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Universidad Juárez Autónoma de Tabasco División Académica de Ingeniería y Arquitectura Unidad Chontalpa PRÁCTICA N. 2 DESTILACIÓN EQUIPO N. 1 INTEGRANTES:
JAZMÍN ORAMAS JIMÉNEZ BIBI KENLY MENDOZA DE LA CRUZ YESICA DE LA CRUZ SILVA ISAAC NIETO SANTIAGO KRISTEL SEGOVIA PERÉZ
ASIGNATURA: BALANCE DE MASA Y ENERGIA Y LABORATORIO
CATEDRÁTICO: DRA. ANGELICA ANGELICA SILVESTRE SILVESTRE LÓPEZ RODRIGUEZ RODRIGUEZ ELABORACIÓN 24 OCTUBRE DEL 2012.
DESTILACION DE AGUA AGUA Y ALCOHOL
OBJETIVOS:
EQUIPO N.1
13 SEPTIEMBRE DEL 2012.
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INTRODUCCIÓN Introducción: La destilación, 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. 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. La destilación depende de parámetros como: El equilibrio liquido vapor, temperatura, presión, composición, energía. ·
El equilibrio entre el vapor y el líquido de un compuesto está representado por la relación de moles de vapor y líquido a una temperatura determinada, también puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones de vapor.
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La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la cantidad de energía proporcionada al sistema, también influye en la composición del vapor y el líquido ya que esta depende de las presiones del vapor.
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La presión tiene directa influencia en los puntos de ebullición de los líquidos orgánicos y por tanto en la destilación.
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La composición es una consecuencia de la variación de las presiones de vapor, de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.
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Puntos de ebullición, son aquellos puntos o temperaturas de compuestos puros a las que sus presiones de vapor igualan a la presión atmosférica, produciéndose el fenómeno llamado ebullición. Hay diferentes tipos de destilación: *Destilación simple*
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Es el método que se usa para la separación de líquidos con punto de ebullición inferior a 150ºC a presión atmosférica de impurezas no volátiles o de otros líquidos miscibles que presenten un punto de ebullición al menos 25ºC superior al primero de ellos. Es importante que la ebullición de la mezcla sea homogénea y no se produzcan proyecciones. Para evitar estas proyecciones suele introducirse en el interior del aparato de destilación nódulos de materia que no reaccione con los componentes. Normalmente se suelen utilizar pequeñas bolas de vidrio.
*Destilación Fraccionada* Este proceso, conocido como rectificación o destilación fraccionada, se utiliza mucho en la industria, no sólo para mezclas simples de dos componentes (como alcohol y agua en los productos de fermentación, u oxígeno y nitrógeno en el aire líquido), sino también para mezclas más complejas como las que se encuentran en el alquitrán de hulla y en el petróleo. La columna fraccionadora que se usa con más frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que las placas están dispuestas horizontalmente, separadas unos centímetros, y los vapores ascendentes suben por unas cápsulas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a través del líquido. Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de izquierda a derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y allí fluye de derecha a izquierda. La interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que puede producirse espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior. En este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo de cuatro placas teóricas, que realizan cuatro destilaciones. Un equivalente barato de la torre de burbujeo es la llamada columna apilada, en la que el líquido fluye hacia abajo sobre una pila de anillos de barro o trocitos de tuberías de vidrio. La única desventaja de la destilación fraccionada es que una gran fracción (más o menos la mitad) del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez, con lo cual hay que suministrar más calor. Por otra parte, el funcionamiento continuo permite grandes ahorros de calor,
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porque el destilado que sale puede ser utilizado para precalentar el material que entra. Cuando la mezcla está formada por varios componentes, estos se extraen en distintos puntos a lo largo de la torre. Las torres de destilación industrial para petróleo tienen a menudo 100 placas, con al menos diez fracciones diferentes que son extraídas en los puntos adecuados. Se han utilizado torres de más de 500 placas para separar isótopos por destilación. *Destilación por vapor * Si dos líquidos insolubles se calientan, ninguno de los dos es afectado por la presencia del otro (mientras se les remueva para que el líquido más ligero no forme una capa impenetrable sobre el más pesado) y se evaporan en un grado determinado solamente por su propia volatilidad. Por lo tanto, dicha mezcla siempre hierve a una temperatura menor que la de cada componente por separado. El porcentaje de cada componente en el vapor sólo depende de su presión de vapor a esa temperatura. Este principio puede aplicarse a sustancias que podrían verse perjudicadas por el exceso de calor si fueran destiladas en la forma habitual. Destilación al vacio* Muchas sustancias no pueden purificarse por destilación a la presión ordinaria, por que se descomponen a temperaturas cercanas a su punto de ebullición normal, en otros casos la finalmente poseen problemas de equilibrio liquido-vapor, en consecuencia se emplea el método de destilación al vacio o a presión reducida.
