destilacion batch_completo.docx

República Bolivariana de Venezuela Ministerio de Educación Superior  Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química aboratorio II de !peraciones "nitarias

DESTILACIÓN BATCH ATMOSFERICA

INTEGRANTES Baptista #na F$ %I$ &'()*'+, Mora Step-an. #$ %I$ &'/*'0,/ Moreno #ndrea %$ %I$&'/'*&1' 2e3a 4o-ana $ %I$ &'1'/,/, M5rida6 +0 de #bril de +,&/

RESUMEN

a destilación batc- es una operación unitaria 7ue consiste en separar6 por trans8erencia de masa masa . calo calor6 r6 las las sust sustan anci cias as de una una mezc mezcla la apro aprove vecc-an ando do la di8er di8eren enci ciaa de volatilidades o puntos de ebullición$ 9sta depende de par:metros como el e7uilibrio li7uido;vapor6 temperatura6 presión6 composición6 energía$ Esta pr:ctica eg a re8lu?o variable6 con el ob?etivo de tener una temperatura en el tope de 1*@%$ Aurante la e
g 3

m

∗s

6 *,/6&'),

g 3

m

∗s

 . +&16''/1

g 3

m

∗s

 por medio de la ecuación de FensCe6 el m5todo de Mc%abe;D-iele a re8lu?o total . el m5todo analítico de la integral respectivamente$ #sí mismo se determinó la masa de residuo en la columna realizando un balance de masa en la columna6 encontrandose un valor de )*&16(1g )*&16(1g . por medio del volumen obtenido en el 8ondo6 la masa de residuo obte obteni nida da 8ue 8ue de **'( **'(g$ g$ Fina Finalm lmen ente te se comp compro robó bó 7ue 7ue a ma.o ma.orr comp compos osic ició iónn del del componente vol:til en el producto de tope6 el número de etapas es ma.or6 lo 7ue implica un ma.or coe8iciente de trans8erencia de masa$

MARCO TEÓRICO as Mezclas introducidas al proceso6 pueden ser de dos o m:s componentes6 . el  proceso puede ser continuo o por carga Batc-G$ a elección del tipo de destilación depender: primordialmente de la capacidad de operación 7ue se re7uiera . de la alimentación a tratar$ H& a destilación es un m5todo para separar los componentes de una soluciónJ depende de la distribución de las sustancias entre una 8ase gaseosa . una lí7uida6 . se aplica a los casos en 7ue todos los componentes est:n presentes en las dos 8ases$ En vez

de introducir una nueva sustancia en la mezcla6 con el 8in de obtener la segunda 8ase como se -ace en la absorción o desorci(n de gasesG la nueva 8ase se crea por  evaporación o condensaci(n a partir de la solución original$ H& En la pr:ctica6 la destilación puede llevarse a cabo según dos m5todos  principales$ El primer m5todo se basa en la producción de vapor mediante la ebullición de la mezcla lí7uida 7ue se desea separar . condensación de los vapores sin permitir 7ue el lí7uido retorne al calderín6 es decir6 no -a. re8lu?o$ El segundo m5todo se basa en el retorno de una parte del condensado a la columna6 en unas condiciones tales 7ue el lí7uido 7ue retorna se pone en íntimo contacto con los vapores 7ue ascienden -acia el condensador$ %ual7uiera de los dos m5todos puede realizarse de 8orma continua o por  cargas$ H+ En algunas plantas pe7ue3as se recuperan productos vol:tiles a partir de una disolución lí7uida por destilación discontinua$ a mezcla se carga en un calderín . se le comunica calor por medio de un serpetín o a trav5s de la pared del recipiente -asta 7ue el lí7uido alcanza la temperatura de ebullición . se vaporiza despu5s una parte de la carga$ En el m5todo m:s sencillo de operación6 los vapores pasan directamente desde el calderín -asta el condensador6 tal como se muestra en la Fig$ &$ El vapor 7ue en un determinado momento sale del calderín est: en e7uilibrio con el lí7uido e
Fig. 1. Aestilación simple en un destilador por cargas$ #nteriormente6 se mencionaba 7ue el progreso de la destilación discontinua se  puede controlar por dos modos b:sicamenteK &$; Reflujo con!"n!e# co$%oici&n 'e 'e!il"'o (")i"*le+ El re8lu?o se 8i?a a un valor predeterminado6 7ue se mantiene durante la operación$ 2uesto 7ue la composición del lí7uido en el depósito varía6 la composición instant:nea del destilado tambi5n cambia$ "na vez 8i?ada la relación de re8lu?o6 la composición del producto de tope puede determinarse en 8unción del residuo$ Si se trata de una mezcla binaria6 la ecuación de SmoCer . Rose Ec$ &G se puede emplear para -allar la relación entre la cantidad de lí7uido inicial oG . 8inal G$ H* . )

