INFORME DELA PRÁCTICA DE LA PLANTA DE ALCOHOL ÍNDICE CONTENIDO Pág. RESUMEN 03 INTRODUCCIÓN 04 OBJETIVOS 05 FUNDAMENTO TEÓRICO 05 -28 MATERIALES Y MÉTODOS 28 -29 CÁLCULOS Y RESULTADOS 29 - 41 CONCLUSIÓN 42 RECOMENDACIÓN 43 BIBLIOGRAFÍA 44 ANEXO 45
RESUMEN El presente informe de Práctica Pre-profesional desarrollado en la Planta Piloto de la Facultad de Ingeniería Química, se ejecutó en dos modalidades: teóricas y prácticas, iniciándose con seminarios y entrega de materiales de lectura como apoyo a cada práctica que se realizó, dando a conocer al estudiante sobre los diferentes procesos y operaciones que sucede en la práctica desarrollada, donde las inquietud del estudiante ha sido resuelta por el expositor. Donde el estudiante puso en práctica todos sus conocimientos y principios obtenidos en el desarrollo de la carrera de Ingeniería Química como los cursos de: Transferencia de Calor, Transferencia de Masa, Balance de Materia y Energía, Mecánica de Fluidos, Operaciones de Ingeniería Química, Termodinámica, entre otros, el cual nos sirvió como base para calcular y conocer el Balance de Materia y Energía y el Rendimiento en cada etapa del desarrollo de proceso. Durante las prácticas pude realizar el reconocimiento de los equipos, del proceso de obtención del producto y las técnicas de mantenimiento de dichos equipos.
El presente informe esta desarrollado en capítulos, el cual ayudará a entender mejor cada una de las prácticas desarrolladas. En este informe se presentan también los resultados del balance de materia y energía la característica técnica del caldero, en el proceso de obtención de Alcohol y demás actividades durante el periodo de entrenamiento.
El presente informe esta desarrollado en capítulos, el cual ayudara a entender mejor la práctica desarrollada. INTRODUCCIÓN La facultad de Ingeniería Química cuenta dentro de la institución con plantas pilotos tales como azúcar y de cerveza y de alcohol. Estas plantas complementan los conocimientos que se adquieren en las aulas con la parte práctica y así formarnos profesionalmente. Las materias aprendidas como Balance de Materia y Energía, Mecánica de Fluidos, Procesos unitarios y los cursos de ingeniería de procesos. Con respecto a la producción de Alcohol, luego de obtener el mosto se procederá a obtener, el producto realizando todos los procedimientos y pasos a seguir en sus equipos hasta su obtención final I. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVOS GENERALES * Conocer in situ el Proceso y Operación de obtención de alcohol y sub productos a partir de la caña de azúcar y melaza con la tecnología y el proceso de destilación en la planta piloto de la Facultad de Ingeniería Química. 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS * Realizar y describir el reconocimiento de cada una de las áreas que intervienen en la obtención de alcohol en la planta piloto tales como: área de proceso, Control de Calidad, , así como informarse de las funciones que cumplen cada una de ellas. * Instruir y familiarizar al practicante en el manejo y uso de diferentes equipos industriales, propios del área de trabajo. * Dar oportunidad al practicante para adquirir mayores destrezas y habilidades con referencia a nuestra carrera profesional. * Incrementar y contrastar el aprendizaje adquiridos en nuestro centro de estudio con las operaciones unitarias realizadas en la planta Piloto de alcohol, proporcionando al estudiante una mejor visión de su carrera, que lo ayudara a fortalecer tanto su formación personal como profesional. * Familiarizarse con la idiosincrasia del personal que labora en la empresa, intercambiar ideas y tratar en lo posible de dar solución a las dudas o inquietudes que se les presenten. II. FUNDAMENTO TEÓRICO. 3.3. DESTILACIÓN. La destilación es una operación en la cual una mezcla de dos o más sustancias
son separadas mediante la evaporación de una parte de la mezcla seguida de la condensación del vapor obtenido, en dos o más fracciones diferentes, entre los intervalos de temperatura en que fueron destilados. Cuando una mezcla es sometida a un proceso de destilación, por su calentamiento sucede la emisión de vapores, cuya composición difiere en la mezcla y, a medida que la temperatura se eleva, la tensión de los vapores aumenta y, cuando la tensión iguala o supera a la presión atmosférica reinante, la mezcla entra en ebullición. Por la evaporación de la parte de la mezcla, el vapor resultante contendrá los líquidos en proporciones diversas, obviamente, en mayor proporción el líquido mas volátil, esto es, aquel cuya tensión es superior al de los otros componentes. La destilación es función de la tensión resultante de la solubilidad recíproca de los diversos componentes de la mezcla. El estudio de los fenómenos que ocurren durante el proceso de destilación, exige un conocimiento de las leyes que gobiernan la física – química. Mientras tanto comprendido el principio fundamental, y para atender las finalidades para las cuales fueron hechas éstas notas, bastan las nociones generales descritas a seguir, sobre el comportamiento de las mezclas. Considerándose una mezcla hidro - alcohólica, donde “P” representa la cantidad de alcohol y “Q” la cantidad de agua, y, “p” y “q” respectivamente las cantidades de alcohol y agua en el destilado, de manera general se tiene que: PQ = pq La temperatura en que la mezcla entra en ebullición a presión normal, (760 mm de mercurio), se llama punto de ebullición. El punto de ebullición de una mezcla es, por lo tanto, la temperatura en la cual la tensión de los vapores formados está en equilibrio con la presión atmosférica. Para cada liquido, ésta temperatura de ebullición es invariable, y cualquiera que sea la fuente de calor, ésta temperatura permanece constante, desde que la presión también permanezca constante. 3.4. PROCESO DE DESTILACIÓN El jugo fermentado con una concentración de 10,5-12% de etanol y 5,5-7,5 °BRIX es bombeado continuamente a los tubos del deflegmador pre calentador.- este equipo junto a los demás condensadores que se encuentran en la misma línea es un intercambiador de calor por tubos de disposición vertical, cilíndrica, con tubos hechos completamente de cobre y con cabezales soldados en las paredes del cilindro. El vapor ingresa por el casco y por los tubos el mosto al ser calentado. El mosto calentado ingresa por el plato superior de la primera columna de destilación (agotamiento).- esta columna consta de 13 platos cada plato tiene 2 borboteadores de cobre entre cada dos platos adyacentes hay una abertura de limpieza y dos
mirillas e inspección e eliminación, con las boquillas necesarias y entre ellos cuatro grifos como muestras con los cuales es posible tomar muestras de fases de líquidos de los platos 1, 3, 5 y 13 como producto de fondo de la columna, la binada conducida a una de las cubas de fermentación bacía el agua del lutter procedente de la segunda columna de función similar.- la segunda columna consta de 18 platos y no lleva incorporado abertura de limpieza entre los platos, ya que la fase liquida es extensa de contaminaciones sólidas. La calefacción de ambas columnas tiene lugar por vía directa por vapor cuya presión se mide mediante un manómetro manual. Los vapores de la segunda columna se condensan parcialmente en el deflegmador, este primer reflujo contiene menos alcohol que el vapor de modo que su regreso se conduce al plato 13 , a través del rotámetro medidor los vapores restantes pasan al condensador total cuya superficie es de 2 mt2.- una parte de la precipitación hace pasar por el rota metro medidor en forma de flujo al plato superior, mientras que la parte restante prosigue su trayecto como producto final, llegando al enfriador de condensación y después de pasar la probeta se conduce calentador.- este equipo junto a los demás condensadores que se encuentran en la misma línea es un intercambiador de calor por tubos de disposición vertical, cilíndrica, con tubos hechos completamente de cobre y con cabezales soldados en las paredes del cilindro. El vapor ingresa por el casco y por los tubos el mosto al ser calentado. El mosto calentado ingresa por el plato superior de la primera columna de destilación (agotamiento).- esta columna consta de 13 platos cada plato tiene 2 borboteadores de cobre entre cada dos platos adyacentes hay una abertura de limpieza y dos mirillas e inspección e eliminación, con las boquillas necesarias y entre ellos cuatro grifos como muestras con los cuales es posible tomar muestras de fases de líquidos de los platos 1, 3, 5 y 13 como producto de fondo de la columna, la binada conducida a una de las cubas de fermentación bacía el agua del lutter procedente de la segunda columna de función similar.- la segunda columna consta de 18 platos y no lleva incorporado abertura de limpieza entre los platos, ya que la fase liquida es extensa de contaminaciones sólidas. La calefacción de ambas columnas tiene lugar por vía directa por vapor cuya presión se mide mediante un manómetro manual. Los vapores de la segunda columna se condensan parcialmente en el deflegmador, este primer reflujo contiene menos alcohol que el vapor de modo que su regreso se conduce al plato 13 , a través del rotámetro medidor los vapores restantes pasan al condensador total cuya superficie es de 2 mt2.- una parte de la precipitación hace pasar por el rota metro medidor en forma de flujo al plato superior, mientras que la parte restante prosigue su trayecto como producto final, llegando al enfriador de condensación y después de pasar la probeta se conduce como producto a los depósitos.
