laboratorio de Destilación.docx

OPERACIÓN UNITARIA DE DESTILACIÓN

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS

Fisicoquímica y Operaciones Unitarias GRUPO N°1

TEMA: OPERACIÓN UNITARIA DE DESTILACION FRACCIONADA

PROFESOR: Ing. Hernán Parra Osorio INTEGRANTES:

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Alarco Santivañez Luis Baldera Alvarado Jhair Bernaldo Yataco Ronald Asencios Lovon Nino

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

20124083J 20120112E 20111150E 20111023C

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DESCRIPCION DE LA OPERACIÓN UNITARIA 

La operación unitaria de destilación es aquella que nos permite separar componente, involucra calentamiento y temperatura.

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Esta operación unitaria de destilación se fundamenta en el equilibrio líquidovapor.

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Cuando realizamos la destilación buscamos que la solución este más concentrada. En este caso la tendencia es aproximarse lo más posible al punto azotrópico que es de 96.5% de concentración en peso.

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Las variables más importantes a considerar en esta operación unitaria son la presión, la temperatura, la concentración de la solución y el reflujo. 

TEMPERATURA: TEMPERATURA: La temperatura es una variable importante a considerar en esta operación unitaria porque nuestro producto final es solución de etanol con una concentración muy elevada (cerca al punto azotrópico) y para que esto se lleve de una manera adecuada debemos tener un buen control de temperatura en cada tramo entre plato y plato por medio de termocuplas (sensores de temperatura) para que la destilación sea la más óptima, ya que en cada tramo la temperatura es diferente, la cual va aumentando de abajo hacia arriba. Un buen manejo de la temperatura nos permite obtener un producto estandarizado; es decir un producto homogéneo.

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PRESION: La presión es otra variable importante porque podemos regular la presión de entrada del vapor y de la carga. Al inicio la presión del vapor debe ser elevado hasta que llegue al estado estacionario y ya solo necesite un pequeño diferencial de flujo de vapor.

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LA CONCENTRACIÓN DE ENTRADA DE LA SOLUCIÓN: Es la variable más importante de esta operación unitaria ya que existe una relación directa con la concentración de salida del producto en este caso de la solución


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OPERACIÓN UNITARIA DE DESTILACIÓN de etanol. A mayor concentración de entrada, la operación unitaria de destilación será más óptima; es decir el producto tendrá una mayor concentración. 

EL REFLUJO: Esta variable es importante porque está relacionada directamente con la concentración de destilado del producto, nos permite controlar la proporción de las 2 líneas de salida tanto para producto y para la parte que volverá a iniciar el proceso de destilación.

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EL FLUJO DE INGRESO DE AGUA FRÍA.: Esta variable nos permite controlar el flujo del agua que ingresa al equipo con la función de condensar el vapor que pasa por el equipo.

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La operación unitaria consiste en: 

Este proceso se lleva a cabo en un equipo de destilación BATCH.

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Mediante la línea de purga se expulsará todo el líquido posible

condensado dentro de la línea en la que llega el vapor al equipo. 

Cuando nos aseguremos que el ingreso es solamente vapor, se cerrará la

válvula de purga. Inmediatamente después se hará ingresar mediante una manguera la solución de etanol al hervidor. 

Dentro del hervidor la solución se calentará hasta que pueda ascender

plato por plato hasta el que se encuentra en la parte más alta del equipo.} 

E n la columna de fraccionamiento es la que permite un mayor

contacto entre los vapores que ascienden con el líquido condensado que desciende, por la utilización de diferentes "platos" (placas). Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores de sustancias con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido. 

En cada tramo entre plato y plato hay un toma muestra cuya

importancia radica en tomar muestras de la concentraciones en cada tramo con el fin de comprobar que la operación se está llevando a cabo correctamente. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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OPERACIÓN UNITARIA DE DESTILACIÓN 

Cuando el alcohol llega a la parte más alta (pasa el último plato); este

destilado es condensado completamente por un ingreso de agua fría para luego ser transportado a una sección donde se llevará a cabo el reflujo. 

El operario en base a unos cálculos obtendrá el reflujo mínimo y el

reflujo de operación con la cual se regulará la válvula de la línea de salida del producto (etanol concentrado) y la otra línea volverá a recorrer la operación.

