UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO Facultad de ingeniería química Escuela Pr!esinal de Ingeniería "uímica
Primer In!rme Temas: Extracción de aceite esencial de Eucalipto Columna de destilación diferencial de alcohol-agua Secador por atomización de leche evaporada (gloria super light)
Curs# $alance de materia % energia Pertenece a# &arta Amelia &amani Valencia Pr!esr : Ing. regorio !alomino Cuela Codigo: "#$%&'
UNAP ' PUNO' PER(
E)TRACCI*N DE ACEITES ESENCIALES DE EUCALIPTO POR DESTILACI*N DE ARRASTRE DE VAPOR
I+
O$,ETIVOS Extraer e entender el fundamento del proceso de destilación para la extracción de aceites esenciales. Identificó los parmetros *ue rigen dicho proceso. Evaluó el e*uipo de extracción de aceite esencial del la+oratorio.
II+
FUNDA&ENTO TE TEORICO -+.+ Ls aceites esenciales Son las fracciones l,*uidas voltiles generalmente destila+les por arrastre con vapor de agua *ue contienen las sustancias responsa+les del aroma de las plantas *ue son importantes en la industria cosmtica (perfumes aromatizantes) de alimentos (condimentos sa+orizantes) farmacutica (sa+orizantes). En su gran maor,a son de olor agrada+le aun*ue existen algunos de olor relativamente desagrada+le como por e/emplo los del a/o la ce+olla los cuales contienen compuestos azufrados. /&artíne01 -2234 0os componentes de los aceites esenciales se encuentran a menudo en las glndulas o espacios intercelulares en el te/ido de las plantas. !or lo dems a menudo se concentra en las semillas flores ho/as o frutos. Son una mezcla comple/a *ue contienen alrededor de 1$ a &$ comp compon onen ente tess a dife difere rent nte e conc concent entrac ració ión. n. Estos Estos son son carac caracte ter, r,st stic icas as por por dos o tres tres componentes maoritarios usualmente oxigenados con una concentración entre 1$2 3$2 comparados con el resto de componentes con mucha menor proporción. /5uarni01 -2264 Son usados por su atractivo flavor como especias como agentes sa+orizantes en alimentos. 4nos 4nos pocos pocos son valorad valorados os por su acción acción anti+ac anti+acter terial ial fungic fungicida. ida. 5lguno 5lgunoss son usados usados medicinalmente (alcanfor eucalipto) otros como repelentes de insectos. 0os componentes de los aceites esenciales se encuentran a menudo en las glndulas o espacios intercelulares en el te/ido de las plantas. Estos podr,an existir en todas las pates de las plantas. /Ocam7 et al1 -2284 Se caracterizan por sus propiedades f,sicas como densidad viscosidad ,ndice de refracción actividad óptica. 0a maor,a de los aceites esenciales tiene una densidad menor a la del agua excepto los aceites de almendras amargas mostaza canela pere/il o clavo. El ,ndice de refracción es una propiedad caracter,stica de cada aceite esencial cam+ia cuando ste se dilue o mezcla con otras sustancias. /Ortu91 -22:4
II+-
Esteres Son frecuentemente los responsa+les de los olores caracter,sticos sa+ores de frutas flores pero otro tipos de sustancias podr,an ser importantes componentes de principios de olores sa+ores adems de los steres los ingredientes de los aceites esenciales pueden ser mezclas comple/as de hidrocar+uros (67) alcoholes (687) compuestos *ue poseen el grupo car+onilo (C8) como son: aldeh,dos (6C78) cetonas (6C86).
I+
O$,ETIVOS Extraer e entender el fundamento del proceso de destilación para la extracción de aceites esenciales. Identificó los parmetros *ue rigen dicho proceso. Evaluó el e*uipo de extracción de aceite esencial del la+oratorio.
