DESTILACION SIMPLE
I.
INTRODUCCION En la destilación se separa una mezcla de sustancias, en base a la diferencia entre sus puntos de ebullición, que es la máxima temperatura en que una sustancia se mantiene líquida, entre más grande sea la diferencia entre los puntos de ebullición de las sustancias que componen la mezcla a destilar, más fácil será separarlos. El punto de ebullición depende de factores como el tamaño de la molécula, si es un líquido asociado (forma puentes puentes de de hidrogeno) o no
y de las fuerzas
intermoleculares. Aunque el método de destilación más importante es el de rectificación, la destilación simple tiene numerosas aplicaciones. En esencia, consiste en la vaporación parcial del líquido con producción de una cantidad de vapor, más rica en componentes volátiles que el líquido inicial, y un residuo líquido más concentrado en los componentes menos volátiles. Los procesos de destilación simple pueden llevarse a cabo de dos modos distintos, dependiendo de que sea un proceso continuo o discontinuo. En el primer caso, el líquido de una composición definida se lleva a una temperatura constante hasta el establecimiento del equilibrio. Las fracciones líquidas y vapor que resultan son, asimismo, extraídas continuamente del sistema. Tal proceso continuo denomina destilación de equilibrio.
La destilación simple también puede llevarse a cabo como una operación intermitente, caso en el que el líquido se carga en el calderín y luego se realiza la destilación, sin alimentar más líquido, retirando continuamente el vapor producido. Esta última operación se denomina destilación intermitente.
II. OBJETIVO
Verificar el cumplimento de la ecuación de Rayleigh para la destilación simple, abierta y diferencial del sistema etanol-agua.
III. RESULTADOS Y DISCUCIONES Se tomaron los cuatros resultados de la experiencia que se realizó en el laboratorio, se hizo uso de una solución de alcohol con agua en diferentes proporciones para los cuatros grupos. A continuación se muestra los datos obtenidos y la determinación de las densidades.
Tabla 1. Datos tomados en la experiencia para determinar las densidades. CONCENTRACIÓN GRUPO Agua Alcohol
Wi (g)
Wf (g)
T.Ebulli. (°C) (g/ml)
(g/ml)
1
225
25
232
208
85.1
0.9756
0.9808
2
400
100
406.9
296.9
86.1
0.9656
0.9876
3
320
80
371.8
294
85.3
0.97612
0.984
4
300
100
370.5
275.5
85.5
0.96959
0.9863
En la tablas 1, se puede apreciar el cambio de densidad del líquido, esto se debe al cambio de su composición, los cuales tienen una relación inversamente proporcional, debido a las diferencia de densidades de los fluidos mezclados.
Según
Aleman,J.(1988) la densidad del etanol es de 0.789 g/cm 3 y del agua es
de 0.998 g/cm 3, lo cual explica el comportamiento de la curva donde a medida que la fracción de aguas es cero, la densidad del fluido es muy cercana a 0.998; caso contrario cuando la fracción molar del alcohol tiende a uno, la densidad tiende a ser 0.789.
El alcohol es un líquido volátil, pero también hay agua, que también es un líquido, produciendo que la mezcla comience a hervir a una temperatura intermedia entre los puntos de ebullición de los dos componentes.( McCabe
W.et al, 1991)
Como se aprecia en la tabla las temperaturas de ebullición oscilan entre 85 -86 °C, pero también sabemos que la temperatura de ebullición del agua es 100°C, y no es mucha la diferencia, motivo por el cual en esta solución se producen ciertos vapores con ambas sustancias aunque en diferentes concentraciones..
Ibarz y Barboza (2005). En todo proceso de destilación el vapor que se forma en el calderín es más rico en el componente más volátil que el líquido que queda en el.
1
Si bien nos indica en la Tabla 1, la densidad va aumentando debido a que conforme va avanzando al destilación, se va alcanzando el punto de ebullición del componente menos volátil y se va agotando el componente menos volátil; es por ello que la densidad aumenta conforme va avanza el tiempo de destilación.
Tabla 2. Datos de fracciones molares, moles totales y volatilidad relativa, obtenidas experimentalmente.
GRUPO 1 2 3 4
FRACCION MOLAR
L
α
(volatilidad relativa)
Xo
Xf
Lo
Lf
Sol. Analítica
Sol. Gráfica
0.06922 0.099322 0.06752 0.076838
0.050702 0.025043 0.039455 0.017072
11.63598 19.58036 18.69229 18.38575
10.71079 15.87597 15.38884 14.90961
6.2418310 12.167017 4.4395931 11.671534
4.45935 4.809692 4.852647 5.43368
En la tabla 2, se puede observar a medida que ha ido aumentando la temperatura de ebullición, las fracciones molares, han disminuido. Ibarz (2005) menciona la volatilidad relativa varía con la temperatura, de forma que al disminuir ésta, aquella crece. La determinación de la volatilidad gráficamente efectivamente aumenta.