2.2.1. PASOS QUE SE SIGUEN PARA EL PROCESO DE OBTENCIÓN DEL
ALCOHOL a.- Pesado de la caña.- la caña que ingresa a la fabrica debe ser pesada en una balanza de 500 a 1000 Kg. de capacidad. b.-Lavado de caña.- Una vez pesada la caña debe ser en lavado para eliminar las impurezas adheridazas, las cuales influyen negativamente en los GRADOS BRIX del jugo de caña. c.-Molienda.- Se realiza en trapiche de 1000 L / h de capacidad. Pesada la caña se extrae el jugo la que es tamizada con la finalidad de retener los dolidos no disueltos luego es depositado en la tina de fermentación. d.-Fermentación.- Al jugo depositados en las cubas de fermentación se agrega levadura en una cantidad aproximada de 0.3% en volumen de mosto o jugo obtenido. El contenido de alcohol del mosto fermentado se determina con el alcoholímetro, Para lograr la concentración óptima de alcohol en el flujo fermentado se deben realizar controles permanentes como son: pH, °Brix, Temperatura, estos controles se efectúan con el fin de realizar los ajustes necesarios. 2.2.2 CICLOS DE FERMENTACIÓN. El fermento a de contener en primer lugar fuente de carbón, dicha fuente recibe generalmente en la glucosa, fructuosa, sacarosa o maltosa obtenida por previa hidrólisis o bien contenida por la materia prima a ser usado. No obstante, no se debe dejar fuera de atención la concentración de dicha sustancias en la solución nutritiva, es importante su concentración ya que la solución de azúcar demasiada concentrada, las células del fermento puede sufrir plasmólisis y parecer. Además del hidrato de carbono, el fermento como todo organismo vivo, requiere también fuente e nitrógeno (el hidrato de carbono es también fuente de C, O y H) como fuente de nitrógeno se utilizan generalmente los productos de descomposición de proteínas o simples aminoácidos, no obstante muchas especies de fermento son capaces de cubrir su consumo de N, de sales de amoniaco. Además de los elementos fundamentales enumerados, el fermento requiere también otras sustancias (K, Na, Cu, Mg, S, P, Cl, Sales, Biomateriales, etc.) estas sustancias se requieren en cantidades tan pequeñas que tal requisito se considera satisfecho por la materia prima natural. Es importante sin embargo que la solución a ser fermentado contenga fosfato inorgánico. Esto es necesario ya que cierta parte de la energía en la célula se une un grupo mas de fosfato produciéndose el ATP (Adenosina trifosfato). Si la solución nutritiva preparada según los aspectos ante dicho se injerta con fermento y no se le ventila, se producirá un proceso anaeróbico de producción de
energía y se denomina fermentación. La fermentación es por lo tanto una reacción compuesta por varias etapas, cada una de los cuales es canalizada por algunas de las enzimas del fermento. La totalidad de tal procedimiento se denomina sistema enzimático de simaza. A fin de dicha reacción transcurra con el mejor rendimiento hay que asegurar para los fermentos. (Es decir, para sus enzimas que catalizan el proceso) las circunstancias optimas. El pH de la solución de debe mantener a un valor débilmente ácido (4,5-5,5) por medio de ácidos sulfúricos, o bien, NH4OH (en interés de impedir la contaminación de bacterias). La temperatura optima esta alrededor de 30 0C. Dado que la fermentación es una reacción exotérmica y en interés de mantener dicha temperatura al usar grandes cubas de fermentación, es indispensable asegurar la constante refrigeración del sistema. Teniendo en cuenta que el alcohol producido es agente desinfectante. Las funciones vitales del fermento se vuelven cada vez más lentas con el progreso de la fermentación. (Con un contenido de etanol de 20 a 25 % perecen sus fermentos). Además del efecto plasmolizante de la solución sacarosa concentrada, también dicho fenómeno justifica la fermentación de solución licuada. Si se asegura las condiciones óptimas la fermentación al cabo de 72 horas se obtiene el jugo fermentado con un contenido alcohólico aproximado de 12% partiendo de una solución aproximada de 18% de contenido de azúcar. El rendimiento de la fermentación se expresa con el grado de fermentación que señala la relación entre el contenido efectivo de alcohol en el flujo y la cantidad de alcohol. De la reacción de ácidos orgánicos o minerales con el alcohol, se forman sus esteres correspondientes, los cuales se pueden hidrolizar dando alcohol y ácido. CH3CH2OH + CH3COOH CH3 – COO – CH2 – CH3 + H2O Alcohol + Acido Acético Acetato de Etilo + Agua 3.5. OBTENCIÓN. El alcohol puede ser obtenido a través de la vía biológica (alcohol de fermentación), vía sintética (alcohol de síntesis), y, excepcionalmente de la destilación de líquidos alcohólicas (alcohol de recuperación). 2.2.3 Vía Biológica. En la vía biológica, se parte de materias azucaradas (jugo de caña, mezcla, jugo de frutas, cereales, etc.), las cuales después de su transformación en mosto son sometidas al proceso fermentativo resultando como producto principal de la actividad enzimática de las levaduras, el alcohol. La obtención de alcohol de
fermentación puede ser resumida en la ecuación de Gay - Lussac: C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 + 23,5 cal. Glucosa Etanol + Dióxido de carbono + Energía Según esta ecuación, 100 partes en peso de glucosa (o fructuosa) son desdobladas formando 51,1 partes de peso de alcohol y 48,9 partes en peso de dióxido de carbono. En realidad, la cantidad de alcohol producida es menor de la establecida por Gay - Lussac, debido a la producción de otras sustancias tales como glicerina, ácido sulfúrico. 2.3.2. Vía Sintética. A través de síntesis, dependiendo de la disponibilidad, se puede partir de diversas materias primas, tales como: eteno, acetileno, gases de petróleo, dióxido de carbono, hulla, etc. Actualmente son conocidas varias patentes de procesos industriales. Amanera de ilustración se muestra en secuencia la obtención del alcohol de síntesis del etileno, proceso utilizado por la Standard Alcohol De Baten Rouge, Luisiana, USA. Inicialmente el etileno es tratado con el acido sulfúrico produciendo el sulfato ácido de etilo, y por la secuencia de las reacciones, el sulfato neutro de etilo: H2C = CH2 + H2SO4 --------- SO4H – C2H5 Etileno. + Acido sulfúrico. Sulfato acido de etilo y H2C = CH2 + SO4H – C2H5 ----------
SO4(C2H5)2 Sulfato neutro de etilo Posteriormente los sulfatos se hidrolizan dando alcohol y regenerando el ácido sulfúrico. SO4H – C2H5 + HOH --------- H2SO4 + CH3CH2OH Alcohol Etílico SO4(C2H5)2 + 2HOH --------- H2SO4 + 2CH3CH2OH El rendimiento estimado en este proceso es 190 L de etanol por 100 L de etileno. 3.6. TIPOS DE ALCOHOLES. Independientemente de su origen, según su concentración y pureza, el alcohol se puede presentar en los siguientes tipos. 2.4.1 Alcohol Rectificado.