II+
FUNDA&ENTO TE TEORICO -+.+ Ls aceites esenciales Son las fracciones l,*uidas voltiles generalmente destila+les por arrastre con vapor de agua *ue contienen las sustancias responsa+les del aroma de las plantas *ue son importantes en la industria cosmtica (perfumes aromatizantes) de alimentos (condimentos sa+orizantes) farmacutica (sa+orizantes). En su gran maor,a son de olor agrada+le aun*ue existen algunos de olor relativamente desagrada+le como por e/emplo los del a/o la ce+olla los cuales contienen compuestos azufrados. /&artíne01 -2234 0os componentes de los aceites esenciales se encuentran a menudo en las glndulas o espacios intercelulares en el te/ido de las plantas. !or lo dems a menudo se concentra en las semillas flores ho/as o frutos. Son una mezcla comple/a *ue contienen alrededor de 1$ a &$ comp compon onen ente tess a dife difere rent nte e conc concent entrac ració ión. n. Estos Estos son son carac caracte ter, r,st stic icas as por por dos o tres tres componentes maoritarios usualmente oxigenados con una concentración entre 1$2 3$2 comparados con el resto de componentes con mucha menor proporción. /5uarni01 -2264 Son usados por su atractivo flavor como especias como agentes sa+orizantes en alimentos. 4nos 4nos pocos pocos son valorad valorados os por su acción acción anti+ac anti+acter terial ial fungic fungicida. ida. 5lguno 5lgunoss son usados usados medicinalmente (alcanfor eucalipto) otros como repelentes de insectos. 0os componentes de los aceites esenciales se encuentran a menudo en las glndulas o espacios intercelulares en el te/ido de las plantas. Estos podr,an existir en todas las pates de las plantas. /Ocam7 et al1 -2284 Se caracterizan por sus propiedades f,sicas como densidad viscosidad ,ndice de refracción actividad óptica. 0a maor,a de los aceites esenciales tiene una densidad menor a la del agua excepto los aceites de almendras amargas mostaza canela pere/il o clavo. El ,ndice de refracción es una propiedad caracter,stica de cada aceite esencial cam+ia cuando ste se dilue o mezcla con otras sustancias. /Ortu91 -22:4
II+-
Esteres Son frecuentemente los responsa+les de los olores caracter,sticos sa+ores de frutas flores pero otro tipos de sustancias podr,an ser importantes componentes de principios de olores sa+ores adems de los steres los ingredientes de los aceites esenciales pueden ser mezclas comple/as de hidrocar+uros (67) alcoholes (687) compuestos *ue poseen el grupo car+onilo (C8) como son: aldeh,dos (6C78) cetonas (6C86).
Estos dos componentes usualmente pertenecen a uno de los dos grupos de productos naturales llamados 9erpenos o fenilpropanoides. /Ocam7 et al1 -2284
II+;
Ter7ens uch uchos os de los los comp compue uest stos os resp respon onsa sa+l +les es de los los olor olores es plac placen ente tero ross cont conten en,a ,an n exactamente "$ tomos de car+ono a los cuales se les denomina terpenos si son hidrocar+uros terpenoides si contienen ox,geno son alcoholes cetonas o aldeh,dos. En casos menos frecuentes se encuentran compuestos relativamente voltiles constituentes de las esencias de las plantas *ue contienes "# 1$ %$ o ;$ tomos de car+ono. 5 la fecha los trminos terpeno terpenoide se aplican a cual*uier cual*uier compuesto *ue tengas en n
Clasi!icaci
ns o 7emiterpenos o 9erpenos o Ses*uiterpenos =iterpenos o 9riterpenos o 9etraterpenos o II+?
Fenil7r7anides 0os aceites esenciales de naturaleza *u,mica aromtica (o sea *ue contienen un anillo +enc +enceno eno). ). 5lgun 5lgunos os de esto estoss comp compue uest stos os como como el p-cim p-cimeno eno son terp terpen enos os c,cl c,clic icos os arom aromat atiz izad ados os pero pero la mao maor, r,a a de ello elloss no son son terp terpn nic icos os.. uch uchos os comp compue uest stos os arom aromt tic icos os son son feni fenilp lprop ropan anoi oide des s es deci decirr *ue *ue est estn n form formad ados os por por el es*ue es*uele leto to de feni fenilp lprop ropano ano.. 0os 0os feni fenilp lprop ropan anoi oide dess estn estn rela relaci cion onad ados os estr estruc uctu tura ralm lmen ente te con con mis mis aminocidos fenilalanina tirosina. /Ocam7 et al1 -2284
II II+@ +@
&t & td ds s de de eBt eBtra racci cci
tensión de vapor del vapor *ue se inecta a la de los componentes voltiles de los aceites esenciales. /$ague1 -2.-4
EBtraccio a vac,o. 0os restos de disolventes de+en separarse a temperatura +a/a. /Ortu9a1 -22:4
EBtracci
EBtracci