FUNDAMENTOS TEORICOS
METODOLOGIA
Reactivos Agua (ℓh2o= 998 kg/cm3)( ℓh2o= 1 g/cm 3)
Alcohol
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Materiales
Torre de destilación
PROCEDIMIENTO
DESARROLLO
RESULTADOS
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CONCLUSIÓ
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DESTILACION I . O B J E T I V O S . •
El objetivo principal de la destilación es separar una m e z c l a d e v a r i o s c o m po n e n te s a p r o ve c h a nd o s u s d i s ti n t a s v o l a t i l i d a d e s , o b i e n s e p a r a r l o s materiales volátiles de los no volátiles. •
Nuestro objetivo en grupo es conceptualizar la destilación , a t r a v é s d e l a información teórica que presentamos y además de la parte experimental con surespectivo análisis. II.INTRODUCCION. La operación unitaria de destilación es una de las más em p l e a d a s e n l a i n d u s t r i a alimentaria, farmacéutica y perfumera, para la separación de los componentes que formanmezclas líquidas miscibles. La destilación es una operación unitaria de transferencia demasa, tal como la absorción o la cristalización. De acuerdo con el diccionario ( Va li en te ,1 9 9 0 ) l a d e s t i l a c i ó n e s l a o p e r a c i ó n c u y o f i n e s l a se pa ra ci ón de do s o má s líq ui do smiscibles mediante la ebullición. Los vapores obtenidos se recuperan como productodeseable y se condensan.Los vap ores condensad os s on má s ricos en el líquido o líqu ido s más voláti les , mie ntr as que los fondos, o líquidos remanentes, son más ricos en las sustancias menos volátiles.Esta operación recibe también los nombres de alambicación, refinación, agot am ie nto, fraccionamiento y rectificación.El aislamiento y purificación de compuestos orgánicos son operaciones básicas químicasreflejadas en la destilación, extracción, recristalización, absorción, cromatografía, etc. Queen cada caso aprovecha las propiedades físico químicas de c o m p u e s t o s o r g á n i c o s , involucrados en estos procesos, entre estas propiedades podemos citar:Puntos de ebullición.Polaridad.Puntos de fusión.Solubilidad.Miscibilidad.Acá estudiamos la operación básica de aislamiento y purificación llamada destilación. III.HISTORIA El proceso de la destilación fue inventado por los alquimistas egipcios, pe ro fu er on lo salquimistas griegos quienes en el siglo primero de nuestra era, inventaron el alambique(destilador). INTRODUCCION A LA ING. QUIMICA4 O P E R A C I O N E S U N I T A R I A S : DESTILACION EQUIPO N.1
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1. En la antigüedad: La destilación se inventó como un medio para obtener u n l í q u i d o c a p a z d e a t a c a r o c o l o r e a r l o s m e t a l e s , l os ár ab es em pe za ro n a me zcl ar la s hi er ba s y la sflores con alcohol o agua, y a destilar las mezclas paraproducir un perfume líquidoA partir del siglo XIV, se introdujo en Europa la prácticade enfriar el tubo de salida del alambique, la salida seconvirtió en un serpentín condensador del que de ri va el refrigerante moderno.En 1150, los químicos italianos destilaron ácido nítricode una mezcla de nitro y alumbre.E n e l s i g l o X V s e d e s t i l a b a á ci d o c lo rh íd ri co d e un amezcla de nitro y sal común En la modernidad: Boyle destiló alcohol de madera y vinagre, y recibió lasdi f e r e n t e s f r a c c i o n e s de acuerdo con sus puntos deebullición, lo que constituyó probablemente la primeradestilación analítica .En 185 6 s e de cubr io los colo rant es sint ético s, l o q uecondujo a las plantas destiladoras de alquitrán de hulla En 1822, Perrier inventó las campanas de burbujeo yd e s a r r o l l ó u n a l a m b i q u e c o n t i n u o , c o n precalentamiento de la alimentación y uso de reflujointernoBlumenthal, combinó los pri ncipios u tilizados por losdos inventores, para fabricar una columna quepropor cionaba una corriente de alcohol rectificado apartir de una alimentación continua de vino; logró asíe l p r i m e r p r o c e s o d e d e s t i l a c i ó n a r é g i m e n p ermanente.Entre 1860 y 1880, se descubrieron productos químicos valiosos tales como el benceno,el tolueno y el xileno, mediante la destilación del alquitrán.A mediados del siglo pasado se descubrió la forma de fabricar vidrio transparente, dúctil yc a p a z d e s o p o r t a r e l c a l e n t a m i e n t o y e n f r i a m i e n t o c o n t i n u os. Los lossmodificaron y aparecieron los matraces, columnas y condensadores, semejantes a losempl ea do s ho y T rum ble , en Esta dos Unid os, ideó en 181 2 l a comb inac ión de undestilador de tubos con columnas desolladoras y evaporadores.