Aonde los límites de integración L
Fig. ,. M5todo gr:8ico para operaciones a re8lu?o constante$ H* ,.- Reflujo (")i"*le# co$%oici&n 'e 'e!il"'o con!"n!e+ Si se desea mantener una composición constante en el destilado6 en el caso de una destilación binaria6 la cantidad de re8lu?o 7ue retorna a la columna debe ir  aumentando constantemente6 durante toda la operación$ %on8orme transcurre el tiempo6 el calderín se vacía en 8orma gradual del componente m:s vol:til$ Finalmente6 se llega al punto en el 7ue la relación de re8lu?o alcanza un valor mu. alto$ Entonces6 se cambian los acumuladores6 se reduce el re8lu?o . se toma un corte intermedio6 como antes$ #l trazar el diagrama de Mc%abe;D-iele para este caso 8ig$ *G6 se obtendr:n líneas de operación 7ue parten del mismo punto pero 7ue presentan pendientes distintas6 cumpli5ndose 7ue el número de etapas ideales re7uerido sea el mismo en todo momento  para pasar de
constante6 incrementando el re8lu?o6 con8orme se va -aciendo cada vez m:s diluida la composición del calderín$ Se trazan rectas de operación con pendientes variables O=VG desde la composición del destilado6 . se traza el número apropiado de platos para determinar la composición correspondiente de los productos de cola$ H*

Fig. . M5todo gr:8ico para operaciones a re8lu?o variable$ H* a utilización de la destilación discontinua para el tratamiento de los residuos org:nicos es una pr:ctica internacional en la Industria Farmac5utica . Biotecnológica$ a principal venta?a de este proceso radica en su gran 8le
/ROCEDIMIENTO E0/ERIMENTAL Mediante el siguiente es7uema se describe el procedimiento realizado para llevar a cabo la separación de una mezcla etanol;agua al &, en peso por medio de una destilación  batc-$ %alibrar la balanza Mo-r;Pestp-al utilizando agua como re8erencia Elaborar /,m de solución etanol;agua al &, para calcular el volumen apro
Domar muestras de /,m del producto de tope . tomar el tiempo de recolección . e
DIAGRAMA DEL EUI/O En la siguiente 8igura se muestra el e7uipo empleado para la separación de la muestra de etanol;agua al &,$

Figu)" 2. Aiagrama de 8lu?o del e7uipo de destilación batc-$ AondeK A;&K Re-ervidor  %K %olumna Empacada %;&K %ondensador 2rincipal %;+K %ondensador Secundario %;*K En8riador de 2roducto %>K %-a7ueta de %alentamiento 2K Bomba de #ceite de %alentamiento R%K Resistencias de %alentamiento VRK V:lvula distribuidora de Re8lu?o . 2roducto DBK Dablero de %ontroles 2VK Bomba de Vacío

TABLA DE DATOS E0/ERIMENTALES T"*l" 1. Aatos obtenidos por la e
Diempo D%G segG tope

& + * ) / ( 1 0 ' &, && &+

+,/ +&+ +)0 +)& +*) +)( +/1 +0& **/ *(& *'* ))1

/, /, /, /, /, /, /, /, /, /, /, /,

1* 1* 1* 1* 1* 1* 1* 1/ 1' 0& 0* 0(

Aensidad g=cm*G tope ,60&0+ ,60+,/ ,60+(' ,60+0' ,60+'' ,60*&) ,60*)( ,60*0 ,60/*/ ,60(/) ,600&* ,60'/(

Aensidad g=cm*G de tope acumulado ,60&0+ ,60+)1 ,60+/) ,60+1( ,60+0 ,60+'& ,60+'/ ,60+'( ,60** ,60*(0 ,60))' ,60)1*

Aensidad D %G g=cm*G 8ondo 8ondo 0( ,6'11 0( ,6'11( 0( ,6'00 01 ,6'00* 01 ,6'00( 00 ,6'0' 00 ,6'0'0 0' ,6''& ', ,6''+* '& ,6''* '& ,6'')* '* ,6'''