$us>ia et al1 -223 ' citado por ?am+rano 1$";menciona *ue el uso de microondas es otra alternativa para la extracción de aceites esenciales. Esta tcnica puede utilizarse asistiendo un mtodo convencional como la hidrodestilación o adaptando un e*uipo para esta+lecerlo como un mtodo independiente como la extracción de microondas sin solventes. 0a extracción por microondas ofrece +eneficios como reducción considera+les del tiempo del consumo de energ,a este mtodo puede realizarse a gran escala con reactores de microondas pero se re*uieren altos niveles de seguridad. II+:
El Eucali7t El gnero Eucalptus *ue agrupa en torno a las &$$ especies pertenece a la familia rtaceae su+familia 0eptospermoidae. Se trata de un gnero +otnico mu rico diverso *ue presenta una asom+rosa frecuencia de aparición de h,+ridos frtiles. 5un*ue perteneciente a un grupo antiguo el gnero presenta caracteres +astantes evolucionados como el oprculo de la flor ha+indose diversificado recientemente de+ido a la se*u,a al empo+recimiento de suelos a finales del !leistoceno la posterior recon*uista +a/o un clima tendiente al actual. /Lima1 -22@4 0a sustancia *ue se encuentra especialmente en esta planta es el eucaliptol *ue tiene propiedades expectorantes antiinflamatorias tam+in contiene taninos resina cidos grasos. El aceite extra,do de esta variedad posee un efecto refrescante. Esta variedad se utiliza en muchas especialidades farmacuticas por sus virtudes so+re el sistema respiratorio. @acilita la disolución eliminación de mucosidades de los +ron*uios (Aalsmico mucofluidificante expectorante) anti-infecciosos contra las +acterias los virus. 5ntireumatismal. Estimulante tonificante. Es mu utilizado para purificar el aire en casos de epidemia como repelente de insectos. ( Lima1 -22@4 0as ho/as de los eucaliptos poseen sin excepción una infinidad de menud,simas glndulas semitransparentes ricas en aceites vegetales cuo contenido var,a en forma nota+le no sólo en cuanto a sus componentes sino a rendimiento. Su rendimiento est determinado por la edad del r+ol las condiciones ecológicas del lugar donde crece o+servndose diferencia entre los mismos individuos cultivados en distintas regiones. El empleo del aceite del eucalipto tiene gran importancia en la industria farmacológica en la perfumer,a. /Lima1 -22@4 Pr7iedades del aceite esencial del eucali7t El aceite esencial en uso interno o por inhalación tiene una importante acción antisptica de las v,as respiratorias es una de las plantas ms efectivas para las afecciones +ron*uiales pulmonares. 5ntihelm,ntico astringente desodorante +alsmico +roncodilatador expectorante fe+r,fugo hipoglucemiante mucol,tico sudor,fico. En uso externo es antiinflamatorio antisptico cicatrizante. /Paredes1 D % "uinata1 F+ -2.24
II+6
Características rganl7ticas de ls aceites esenciales
/Fuente# Paredes1 D % "uinata1 F+ -2.21 7g+ @.4 II+8
Rendimient de ls aceites esenciales Es la cantidad de producto o+tenido en una reacción *u,mica. El rendimiento a+soluto puede ser dado como la masa en gramos o en moles (rendimiento molar). El rendimiento fraccional o rendimiento relativo o rendimiento porcentual *ue sirve para medir la efectividad de un procedimiento de s,ntesis es calculado al dividir la cantidad de producto o+tenido en moles por el rendimiento teórico en moles. /Paredes1 D % "uinata1 F+ -2.24 El rendimiento de esencia o+tenido de una planta var,a de unas cuantas milsimas por ciento de peso vegetal hasta "-% 2. 0a composición de una esencia puede cam+iar con la poca de la recolección el lugar geogrfico o pe*ueBos cam+ios genticos. /Paredes1 D % "uinata1 F+ -2.24
/Fuente# Paredes1 D % "uinata1 F+ -2.21 7g+ @.4 III+
&ATERIALES &TODOS
?+. Equi7s % &ateriales ?+.+. &ateria 7rima 7o/as de Eucalipto ?+.+; Equi7s Aalanza electrónica
E*uipo extractor de aceite esencial
?+- &td /FluG general de EBtracci
Pesad# en la figura $1 se o+serva *ue las ho/as se pesaron para los cual solo se seleccionó las ho/as ms tiernas a *ue esto es determinante para el rendimiento el peso *ue se o+tuvo fue de ;."#$Dg. Figura 02
eBtraccin# consist,a en eliminar el agua del aceite para este caso lo primero *ue sale del e*uipo de extracción fue eliminado de+ido a *ue este estuvo mu sucio en segundo a fue un aceite mucho ms limpio claro el cual se llevó a una pera de decantación para la eliminación del agua tan u como se muestra en la figura $&.
Figura 06
?+-+. FluG grama 7ara la eBtracci
Hojas de Eucalipto
?+-+- Anlisis de Humedad1 7ara este cas la Humedad inicial de la materia 7rima+ Ta>la . Pes inicial # Ta>la - Pes de las muestras cada .@ minuts 7ara la determinaci
&uestra . 2+6-@? 2+-.@2+-2.? 2+.3?: 2+.3;:
Pi − Pf ∗100 Pi