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Otro método para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su punto normal de ebullición es evacuar parcialmente el alambique. Este método es tan efectivo como la destilación por vapor, pero más caro. Cuanto mayor es el grado de vacío, menor es la temperatura de destilación. Si la destilación se efectúa en un vacío prácticamente perfecto, el proceso se llama EQUIPO N.1
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destilación molecular. Este proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y otros productos inestables. Se coloca la sustancia en una placa dentro de un espacio evacuado y se calienta. El condensador es una placa fría, colocada tan cerca de la primera como sea posible. La mayoría del material pasa por el espacio entre las dos placas, y por lo tanto se pierde muy poco. La destilación fraccionada es un proceso de destilación de mezclas muy complejas y con componentes de similar volatilidad. Consiste en que una parte del destilado vuelve del condensador y gotea por una larga columna a una serie de placas, y que al mismo tiempo el vapor que se dirige al condensador hace burbujear al líquido de esas placas. De esta forma, el vapor y el líquido interaccionan de forma que parte del agua del vapor se condensan y parte del alcohol del líquido se evapora. Así pues, la interacción en cada placa es equivalente a una re destilación, y si se construye una columna con el suficiente número de placas, se puede obtener un producto destilado de la altísima pureza, como el alcohol de 96%; en una única destilación.
BALANCE DE MASA Y ENERGIA. DIAGRAMAS DE FLUJO Para un ingeniero químico obviamente es vital el análisis de cada operación un itar ia, como en este caso lo es la destilación, previamente a un análisis de balance de materia y en e r gí a, se re a li za un d ia gr am a d e flujo, el cual viene a representar toda la serie de procedimientos que se realizan durante la realización de la operación unitaria, esto implica representar tanto los materiales así como los que ingresan, y sin dejar de tomar en cuenta de los materiales que ingresan durante el proceso. Para el caso de la destilación debido a que existen diferentes métodos de este, podemos representar una destilación a través de diferentes esquemas de diagramas de flujo basado el caso. representar tanto los materiales así como los que ingresan, y sin dejar de tomar en cuentade los materiales que ingresan durante el proceso.Para el caso de la destilación debido a que existen diferentes métodos de este, podemosrepresentar una destilación a través de diferentes esquemas de diagramas de flujo sadoel caso.
Representación de la operación de destilación simple. EQUIPO N.1
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Se Se muestra la operación unitaria como es la destilación, e n f o r m a o r d e n a d a e n r e ct á ng u lo s s im p le s , p o r e j em p lo s i s e qu ie re de te rm in ar el dia gr am a de flu jo pa ra la destilación la columna de destilación se representa por un rectángulo, los materiales, que entran y salen se representan por líneas. Co mo ya me nc io na mo s un di ag ra ma de fl uj o es en esencia un diagrama líneas que muestra las etapas sucesivas del proceso con la indicación del equipo en el cual se efectúan dichas etapas y las corrientes de materiales, que entran y salen en cada parte del equipo; los diagramas de flujo son importantes porque se ahorra tiempo y sirven para eliminar muchos errores
Diagrama cualitativo de operación de destilación. BALANCE DE MASA Un balance de materiales es un proceso industrial viene a ser una contabilidad exacta de todos lo s materiale s que entran, salen, se acumulan o se agotan durante un intervalo determinado de tiempo de operación. Un balance de materiales es desde este punto de vista una expresión de la ley de la conservación de la materia que establece “la materia n o s e crea ni se destruye, solo se transforma”, es decir no existe generación nidestrucción espontánea de masa. La expresión general para un balance de materiales es, la siguiente:Esta ecuación general de balance puede escribirse para cualquier sustancia que entre os a l g a de cualquier proceso; puede aplicarse a la masa total de esta s u s t a n c i a o a cualquier especie atómica o molecular involucrada en el proceso. No se puede aplicar alvo lu me n, po rq ue la ec ua ci ón se ba sa en la conservación de la masa, ya que puedenexistir efectos de mezcla, de densidad, los volúmenes no se podrán balancear. E : masa que entra al sistema en un tiempo determinado. G : masa generada o consumida en un tiempo determinado. S : masa que sale del sistema en un tiempo determinado. A : masa que se acumula en el sistema en un tiempo determinad 1.Para procesos físicos (sin generación) se recomienda b a l a n c e d e m a s a e n compuestos químicos. Usar unidades de peso ej. Kg.2 . S i h a y r e a c c i ó n q u í m i c a l o s b a l a n c e s c o n v i e n e e x p r e s a r l o s e n e l e m e n t o s , radicales, compuestos o sustancias que no reaccionan en el proceso
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