Anexo 4 -
Caratula
PROYECTO INTEGRADOR TERCER CICLO
BALANCE DE MATERIA EN UN DESTILADOR BATCH PARA LA OBTENCIÓN DE BIOETANOL CARRERA Procesos Químicos y Me!"#r$icos ELABORADO POR INTEGRANTES M!yorc! Hu!%c!& T!i!%! L"!!s 'es#s& (e%)y 'or$e Ro*!s& Lucero C!+rer! S!"!,!r& -e.i%
ASESORES ASESORES ING. Ivan Gonzales Saveedra
LIMA / PER0 AGOSTO& 1234
TABLA DE CONTENIDOS
1.Índice………………………......………………….………………….....…1
RESUMEN................................................................................4 ............................... .......................5 ............5 I5 DE6INICIÓN DEL PROBLEMA .................... ............................... ..................... ..................... ...............................5 .....................5 II5 OB'ETI7OS..................... ............................... ..................... ..................... ..................... ........................5 ..............5 II53 Ge%er!".................... .............................. ..................... .......................................5 ............................5 II51 Es8ecí9icos.................... III5 6UNDAMENTO TEÓRICO.................................................6 I75 DESARROLLO.................................................................19 75 E7ALUACIÓN DE RESULTADOS..................................23 ................................ ........................................27 .............................27 7I5 CONCLUSIONES..................... 7II5 RECOMENDACIONES ....................................................27 7III5 RE6ERENCIAS BIBLIOGR:6ICAS ..............................28
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;NDICE DE ESQUEMAS
ESQUEMA N<3 PROCESO ELABORACIÓN DEL BIOETANOL55555555555555555555P=$5>
ESQUEMA N<1 DI6ERENCIAS ENTRE LOS PROCESOS SEG0N LA MATERIA DE ORIGEN5555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555P=$532
ESQUEMA N°3. ESQUEMA DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL…??555555P=$533
ESQUEMA N<@ ESQUEMA DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL DE AZUCAR………………………………………………………………………………………………………….P=$531
ESQUEMA N°5. CARACTERISTICAS 6ISICOQU;MICAS DEL BIOETANOLY LAGASOLINA………………………………………………………………………………………. P=$53
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;NDICE DE TABLAS
TABLA N°2. METODÓLOGIAS UTILIZADAS PARA EL CONTROL ÓPTIMO TIEMPO MÍNIMO…………………………………………………………………………………………………………………….Pág. 15 TABLA N°3. METODÓLOGIAS UTILIZADAS PARA EL CONTROL ÓPTIMO M!IMO DE GANANCIA ……………………………………………………………………………………………………………….Pág. 1" TABLA N°#. METODOÓLOGIAS UTILIZADAS PARA EL CONTROL ÓPTIMO MINIMO DE ENERGÍA ………………………………………………………………………………………………………………….Pág. 1$
TABLA N°5. CORRELACIONES TERMODINMICAS ……………………………………………………………………………………………………………………………….….Pág.1"
TABLA N°". MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL 2%%$………………………………………………………………………………………………………………………….Pág. 1&
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RESUMEN El presente trabajo calcula los parámetros de diseo de una columna de destilaci!n por lotes para separar un "ermentado de piloncillo. #e obtu$o un destilador con dimensiones capa% de obtener alco&ol de 9' con las si(uientes caracter)sticas* capacidad má+ima 17' litros, acero ino+idable (rado alimenticio, con medici!n de presi!n - temperatura, operado a re"lujo $ariable, la columna de recti"icaci!n tiene una altura de 142 cm - un diámetro de 24 cm, con platos per"orados m!$iles con posibilidad de aumentar o disminuir su nmero. #e reali%aron $arias corridas de operaci!n para determinar las condiciones de producci!n del destilador. #e oper! el destilador construido obteniendo alco&ol de 9'/0.., a una temperatura de operaci!n de 1'' / - presi!n de entre '.8 - 1.' atm.
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I5 DE6INICIÓN DEL PROBLEMA En las destilaciones por lotes, llamadas tambin batc&, se car(a al euipo una determinada cantidad de la me%cla de inters para ue, durante la operaci!n, uno o más compuestos se $a-an separando de la me%cla ori(inal. n ejemplo comn corresponde a las destilaciones ue ocurren en los laboratorios, donde el l)uido es $aciado en un recipiente - calentado &asta &er$ir. El $apor "ormado se retira continuamente por condensaci!n, ue corresponde al compuesto más $olátil. En las separaciones por lotes no &a- estado estable - la composici!n de la car(a inicial cambia con el tiempo. Esto trae consi(o un incremento en la temperatura del recipiente - decremento en la cantidad de los componentes menos $olátiles a medida ue a$an%a la destilaci!n. #in embar(o, siendo los culti$os ener(ticos una "uente importante para la obtenci!n de biocomponentes para el mundo. uestro problema sur(e en poder reali%ar la "abricaci!n bioetanol a partir de un compuesto inor(ánico la cual esta soluci!n podr)a sustituir al recurso más indispensable del planeta ue es la (asolina.
II5 OB'ETI7OS II53 Ge%er!" nali%ar el balance en una destilaci!n ac& para e$aluar el rendimiento de la producci!n de bioetanol con "ines medioambientales - reempla%ar las ener()as reno$ables por no reno$ables de tal manera ue pueda concretarse una educaci!n ecol!(ica para nue$as (eneraciones.
II51 Es8ecí9icos ia(nosticar el balance de materia en un destilador ac& para la obtenci!n de bioetanol a partir de un compuesto or(ánico. isear un proceso de destilaci!n por lotes para la obtenci!n de bioetanol.