T"*l" ,. #lgunos valores de densidades . volúmenes obtenidos Aensidad de 8ondo volumen de solución Aensidad de la solución al &,  volumen de sol madre volumen de tope volumen de 8ondo volumen residual Sol$ madre Aensidad Trea de la columna U altura de la columnaG

,6'00' g=cm* /litros ,6'0,) g=cm* 1*, ml (0, ml 0+, ml *),, ml ,60&1' g=cm* ,6,,&'(*/ m+ &60 m+

T"*l" . Aatos densidad de soluciones acuosas de etanol a +/%

 peso de Etanol , / &, &/ +, +/ *, */ ), )/ /, // (, (/ 1, 1/ 0, 0/ ', '/ &,,

Aensidad g=mlG ,6''1,0 ,6'00&1 ,6'0,)* ,6'1**) ,6'((*' ,6'/0'/ ,6'/,(1 ,6')&)( ,6'*&)0 ,6'+,0/ ,6','0/ ,60'0/ ,600('' ,601/+1 ,60(*) ,60/&*) ,60*'&& ,60+(( ,60&*(+ ,61'''& ,610/,(

MUESTRA DE C3LCULO

1.

/")" l" con!)ucci&n 'e l" cu)(" 'e e4uili*)io 'el i!e$" e!"nol-"gu" " l" %)ei&n 'el l"*o)"!o)io 5/6778$$Hg9. Se asumieron valores de N& . N+6 se calculo W& . W+ por Van aar6 de la siguiente maneraK n γ &O #&+X #+&XN+ =N&X#&+Y#+&XN+GG+

&G

n γ +O #+&X N&X#&+=N&X#&+ Y#+&XN+GG+

+G

AondeK  N&O 8racción molar del etano en la 8ase li7uida$ N+O 8racción molar del agua en la 8ase li7uida$ N+O &;N&G 2ara el etanolZaguaK #&+ O &6(1'0 . #+& O ,6'++1$ 2ara N&O , . N+O & de la Dabla ) El resto de los coe8icientes de actividad se calculan de la misma 8orma para cada composición6 estos valores se muestran en la tabla )$ Se asume una temperatura para calcular las presiones parciales de los compuestos por medio de la ecuación de #ntoineK og 2XGO # Z B=DY%G AondeK 2[ O presión de vapor mm>gG DO temperatura en [% 2ara el etanolK # O 06&&++, BO&/'+60() 2ara el aguaK #O06,1&*& BO&1*,6(*,

*G

%O++(6&0) %O+**6)+(

Se calcula la presión total por medio de la siguiente ecuaciónK 2O 2[iXN&Xγ & Y 2[+XN+Xγ +

)G

Si la presión calculada es igual a ((1mm>g la temperatura supuesta es correcta de lo contrario se asume otra temperatura -asta 7ue cierre el tanteo$ Este algoritmo de c:lculo se repite para los di8erentes valores de N& 7ue se encuentran en la tabla )$ 2ara N&O, . N+O& de la tabla )K Se asume DO'(6)[% . se sustitu.e en la ecuación de #ntoineK

El resto de los valores de temperatura se encuentran en la tabla )$

Aespu5s de calcular las temperaturas con sus respectivos valores de N6 se  procede a determinar los valores de 46 estableciendo las ecuaciones de presión parcial  para cada 8aseK Fase li7uidaK 2iO 2[i X Ni X γ i

/G

 Fase vaporK 2i O 4i X 2

(G

En el e7uilibrioK 2[iXNiXγ iO 4iX2

1G 0G

 P i ⋅  X i ⋅ γ  i 

Yi

=

 P 

2ara N&O, se determina su respectivo 4&K El resto de los valores de 4i se calculan de la misma 8orma . se encuentran en la tabla )$ Finalmente con los valores de N . 4 se gra8ican obteni5ndose la curva de e7uilibrio mostrada en la Fig$ ) Ae igual manera con los valores de temperatura . composición se pudo gra8icar obteni5ndose la Fig$ /$