DESCRIPCION DEL EQUIPO

La operación unitaria de destilación fraccionada batch utiliza un equipo que tiene varias partes de las cuales la más importante es la columna de rectificación o columna de destilación. Es en esta zona donde se desarrolla la mayor parte de la operación unitaria y su diseño es un factor importante para la calidad del producto La destilación en una columna que solo posee zona de enriquecimiento es un caso especial de separación en donde la columna solo posee la sección correspondiente a la UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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OPERACIÓN UNITARIA DE DESTILACIÓN rectificación. Por lo tanto, la alimentación no se realiza en un sector cercano a la mitad de la columna, sino que se hace por el fondo en forma de vapor. . El destilado que se produce por la cima de la torre de destilación, generalmente, es muy rico en el componente más volátil y el residuo contiene una pequeña fracción del componente más ligero. Esta configuración de columna aparece por la necesidad de obtener los productos de Cabeza de la torre con una alta concentración del compuesto más volátil a un precio reducido. Y para esto es muy importante la configuración de platos o empaques que se utiliza en la columna, para eso es fundamental identificar las características del producto final, ya que si se quiere un producto más concentrado y de mayor calidad entonces se aumentara la cantidad de platos en la columna pero el costo aumentara, o se puede sacar un producto medianamente concentrado a costos módicos. El empaque utilizado en la experiencia es ASPEN Batch Distillation V7-1

Partes del equipo 

REHERVIDOR Está recubierto por una cubierta de acero en el cual que recibe el vapor que viene por tuberías desde la caldera. Aquí se necesita una temperatura especial para calentar la solución que se va a destilar y evitar que se pierda calor. El sistema de calentamiento de este rehervidor vía una chaqueta de calentamiento usando el vapor saturado Esta temperatura es de 85°C y debe diferir de la temperatura que existe en los platos de la columna de rectificación. El rehervidor tiene un sistema conectado que permite medir la presión de vapor y dos termopares para medir la temperatura de la carga y del vapor


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BAROMETRO

Debido a que al inicio la solución calentada con vapor es inestable se requiere controlar la presión manualmente y mediante el barómetro podemos ir visualizando y corrigiendo la presión para mantener estable el sistema

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COLUMNA DE DESTILACION

Es la parte más importante del equipo, está hecha de acero y mide aproximadamente 1.65 m de alto y esta totalmente aislada, es decir, recubierta para que la temperatura del ambiente no afecte al interior de la columna en los resultados que se desean obtener y minimizando las pérdidas de calor. La columna tiene 10 platos distanciados, los cuales tienen termopares conectados y por cada zona de la columna, es decir, por cada plato se tiene una temperatura distinta lo cual permite ir condensando y evaporando parte de la solución en su trayecto por la columna. El líquido entra por arriba y cae por gravedad y es en los platos donde los fluidos tienen contacto más íntimo y luego se separan. El número de platos depende del diseño de la columna y la calidad de producto final que se busca. Mientras más platos se tenga se mejora la concentración de etanol pero también se tiene un límite, esto genera también costos por lo que dependerá del diseño y de las características del producto final para la evaluación de la distribución de platos en la columna En cada plato de la columna se observa que como aislante térmico se utiliza láminas de lana de vidrio. El flujo de agua de enfriamiento y del condensado de vapor se mide periódicamente durante la operación conjuntamente con las temperaturas


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PLATO DE BURBUJEO

Es una chapa perforada, montada horizontalmente, habiendo en cada orificio un pequeño tubo con capuchón, de tal modo, los gases calientes que ascienden por dentro de la torre atraviesan el líquido más frío retenido por los platos. Tan pronto dicho líquido desborda un plato cae al inmediato inferior En cada plato existe una válvula, la cual sirve para tomar muestras que determinen composición de los componentes en cada plato. También posee una termocupla la cual medirá la temperatura y la enviara al sistema de control.

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CONDENSADOR

Sirve como un intercambiador de calor debido a los tubos horizontales que posee en paralelo y condensa el vapor que sube y lo deposita en un acumulador.