=onde: !i peso inicial de la muestra
&uestra [email protected]. 2+@232+@2.: 2+@228
&uestra ; 2+3@-; 2+;.2? 2+-3:: 2+;2-2+;2-
!f peso final de la muestra
?+-+; cantidad de materia 7rima !ara este caso hemos utilizado ;"#$g de ho/as de eucalipto ?+-+? Vlumen de agua a em7lear 7ara la generacila @ Falores del agua aceite *ue se o+tuvieron en la condensación Tiem7 ;#23 min Vlumen de agua/agua J &'3.' ml aceite4 Vlumen /ml4 &#;ml Agua %%.'ml Aceite !ara este caso determinaremos el rendimiento del aceite esencial de eucalipto para lo cual utilizaremos la siguiente formula *ue est citado por ?an+rano 1$";:
(
%Rend=
)
masadel aceite ∗100 GGGGGG. (") masade las hojas
Seg
g por lo cual determinaremos el rendimiento en peso del aceite esencial ml
teniendo como dato el volumen *ue se ha o+tenido. meucalipto= ρ∗V
meucalipto=0.89958
g ∗33.8 ml ml
meucalipto=30.405804 g
6eemplazando en la ecuación " tenemos lo siguiente:
(
%Rend =
30.405804 g 4150 g
)∗
100
%Rend =0.732669
?+-+: Tiem7 ttal de 7eraci
V+
0a extracción de aceite esencial de Eucalipto se realizó mediante la destilación por arrastre de vapor este mtodo en realidad no es la de arrastrar el componente voltil sino de condensar formando otra fase inmisci+le en la mezcla para lograr la evaporación esta mezcla inmisci+le es la de la parte orgnica *ue es el aceite la parte acuosa. Como se muestra en la figura $; parte 1 la presión total del sistema es la suma de la presión de la fase orgnica la presión parcial de la parte acuosa. Este es un mtodo sencillo de +a/o costo pero la desventa/a es *ue re*uiere un tiempo mucho maor a diferencia de otro mtodos
0os parmetros presentes en la extracción de aceite esencial de eucalipto son principalmente la presión la temperatura el tiempo. Estos son determinantes para *ue se pueda o+tener un +uen rendimiento de aceite esencial de eucalipto. $I$LIO5RAFKA Aague 5. 1$"1. 9ecnolog,a farmacutica. Editorial: clu+ universitario. San Falent,n EspaBa. Aous+ia et al 1$$J. Comparación de los dos mtodos de irradiación de aceite esencial de ho/as de romero: hidrodestilación hidrodifusión microondas gravedad - Hu,mica de los 5limentos. uarnizo et al 1$$3. Experimento de Hu,mica 8rgnica con enfo*ue a la ciencia de la vida. Editorial: Elizcom. Colom+ia. 0ima S. 1$$#. >K5LM0ISIS =E 08S 6EL=IIEL98S 8A9ELI=8S =E =8S ES!ECIES =E E4C50I!98 965A5N5=8S EL SEC8 5 LIFE0 05A865986I8 O 5 LIFE0 !05L95 !I0898 EL 05 EP965CCIQL =E S4 5CEI9E ESELCI50R> ILELIE68 H4IC8. >uatemala > @5C4095= =E ILELIE65 =E 05 4LIFE6SI=5= =E S5L C5608S =E 459E505. >3&.
SECADOR POR ATO&IACI*N DE LECME EVAPORADA /5LORIA SUPER LI5MT4 I+ O$,ETIVOS
Conocer la operación de secado por atomización para productos l,*uidos. =eterminación del rendimiento +alance de masa de energ,a. Conocer el funcionamiento del e*uipo de atomización as, como sus partes. 6evisar *ue parmetros se cumplen al producir el secado del producto l,*uido. Conocer las relaciones existentes entre las condiciones de operación de e*uipo de secado las caracter,sticas del producto final.
II+ FUNDA&ENTO TEORICO A+ secad 7r atmi0aci
El secado por atomización (o atomizador) es un aparato de secado pal aire para l,*uidos (ranados Nar*ue "J';) 0a atomización es un proceso *ue se utiliza +ien para conservar los alimentos o +ien como mtodo rpido de secado. El o+/etivo principal es secar (mediante la utilización de aire caliente) los productos lo ms rpidamente posi+le utilizando +a/as temperaturas. El fundamento de la atomización es la formación de gotas estas entran en contacto con el aire caliente .0a etapa de atomización produce un roc,o para una condición optima de evaporación por consiguiente un producto dentro de las caracter,sticas tecinas. 0a atomización disponi+le var,an de acuerdo al tipo de energ,a utilizado para producir las gotas (Aar+oza Canovas Fega ercado 1$$$) 0os productos ms dif,ciles de secar por atomización son a*uellos en los *ue los sólidos totales contienen poco soporte celulósico o amilceo contienen azucares o componentes anlogos *ue dan lugar a sólidos higroscópicos si +ien la termoplasticidad la higroscopicidad pueden corregirse por la adición de ciertos soportes autorizados en la industria de alimentos (@ito aupoe 1$$")
$+ CLASIFICACI*N DE LOS E"UIPOS DE SECADO POR ATO&IACI*N 0os e*uipos de secado por atomización se pueden clasificar en:
7orizontal paralelo. Fertical paralelo descendente de flu/o lineal de aire. Fertical paralelo descendente de flu/o helicoidal de aire. Fertical paralelo descendente de flu/o mixto. Fertical paralelo ascendente. Fertical en contracorriente.