T"*l" 2. Aatos para la construcción de la curva de e7uilibrio N&EtanolG

N+#guaG

W&

W+

.&

D[%G

, ,6& ,6+ ,6* ,6) ,6/ ,6( ,61 ,60 ,6' &

& ,6' ,60 ,61 ,6( ,6/ ,6) ,6* ,6+ ,6& ,

/6*()/ *6&'(1 +6+&,1 &6('', &6),0' &6+*/& &6&+0* &6,(+' &6,+)0 &6,,/( &

& &6,+(/ &6,')/ &6&'*' &6*&'( &6)(01 &6(*') &60*,) +6,),0 +6+('( +6/&(&

, ,6))&, ,6/*(( ,6/0*& ,6(+,' ,6(/'* ,61,*0 ,61/0& ,60++, ,6',&' &6,,,(

'(6) 0*6+& 1'6' 106) 116)/ 1(6(( 1( 1/6/ 1/6& 1)6'/ 1/6,/

2⁰etanol mm>gG &)')6,11 '+,6&(* 0,'6)/& 1(*6,(( 1*)60/+ 1&+6,/0 ('*6)1, (1'6(/' ((06111 (()61*) ((16)+1

T"*l" :. Valores de las constantes de Van aar  %onstante de Van aar 

2⁰agua mm>gG ((16&+' ),*6*,/ */*6,'1 **+6&)+ *&'6)+& *,'6&/0 *,,61'' +')6/') +0'61,0 +0160') +0'6&,+

2t mm>gG ((1 ((1 ((1 ((1 ((1 ((1 ((1 ((1 ((1 ((1 ((1

#&+ #+& Deb etanol Deb agua

&6(1'0 ,6'++1 106*1% &,, %

T"*l" 7. Valores de las constantes de #ntoine %onstantes de #ntoine A B Etanol 06&&++ &/'+60() #gua 06,1&*& &1*,6(*

C ++(6&0) +**6)+(

Fig. :$ %urva de e7uilibrio de la mezcla etanol; agua

Fig. 7$ %urva de temperatura . composición de una mezcla etanol; agua a 2O((1mm>g

,. De!e)$in"ci&n 'e l" co$%oicione 'e lo %)o'uc!o 'e !o%e ; fon'o " %")!i) 'e l" 'eni'"'. %on los datos de la tabla * se realizó la curva  en peso de etanol vs densidad mostrada en la Fig$ (6 a la cual se le realizó una regresión polinómica de segundo orden obteni5ndose la siguiente curva de tendencia con un R +O,6'''K

Fig. 8. %omportamiento de la densidad de una mezcla etanol; agua con respecto al  en  peso de etanol peso O ;1'061*\+ Y '(,6)' \ Z &(+60*

'G

%on esta e
.

/")" e<%)e") l" co$%oicione o*!eni'" en f)"ccione $ol")e

Se trans8ormó la masa en gramos de cada componente agua . etanolG a moles6 . se aplicó la siguiente relaciónK

8racción molar  =

moles del compuesto Fagua o etanolG

 X  =

moles totales

=

moles delcompuesto moles etanol + moles agua

&,G

  B2eso et       2Metanol    B 2eso et &,, ; B 2eso et      +   2Metanol 2Magua    

]  dondeK NO 8racción molar de etanol$ 2Metanol O )( gr=mol 2M>+! O &0 gr=mol 2ara el topeK

Ybmolar  =

 006**+&B        )(g=mol      006**+&B &,, ; 006**+&B  + &0g=mol   )(g=mol

2ara el 8ondoK

       

= ,61)1*

 Xbmolar  =

 &*6&/10B        )(g=mol      &*6&/10B &,, ; &*6&/10B  + )(g=mol &0g=mol  

       

= ,6,//'

as composiciones molares de las otras muestras se encuentran en la tabla 1$ as composiciones molares . en peso del tope acumulado se determinan de la misma 8orma antes descrita . se reportan en la misma tabla

T"*l" 8. Fracciones molares . en e7uilibrio para cada muestra de tope . 8ondo . acumulado de tope$ muestra & + * ) / ( 1 0 ' &, && &+

2.

tope  En peso 006**+& 016/*,0 0/6+/(1 0)6/*+( 0)6&(0& 0*6(&0/ 0+6)**' 0&6&/1* 1/6&,*( 1,6&'/) (*6+0)/ /(61+),

4molar ,61)1* ,61*+0 ,6('*+ ,6(0&& ,6(1/, ,6(((, ,6()1& ,6(+1* ,6/)&, ,6)1'+ ,6),+) ,6**01