Según
Geankoplis (1998), haciendo una analogía con la curva de burbuja, en
donde a medida que aumenta la fracción del componente más volátil, disminuye la temperatura de ebullición de la mezcla. Interpretando lo mencionado se dice que el volumen acumulado(destilado), es más rico en la sustancia menos volátil, y por ende el líquido contendido en el balón de destilado es más rico en agua, por eso a medida que aumenta el volumen acumulado se necesita más calor para ebullir una solución que contiene cada vez más agua. Entonces a medida que el volumen de destilado aumenta en una destilación simple, la temperatura de ebullición aumenta.
Márquez (S.A.), dice que si la diferencia entre las temperaturas de ebullición o volatilidad de las sustancias es grande, se puede realizar fácilmente la separación completa en una sola destilación, sin embargo, en ocasiones los puntos de ebullición de todos o algunos de los componentes de una mezcla difieren en poco entre sí por lo que no es posible obtener la separación
2
completa en una sola operación de destilación por lo que se suele realizar dos o más.
Tabla 3. Datos tomados en la experiencia para determinar las densidades. GRUPO 1 2 3 4
AREA Solución Analítica Solución Gráfica 0.08285 0.0646 0.20972 0.2616 0.194469 0.1021 0.20957 0.2624
La ecuación de Rayleigh-Jeans, dice que el área encerrada debe ser igual a la expresión: ln(lo/li). (King,1998)
Al observar la tabla 3, hay una comparación de áreas en cuanto a solución analítica y gráficamente.es notorio que existe diferencia mínima por lo que concluimos que la cita de King es veraz, existiendo una pequeña variación de resultados.
IV. CONCLUSIONES
Se logró verificar el comportamiento de la temperatura de destilación y la densidad frente a la fracción de destilado, lo cual iba disminuyendo el componente más volátil, dándonos cuenta que la densidad aumenta al igual que la temperatura.
V. RECOMENDACIONES
Para esta práctica se recomiendo no olvidar abrir el sistema de enfriamiento, ya que si olvidan abrirlo el sistema de destilación podría explotar debido a las altas temperaturas alas que se le somete.
Hay que probar si el sistema de enfriamiento sirve correctamente antes de iniciar con la destilación, procurar que no haya fugas en las mangueras.
3
VI. REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS
I barz A. (2005). Operaciones unitarias en la ingeniería de alimentos. Ediciones Mundiprensa.
Geankopl is, C.J.(1988). Procesos de transporte y operaciones unitarias. Mexico: Continental S.A.
Ki ng Judson(1988). Procesos de Separación. REPLA, México
M ar qué z. R.(S.A). La destilación. Revista centro nacional de investigación y desarrollo tecnológico.
VII. ANEXOS Tabla 3. Datos para construir la grafica (1/y-x) vs X
x 1.9 7.21 9.66 12.38 16.61 23.37 26.08 32.73 39.65 50.79 51.98 57.32 67.63 74.72 89.43
y
1/y-x
17 38.91 43.75 47.04 50.89 54.45 55.8 58.26 61.22 65.64 65.99 68.41 73.85 78.15 89.43
0.06622517 0.03154574 0.02933412 0.0288517 0.02917153 0.03217503 0.03364738 0.0391696 0.04636069 0.06734007 0.07137759 0.09017133 0.1607717 0.29154519
4
ETANOL - AGUA 0.35 0.3 0.25
x y / 1
0.2 0.15 0.1 0.05 0 0
10
5.07
20
30
40
50
60
70
80
x
6.79
. Grafica de equilibrio para X0=5.07 y Xf = 6.79 Grafi ca 1
ETANOL -AGUA 0.35 0.3 0.25 x y / 1
0.2 0.15 0.1 0.05 0 0
Xf = 2.5
20
Xo= 10.04
40
60
80
100
X
. Grafica de equilibrio para fracción molar inicial(X0=0.1004) y fracción Grafi ca 2 molar final (0.025)
5
ETANOL - AGUA 0.35 0.3 0.25 x y / 1
0.2 0.15 0.1 0.05 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
x
3.95 6.75
. Grafica de equilibrio para fracción molar inicial(X0=0.0675) y Grafi ca 3 fracción molar final (0.039)
ETANOL - AGUA 0.35 0.3 0.25 x y / 1
0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 1.71
10 7.78
20
30
40 x
50
60
70
80
. Grafica de equilibrio para fracción molar inicial(X0=0.0778) y fracción Grafi ca 4 molar final (0.017)
6
