229424782-INFORME-DE-PRACTICA-DE-LABORATORIO-DESTILACION-BATCH-CON-RECTIFICACION-doc.doc

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA QUÍMICA

FACUL FACULTAD TAD DE INGENIERIA

DESTILACION BATCH CON RECTIFICACION (UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA – AYACUCHO) Objetivos • Estudiar la destilación destilación Bach con rectificació rectificaciónn para la mezcla de etanol etanol agua, en la condición condición de reflujo reflujo constante. • Determinar el número de etapas ideales que representan a la operación de la columna, el balance de materia diferencial y el balance de energa en forma pr!ctica

Ase!tos Ge"e#$%es "a destilación batch con rectificación hace uso de una columna de rectificación acopiada sobre el destilador diferencial, de tal manera que el reflujo retornado a la columna permite el contacto liquido #apor, incrementando considerablemente la composición del componente m!s #ol!til. en el destilado producto. $e pueden pueden presentar presentar dos casos casos de operac operación ión en %ste %ste tipo tipo de destil destilado adores res,, bajo bajo las condic condicion iones es siguientes& $) ' composición de destilado constante ()eflujo #ariable* b) ' )eflujo constante (+omposición de destilado #ariable* En la practica de laboratorio se estudia el caso (b* por lo tanto la composición decae gradualmente durante el transcurso de la destilación en el balance de materia se utiliza- molar media del total de destilado recogido& D Esquema del destilador batch con columna de rectificación

CURSO: LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA

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FACULTAD DE INGENIERIA

B$%$"!e &e '$te#i$ e" e% Co"&e"s$&o# )eflujo & )  "/D (01* 2lobal & 3"4DD(l4) (05* 6ara la resolución de las ecuaciones de balance de materia se recomiendan efectuar alrededor de la ecuación de )ayleigh para lo cual se requiere conocer la relación establecida entre la fracción molar del #apor al tope superior de la columna y la fracción molar del lquido en el her#idor siendo necesario disponer con el diagrama de composición o las ecuaciones de equilibrio de fases (E"3* para el sistema estudiado a la presión local, m!s la relación de reflujo utilizado durante la destilación ()*.

B$%$"!e &e E"e#$ e" e% Co"&e"s$&o# "a energa total neta cedida por el #apor al refrigerante del condensador es& 7c D 4 )*(/ly 8 "/D* (09* +omplementariamente se puede determinar el calor real retirado por el refrigerante (agua corriente* durante el tiempo de destilación neta& :D desde que se inicia a recoger el destilado hasta la finalización 7)E;  (p7*+p(*

B$%$"!e &e E"e#$ e" e% He#vi&o# "a energa neta total que requiere la conducción de la destilación b!tch con rectificación a tra#%s del her#idor o reboiler es& 7)  7c ?@ D = ;@; (0A*
6ara determinar la relación eCistente entre C 8 yi, para resol#er la integral de la Ec. de )ayleigh, utilizando el diagrama de composición (;ig. anterior*, es necesario seguir la secuencia siguiente&


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. Determinar el número de etapas ideales (#alor promedio* que representan la operación de la columna&   p 4  (con las muestras instant!neas de destilado y her#idor* F. Gbicar el punto (y , y* sobre la diagonal H. Gbicar el punto 1 1. Gnir los puntos anteriores, la lnea recta representa el balance de materia correspondiente a la columna de rectificación 5. +ontabilizar sobre la gr!fica de composición el número de etapas de contacto total&  a partir del punto superior (y , y* 9. Determinar el #alor de C >. 6reparar la gr!fica funcional entre C #s. lI(y 8 C* correspondiente a la /ntegral de )ayleigh A. Desarrollar la tabla de integración

C*%!+%os !o'%e'e"t$#ios Determinación de la carga molar 6eso  (Densidad*(3olumen* Joles  6esoI(6eso Jolecular de la Jezcla* 6eso Jolecular de una Jezcla  C

De"si&$& &e +"$ '+est#$ %,+i&$ $e determina con la balanza analtica del laboratorio, instalado en la modalidad de )egistro de 6eso de un "astre est!ndar. $e debe determinar el peso del lastre en aire, sumergido en agua destilada y finalmente en cada una de las muestras lquidas luego, la densidad de cada muestra es&