Ne7 ,60,1/ ,61'0+ ,611/, ,61(0* ,61(/& ,61(,* ,61/,) ,61),+ ,6('/* ,6((+, ,6(++0 ,6/'(*

tope acumulado  En peso 4molar 006**+& ,61)1* 0(6,)/0 ,61,(1 0/61'/( ,61,+) 0/6,,), ,6(00' 0)60/'+ ,6(0(/ 0)6)/'0 ,6(1'' 0)6*&)& ,6(11) 0)6+11( ,6(1(0 0*6,+0+ ,6(/(/ 0&6(,'' ,6(*)+ 106/,'0 ,6/00, 116/1&& ,6/1)1


Fondo  En peso &*6&/10 &+61'1) (6)/0( (6+1*+ (6,011 /60),, /6*)), )6/'0, *6101* *6*)'1 +6/*)0 +6&0(/

Nmolar ,6,//' ,6,/)+ ,6,+(* ,6,+// ,6,+)1 ,6,+*1 ,6,+&( ,6,&0/ ,6,&/& ,6,&*) ,6,&,& ,6,,01

C=lculo 'e 'el n>$e)o 'e e!"%" !e&)ic" %o) el $?!o'o 'e McC"*e-T@iele. 2ara determinar el número de etapas teóricas por este m5todo se utiliza el diagrama de e7uilibrio etanol;agua$ El número de etapas teóricas viene dado por el número de escalones trazados entre las curvas de e7uilibrio vapor;lí7uido . la línea de operación a re8lu?o total6 mostrado en la Fig$ 1 . a re8lu?o de ,6( en la Fig$ 06 tomando como límites los valores de concentración inicial del destilado . del producto de 8ondo$

4e7 ,6*,)' ,6+'0/ ,6&(0& ,6&(*0 ,6&/'/ ,6&/*1 ,6&)&0 ,6&+*1 ,6&,*) ,6,'++ ,6,1&, ,6,(&0

Fig. . Drazado de Mc %abe D-iele a re8lu?o total de una mezcla etanol;agua

Fig. . Drazado de Mc %abe D-iele a re8lu?o de ,6( de una mezcla etanol;agua

3.

C=lculo 'el n>$e)o 'e e!"%" !e&)ic" %o) l" ecu"ci&n 'e Fene. a ecuación de FensCe esK   logF  Q + & =

NdF& − NbG NbF& − NdG logVm

&&G

G

 dondeK   Y & O [ de Etapas Deóricas Nd6 Nb O Fracciones molares en destilado . 8ondo respectivamente$ VmO volatilidad relativa promedio entre las condiciones de vapor . de 8ondo$ a volatilidad relativa promedio se calcula por medio de la siguiente ecuaciónK Vm =

α T 

Xα  F 

&+G Aonde ^D . ^F son la volatilidad relativa del destilado . del 8ondo respectivamente6 cu.os valores se determinan con la ecuaciónK .X α =

F& − .X G <

=

.X F& − < G < F& − .X G

&− <

&*G Aonde6 4X . NX son las composiciones molares al e7uilibrio del vapor . el li7uido respectivamente6 las cuales se determinan en la Fig$ )$ 2ara ello se -izo una regresión polinómica de grado ( . se -allo la siguiente ecuación con un R_ O ,6'''K 4 O ;*+6'/0<( Y &&)6(+
&)G

donde 4 seria la composición del tope . N la composición del producto del 8ondo$ %on los datos de la composición del tope acumulado . los productos de 8ondo se sustitu.en en la ecuación &) . se determina su respectivo valor al e7uilibrio6 . estos datos son reportados en la tabla 1 uego se calcula el al8a de tope acumulado . al8a de 8ondo a trav5s de la ecuación &*6 para luego calcular la volatilidad relativa promedio con la ecuación &+ .  por ultimo sustituir en la ecuación && . encontrar para cada muestra el numero de etapas6 las cuales se promedian . todos estos resultados 8ueron reportados en la tabla 0$

T"*l" . Resultados obtenidos a trav5s de la ecuación de FensCe n de muestra & + * ) / ( 1 0 ' &, && &+

4.

al8a tope acumulado 16/01/ (6/),1 (6))'* (6&01* (6&)*, (6,+0* /6'',, /6'1'1 /6(0/0 /6))*, /6+)+0 /6+0+(

al8a 8ondo 16)&,+ 16)&'1 16)'+, 16)'++ 16)'+) 16)'+/ 16)'+' 16)')& 16)'0& 16/,+0 16/+&+ 16/*(*

al8a prom 16)'0* (6'((* (6'/&& (60,0( (610)+ (61+,1 (6('') (6(')+ (6/+') (6*',) (6+1'/ (6*,'( N1

Y& &6')&) &6'+/0 +6*,(+ +6*&)+ +6*+'* +6*)1' +6*'/) +6)10& +6/1,+ +6(&(& +6('&/ +6*/(, ,#:7

C=lculo 'e 'el nu$e)o 'e e!"%" !e&)ic" %o) el $?!o'o 'e l" in!eg)"l.  