C+ PARTES DE UN E"UIPO ATO&IADOR En los procesos de secado por spra el material de alimentacion *ue es li*uido o tiene alguna fluidez es atomizado dentro de una gran cmara en la cual se introduce aire caliente (u otro gas) El li*uido es rpidamente evaporado de/ando part,culas solidas *ue de+en ser separadas del aire. El movimiento del aire del material ocurre aproximadamente a favor de la corriente. !or esto un secador spra consta de las siguientes partes +sicas: Cmara de secado. 5lguna forma de atomizar el material de alimentación dentro de la cmara de secado. 5lguna forma de introducir aire caliente dentro de la cmara de secado. 5lguna forma de sacar el aire de la cmara de secado en alg
Figura .+ Esquema de un equi7 de secad 7r atmi0aci
D+ LE CM E EN POLVO 0a leche en polvo o deshidrata se o+tiene mediante el proceso de secado. Este proceso se lleva a ca+o en torres especiales de atomización en donde el agua *ue contiene la leche es evaporada o+teniendo un polvo de color +lanco amarillento *ue conserva las propiedades naturales de la leche. 0a
en
leche en polvo se usa como materia prima en la fa+ricación de alimentos para niBos de leche reconstituida en pa,ses v,as de desarrollo (Ellner 1$$$)
Fig -+ LecHe en 7l de clr amarillenta III+ &ATERIALES &TODOS A4 &ateriales
0eche en tarro 5gua destilada !apel toalla
$4 Equi7
E*uipo atomizador Aalones del e*uipo !inzas su/etadoras
C4 &tds 7ara el secad 7r atmi0acis el flu/o de entrada del aire de+e estar entorno a los &m %>s
"ateria pri#a $lec%e &resca'
(or#ali)aci*+
E+&ria#ie+to
,aseuri)aci*+
Co+ce+traci*+
Ho#oge+i)aci*+
Secado
TEA= 140-160 °C TSA= 70- !°C
-ec%e e+ pol.o
E+.asado
IV+ RESULTADOS TA$LA N . Pes de lecHe Pess de la lecHe en la 7eracialalaGadas en el la>ratri T entrada ⁰
Tem7eratura tra>aGadas en la>ratri 1$$U@
'$ @
T salida ⁰
⁰
TA$LA N? Cndicines de 7eracis Velcidad de la >m>a & m%>s FluG lumtric del aire V+ CALCULOS DE LA OPERACI*N Calcul de la e!iciencia termina Dnde T. TT
Tem7eratura del aire caliente a la entrada Tem7eratura del aire caliente a la salida Tem7eratura atms!rica
"#$ '$ 1$
/ gl>al4.22/T.'T-4Q/T.'T4 / gl>al4
$.#%';&"#;
#%.';&"#%'
Calcul de la e!iciencia de ea7raci
;1
Tem7eratura de saturacin
/ ea74 .22 /T.'T-4Q/T.'Tsat4 / ea74 $alance de masa 5a+Ma.JFs+s.5aMa-JFs+s-5a/Ma-' Ma.4Fs/s.'s-4
$.&';" &;.'"
$alance de energía Fs+H.J5a+Ha.Fs+H-JJ5a+Ha-J"l E,E&PLO DE LOS CALCULOS REALIADOS Clcul de la e!iciencia trmica /5LO$AL4 Dnde# T.# tem7eratura del aire caliente a la entrada T-# tem7eratura del aire a la salida T2# tem7eratura atm
( ΦGLOBAL )=100 ( T −T )/(T −T ) ( ΦGLOBAL )=100 ( 150−80 )/( 150 −20 ) ( ΦGLOBAL )=53.85 1
2
1
0
( Φ EVAP ) =100 (T −T )/( T −T AT ) ( Φ EVAP ) =100 (150− 80)/( 150− 42) ( Φ EVAP ) =64.81 1
2
1
Ga! ( H a 2 " H a1 )= #s ! ( $ s 1−$ s2 ) 6 ! ( 0.015 " 0.0088 )= #s ! ( 8.08 −4 )
$alance de energía
#s= 0.009 #s!h 1+ Ga!ha 1= #s ! h2 + Ga!ha 2 + L
( 0.009 & 1641.24 )+ ( 6 & 434.8 )=( 0.009 & 1235.5 ) +( 6 & 359.7 )+ L L = 453.8
"L# calr que se 7ierde+ Fs# elcidad de s
'( s
!ara hallar el calor especifico para los sólidos a la entrada salida. )p=m a *c a + ms * c s (
+( ) +g '
ma : f,accion de masade agua
Ms# ental7ia de s
ms : f,accion de masa de solidos
c a : calo, especifico del agua 4.18 (
c s : calo, especifico de solidos 1.46 (
M# Humedad del aire+ Ts# tem7eratura de s
+( ) + g ' +( ) + g '
El calor especifico para el aire a la entrada salida del atomizador. )p=1,005 + 1.88 H (
+( ) +g '
s# cntenid de Humedad de s
H : humedad del ai,e
Ta# tem7eratura del aire+ Ha# ental7ia del aire
DATOS Pes inicial Sles Pes del 7rduct sec Mumedad !inal Tem7eratura del am>iente
##; g "" 2 (leche entera) &" g (dato) 1$ 2 (dato +asado en otras muestras) 1$ UC
VI+ CONCLUSIONES En la prctica realizada nos dieron a conocer *ue parmetros son los *ue se de+e hacer cumplir para una correcta atomización en los clculos la eficiencia trmica nos dio un resultado ( ΦGLOBAL )=53.85 lo cual verifica un rango amplio de eficiencia. 9am+in se calculó la eficiencia de evaporación utilizando la temperatura de saturación del aire el cual es ;1UC la eficiencia de evaporación es de ( Φ EVAP ) =64.81 .ientras *ue el flu/o de solidos secos dio como resultado en #s= 0.009 el calor perdido en el proceso resulto ser ;#%.' DN>s.