El alcohol rectificado es el producto de la purificación y concentración de las flegmas o del alcohol bruto (segunda), con un grado alcohólico que varía entre 95 a 97 ºGL. En función al proceso de purificación al que fue sometido, el alcohol rectificado puede ser clasificado en : 2.4.2. Alcohol Industrial. Obtenido de la purificación parcial de las flegmas, especialmente en las destilerías anexas a los ingenios azucareras, contiene un pequeño porcentaje de impurezas, presentado en las siguientes características. Grado Alcohólica ………………. 95,2 ºGL Acidez total ………………. 3 mg/100 ml (máximo). Reacción Barbet ………………. 2 min (mínimo). 2.4.3. Alcohol Fino. Obtenido de la purificación de las flegmas, contenido un menor porcentaje de impurezas, presentando las siguientes características. Grado Alcohólica ………………. 96,2 ºGL. Acidez total ………………. 1,8 mg/100 ml (máximo). Reacción Barbet ………………. 10,0 min (mínimo). 2.4.4. Alcohol Extra Fino. Obtenido de la purificación de las flegmas, rectificado industrial, etc., contiene una pequeña porcentaje de impurezas, presentando las siguientes características. Grado Alcohólica ………………. 96,0 ºGL. Acidez total ………………. 0,5 mg/100 ml (máximo). Reacción Barbet ………………. 15,0 min (mínimo). 2.4.5. Alcohol Neutro. Obtenido a través de un proceso de rectificación más depurado de flegmas, alcohol rectificado, y alcohol bruto o segunda, conteniendo apenas trazas de algunas impurezas, presentando las siguientes características. Grado Alcohólica ………………. 96,0 ºGL. Acidez total ………………. Ninguna. Reacción Barbet ………………. 45,0 min (mínimo). 2.4.6. Alcohol Bruto o Segunda. El alcohol de segunda es obtenido en el proceso de evaporación de vino o de flegma, conteniendo cerca del 3% de impurezas, aldehídos, acetatos, ácidos volátiles, alcoholes superiores, furfural, etc., presentando las siguientes
características. Grado Alcohólica ………………. 92,00 ºGL. Acidez total ………………. 100 mg/100 ml (máximo). 2.4.7. Alcohol Anhidro. El alcohol anhidro o absoluto es obtenido por medio del proceso de deshidratación de las mezclas hidro-alcohólicas, presentando las siguientes características. Grado Alcohólica ………………. 99,95 ºGL. Acidez total ………………. 3,0 mg/100 ml (máximo). 2.4.8. Alcohol Desnaturalizado. Son los alcoholes a las cuales se les adiciona sustancias que los tornan inadecuados para la preparación de bebidas y aplicaciones similares. Estas sustancias adicionadas en pequeñas proporciones pueden ser azul de metileno, violeta de genta cina, cauchútenos, canéfora, piridina, etc. En la destilería Casa Grande se desnaturaliza el alcohol de segunda con la adición de aceite fusel. Estas sustancias desnaturalizantes son de difícil separación por los procesos químicos, físicos o mecánicos. 3.7. COMPOSICIÓN DEL ALCOHOL. 3.8.1. Ácidos: Orgánicos, especialmente el ácido acético, a veces ácidos minerales como: Sulfúrico y Sulfhídrico. 3.8.2. Aldehídos: Además de los aldehídos etílicos, encontramos los de la serie de los grasos y furtural. 3.8.3. Esteres: Resultado de la combinación de alcoholes con diversos; ácidos especialmente acetato de etilo. 3.8.4. Alcoholes Superiores: Alcanzan de 0,2 al 0,5% de alcoholes amílicos, propílicos, butílicos y trazas de metanol. 3.8.5. Sustancias: Constituidas por amoniaco y aminas, combinadas con ácidos en diversas formas, que se liberan en el ambiente alcohólico Todas estas impurezas del alcohol no pasan del 1% del mismo. Mientras tanto, su presencia lo caracteriza, como por ejemplo, en el caso del aguardiente que da el olor y gusto característico. 3.8. CARACTERÍSTICAS DEL ALCOHOL * El alcohol es un líquido incoloro, de olor agradable, ardiente, fácilmente inflamable, de llama pálida, muy higroscópico. * Es coagulante de albuminas, conserva tejidos animales en él inmersos con cloro forma acetaldehídos.
* En estado deshidratado es perfectamente soluble en diversas sustancias orgánicas o minerales, como esteres, carburantes, acetonas, etc. Su solubilidad disminuye con el aumento de la presencia de agua. * Disuelve más o menos con facilidad, sulfatos, carbonatos, cloratos y acetatos de potasio. No disuelve por el contrario, los sulfatos, carbonatas, sales alcalinas y acetatos de sodio. * Su mezcla con agua tiene su punto de congelamiento más bajo que el agua. Sus características son: a) Peso Molecular: 46,5 b) Peso Específico a 20 ºC: 0,7894 gr/ml. a 15 ºC: 0,7942 gr / ml. c) Índice de refracción a 20 ºC: 1,3619 d) Punto de ebullición: 78,32 ºC e) Punto de inflamación: 12,00 ºC f) Punto de congelamiento: -130,00 ºC g) Estable hasta: 300,00 ºC h) Tensión de vapores a 0 ºC: 12,00 mm Hg. 20 ºC: 44,00 mm Hg. 80 ºC: 812,91 mm Hg. 100 ºC: 1.697,55 mm Hg. 150 ºC: 7.318 mm Hg. i) Calor Específico a 0 ºC: 0,548 Kg/cal. 20 ºC: 0,615 Kg/cal. 80 ºC: 0,769 Kg/cal. j) Calor latente: 209,00 Kg. cal. k) Calor Total de ebullición: 264,92 Kg. cal. l) Densidad a 0 ºC: 0,806025. 15 ºC: 0,79433. ll) Máxima concentración de Agua: 52,3 partes alcohol/47,7 partes de agua. 3.9. CARACTERÍSTICAS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE ALCOHOL. 3.10.6. Alcohol bruto. Peso especifico, a 20 ºC (mínimo): 0,822 g/ml. Grado en peso IPNM: 88,4. Porcentaje en Volumen, a 15 ºC: 92,0. Acidez (máxima): 20,0 mg/100 ml. 2.7.2. Alcohol Rectificado. Peso Específico, a 20 ºC (mínimo): 0,8112 g / ml. Grado en peso IPNM: 92,5. Porcentaje en Volumen, a 15 ºC: 95,0. Acidez (máxima): 3,0 mg/100 ml. Esteres (máximo): 3,6 mg/100 ml. Reacción Barbet (mínimo): 2,0 min.