&/G  X d 

 N  =

dX 

∫ F X  − X  G ∗

 X b

AondeK NXO composición del li7uido 7ue estaría en e7uilibrio con un vapor de composición N composición molar del topeG$  N bO composición del 8ondo$ Nd O composición del destilado$ a integral se resuelve por el m5todo de Simpson6 el cual es un m5todo gra8ico de resolución de integrales$ En la tabla ' se muestra la resolución de la integral por este m5todo desde Nb -asta Nd$

T"*l" . Resultados obtenidos a trav5s del m5todo de la integral N

4 e7

,61)1* ,61&/* ,6(0*+ ,6(/&+ ,6(&'& ,6/01& ,6///, ,6/+*, ,6)',' ,6)/00 ,6)+(0 ,6*')1 ,6*(+1 ,6**,( ,6+'0( ,6+((/ ,6+*)/ ,6+,+) ,6&1,* ,6&*0* ,6&,(+ ,6,1)+ ,6,)+& ,6,&,&

,60,1/ ,6101( ,61('/ ,61/+/ ,61*(, ,61&'/ ,61,+1 ,6(0/( ,6((0* ,6(/&& ,6(*)( ,6(&'* ,6(,// ,6/'*) ,6/0*, ,6/1*( ,6/(*( ,6//,/ ,6/*,1 ,6)'00 ,6))11 ,6*(10 ,6+)1+ ,6,1&,

delta N #G ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+& ;,6,*+&

&=N; 4G BG ;&(6(&/0 ;&*60+(& ;&&6/00( ;'60((, ;06//)( ;16//&& ;(611&, ;(6&)'/ ;/6(*1' ;/6+,,) ;)60&&+ ;)6)/*( ;)6&&0' ;*60,/, ;*6/&/+ ;*6+/(( ;*6,*0) ;+601+* ;+611)1 ;+611*/ ;+6'+00 ;*6),/1 ;)601/+ ;&(6),'+

2rom

#GXBG

;&/6++,' ;&+61,1) ;&,61+1* ;'6+&,* ;06,/+0 ;16&(&& ;(6)(,* ;/60'*1 ;/6)&'+ ;/6,,/0 ;)6(*+) ;)6+0(+ ;*6'(&' ;*6((,& ;*6*0/' ;*6&)1/ ;+6'//) ;+60+*/ ;+611)& ;+60/&& ;*6&(1+ ;)6&),) ;&,6()++ N

,6)01' ,6),1* ,6*)*' ,6+'/+ ,6+/0& ,6++'( ,6+,1& ,6&00' ,6&1*1 ,6&(,/ ,6&)0/ ,6&*1) ,6&+1, ,6&&1* ,6&,0/ ,6&,,' ,6,')1 ,6,',/ ,6,00' ,6,'&) ,6&,&/ ,6&*+1 ,6*)&& 2#2,

T"*l" 1. Resultados del numero de etapas a trav5s de di8erentes m5todos$ M5todo Mc %abe   etapasG 1 5.

FensCe *

integral /

C"lculo 'el coeficien!e 'e !)"nfe)enci" 'e $"" %")" c"'" $?!o'o %on los datos de volumen de cada muestra de tope . el tiempo6 se calcula el caudal   Q =

V  t 

&(G

en donde K Q O %audal ml=sG V O Volumen de muestra mlG$ t O Diempo de recolección sG$

2ara cada muestra los resultados de caudal son reportados en la tabla &&

T"*l"11$ Valores de caudal para cada muestra de tope n de muestra

v mlG tope

tiempo segG

Q ml=segG

& + * ) / ( 1 0 ' &, && &+

/, /, /, /, /, /, /, /, /, /, /, /,

+,/ +&+ +)0 +)& +*) +)( +/1 +0& **/ *(& *'* ))1

,6+)*' ,6+*/0 ,6+,&( ,6+,1/ ,6+&*1 ,6+,** ,6&')( ,6&11' ,6&)'* ,6&*0/ ,6&+1+ ,6&&&'