VII+ RECO&ENDACIONES Se tiene *ue realizar un mantenimiento continuo de los e*uipo como m,nimo cada & meses. El e*uipo de+e estar en un lugar adecuado para su adecuado uso considerando *ue la humedad del am+iente el cual puede afectar el e*uipo. =espus de utilizar el e*uipo de atomización se de+e realizar la adecuada limpieza en las partes *ue sean desmonta+les. VIII+
$I$LIO5RAFIA
cC5AE V.0. SI97 N.C. i 7566I89 !. 8peraciones unitarias en ingenier,a *u,mica. Sisenaedició. Wxic: craX-7ill 1$$1.
Cheftel C. . (1; de =iciem+re de "JJ'). Introducción a la Aio*u,mica 9ecnolog,a de los 5limentos. ?aragoza EspaBa: Editorial 5cri+ia.
8C8L N. i 98N8 . !ro+lemas de ingenier,a *u,mica. Folum II. adrid: 5guilar S.5. "J3&. !E66O 6. anual del ingeniero *u,mico. Folum I. Setena edició. adrid: craX-7ill 1$$".
7ernandez 6odriguez . Y Sastre allego 5. ("JJJ). 9ratado de Lutrición. adrid: =iaz de Santos.
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PRINCIPIOS TE*RICOS .+ Destilaci
Le% de Rault# si dos o ms especies li*uidas forman una disolución li*uida ideal con una mezcla de vapor en e*uili+rio la presión parcial pi de cada componente en el vapor es proporcional a su fracción molar en el l,*uido x. 0a constante de proporcionalidad es la presión de vapor !i (9) de la especie pura a la temperatura del sistema.
pi !i (9) xi
(")
5dems a +a/a presión es aplica+le la 0e de =alton para la fase de vapor donde ! es la presión total e i la fracción molar en la fase de vapor:
pi ! i
(1)
Com+inando (1) (%) se tiene:
- i=( Pi (T ) / P ) & i ( 3 )
!ara sistemas *ue presentan diferentes interacciones entre los constituentes de la fase l,*uida se producen desviaciones de la 0e de 6aoult. 5 veces la interacción toma la forma de una fuerte repulsión tal como ocurre entre hidrocar+uros agua. En un sistema li*uido +inario de los componentes 5 A si estas repulsiones conducen a una inmisci+ilidad prcticamente completa la presión total so+re las dos fases l,*uidas es la suma de las presiones de vapor de los componentes individuales:
P= P A ( T )+ P B (T ) ( 4 )
-+ Vlatilidad relatia !actr de se7araci
' i=
- i Pi (T ) & i
=
P
(5 )
Si la mezcla contiene tam+in el componente / la volatilidad relativa de i a / se puede expresar como la relación de los valores T de los dos componentes:
' i - i / &i . ij = = ( 6) ' j - j / & j
El n
con respecto del valor unidad menor es el n
;+ Destilaci
En las separaciones discontinuas no se alcanza el estado estacionario la composición de la carga inicial varia con el tiempo. Esto da lugar a un aumento de la temperatura del sistema a una disminución de la cantidad relativa de los componentes de menor temperatura de e+ullición en la carga al avanzar la destilación. 0a operación discontinua presenta venta/as si:
0a capacidad de operación *ue se re*uiere es demasiado pe*ueBa para permitir la realización de la operación continua con una velocidad acepta+le. Aom+as hervidores tu+er,as instrumentación otro e*uipo auxiliar tienen generalmente una capacidad m,nima de operación industrial.
En cuanto a los re*uerimientos de operación fluct
El caso ms sencillo de destilación por cargas (destilación diferencial) corresponde al empleo del aparato *ue se muestra en la @igura LZ". Lo ha reflu/o en un determinado momento el vapor *ue sale de la caldera de destilación con una composición = se admite *ue est en e*uili+rio con el l,*uido de caldera e = x=. !or tanto solamente ha una etapa.
Fig+ N.: destilación diferencial.
Se utiliza la siguiente nomenclatura suponiendo *ue todas las composiciones se refieren a una especie particular de la mezcla.
=: flu/o de destilado mol>h. = x=: composición de destilado fracción molar V: cantidad de l,*uido en la caldera de destilación. x xV: composición del l,*uido en la caldera de destilación.
!ara una mezcla +inaria si se puede admitir *ue la volatilidad relativa [ permanece constante se llega a: de la ecuación de 6aleigh.
ln
( )
$ 0 1 = $ . −1
[ ( ) ( )] ln
& 0 + .ln &
1 − &
1− & 0
4na columna por cargas *ue est provista de platos por encima de la caldera de destilación funciona como un rectificador *ue puede dar una separación ms n,tida *ue la destilación diferencial. Si la relación de reflu/o est fi/ada las composiciones de destilado de las colas de la caldera variaran con el tiempo. Su utilización se facilita con el diagrama de cCa+e 9hiele tal como ha sido descrito por SmoDer 6ose.