2.7.3. Alcohol Rectificado Fino. Peso Específico, a 20 ºC (mínimo): 0,8073 g/ml. Grado en peso IPNM (mínimo): 92,9. Porcentaje en Volumen, a 15 ºC (mínimo): 95,0. Acidez (máxima): 1,8 mg/100 ml. Reacción Barbet (mínimo): 10,0 min. 2.7.4. Alcohol Rectificado ExtraFino. Peso Específico, a 20 ºC (mínimo): 0,8073 g/ml. Grado en peso IPNM (mínimo): 92,9. Porcentaje en Volumen, a 15 ºC (mínimo): 96,0. Acidez (máxima): 0,5 mg/100 ml. Reacción Barbet (mínimo): 15,0 min. Residuo fijo, alcoholes superiores, aldehídos, Piridinas, amoniaco, formaldehido, fenol, Alcohol metílico, acetona: Exento. 2.7.5. Alcohol Deshidratado. (Absoluto). Peso Específico, a 20 ºC (mínimo): 0,7918 g/ml. Grado en peso IPNM (mínimo): 99,2 Porcentaje en Volumen, a 15 ºC (mínimo): 99,95. Acidez (máxima): 3,0 mg/100 ml. Residuos Fijos (máximo): 5,0 mg/L. Cloro (máximo) 1,0 mg/L. 2.7.6. Alcohol Deshidratado Fino (Absoluto). Peso Específico, a 20 ºC (mínimo): 0,7918 g/ml. Grado en peso IPNM (mínimo): 99,2 Porcentaje en Volumen, a 15 ºC (mínimo): 99,95. Acidez (máxima): 1,0 mg/100 ml. Reacción Barbet (mínimo): 10,0 min. Residuos fijos, Alcoholes superiores, aldehídos, Piridinas, amoniaco, formaldehido, fenol, Alcohol metílico, acetona, metales pesados, Taninos, bencina: Exento. 3.10. PROCESOS DE RECTIFICACIÓN. La rectificación de una flegma puede ser realizada industrialmente a trabes de procesos intermitentes y continuos. En los procesos intermitentes, La rectificación es llevado a efecto de columnas en las cuales una determinada carga de flegma es purificada separándose en fracciones sucesivas, productos de cabeza, corazón (alcohol rectificado) y colas, mientras que en procesos continuos, con una alimentación ininterrumpida de flegmas a las columnas de destilación, las impurezas como el alcohol de segunda,
las flegmas y aceite fusel son separadas en forma continua del producto principal. Se debe resaltar que, se puede clasificar como rectificar directa, cuando la mescla hidro - alcohólica a ser rectificada entra en la columna en fase vapor, rectificación indirecta, cuando la mezcla entra en fase liquida y rectificación semi directa, si la mezcla entra en las dos fases. Actualmente los procesos de rectificación directa, son los más usados en la obtención de los alcoholes rectificados industriales, mientras que, los procesos de rectificación indirecta, son usados en la obtención de alcohol extra fino. 3.11.7. Rectificación Intermitente. Este tipo de rectificación e los cuales son utilizados aparatos rectificadores intermitentes, tales como la columna rectificadora de Egrot o Deroy, que son ni más ni menos que alambiques de alto grado que por ahora se encuentra en completo desuso industrial para la producción de alcohol rectificado debido a los siguientes inconvenientes: gran consumo de vapor y agua, necesita de un mayor número de repases, mayores pérdidas de alcohol, operación larga con gran pérdida de tiempo, etc. La rectificación intermitente se encuentra ahora en la fabricación de bebidas alcohólicas finas. 3.11.8. Rectificación Continua. Los procesos de rectificación continua pueden ser conducidos de varias maneras, dependiendo del tipo de alcohol rectificado deseado. Así, dependiendo del producto a ser obtenido, los conjuntos rectificadores pueden ser más o menos complejos. Básicamente varían con el número de columnas, como por ejemplo, la adición de la columna de depuración de vino o de flegmas, o de columnas de repase, etc., como posteriormente serán descritos. 3.11.9. Columna Rectificadora. La Columna rectificadora propiamente dicha, es una columna de alto grado, caracterizándose por presentar una zona de agotamiento, con cerca de 13 platos, y una zona de concentración compuesta por más de 48 platos. En ésta columna, la flegma es concentrada hasta 96 – 97 ºGL, habiendo además la separación de las columnas de cola (aceite fusel), de cabeza (aldehídos), y de agua (flegmasa). La constitución de platos es fundamentalmente la misma que de la columna de agotamiento de vino (mostera), variando en lo que respecta al número y la forma de las calotas, como también en el número de platos por cuerpo (gomo). 3.11.10.1. Accesorios de la Columna de Rectificación. Además de los accesorios normales de una columna de destilación (reguladores de vapor, condensadores, etc.) la columna de rectificación posee un decantador – Lavador de aceite fusel, visto correspondiente. 3.11.10.2. Aparatos de Rectificación. Dependiendo del tipo de alcohol que se desea obtener, pueden ser usados diferentes equipos rectificadores. Los esquemas de estos equipos se tornan más
complicados a medida que una mayor calidad de alcohol sea exigida, variando el equipo en relación al tipo alcohol rectificado de más baja calidad hasta el alcohol rectificado extra fino. 3.11. USOS Y APLICACIONES DEL ALCOHOL. Son innumerables las aplicaciones del alcohol etílico. Es utilizado como materia prima para obtención de otras sustancias, participando en el proceso de fabricación de otros productos. Puede ser empleado como combustible, y tiene una larga aplicación en la fabricación de bebidas diversas. Las principales aplicaciones del alcohol son las siguientes: 3.12.10. Como disolvente. * Para colorantes en la fabricación de pinturas. * Para confitería en la producción de productos alimenticios. * Para diluir y clarificar en la fabricación de pintura para aviones, barnices para madera y metales, esmaltes, pulidores para metales. * En la fabricación de seda artificial, cuero artificial, plástico, adhesivos. * En la fabricación de pinturas para grabados, insecticidas, cápsulas de gelatinas, repelentes. * Productos químicos como aloína, fenolftaleína, ácido tánico, valeriana, genciana. * Estricnina. * Aceites y ceras para pulidores de calzada, aceites minerales purificados para usos médicos y lubricantes. * Para gomas y resinas en la producción de barnices. * Para jabones en la fabricación de de alcohol solidificado, jabones transparentes. * Para limpieza de joyería, relojería, vidriería. * En procesos de purificación en la obtención de cánfora bromada, ácido oxálico. 3.12.11. Como materia prima en la industria química. En la industria química, el alcohol etílico encuentra un gran número de aplicaciones:
* En la obtención de esteres como acetato de etilo, butirato de etilo, sulfato de etilo, oxalato de etilo. * En los procesos de hidratación, en la producción de éter, etileno, dicloroetano. * En los procesos de oxidación en la producción de acetaldehído, acido acético, vinagre, cloroformo, yodoformo. * En las reacciones de halogenación en la producción de bromato de etilo, yodato de etilo, butirato de etilo, acetato de etilo * En la industria de bebidas alcohólicas 3.12. PRODUCCÍÓN DE ALCOHOL. En el proceso de producción de etanol, de acuerdo a la calidad del producto que