Aeterminación del :rea transversal de la columnaK  

 AT 

=

π  X D

&1G

+

)

Aeterminación del 8lu?o molar del destilado por unidad de :reaK  

 L =

Q L ⋅ ρ  D  AT 

QO caudal de lí7uido ml=sG$ #DO :rea transversal de la columna m +G$ \AO densidad del destilado g=mlG$ O Flu?o molar del destilado por unidad de :rea mol=sXm+G El coe8iciente de trans8erencia molar se calcula por la 8ormulaK

&0G

 

&'G

AondeK  O úmero de unidades trans8erencia$ UO #ltura de la columna empacada$ En la tabla &+ se reportan todos los resultados obtenidos por cada m5todo$

T"*l" 1,. Resultados del coe8iciente de trans8erencia de masa para cada m5todo

$ue!)"  gr=m+Xseg G 1 &,&6(*/* , '06///1  0)6',() 2 016/0*' : ',6*&+1 7 0(6,(+/ 8 0+6('(,  1/6')&&  ()6010& 1 (&6,))0 11 /16&,)/ 1, /&6,+,( <" 6.

Mc C"*e " R6.7 
Mc C"*e " R!o!"l Kxa (gr/m^3*se g)  

282,3204

 

273,7659

 

235,8511

 

243,2886

 

250,8687

 

239,0625

 

229,7110

 

210,9475

 

180,2168

 

169,5689

 

158,6236

   

141,7239 217,9957

Fene

in!eg)"l


+0+6*+,) +1*61(/' +*/60/&& +)*6+00( +/,60(01 +*'6,(+/ ++'61&&, +&,6')1/ &0,6+&(0 &('6/(0' &/06(+*( &)&61+*' ,18#:8

M"" )ei'u"l en el )e@e)(i'o)    

/o) *"l"nce 'e $""

Masa alimentadaOmasa de 8ondo Y masa de tope Y masa residual Masa residualO masa alimentada Z masa de 8ondo Z masa de tope Masa residualO /,,,ml < ,6'0,) g=ml Z 0+,ml < ,6'00' g=ml Z (0,ml < ,60)1* gr=ml Masa residualO*/&)6'*0 gr     

/o) el $?!o'o 'e S$oe)-Roe

FK moles iniciales de la mezcla en el re-ervidor   bK moles 8inales de la mezcla en el re-ervidor 

NdK 8racción molar de etanol en el 8ondo NboK 8racción molar inicial de etanol en el re-ervidor  Nb8K 8racción molar 8inal de etanol en el re-ervidor  2ara calcular F F O /,,, m < ,6'0,) g=m O )',+ g

2ara Nbo se tiene 7ueK ρM"ESDR# O

,6'0,) g=m

&,en peso de etanol . ', en peso aguaG

Masa de etanolO,6&, < )',+grO)',6+gr  Moles de etanolO)',6+gr < &mol=)(6,(0grO&,6()mol Masa de aguaO,6' < )',+grO))&&60gr  Moles de aguaO))&&60gr < &mol=&0grO+)/6&mol

0*oO,6,)&(,11++

F$oleO &,6()molY+)/6&molO+//61)mol

NetanolO,6,)&(O Nbo Nagua O,6'/0) Nb8 O ,6,,01 ,6,11/ Aespe?ando b  bO+*(6((moles masa residualO +*(6((mol < ,6,,01G < )(6,(0gr=mol Y +*(6((moles < &;,6,,01GG < &0gr=mol masa residualO)*&16(1 gr 

   