?+ &td de &cCa>e THiele# En una sección de etapa m
masa) de las fases ms pesada ms ligera x i e i las correspondientes fracciones molares (o de masa) del componente i. Fig+ N-# es*uema de una columna de destilación. El desarrollo comienza con un +alance de materia alrededor de la etapa n \ " la etapa superior de la cascada de la @ig. LZ1 tal como se representa por la envoltura a la etapa n \ ". 0as corrientes 0n\1 Fn entran en la etapa mientras *ue 0n\" Fn\" salen de la misma Ln+2 & n+ 2 + V n - n=V n+1 - n+1 + Ln +1 & n+1 ( 7 )
4n +alance similar de materia se aplica a la ca+eza de la columna a la etapa n la segunda etapa desde la parte superior tal como se representa por la envoltura de la etapa n en la @ig. LZ1. 0as corrientes Ln+ V n− entran en el recinto de control las corrientes Ln V n+ salen del mismo. 2
1
1
Ln+2 & n+2 + V n−1 - n−1=V n +1 - n+ 1 + Ln & n ( 8 )
0as ecuaciones (3) (') se pueden utilizar para localizar los puntos ( - n / & n+ ) ( - n− / & n ) as, como otros puntos en el diagrama x-. 0a l,nea *ue pasa por estos puntos reci+e el nom+re de 1
1
l,nea de operación. 9odas las corrientes *ue circulan en contracorriente a travs de la columna ( Ln+ V n+ ) ( Ln+ V n ) ( Ln V n− ) etc. estn situadas so+re esta l,nea de operación *ue puede ser una recta o una curva. Si la relación de flu/os de las fases es constante en toda la sección de las etapas 0>F Ln+1 / V n Ln / V n−1 . . . Ln−1 /V n−2 las pendientes de las l,neas definidas (3) (') son idnticas. 5dems si F 0 son constantes todas las corrientes *ue circulan a travs de la columna estn situadas so+re la misma l,nea recta de operación con una pendiente 0>F *ue puede trazarse si se conocen cual*uiera de los siguientes grupos de varia+les: 2
1
1
1
0as concentraciones de solamente dos corrientes *ue se cruzan por e/emplo ( - n−1 / & n ) o ( - n / & n +1 ) 0>F la relación de flu/os de las fases en el contactor. 4n enunciado ha+itual de este pro+lema es: dadas 0>F la composición de entrada salida en un extremo calcF el n
2
1
1
2
4na relación entre las relaciones de los flu/os las composiciones de las corrientes *ue se cruzan se puede o+tener si se admite *ue los flu/os de l,*uido vapor son constantes. 5s, restando (') de (3) se o+tiene para cual*uier etapa de la sección:
- n− - n− 1 & n +1− & n
L V
= (9 )
El n
Fig+ N;: construcción grafica de un separador de m
0as composiciones de las corrientes de entrada salida vienen dadas por los puntos 5 A *ue estn localizados en ( - / & ) e ( - n / & n + ) de la @ig. LZ% *ue muestra tam+in la curva de las fases en e*uili+rio del sistema. Si 0>F es constante en toda la sección de las etapas la recta *ue une los puntos 5 A es la l,nea de operación (el lugar geomtrico de las corrientes *ue se cruzan). 0
1
1
!ara determinar el n
2
@+ A7licaciinaria# 4na vez desarrollado el fundamento de la l,nea de operación el mtodo de trazado de etapas entre esta la curva de e*uili+rio se puede aplicar el procedimiento a separadores ms comple/os. El caso de la operación de destilación *ue se representa en la @ig. LZ; puede comprender:
5limentación de la columna en alg
5limentaciones m
8peración acercndose a la relación de reflu/o m,nima. Como se ver esto da lugar a una cantidad mxima de producto por unidad de calor comunicado mientras *ue el n
8peración a reflu/o total (0>F "). Esto conduce al n
Fig+ N?# diferentes operaciones de destilación.
0a columna de fraccionamiento de la @ig. LZ# contiene am+as secciones de enri*uecimiento agotamiento. Se consideró la l,nea de operación para la sección de enri*uecimiento el mismo procedimiento se puede utilizar para o+tener la l,nea de operación de la sección de agotamiento suponiendo nuevamente flu/o molar constante. Sean 0 F los flu/os de l,*uido vapor en la sección de agotamiento teniendo en cuenta *ue sern diferentes de sus valores en la sección de enri*uecimiento a *ue los flu/os var,an al atravesar la etapa de alimentación.
Fig+ N@: secciones de una columna de fraccionamiento.