se desea obtener, puede ser dividida hasta en tres partes diferentes. Considerando por separado cada tipo o clase de alcohol, los diversos procesos de producción son las siguientes: 3.13.12. Alcohol bruto – destilación. Cuya finalidad es extraer del mosto o vino fermentado, todo el alcohol en el contenido, junto con sus impurezas volátiles, produciendo el “alcohol débil,” “bruto” o “flegma”, con una graduación alcohólica de 50 a 94ºGL. 3.13.13. Alcohol rectificado – rectificación. Cuya rectificación tiene la función de eliminar del alcohol débil o flegma, todas las impurezas, y, concentrar el alcohol así purificado, hasta 97ºGL. Su retirada del equipo de destilación se hace por la parte superior de columna de rectificación “B”. 3.13.14. Alcohol Absoluto – Deshidratación. Por medio de un tercer agente llamado arrastrador u otro elemento apropiado, elimina del alcohol rectificado una cantidad de agua en él contenido, que no se consigue separar más por fraccionamiento. Se produce así un alcohol deshidratado o también llamado absoluto, apropiado para mezclado con carburantes, teniendo una graduación mínima de 99,95 ºGL. La salida del sistema se hace por la base de la columna de deshidratación “C”. 3.13. NOMENCLATURA USADA. A fin de evitar errores en la interpretación en la terminología usada en el presente libro, a continuación se mencionan las determinaciones de las denominaciones más importantes: * Melaza: Residuos de la fabricación de azúcar, con u promedio de 85 ºBrix y 55 de ART. * ART: (Azúcares reductores totales). * Jugo: Jugo de caña proveniente directamente de la extracción de la caña en la molienda, con cerca de 16 ºBrix. * Mosto: Mezcla de melaza o jugo con agua con un Grado Brix determinado, destinado a la fermentación. * Vino: Mosto fermentado con aproximadamente 7 – 8% de alcohol. * Vinaza: Residuo de la destilación del vino que fluye de la columna respectiva. * Gas Carbónico: Es el dióxido de carbono (CO2), gas liberado durante la fermentación arrastrando aproximadamente el 1,5% del alcohol producido. * Alcohol Débil o Bruto: Llamado también “flegma” de 52 - 92 ºGL. * Alcohol Deshidratado: Llamado también “absoluto” de 94 – 96 GL. * Alcohol de Cabeza: Es el alcohol más volátil, llamado también de “aldehído”, que se desprende por el tope de la columna de destilación. * Alcohol de mal gusto: Llamado también “cauda” o cola, retirado en la base de la columna de rectificación. * Alcohol de Liquidación: Alcohol “débil”, se obtiene al final del proceso, cuando el
equipo de destilación paraliza para la limpieza. Se agreda a la dorna de fermentación donde se mezcla con el vino. * Aceite Fusel: Sub producto perjudicial a la calidad del alcohol, debe ser retirado del sistema en la columna de lutter y rectificadora. * Agua de Lutter: Residuo retirado en la base de la columna de lutter, exento de productos volátiles y aceite fusel. * Columna A: Columna de destilación donde se hace la evaporación de la mezcla alcohol – agua hasta aproximadamente 48 – 52 GL., cuyo residuo es la vinaza. * Columna B: Columna de rectificación, donde el alcohol se enriquece. * Columna Bi: Columna de lutter o agotadora de flegma donde se separa el aceite fusel y se obtiene agua de lutter o flegmasa. * Columna D: Columna de cabeza, donde se procesa la eliminación de los alcoholes volátiles, aldehídos o alcohol de cabeza, llamado también concentradora de cabezas. * Columna C: Donde se produce el alcohol deshidratado o absoluto, llamado también columna de deshidratación. * ºGL: grados Gay Lussac. * Alcohol: Sin ninguna característica específica, se considera al alcohol etílico. Proceso de elaboración de alcohol: Comprende dos fases, una que corresponde al pesado, lavado y molienda de la caña que se realiza en una pequeña planta ubicada en la misma plantación de caña y otra que corresponde hasta la obtención del jugo fermentado, que se realiza en la planta piloto ubicada en la ciudad de Iquitos. 3.14. SUBPRODUCTOS DE LA DESTILACIÓN – RECTIFICACIÓN. Los sub productos son productos derivados y resultantes del proceso de obtención del producto principal, y que por sus características presentan condiciones para una evaluación económica. Dentro de esta definición, los principales subproductos normalmente evaluados en conjunto con la obtención del alcohol etílico a partir de la destilación de los vinos obtenidos por fermentación de mosto por acción de las levaduras son: * Vinaza. * Levaduras. * Aceite Fusel. El aprovechamiento racional de los subproductos, además de ser fuente adicional de renta para la industria, se torna muchas veces de imperiosa necesidad como es el caso de la vinaza, por ejemplo. El aprovechamiento de este subproducto, se originó de la necesidad de evitar su lanzamiento en los cursos de agua, como los ríos, reduciendo así su contaminación. El control de la destilación, consiste en la verificación de las condiciones de funcionamiento de los equipos implicados en el proceso, así como la calidad del producto obtenido. Ese control es normalmente afectado con la medición del grado alcohólico del vino que entra en el equipo, de los residuos (vinaza, flegmasa, etc.),
que abandonan el equipo, así como por la determinación del grado alcohólico de los productos y sus respectivos coeficientes de impurezas. 3.15.15. ALCOHOLIMETRÍA. La alcoholimetría es un conjunto de procesos para la evaluación del grado alcohólico de las mezclas hidro – alcohólicas. Esta evaluación es efectuada con mayor exactitud, basándose en las propiedades físicas de estas mezclas. 3.15.16.3. Procesos Alcohométricos. Los procesos mediante los cuales se determinan el grado alcohólico de una mezcla, pueden ser divido en: Procesos basados en la densidad o en el peso específico. Para una mezcla hidro – alcohólica, con una determinada densidad o peso específico, corresponde un determinado grado alcohólico, que puede ser constatado por: 3.15.16.4.
Densímetros. Los densímetros son aparatos que por inmersión en un líquido determinan lecturas correspondientes a las densidades. En el caso de las mezclas hidro – alcohólicas, después de la determinación de la densidad, se puede obtener su grado alcohólico a través de tablas de correspondencia entra la densidad y el grado alcohólico. 3.15.16.5. Balanza Hidrostática. En estas balanzas se determina la densidad de la mezcla hidro - alcohólica a 15 o a 20 ºC. Después, con el empleo de tablas de correspondencia, peso especifico y el grado alcohólico, se obtiene el grado alcohólico. Entre las balanzas más utilizadas, tenemos la de MOHR – WEST – PHAL y la de CRISTIAN – BECKER. 3.15.16.6. Picnómetros. Los picnómetros son aparatos que determinan el peso especifico de las mezclas hidro - alcohólicas a 15 º/15 ºC o a 20 º/20 ºC cuando se opera con los dos líquidos, esto es agua y la mezcla, ambas a 15 ºC o a 20 ºC. Son empleados cuando se desea saber con mayor precisión el grado alcohólico de una mezcla. 3.15.16.7. Areómetros Especiales o Alcohómetros. Los areómetros o alcohómetros son nada más que densímetros que, por inmersión en el líquido examen, determinan la lectura de la graduación alcohólica del mismo, directamente.