Ase!tos e-e#i'e"t$%es. Re!o'e"&$!i/" $eguir el mismo esquema de trabajo y toma de muestras efectuada en la pr!ctica de destilación diferencial simple. * Disponer de unos 5 litros de mezcla lquida de etanol agua, a una concentración inicial de unos 0 a 5 :2" (use correctamente el 'lcoholmetro* F* Jedir la temperatura y :2", tomar dos muestras, registrar el #olumen eCacto y cargar la mezcla lquida en el her#idor del equipo de destilación batch con rectificación H* )egistrar la hora de inicio de la destilación al encender el sistema de calentamiento el%ctrico del equipo. )eportar la potencia del sistema resisti#o. 1* )egistrar las diferentes temperaturas distribuidas en el destilador aproC. cada 5 mm, el caudal y las temperaturas de entrada y salida del agua de refrigeración circulante por el condensador. "as mediciones se efectúan hasta la finalización de la destilación. 5* Gna #ez iniciada la generación y condensación #apor, dejar trabajar la columna unos 0 mm en la condición de reflujo total, con la finalidad de estabilizar la misma. "uego iniciar el proceso de destilación bajo una determinada relación de reflujo constante, reportar ) 9* 'l iniciarse la destilación, registrar la hora,  las muestras instant!neas en forma simult!nea tanto en el destilado y en el lquido de font $eguidamente acumular 500 m" de destilado en una probeta. >* Gna #ez llenada la probeta, cambiar de probeta al mismo tiempo que se toma otras muestras instant!neas (destilado y fondo*. )egistrar en los 500 m" de destilado recogido la temperatura y el :2", acumular el destilado en un recipiente cerrado. )epetir %ste paso hasta que los últimos 500 m" de destilado recogido se encuentre entre los 10 a 50 :2". A* 'l finalizar la destilación desconectar totalmente el equipo y registrar la hora final. K*
A"*%isis &e %$s M+est#$s 'l final de la destilación, proceder con la medición del peso del lastre en cada una de las muestras recogidas %sta información sir#e para determinar la densidad, luego la composición del m!s #ol!til en cada muestra.


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CUESTIONARIO * Determinar las cur#as de equilibrio lquido #apor (E"3* para el sistema Etanol 'gua a la presión de 51A mm@g, utilizando cualquier modelo * Determinar el caudal de destilado medio proporcionado por el equipo de destilación. A* 6resentar el esquema del equipo de destilación batch con rectificación utilizado en el laboratorio de peraciones Gnitarias.


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RESULTADOS DE LA 0R1CTICA tie'o 'i"+tos

Te'e#$t+#$ t4 t5

t3 0 5 0 5 F0 F5 H0 H5 15 50 55 90 05 0 F0 H0 10

> HH 1,F 1A 5> 99,A >H >H,5 >9 >9 >9,5 >> >> >>,5 >A >A,5 >K

F,5 FH,5 FH,5 F5,5 F9 FA,1 9K 91 >5,5 >5,5 >9 >> >> >>,5 >A,5 AK A0

T6

FF,5 FH FH,5 F1 F1,K F5,F 9H 9H,5 91 9>,5 >9,5 >A >A >A,5 >A,5 >K,5 A0,5

FF FH FH,K F1,5 F5 F5,H >F,5 >H >H,F >K >K A0,5 AH,5 A9 AK K0,5 KF

T&

Desti%$&o 7D

1K 1F,1 15,A 15,> 11,A 15 15, 11,5 11,F

8D

T 9

0,>05 0,>05 0,9F 0,5F5 0,15 0,HK 0,H1 0,FK

> HH 1,F 1A 5> 99,A >H >H,5 >9 >9 >9,5 >> >> >>,5 >A >A,5 >K

Resi&+o 0:

8:

0,FK5 0,FK5 0,HA 0,1>5 0,55 0,9 0,99 0,>

A+$ &e #e2#ie#$!i/" v t ;

Te

Ts

A,K K,5 F0 F FF,9 FF FF FF FF FF FF FF FF FF F,5 F,5 F

A,K F0, F F,9 FF, FA,5 F>,5 F>,5 F> F> F9,5 F9,5 F9,5 FA F9,5 F9 F9

DATOS. 3olumen de la solución  >.5 " M de alcohol en la solución  F.> M 3olumen de alcohol en la solución  F.A>5 "

H$%%$'os %os 'o%es &e et$"o%. N  0.A01 gIcmH 3  F.A>5 l. m ρ = V +alculamos su masa m=

2.1875 x 0.804

= 1.7588 Kg .

Dete#'i"$!i/" &e "<'e#o &e 'o%es &e et$"o%. n

=

W M

=

1.7588 46

= 0.0382 Kmol .

@allamos los moles de agua& 3  5.HH5 l. m  5.HH5 Og.

Dete#'i"$!i/" &e "<'e#o &e 'o%es &e $+$ & n

=

W M

=

15.3135 18

= 0.8510 Kmol .

El número de moles totales en la alimentación es& n<  0.AA>0 Omol.

Dete#'i"$!i/" &e = Φ =

x D R + 1

"a fracción en el destilado es x D = 0.>05


5



)elacion de reflujo )  F P F.5 entonces, )  F.F5 Φ=

x D R + 1

=

0.705 2.25 + 1

= 0.2169

Etanol('* = 'gua(B* M de Jolar de ' en

00 K5.5 AK A9.> A5.H A1. AF.> AF.H A.5 A0.> >K.A >K.> >K.H >A.>1 >A.1 >A.5

"iquido 0 .K >.F K.99 F.HA 9.9 FH.H> F9.0A HF.>F HK.95 50.>K 5.KA 5>.HF 9>.9H >1.>F AK.1H

3apor 0 > HA.K 1H.>5 1>.01 50.AK 51.15 55.A 5A.F9 9.FF 95.91 95.KK 9A.1 >H.A5 >A.5 AK.1H

Ф = 0.2169

xi =0.074

xi =0.705

Co"st#+i'os %$ t$b%$ CURSO: LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA

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-

>

>?-

3@(>?-)

3@(Y?8) #o'

-

AU

AT

0,F5 0,F0 0,5 0,0 0,05 0,00 0,0K5 0,0K0 0,0A5 0,0A0 0,0>5

0,1>5 0,195 0,190 0,155 0,155 0,110 0,1H5 0,1F5 0,15 0,10 0,HK5

0,H50 0,H15 0,H15 0,H15 0,H50 0,H10 0,H10 0,HH5 0,HH0 0,HH0 0,HF0

F,A5> F,AKA9 F,AKA9 F,AKA9 F,A5> F,K1F F,K1F F,KA5 H,0H0H H,0H0H H,F50

F,A>>A F,AKA9 F,AKA9 F,A>>A F,AKKF F,K1F F,K9H H,00>> H,0H0H H,0>>>

0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005

0,01HK 0,011K 0,011K 0,01HK 0,0150 0,01> 0,01AF 0,0501 0,055 0,05HK

0,01HK 0,0FAAA 0,01HH> 0,05>>9 0,0>FF9 0,0A9K> 0,0>A 0,9AF 0,HK> 0,1>H9

'plicando la ecuación de )ayleigh. ln

F

xF

= ∫

W

xw

1

y − x

dy

)eemplazando en la ecuación&

W =

0.8890 Kmol = 0.7676 Kmol 0.14702

e Del balance de materia tenemos&

F = W + DT @allamos la cantidad de destilado DT = F − W = 0.8890 − 0.7676 = 0.1214 Kmol

Balance de energa en el condensador& QC

=

DT (1 + R)( H V

−

H D )

Dete#'i"$!i/" &e %$ e"t$%$ e" e% v$o# HV H V

=

y E [C E M E (T V

−

T 0 ) + λ E M E ] + (1 − y E )[C A M A (T V

−

T 0 ) + λ A M A ]

Del grafico de temperatura #s fracciones se tiene& 6ara LD  0.>05 entonces <3  >K Q + +alor latente de #aporización y capacidad calorfica para el etanol& RE<'"  F0 OcalIOg. +pE<'"  0.A9 OcalIOg = Q+ +alor latente de #aporización y capacidad calorfica para el agua& S'2G'  590 OcalIOg. +p'2G'  . OcalIOg = Q+ )eemplazando en la formula se tiene& @3  0.>05T0.A9C19(>K=0* 4 (F0C19*U 4 (=0.>05*T.CA(>K=0* 4 (590CA*U @3  F11A.9H OcalIOmol. +alculo de @D

Dete#'i"$!i/" &e %$ e"t$%$ e" e% v$o# HL H D

=

[ x E C E M E

+

(1 − x E )C A M A ](T L

−


T 0 )

7



6ara LD  0.>05 entonces <"  >A.9 Q + +apacidad calorfica para el etanol& +pE<'"  0.A9 OcalIOg = Q+ +apacidad calorfica para el agua& +p'2G'  . OcalIOg = Q+ )eemplazando en la formula se tiene& @D T0.>05C0.A9C19 4 (=0.>05*.CAUC>A.9 @D  F11A.9H OcalIOmol.

C$%o# #eti#$&o &e% !o"&e"s$&o#. QC

=

DT (1 + R)( H V

−

H D )

7+ (4 F.F5*(F11A.9H P F95.F1*  HA95.59 Ocal.

C$"ti&$& &e !$%o# ,+e se s+'i"ist#$ $% #ebo>%e#. Q R

=

QC

+ WH W + DT H D −

FH F

H$%%$'os %$ e"t$%$ &e% #esi&+o. H W

=

[ x E C E M E

+

(1 − x E )C A M A ](T W

−

T 0 )

6ara L?  0.0>1 entonces 1C0.KC19 4 (=0.0>1*.CAUCAK.1 @?  KH.09K OcalIOmol.

H$%%$'os %$ e"t$%$ &e %$ $%i'e"t$!io". H F

=

[ x E C E M E

+

(1 − x E )C A M A ](T F

−

T 0 )

6ara L?  0.F5 entonces Q + +apacidad calorfica para el etanol& +pE<'"  0.AKOcalIOg = Q+ +apacidad calorfica para el agua& +p'2G'  . OcalIOg = Q+ )eemplazando en la formula se tiene& @; T0.F5C0.AKC19 4 (=0.F5*.CAUC> @;  HFA.H55 OcalIOmol.

)eemplazando datos en la ecuación&


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Q R

QC

=

+ WH W + DT H D −


FH F

Q R

=

3865.56 + (0.7676 x1913.0169) + (0.1214 x 2651.24) − (0.8890 x328.355)

Q R

=

5363.9447 Kcal .

CONCLUSIONES. • •

$e determino la cantidad de residuo por la ecuación de )ayleigh. $e realizo los c!lculos correspondientes al calor retirado en el condensador de la misma manera en el reboyler.

BIBLIOGRAFIA. •

6roblemas de ingeniera qumica = + I <V


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