5plicando un +alance a la sección inferior de la columna de fraccionamiento limitada por la l,nea de trazos en la @ig. LZ# se o+tiene:
Aalance total:
´ 2 + B = L ´ 3 ( 10 ) V
Aalance de componente:
´ 3 &3 ( 11) - 2 V ´ 2 + B & B= L
- 2=
B &B L & − (12 ) ´ ´ V V
Aalance de entalp,a es:
´ V ´ V ´ 2+ H B B = H ´ L´ L´ 3 + B 0 B ( 13 ) H 2
3
0a intersección de la l,nea de operación ("1) de la sección de agotamiento con la l,nea (x ) viene dada por: ´& & ´ V + B & B= L
!uesto *ue: ´ − ´V =B L
0a intersección est en x x A. El lugar geomtrico de las intersecciones de las l,neas de operación para la sección de enri*uecimiento la sección de agotamiento de la @ig. LZ& se o+tiene por resolución simultnea de la l,nea de operación generalizada (";) de la sección de enri*uecimiento con la l,nea de operación ("#) de la sección de agotamiento *ue es una generalización de ("1).
- =
L 1 & + & 1 ( 14 ) V V
- =
´ L B & − & B ( 15 ) ´ ´ V V
6estando ("#) de ("&) se o+tiene:
´ ) + ( 1 & 1 + B & B ) ( 16 ) - ( V − ´ V ) = & ( L− L
Su+stituendo el
# 2 # = 1 & 1 + B & B ( 17 )
5s, como el trmino ( V − ´V ) por un +alance total de materia aplicado a la etapa de alimentación
´ ) ( V − ´V )= # −( L− L
O com+inando ("&) con ("3) se o+tiene:
- =
( − ) ( − )( 0
0 1
& −
2 #
0 1
=onde:
´ − L L 0= ( 19 ) #
18 )
Fig+ N:# l,neas de operación en un diagrama x-.
0a ecuación ("') es correspondiente a una recta *ue reci+e el nom+re de l,nea *. Su pendiente * > (* - l) sit
:+ Cndicines de 7eraciF ". En estas condiciones no se o+tiene producto el nF " en cuo caso no se retira corriente de colas. !ara 0 F sin retirar productos las ecuaciones de la l,nea de operación (";) ("#) se transforman simplemente en x. Esta situación *ue reci+e el nom+re de reflu/o total conduce al rea mxima posi+le entre la curva de e*uili+rio las l,neas de operación por tanto fi/a el n
Fig+ 6# n
DETALLES E)PERI&ENTALES Equi7
4na columna de destilación empacada con anillos 6asching. 4n rehervidor. =os condensadores en serpentines. Caldera de vapor (para el rehervidor .
&ateriales
" 0 de alcohol et,lico al J&2. "J 0 de agua destilada aproximadamente. 5lcohol,metro. % termómetros. Cronómetro. Faso de precipitado.
Prcedimient EB7erimental
". Encender el caldero. 1. !reparar en el rehervidor una mezcla de etanol - agua tomar una muestra de esta mezcla. %. Con el alcohol,metro medir la composición de la mezcla preparada la cual de+e estar aproximadamente a 1$UC de temperatura. ;. Colocar los termómetros en la zona de la mezcla (l,*uida en la zona del vapor de la mezcla el tope de la columna (destilado . #. 5+rir las llaves *ue permiten el paso del agua a los condensadores. &. 5+rir la llave de paso del vapor se fi/a una presión de ; !si mantenindola constante hasta el estado estacionario. 3. Se toman medidas de temperaturas del tope (destilado) del rehervidor (residuo) cada "$ minutos hasta *ue las temperaturas sean constantes al menos en %$ minutos. '. Se toma simultneamente muestras del destilado de los fondos con el alcohol,metro se determina la composición de las muestras (todos a la misma temperatura). J. Cerrar la llave de vapor esperar unos %$ minutos antes de cerrar las llaves de agua de los condensadores.
95A405CI8L =E =598S O 6ES4095=8S
Ta>la N .# =imensiones de la columna: 5ltura de empa*ue (cm)
'1. $
5ltura de anillos 6asching (cm)
".$
Espesor de anillos 6asching (cm)
$."
=imetro externo de anillos 6asching (cm)
".$
Ta>la N -# !ropiedades @,sicas de las Sustancias Pes &lecular
Densidad a -;+C
(g>mol-g)
(g>m0)
Sustanci a
F
Etanol
C17#87
;&
$.3'#&
5gua
718
"'
$.JJ'1
Ta>la N ;# =atos Experimentales !resión del vapor (psi)
;
!resión del agua de enfriamiento (psi)
1&
9emperatura en el 9ope (ZC)
33. $
9emperatura en la @ondo (ZC)
J3. #
9emperatura del vapor (ZC)
J#
Ta>la N ?# uestras de =estilado @ondo
5rad de AlcHl &uestra
Fracci
Destilad
Fnd
J#U
3U
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1.&
J#U
'U
'#.;
1.&
J&U
'U
'#.;
1.&
Destilad /)D4 Fnd /)4
&uestra . /alimentaci
Ta>la N @# =atos de E*uili+rio para el sistema Etanol-5gua. &lar de Etanl Tem7eratura/W4
)/en el líquid4
/en el a7r4
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CONCLUSIONES ") !ara el sistema etanol-agua tra+a/ando a condiciones de 6eflu/o 9otal se determina por el mtodo de c Ca+e9hiele *ue la columna tra+a/a con ' platos teóricos resultado *ue se corro+ora al calcular el n