3.15.16.8. Otros Areómetros. Son los densímetros que generalmente dan lecturas arbitrarias transformables en grado alcohólico. El más empleado es el alcohómetro de CARTIER, cuyo uso debe ser sacado de la práctica, ya que a cada uno de los grados de su escala corresponden aumentos diferentes de concentración. En otra palabras, no hay proporcionalidad entre las divisiones de su
escala y los aumentos de concentración de las mezclas hidro – alcohólicas. 3.15.16. Procesos Basados en otras propiedades. Las determinaciones del grado alcohólico de la mezcla alcohol – agua, pueden ser también llevadas a cabo basándose en otras propiedades, tales como: Tensión superficial, tensión de los vapores, temperatura de ebullición, índice de refracción, etc. Mientras tanto en la práctica industrial, los métodos basados en la densidad, y de estos, los que emplean alcohómetros, son los de mayor interés. 3.15.17.9. Alcohómetros. Los alcohómetros, son aparatos que dan directamente, por inmersión en una mezcla alcohol - agua, el grado alcohólico, y que nada más es el porcentaje en peso de alcohol absoluto contenido en el líquido examen. La temperatura de calibración de esos aparatos es de 15 ºC, siendo más usados en Alemania. A pesar del gran número de alcohómetros existentes, de modo general pueden ser divididos en volumétricos. Estos aparatos dan por lo tanto, lecturas correspondientes a los grados alcohólicos y volumétricos. Con relación al grado alcohólico, se distinguen el grado real y el grado aparente. Se entiende por grado alcohólico volumétrico o real a la lectura obtenida en volumen o en peso, cuando el liquido examen esta a temperatura de 15 ºC y, por grado alcohólico aparente, cuando el mismo esta a una temperatura diferente de 15 ºC. 3.15.17.10. Alcohómetros Volumétricos. Son alcohómetros que, por inmersión en una mezcla, determinan directamente su grado alcohólico volumétrico, definido como porcentaje de alcohol en volumen. La alcohometría volumétrica centesimal es mas empleada, siendo estos los tipos de alcohómetros utilizados, variando solamente en su temperatura de calibración, entre ellos tenemos: 3.15.17.11. Alcohómetros Volumétricos de Gay – Lussac. Es el alcohómetro usado en Francia y en otros países de Europa, así como también en América Latina.
Este alcohómetro determina por lectura directa, mililitros de alcohol absoluto a 15 ºC contenidos en 100 ml de mezcla hidro – Alcohólico. Esta graduación es hecha basándose en la densidad del alcohol anhidro que a 15 ºC corresponde a 0,79432 en relación al agua también a 15 ºC. 3.15.17.12. Alcohómetro de Tralles. Es el alcohómetro usado en Suiza, Italia, Austria, Suecia y otros países europeos, esencialmente no es diferente al alcohómetro de gay – Lussac. La única diferencia consiste en su graduación que se refiere a la determinación hecha a temperatura de 60 ºF (15,56 ºC), teniendo como base un alcohol absoluto de peso especifico correspondiente a 0,7946. En USA se usa también el alcohómetro de Trelles para efectos fiscales, sin embargo el densímetro tiene una doble graduación, que va de cero (agua), hasta 200 (alcohol absoluto), a 60 ºF (15,56 ºC). La graduación representa el “Proof– spirit” esto es en alcohol a 50 % en volumen. En Inglaterra, el alcohómetro usado es el de Sikes, en que el “Proof–spirit” es un alcohol cuyo peso especifico es 0,9186 a temperatura de 60 ºF (15,56 ºC) lo que corresponde a 57,0 en volumen. 3.15.17.13. Alcohómetro INPM. En el Brasil, de acuerdo con la disposición Nº 174 del Ministerio de la Industria y comercio, los densímetros utilizados en la determinación del grado en alcohol de las mezclas hidro – alcohólicas, deberán ser del tipo de mas constante y de transferencia variable. Las determinaciones efectuadas con esos aparatos, determinan la más específica (también llamado mas volumétrica a temperatura en ºC, o sea, una masa en gramos de cada mililitro de la mezcla en 100 partes en peso d la mezcla), del liquido examen a 20 ºC que, a través de las tablas de correspondencias contenidas en 100 gramos de mezcla hidro – alcohólica. III. MATERIALES Y MÉTODOS. 4.15. Materiales. La planta piloto de alcohol, cuenta con equipos como son: * Bombas. * Reactor Batch. * Densímetro. * pH – metro. * Condensadores. * Destiladores. * Microscopio. * Refractómetro. * Tinas de fermentación.
* Levaduras. 4.16. Métodos. Se utilizó los siguientes métodos: * Método Experimental. El cual se dio en el desarrollo de la práctica. * Método Analítico. El cual consistió en los análisis que se hizo en la elaboración de alcohol. * Método Práctico. El se desarrolla cuando se ejecuto cada proceso y operación de la práctica. * Métodos Mecánicos. El cual se desarrollo al momento de manipular cada uno de los equipos de las Operaciones y Procesos. * Métodos Cuantitativos. El cual nos sirvió para calcular el balance de materia y energía. IV. RESULTADOS DE LA PRÁCTICA. ELABORACIÓN DE ALCOHOL ETÍLICO A PARTIR DEL JUGO DE CAÑA Y MELAZA. * Al inicio se necesita que el jugo de la caña que a un inicio se encuentra con una concentración de 19 ºBrix baje a una concentración de 1 ºBrix, también se puede usar una solución de miel que se pudiera obtener del evaporador de la planta de la elaboración de azúcar que mayor mente se encuentra a una concentración de 44 ºBrix que tiene que bajar a una concentración de 4 ºBrix. Este proceso de bajar la concentración de grados brix es por medio de la fermentación de la levadura. * Todo esto se realiza antes de la destilación, y también se necesita mover el jugo y recircularlo para así agilizar la destilación. * Los datos tomados del día sábado. * Ya en 37 ºC, se observan reacciones que no son beneficiosos para el proceso por vía microscópica. * Al inicio de la práctica debemos tener, las siguientes concentraciones de grados Brix tanto para la caña, como para el jugo. Para la caña una concentración de 3,8 ºBrix, y para el jugo 4,10 ºBrix. * Se inicio con la destilación en horas de la tarde del mismo día sábado, pero por problemas de presión en el equipo se retraso un poco. * Iniciada la destilación se tubo lo siguiente: 1. Se desaloja la primera vinaza, que es el vino sin alcohol, pero aun seguirá el proceso de la condensación en los evaporadores. 2. Los vapores alcohólicos deben llegar hasta el último condensador. 3. Luego desde ahí se eliminaron los desechos. 4. La presión de vapor es en la primera columna es 1,8 atm., y lo ideal debe ser de 1,1 atm. 5. El alcohol de la primera llave del rectificador es de color turbio es decir tiene aldehídos, aceite vegetal, alcoholes superiores. 6. El alcohol de la cuarta llave es alcohol más puro con respecto al de la columna anterior.
7. El alcohol de la quinta llave, sigue siendo como el alcohol de la primera llave. 8. El alcohol de la cuarta llave ya se puede tener alcohol mucho más diferenciado con respecto al alcohol que sale de las demás llaves. 9. El objetivo principal en esta etapa es desalojar y evaporar todos los aldehídos (alcoholes). 10. El rectificador se usa para eliminar las impurezas que quedan de la primera destilación. La primera columna se usa para eliminarla vinaza 11. Una vez obtenido una muestra de alcohol donde posiblemente tenga permanganatos en su composición, se realiza la prueba de los permanganatos o la prueba de Marvet. 12. En el alcohol de la cuarta llave observamos que al aplicar prueba de Marvet, esta colorea a los 40 segundos aproximadamente, utilizando 2 mL de reactivo, es decir, es decir no tiene aldehídos en su composición. 13. En un alcohol del comercio observaremos que al aplicar la prueba de Marvet, esa no colorea, es decir tiene bastante aldehídos, aun al uso de 2 mL de reactivo. 14. Se tiene la siguiente concentración para el permanganato de potasio en 100 mL de volumen: En 0,01 g/100 mL de concentración del KMnO4. 15. En 10 minutos, dejo la coloración rosada del alcohol que estamos destilando. 16. El grado alcoholico de una muestra de cañazo es de 25,0 grados Gay Lussac. 17. El grado alcohólico de la muestra que estamos destilando es de 6 grados Gay Lussac. 18. Se prosiguió con la práctica es decir vamos a proseguir destilando hasta obtener alchol de 96 ºGL. 19. El objetivo de esta destilación es obtener alcohol de 96 ºGL., sustancia de color transparente y con olor a caña muy penetrante. 20. Se realizo la práctica con problemas de calderos es decir no de tenia la potencia necesaria para seguir destilando. Los equipos tanto los evaporadores así como también los condensadores habían dejado de funcionar por tal desperfecto. 21. Se llego a obtener alcohol de 86 ºGL. Luego continualmos la prectica, un dia después, pero esta vez hicimos una rectificación, se obtuvo alcohol de 96 ºGL. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL CALDERO DE LA PLANTA PILOTO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Caldero: Marca : Metal Empresa S.A. Tipo : Piro tubular. Presión : Baja. Número : 3141. Características : Potencia de motor 40 BHP – H. ST. 200 pies2. 1380 lb/h 150 Psi max Nota: este caldero fue calibrado a 100 Psi a través de la foto celdas.
BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA DEL ALCOHOL ETÍLICO Balance de Materia. Datos Experimentales de destilación a 60 ºGL. Después de establecer el estado estacionario se ha obtenido los siguientes datos: * Caudal volumétrico del flujo a ser destilado: 246,730 L/h. * Temperatura del flujo a ser destilado: 30 ºC. * Temperatura del flujo dosificado en la columna de rectificación 80 ºC. * Composición del flujo dosificado 4,22 mol %. * Caudal de masa de vapor de caldeo: 59.88 kg/h. * Presión de vapor de caldeo (manométrica): 1,5 kg/cm2. * Temperatura del vapor que sale de la segunda columna de rectificación: 91 ºC. * Temperatura del liquido que refluye del condensador 32 ºC. * Caudal volumétrico del líquido que refluye del condensador 551 L/h. * La concentración de alcohol que supuesta debió salir es de 60 % de concentración. * Caudal del alcohol saliente 23 L/h. * Densidad de alcohol saliente a 30 ºC es 0,908 kg/h. Determinación del Caudal de masa del flujo. * Porcentaje Molar : 4,22 % mol = 10,12 % en peso.
* Temperatura : 30 ºC. * Caudal Volumétrica : 246,750 L/h. * Peso Molecular del etanol : 46. * Peso Molecular del Agua : 18 La densidad de la mezcla de 1,12 % en peso de contenido de etanol y 30 ºC de temperatura es de 0,987 kg / L, por lo tanto el caudal de masa del flujo es: (246,73 L / h)(0,987 kg / L) = 243,52 Kg /h. BALANCE DE MATERIA EN EL PRE CALENTADOR DEL DEFLEGMADOR A F G A D
A: Flujo al ser calentado, va al tope de la 1ra columna: 243,52 kg/h. D: Viene del tope de la segunda columna : 82,29 kg/h. F: Va como vapor al condensador parcial : 70,29 kg/h.
G: Va como reflujo : 12 kg/h. Balance: A + D = F + G+ A 243,5+82,29=70,29+12+243,52 82,29= 82,29 BALANCE DE MATERIA EN EL CONDENSADOR PARCIAL. M J L M F
F: Viene como vapor del deflegmador : 70,29 kg/h. J: Va al condensador total : 20,9 kg/h. L: Va como reflujo : 46,39 kg/h. M: Agua de enfriamiento : 42 kg/h. Balance: F+M=J+L+M 70,29+42,00 =20,90+49,39+42 70,29= 70,29 BALANCE DE MATERIA EN EL CONDENSADOR TOTAL. F L M M J: Viene del condensador parcial: 20,9 kg/h. K: Producto Final: 20,9 kg/h. M: Agua de enfriamiento: 42 kg/h. Balance: F+M=K+M 20,90+42,00 =20,90+42 20,90 = 20,90 BALANCE DE MATERIA EN LA COLUMNA I. A: Alimentación a la columna : 243,52 kg/h. XA: Concentración del alcohol en la alimentación : 10,12 % en peso. B: Vapor del alcohol: ¿ ¿
XB: Concentración del alcohol en la corriente B : 35,0 % en peso. C:
Bazofia. XC: Concentración del alcohol en la Bazofia : 1,46 % en peso. V: vapor que ingresa a la columna I : ¿ ¿ CALCULO DE LA CORRIENTE B Y LA CANTIDAD DE VAPOR QUE INGRESA A LA COLUMNA I A + VAPOR = B + C Considerando al alcohol etílico como el componente más volátil. A.XA = B. XB + C. XC Reemplazando Valores: (243.52)(0,1012) = B.0,35 +220(0,0146) B = 61.23 kgh Reemplazando este Valor en la ecuación: Vapor = B + C - A Vapor = 61,23 + 220 - 243,52 Vapor = 37,71 kgh BALANCE DE MATERIA EN LA COLUMNA II. A: Alimentación a la columna II : 61,23 kg/h. XB: Concentración del alcohol en la alimentación : 35,0 % en peso. D: Producto destilado : 20,9 kg/h XD: Concentración del producto destilado : 62,16 % en peso. E: Agua de Lutter : 62,5 kg/h XE: Concentración del alcohol agua de lutter : ¿ ¿ V: vapor que ingresa a la columna II : ¿ ¿ CALCULO DE LA CANTIDAD DE VAPOR QUE INGRESA A LA COLUMNA II Y LA CONCENTRACIÓN DE ALCOHOL EN EL AGUA DE LUTTER. B + VAPOR = D + E Considerando el componente más volátil (alcohol etílico). B.XB = D. XD + E. XE
Reemplazando Valores: 61,250,35 = (20,9)0,6216 +62,5XE XE = 61.23 kgh Cantidad de vapor que ingresa a la columna II, despejando la ecuación: Vapor = D + E - B Vapor = 20,90 + 62,5 - 61,23
Vapor = 22,17 kgh BANCE DE ENERGIA. CÁLCULO DE LA ENTALPÍA DEL REFLUJO QUE ENTRA EN LA COLUMNA RECTIFICADORA. A partir del diagrama de entalpía de la mezcla de etanol y agua, la entalpía de la mezcla de 80 ºC de temperatura y 1,12% de peso de contenido de alcohol es 85,5 Kcal/kg. CÁLCULO DE LA ENTALPÍA DEL VAPOR DE CALDEO. Presión de vapor 1,5 kg/cm2 + 1,0332 = 2,5332 kg/cm2 de acuerdo al cuadro de vapor de agua saturado, el correspondiente valor de entalpía es de 650,7 Kcal/kg. CÁLCULO DE LA ENTALPÍA DEL ALCOHOL (R1) QUE REFLUYE DEL CONDENSADOR. La mezcla en un líquido a punto de ebullición; de tal modo, basándose en el diagrama de entalpía de la mezcla etanol – agua su correspondiente valor de entalpía es de 84,5 Kcal/kg. CÁLCULO DE LA ENTALPÍA DEL ALCOHOL (R2) QUE REFLUYE DEL CONDENSADOR. Concentración de etanol de la mezcla: 60 % de concentración, esta concentración correspondiente según el diagrama de entalpía a 52 % en peso. Según el diagrama de entalpía de la mezcla a 32 ºC y 52 % en peso es 20 Kcal/kg. CAUDAL DE MASA. Valor que marca el rotámetro (Lo) : 50 L/h. Densidad de la mezcla a 32 ºC y 60 % de concentración es igual a : 0,898. Valor que marca el rotámetro (L) : 55 L/h. Caudal de masa=(55 L/h)(0,898) Caudal de masa= 49,39 kg/h CÁLCULO DEL VALOR QUE SALE DE LA SEGUNDA COLUMNA. El caudal de masa de vapor que sale de la segunda columna es igual: Vapor=Masa del Producto destiladoD+ Masa de los Reflujos (R1+ R1) Caudal del destilado : 23 L/h. Densidad del destilado a 30 ºC : 0,908 gr/cm3. Caudal másico del destilado: D=(23 L/h)(0,908) D=20,9 kg/h Vapor=D+ R1+ R2 Vapor=20,9+12+49,39 Vapor=82,29 kg/h