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ACUMULADOR Es una especie de pequeño tanque del cual una parte regresa a la columna de rectificación con el fin de mantener la temperatura en el último plato, ya que puede ocurrir o aparecer variables que alteren la temperatura dentro de la columna como energizacion del sistema. En el otro lado existe una salida para el producto final y en el que se tiene un indicador de nivel

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TERMOPARES

Es un elemento que se conecta a cada plato para medir y controlar la temperatura por niveles en la columna de rectificación, estos termopares poseen un sistema eléctrico con cables que debe ser cuidadosamente conectado para evitar errores sobretodo en las temperaturas de los niveles


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GRAFICO RESUMEN DEL EQUIPO


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APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA OPERACIÓN UNITARIA DE DESTILACIÓN

Como ya hemos detallado la destilación es una operación unitaria muy útil y muy utilizada en la actualidad por las industrias, por ejemplo para la refinación del petróleo, para desalinizar agua, para producir licor, cerveza o vino, y producir muchos productos químicos que se utilizan en los hogares y fábricas. Detallaremos los principales:

REFINAMIENTO DE PETRÓLEO El principio básico en la refinación del crudo radica en los procesos de destilación y de conversión, donde se calienta el petróleo en hornos de proceso y se hace pasar por torres de separación o fraccionamiento y plantas de conversión. En las torres de fraccionamiento el petróleo asciende por la torre aumentando su temperatura, obteniéndose los derivados de este en el siguiente orden: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Residuos sólidos Aceites y lubricantes Gasóleo y fuel Queroseno Naftas Gasolinas Disolventes GLP (Gases licuados del petróleo)

Si hay un excedente de un derivado del petróleo de alto peso molecular, pueden romperse las cadenas de hidrocarburos para obtener hidrocarburos más ligeros mediante un proceso denominado craqueo.


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OPERACIÓN UNITARIA DE DESTILACIÓN Destilación básica La herramienta básica de refinado es la unidad de destilación. El petróleo crudo empieza a vaporizarse a una temperatura algo menor que la necesaria para hervir el agua. Los hidrocarburos con menor masa molecular son los que se vaporizan a temperaturas más bajas, y a medida que aumenta la temperatura se van evaporando las moléculas más grandes. El primer material destilado a partir del crudo es la fracción de gasolina, seguida por la nafta y finalmente el queroseno. En las antiguas destilerías, el residuo que quedaba en la caldera se trataba con ácido sulfúrico y a continuación se destilaba con vapor de agua. Las zonas superiores del aparato de destilación proporcionaban lubricantes y aceites pesados, mientras que las zonas inferiores suministraban ceras y asfalto.

También es bueno considerar que a partir del petróleo crudo, mediante destilación fraccionada, se obtiene una infinidad de productos orgánicos. Las distintas fracciones


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OPERACIÓN UNITARIA DE DESTILACIÓN obtenidas se describen según el número de átomos de carbono por molécula, como se indica a continuación: Nº átomos de Fracción obtenida carbono C1 - C4

Gas combustible

C5 - C12

Gasolina, combustible para automóviles

C12 - C16

Querosén o parafina líquida usada como combustible doméstico

C15 - C18

Gas Oil o Fuel Oil. Combustible de calderas o plantas termoeléctricas. De esta fracción se extrae el diésel utilizado en automóviles, buses y camiones.

C19 - C20

Aceites lubricantes

C20 o más

Parafina, ceras, asfalto, bitumen

DESALINIZAR AGUA Algunas de las áreas geográficas del planeta no pueden proporcionar suficiente agua potable como para sostener la vida. El agua potable puede ser suministrada por las plantas de destilación que convierten el agua de mar en agua potable. El proceso de destilación es el mismo, aunque el método de calentamiento usado para alcanzar temperaturas de ebullición puede variar. Las dos fuentes principales para la producción de calor son la electricidad y el gas. Es posible que puedas destilar tu propia agua potable para eliminar sustancias químicas no deseadas, gérmenes y otras impurezas. Sin embargo, el agua destilada ordinaria tendrá un sabor insatisfactorio. Probablemente se pueda comprarla casi tan barato como si tú mismo la hubieras destilado. Los procedimientos de desalinización son numerosos y responden a técnicas muy diversas; sin embargo, pueden dividirse en dos grandes grupos: Grupo 1.- El agua cambia de estado en el curso del tratamiento: A) Pasando por una fase gaseosa (destilación): *Procedimiento por compresión de gases *Procedimiento térmico de múltiple efecto *Procedimiento térmico "multiflash" (expansiones múltiples) B) Pasando por una fase sólida: *Congelación *Formación de hidratos (Procedimiento en fase de laboratorio) Grupo 2.- El agua no cambia de estado en el curso del tratamiento. (Procedimientos con membranas): UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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OPERACIÓN UNITARIA DE DESTILACIÓN *electrodiálisis *ósmosis inversa

LICORES Y DESTILADOS Los licores, cerveza y vino, en algún momento de su fabricación, se sometieron a un proceso de destilación para separar el producto líquido final de los granos o frutos de los que se producen.

