como consecuencia de la introduccin de cada mol de alimentacin. Por tanto, q tiene los siguientes lmites numricos para las distintas condiciones:

Alimentacin fra, q > 1. Alimentacin en el punto de burbuja (lquido saturado), q = 1. Alimentacin parcialmente como vapor, O< q < 1. Alimentacin en el punto de roco (vapor saturado), q = O. Alimentacin como vapor sobrecalentado, q < O.

Propiedades fsicas y termodinmicas del cloroformo:

Punto de fusin: -63.5 C Punto de ebullicin: 61.26 C (760 mm de Hg) Densidad: 1.498 g/ml (a 15 C); 1.484 (a 20 C) Densidad de vapor (aire =1): 4.12 ndice de refraccin (20oC): 1.4476 Temperatura de autoignicin: mayor de 1000 C Viscosidad (cP): 0.855 (a -13 C), 0.70 (a 0 C), 0.563 (a 20 C) y 0.51 (a 30 C). Tensin superficial respecto al aire (din/cm): 27.14 (a 20 C) y 21.73 (a 60 C); respecto al agua: 45.0 (a 20 C). Capacidad calorfica (kJ/kg K): 0.979 (a 20 C) Temperatura crtica: 263.4 C. Presin crtica: 53.79 atm. Volumen crtico: 0.002 m3/ kg Conductividad trmica (W/m K): 0.13 (a 20 C) Constante dielctrica: 4.9 (a 20 C) Calor de combustin (MJ/kg mol): 373 Calor de formacin (MJ/kg mol) a 25 oC: -89.66 (gas) y -120.9 (lquido) Calor latente de evaporacin en el p. de ebullicin (kJ/kg): 247 Solubilidad: miscible con etanol, benceno, ter dietlico, ter de petrleo, tetracloruro de carbono, disulfuro de carbono y acetona. Solubilidad en agua (g/kg de agua): 10.62 (a C), 8.22 (a 20 C) y 7.76 (a 30 C). Solubilidad de agua en cloroformo (g/kg de cloroformo): 0.806 (a 22 C). Presin de vapor (mm de Hg): 0.825 (a -60 C), 2.03 (a -50 C), 4.73 (a -40 C), 9.98 (a -30 C), 19.58 (a -20 C), 34.73 (a -10 C), 60.98 (a 0 C), 100.5 (a 10 C), 159.6 (a 20 C), 246.0 ( a 30 C), 366.38 (a 40 C) y 525.98 (a 50 C). Forma azetropo con agua de punto de ebullicin 56.1 C y contiene 97.2 % de cloroformo.

Propiedades qumicas del cloroformo:

Los productos de descomposicin del cloroformo son: fosgeno, cloruro de hidrgeno, cloro y xidos de carbono y cloro. Todos ellos corrosivos y muy txicos. El cloroformo reacciona violentamente con:-Acetona en medios muy bsicos.-Fluor, tetrxido de dinitrgeno, metales como aluminio, magnesio, sodio, litio y potasio, sodio en metanol, metxido de sodio, nitrometano, isopropilfosfina y derivados alquilados de aluminio.

Es oxidado por reactivos como cido crmico, formando fosgeno y cloro. Se descompone a temperatura ambiente por accin de la luz del sol en ausencia de aire y en la oscuridad en presencia de este ltimo, siendo uno de los productos de esta descomposicin el fosgeno, el cual es muy txico.

Propiedades fsicas y qumicas del benceno:

Es un lquido incoloro, de olor etreo especial Densidad: 0.89 g/cm3 Punto de ebullicin: 80 C Solidifica por enfriamiento y se funde a 5 C. Solubilidad: en alcohol, ter, sulfuro de carbono. Insoluble en el agua. Disuelve los cuerpos grasos, las resinas, la cera, el caucho, el alcanfor, el fsforo, el yodo, el azufre, etc. El calor descompone el benceno a la temperatura del rojo, dando difenilo e hidrgeno. El benceno arde en el aire con llama fuliginosa. Mezclado con H o con alcohol arde con llama brillante, sin humo. El permanganato de potasio oxida el benceno y lo transforma en acido oxlico.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:Se desea obtener un producto destilado que contenga 97% mol de cloroformo a partir de una mezcla de alimentacin que contiene 35% mol de cloroformo y 65% mol de benceno. Esta operacin se desarrolla a presin atmosfrica y la alimentacin entra a su punto de burbuja. El residuo contendr 5% mol de cloroformo. La relacin de reflujo es 3:1. Calclese los kg mol por hora de destilado, los kg mol por hora de residuo y el nmero de platos tericos que se requieren.

Datos para la grfica Cloroformo-Benceno

T(C)% Mol

XY

80.600

79.80.080.10

79.00.150.20

78.20.220.30

77.30.290.40

76.40.360.50

75.30.440.60

74.00.540.70

71.90.680.80

68.90.790.90

61.41.001.00

Datos:

Base de clculo: 100 kg mol/h de alimentacin. Xf = 0.35

XD = 0.97Xw = 0.05

Reemplazando en Ec. (1):

100 = D + W100 D = W (a)

Reemplazando Ec. (a) en Ec. (2):

100(0.35) = D(0.97) + (100-D)(0.05)

D = 32.61 kg mol/h W = 67.39 kg mol/h

Determinando la ecuacin para la lnea de operacin, usando Ec. (5):

Caractersticas de la columna Batch del laboratorio:Nmero de platos ideales9

Altura de la columna225 cm

Distancia de separacin entre plato y plato 17.3 cm

Altura de todos los 9 platos152 cm

Altura de Tanque73 cm

Condensador 1

Recipiente de destilado1

V. CONCLUSIONES:

Se desarroll la ecuacin de la lnea de operacin, la cual tiene una pendiente de 0.243. El nmero de etapas ideales para rectificacin por lotes con reflujo variable, es el mismo para cada lnea de rectificacin. El nmero de platos tericos para esta operacin es Dado que la alimentacin es al punto de burbuja, q = 1. Liquido saturado.

VI. BIBLIOGRAFIA: McCabe-Smith. Operaciones Bsicas de Ingeniera Qumica. Editorial Revert. 1978. Foust, Wenzel, Clump, Maus, Andersen (1979) Principios de operaciones unitarias Ed. C.E.C.S.A Treybal, R.E. (1980) Operaciones de transferencia de masa Ed. Mc. Graw-Hill. MARCILLA GOMIS, A. Introduccin a las Operaciones de Separacin, Calculo por etapas de equilibrio. Publicaciones Universidad de Alicante. pg. 197-214.

VII. ANEXOS:

Destilador batch de laboratorio