Entalpía de vapor (V) que sale de la segunda columna: La mezcla de vapor saturado. Temperatura: 91 ºC con 60 % de concentración y 52 % en peso, su entalpía es de 380 Kcal/kg. CÁLCULO DE LA ENTALPÍA DE LA BAZOFIA Y DEL AGUA DE LUTTER. Se sabe que del balance de materia total es igual a: Mreflujo = Mbazofia+Magua de Lutter + Mdestilado Caudal de masa de la bazofia y agua de lutter de la ecuación anterior, se tiene: Mbazofia + Magua de Lutter = 243,52- 20,9 Mbazofia + Magua de Lutter = 222,62 kg/h La bazofia y agua de lutter abandonan el sistema, no tiene concentración de alcohol medible. CÁLCULO DEL CAUDAL DE MASA Y ENTALPÍA DEL AGUA CONDENSADA. El caudal de masa del agua condensada es igual a la cantidad de vapor de caldeo: 59,88 kg/h. Esta cantidad de agua (igual a la cantidad de vapor) abandona el sistema a 100 ºC, por lo tanto su entalpía es de 100 Kcal/kg. CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DEL VAPOR DE CALDEO. Resumen de las Magnitudes Determinadas. ENSAYO | MASA kg/h | ENTALPÍA Kcal/kg | ENTALPÍA TOTAL DE LA MEZCLA | REFLUJO |
243,52 | 85,5 | 2082,96 | VAPOR DE CALDEO | 59,88 | 650,7 | 38936,916 | LIQUIDO DEL DEFLEMADOR R1 | 12,0 | 84,5 | 1014,0 | LIQUIDO DEL DEFLEMADOR R2 | 49,39 | 20,0 | 987,8 | Total Entalpía (Kcal/h) = 61786,676 Kcal/h. El calor que entran en las columnas es de 61786,676 Kcal/h.
CALOR QUE SALEN DE LAS COLUMNAS MEZCLA | CAUDAL DE MASA kg/h | ENTALPÍA Kcal/kg | ENTALPÍA TOTAL DE LA
MEZCLA (kg/h) | Vapor (V) que sale de la segunda columna | 82,29 | 380,0 | 31270,2 | Bazofia + Agua de Lutter | 222,62 | 100,0 | 22262,0 | Agua Condensada | 59,88 | 100,0 | 5988,0 | Total Entalpía (Kcal/h) = 59520,2 Kcal/h. El calor que entran en las columnas es de 59520,2 Kcal/h. El calor total perdido es igual al total de la entalpía introducida menos la entalpía total retirado. Qperdido = 61786,676 Kcal/h - 59520,2 Kcal/h Qperdido = 2266,476 Kcal/h. Dado que la entalpía de vapor entrante menos la entalpia del agua condensada saliente, expresa 1 kg de vapor de caldeo suministrado de: 550,7 Kcal de entalpía en el sistema, de dicha pérdida de calor correspondiente a una, pérdida de vapor de caldeo de: 2266,476 Kcal/h550,7 Kcal/kg = 4,1156kghde vapor perdido.
Característica de funcionamiento de la planta de piloto de alcohol de la Facultad de ingeniería química es 1,2 atm. Pérdidas de manto en la Caldera para la planta de alcohol: P = 1,2 atm = 1,2159 bar. T = 104,83 ºC. M = 73,66 kg/h. Q = (73,66 kg/h)(0,45 Kj/kg ºk)(164,12 – 104,83) Q = 1965.29 Kj/h. CONCLUSIONES Después de realizado la práctica PRE-PROFESIONAL en Planta Piloto de la Facultad de Ingeniería Química y viéndonos en la necesidad de hacer llegar las apreciaciones del caso, presento las siguientes conclusiones: * El proceso de obtención de alcohol en la planta piloto de la facultad de Ingeniería química necesita de ciertos requerimientos para que el proceso sea completamente eficiente como ver los sistemas de presión que son un problema en la planta. La presión de vapor es en la primera columna es 1,8 atm., y lo ideal debe ser de 1,1 atm. Se realizo la práctica con problemas de calderos es decir no de tenia la potencia necesaria para seguir destilando.. * Para obtener una destilación óptima en el proceso de obtención de alcohol El jugo de caña debe estar a una concentración de 3,8 ºBrix, y para el jugo 4,10 ºBrix, para que el alcohol este a una de concentración 96 ºGL que es lo que se pudo
obtener en la práctica con algunas rectificaciones que se pudo hacer en el proceso aun así con los equipos casi malogrados. * Se pudo constatar en forma física el tratamiento al cual es sometido el jugo de caña para obtener alcohol en las instalaciones de la planta, que a su vez permitió al practicante aplicar sus conocimientos adquiridos en las aulas; así como entrenarse en ciertos procedimientos que resultan nuevos para él como practicante, no olvidando siempre que estamos en continuo aprendizaje. * Muy a pesar de ciertas deficiencias se observo la total disponibilidad por parte de los encargados de la planta piloto hacia nuestra persona, facilitando de esta manera el pleno desarrollo de la práctica. . RECOMENDACIONES Hacemos llegar las recomendaciones del caso que puedan subsanar las deficiencias presentadas: * Realizar una campaña integral de educación en la facultad de Ingeniería química hacia los estudiantes informando sobre nuestras plantas pilotos de la Facultad de Ingeniería química. * Implantar un programa que permita seguir secuencialmente a los practicantes el sistema integral de la planta de piloto, facilitando a los encargados el trabajo de instrucción durante el periodo de aprendizaje. * Se recomienda desarrollar un plan periódico de mantenimiento de equipos, para desarrollar una óptima producción. * Se recomienda la capacitación permanente del personal que labora en la planta, y a promover medidas de seguridad al manipular sustancias nocivas y peligrosas para la salud. BIBLIOGRAFÍA: * OPERACIONES TRANSFERENCIA DE MASA - Robert e. Treybal 2da edición. Edit. Mac gran Hill * MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO - JHON PERRY 3ra Edición. Edit. Mac Gran Hill * MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO (Equipos transmisión de calor) -Richard L. Schilling, Kenneth J. Bell, l 7a. Edición. * www.wikipedia.com * www.ingenieriaquimica.net ANEXOS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA AMAZONÍA PERUANA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. DIRECCIÓN DE ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL TITULO : PRÁCTICA PRE – PROFESIONAL EN OBTENCIÓN DE ALCOHOL. CENTRO DE TRABAJO : PLANTA PILOTO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. LUGAR : AV. FREYRE Nº 616. DISTRITO : IQUITOS PROVINCIA : MAYNAS DEPARTAMENTO : LORETO DOCENTE ENCARGADO : ING. VÍCTOR GARCÍA PÉREZ. PRACTICANTE : JOSUE JUVENTINO PEREYRA CULQUI DURACIÓN DE LA PRÁCTICA : DEL 28 DE FEBRERO AL 20 DE ABRIL DEL 2009.