Los licores Son bebidas alcohólicas producto de una destilación posteriormente aromatización y saborizados dulces .Son de colores vivos brillantes y su sabor dulce y fuerte suele ocultar su alta graduación alcohólica la que varía entre 27° y 55° según sea la mezcla. Existen dos métodos principales para su producción: 1. Destilar todos los ingredientes al mismo tiempo y luego siendo esta destilación endulzada y algunas veces colorizada. 2. Se agregan las hierbas o frutas a la destilación base.Este método consiste en conservar el brillo frescura y bouquet de sus ingredientes Destilados Las bebidas destiladas son las descriptas generalmente como aguardientes y licores; sin embargo la destilación, agrupa a la mayoría de bebidas alcohólicas que superan los 20° de carga alcohólica. Entre ellas se encuentra bebidas de muy variadas características y que van desde los diferentes tipos de Brandy y licor hasta los whiskys, anis, tequila, ron, vodka, cachaca y gin entre otras. El principio de destilación se basa en las diferencias que existen éntrelos puntos de fusión del agua (100°C) y el alcohol (78.3°C).Si un recipiente que contiene alcohol es calentado a una temperatura que supera los 78.3°C pero sin alcanzar los 100°C el alcohol se vaporizara y separara del liquido original para luego juntarlo y recondensarlo en un liquido de mayor fuerza alcohólica. Algunas bebidas producto de una destilación: ADVOCAAT AGUARDIENTE ANIS BRANDY COGNAC PISCO RON VODKA WHISKY         


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OTROS USOS Las industrias de la cosmética, farmacéutica y química dependerán del proceso de destilación. Por ejemplo, empleando la tecnología para separación del aire se puede producir argón. Esta sustancia química se utiliza en las bombillas para proteger el filamento y proporciona el brillo en los tubos fluorescentes. El Clorosilanos es destilado para producir los más altos grados de silicio que se utilizan en la fabricación de semiconductores, la base de ordenadores. Trementina, nafta, fenoles, tolueno y fitosteroles son componentes producidos a través de la destilación. Como también lo es la piridina, utilizada como disolvente y agente impermeabilizante en la fabricación de productos farmacéuticos y vitaminas.

“TORRES DE DESTILACIÓN”


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CONCLUSIONES En conclusión: 

La destilación es un método de separación de mezclas y es el más útil para purificar líquidos. Es decir; es un proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación.

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El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. En la evaporación y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura.

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Para realizar cualquier separación de mezclas primero debemos saber sobre su estado físico, características y propiedades. Lo que significa, es interesante realizar una mezcla, pero es más importante tener claro cuales componentes se mezclan para que la hora de separar usemos la técnica más adecuada.

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La destilación es una técnica muy útil en el momento de separar gases, que está fuertemente ligada a los diferentes puntos de ebullición de los líquidos que compongan la mezcla a destilar. También que los resultados de la destilación dependen tanto de la muestra que se esté utilizando para este procedimiento y de los implementos de laboratorio ya que si utilizamos implementos con una capacidad que no sea la adecuada para la muestra se pueden alterar los destilados e incluso dañar el montaje del equipo.


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RECOMENDACIONES 

El agua debe ser precalentado para reducir las variaciones de presión en el vapor producido pero ésta no debe exceder los 30 grados porque malograría el equipo.

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Es recomendable aislar los tubos con fibra de vidrio y no con asbesto, ya que es dañino para la salud aunque resulte menos costoso.

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Es recomendable hacer un mantenimiento de la torre de destilación periódicamente, éste mantenimiento a escala industrial, puede ser hasta cada 6 a 8 meses, pero en cuestiones de estudio (con menor uso) puede ser anualmente, o cuando se requiera.

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La operación de una torre de destilación en una planta industrial, específicamente en las refinerías esta monitoreada por un equipo supervisado por un ingeniero de planta conocedor del funcionamiento de la torre.


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BIBLIOGRAFIA

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http://www.ehowenespanol.com/cuales-son-usos-destilacionindustria-sobre_134160/

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http://www.quimicaorganica.net/destilacion.html

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http://www.ehowenespanol.com/metodos-destilacion-lista_86591/

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http://www.vinosygastronomia.com/licores.php


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