/o) el (olu$en 'e )ei'uo

masa residualO *),,ml < ,6'''gr=mlO **'(gr 

DISCUSION DE RESULTADOS a destilación Batc- se utiliza cuando la composición de las sustancias a separar  varía sobre un amplio rango6 generalmente se usa este tipo de operación a escala de laboratorio6 se emplea tambi5n cuando se busca un producto de alta pureza o ba?a cantidad del mismo$ 2ara nuestro caso especí8ico6 para separar una mezcla de etanol; agua6 con una concentración de &, de etanol6 una densidad de ,6'0,)gr=ml . una relación de re8lu?o de ,6($ Aurante la separación de esta muestra binaria se obtuvieron los datos reportados en la Dabla &&6 en dic-os datos se observa 7ue a medida 7ue avanza la destilación se re7uiere de ma.or tiempo para recolectar los /,ml de muestra de tope6 esto se debe a 7ue durante el progreso de la destilación cada vez se tiene menos etanol6 es decir6 va disminu.endo la cantidad del compuesto m:s vol:til en la mezcla inicial . consecuente con esto se produce un incremento en la temperatura de 8ondo . tope6 debido a 7ue  proceso re7uiere de ma.or temperatura para volatilizar el alco-ol restante en la mezcla6 impidiendo 7ue se arrastre agua consigo6 tal comportamiento se muestra en la Fig ($ 2ara determinar el número de etapas se emplearon varios m5todos6 entre ellos el m5todo gr:8ico de Mc %abe D-iele6 el cual esta mostrado en la Fig$ 0 . '6 en la primera a re8lu?o total . en la segundo con un re8lu?o de ,$($ En 5ste m5todo se asume 7ue los 8lu?os molares de vapor . de lí7uido son pr:cticamente constantes en cada una de las secciones de la columna . las líneas de operación son rectas$ Este resultado proviene de los calores molares de vaporización son apro
7ue muestran es decreciente6 esto se debe a 7ue el lí7uido se empobrece en el compuesto m:s vol:til lo 7ue conlleva a una menor trans8erencia de masa en las 8ases en e7uilibrio6 siendo los resultados obtenidos para Mc %abe D-iele . el m5todo analítico de Ra.leig- son los 7ue se aseme?an m:s6 por lo 7ue se considere 7ue el 
CONCLUSIONES Se determinó el número de etapas teóricas para una separación de una mezcla etanol;agua por destilación bact- resultando de / . 1 etapas por el m5todo de Mc %abe D-iele a re8lu?o total . a ,$( de re8lu?o respectivamente6 * etapas por el m5todo de FensCe . / etapas por el m5todo analítico de Ra.leig-$ •

Se -alló el coe8iciente de trans8erencia de masa 
•

Se calculó la masa residual en el re-ervidor por medio de varios m5todos6 entre ellos la Ecuación de SmoCer;Rose6 Balance de Materia . por medición del Volumen FinalJ dando como resultado )*&1$(1gr6 */&)$'*0gr . **'(gr  respectivamente$

•

a destilación batc- permite la e8iciente separación del sistema etanol;agua6 oteniendose resultados aceptables

RECOMENDACIONES •

!perar la unidad a re8lu?o total . esperar a 7ue se estabilice la temperatura en el e7uipo de destilación antes de cambiar la proporción de re8lu?o . de iniciar el  proceso de recolección de muestras de destilado . de residuo$

•

%errar -erm5ticamente la tapa de alimentación para evitar 8ugas por evaporación del etanol$

•

%alibrar adecuadamente la balanza de Mo-r;Pesp-al$

•

2ara garantizar composiciones de e7uilibrio6 tomar las muestras de producto . 8ondo sólo cuando la temperatura se -a estabilizado$

•

Ae?ar en8riar las muestras antes de determinar su densidad6 .a 7ue al estar  calientes se tienen errores$

•

#l de?ar en8riar las muestras tapar el recipiente en el 7ue est:n contenidas para evitar la volatilización del etanol$

REFERENCIAS BIBLIOGR3FICAS. H& Mc%abe P$ L!peraciones "nitarias en Ingeniería Química$ %uarta Edición$ %ompa3ía Editorial Mc`ra;>ill Interamericana S$#$ M5ispano #mericana6 S$#$ #rgentina &'1*G$ 2:g$ +&0 . ss$ H* !con $ . Do?o `$ L2roblemas de Ingeniería Química$ 2rimera edición$ %ompa3ía Editorial #guilar$ Espa3a &'0,G$ 2:g$ &+( . ss$ H) 2err.6 R$ 4 `reen6 A$ +,,&G LManual del Ingeniero Químico$ S5ptima Edición$ Volumen II$ Editorial Mc `ra >ill$ Espa3a$ 2:g$ *&/ . ss$ H/ #costa6 $ Rese3a de #plicación de agentes separadores -eterog5neos a la destilación azeotrópica -ttpK==$redal.c$org=pd8=&0&(=&0&(+,/0&,&+$pd8 E