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III5 6UNDAMENTO TEÓRICO III535E!%o"5 lamado tambin alco&ol et)lico es un compuesto or(ánico de "ormula u)mica 2:5;: .#e presenta como l)uido a condiciones normales, incoloro, l)mpido, de olor a(radable - "uertemente penetrante, de sabor caustico - ardiente, además es miscible en a(ua a todo proporci!n in"lamable - $olátil. #u temperatura de ebullici!n normal es de 78.65/ - su calor de $apori%aci!n es 38.56 <=>mol. III515Bioe!%o".Es un alco&ol producto de la "ermentaci!n de a%cares pro$eniente de materias primas ricas en a%car como la caa de a%car, remolac&a, almidones como la -uca - recursos celul!sicos como la madera, ba(a%o de caa - otros. III55Biocom+usi+"e.Es el trmino con el cual se denomina a cualuier tipo de combustible ue deri$e de la biomasa? or(anismos $i$os o sus desec&os metab!licos III5@56erme%!ci%5 esde la anti(@edad se obtiene el etanol por "ermentaci!n anaer!bica de a%cares con le$adura en soluci!n acuosa - posterior del bebe destilaci!n. III55Puri9ic!ci%5 El mtodo más anti(uo para separar el etanol del a(ua es la destilaci!n simple, pero la pure%a está limitada a un 95?96A debido a la "ormaci!n de un a%e!tropo de a(ua?etanol de bajo punto de ebullici!n. III545Co"um%! B!c5 a alimentaci!n a la columna es introducida por lotes. Esto es, la columna ue se car(a con un lote - entonces cuando se lle$a a cabo el proceso de destilaci!n. uando el objeti$o deseado es alcan%ado, se introduce el si(uiente lote de alimentaci!n. III55Pi"o%ci""o 5 a panela,Bnombre tradicional ná&uatlC,Depa dulce. Danel!n. piloncillo, raspadura, atado dulce, tapa de dulce, c&ancaca, Bdel ná&uatl chiancaca , a%car morena, o del uec&ua chamq'ay , moler o mac&acar o triturar C, empani%ado, piloncillo o panoc&a, es un dulce t)pico de la (astronom)a de muc&os pa)ses Bentre otros, &ile, r(entina, Der, rasil, olombia, uba, Danamá, Ecuador , Fndia, aos, G+ico, DaHistán, #ri anHa, Iene%uelaC, preparado a partir del caldo, jarabe o ju(o no destilado de la caa de a%car tras &aberse puesto en remojo, &er$ido, moldeado - puesto a secar - antes de pasar por el proceso de puri"icaci!n necesario para con$ertirlo en a%car mascabado
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III5F 6erme%!ci% !"co"ic!. Duede lle$arse a cabo por lotes, por lotes alimentados o en "orma continua. El proceso t)pico de producci!n de alco&ol por lotes a partir de mela%as o ju(o de caa, comprende la esterili%aci!n de la materia prima se(uida del ajuste del p:. III5> Desi"!ci%5Es la operaci!n de separar, mediante calor, los di"erentes componentes l)uidos de una me%cla Betanol>a(uaC. na "orma de destilaci!n, conocida desde la anti(@edad, es la obtenci!n de alco&ol aplicando calor a una me%cla "ermentada. III532 DILUCIÓN5 Es la adici!n del a(ua para ajustar la cantidad de azúcar en la mezcla o Ben ltima instanciaC la cantidad de alco&ol en el producto. Es necesaria porue la le$adura, usada más adelante en el proceso de "ermentaci!n, puede morir debido a una concentraci!n demasiado (rande del alco&ol. III533 CON7ERSIÓN5a con$ersi!n es el proceso de con$ertir el almidón/celulosa en azúcares fermentables . Duede ser lo(rada por el uso de la malta, e+tractos de en%imas contenidas en la malta, o por el tratamiento del almid!n Bo de la celulosaC con el ácido en un proceso de &idr!lisis ácida. III531 6ERMENTACIÓN. a "ermentaci!n alco&!lica es un proceso anaer!bico reali%ado por las le$aduras, básicamente. e la "ermentaci!n alco&!lica se obtienen un (ran nmero de productos, entre ellos el alco&ol.
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III535PROCESO DE ELABORACIÓN DEL BIOETANOL
ESQUEMA N°1 PROCESO ELABORACIÓN DEL BIOETANOL
III53@ DI6ERENCIAS ENTRE LOS PROCESOS SEG0N LA MATERIA DE ORIGEN
ESQUEMA N°2 DI6ERENCIAS ENTRE LOS PROCESOS SEG0N LA MATERIA DE ORIGEN
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III53 ESQUEMA DE LA PRODUCCIÓN DE AUCAR Y BIOETANOL DE PILONCILLO
ESQUEMA N°3. ESQUEMA DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL
III534 PRODUCCIÓN DE AUCAR Y BIOETANOL
ESQUEMA N°#. ESQUEMA DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL
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III53 CARACTIRISTCAS 6ISICOQU;MICAS DEL BIOETANOL Y LA GASOLINA
'UENTE( MANUEL DE USOS DE BIOCARBURANTES .AGENCIA ANDALUCIA DE LA ENERGÍA ESQUEMA N°5. CARACTERISTICAS 6ISICOQU;MICAS DEL BIOETANOLY LA GASOLINA
III534 DESTILACIÓN POR LOTE a destilaci!n por lotes se utili%a industrialmente cuando se trabaja con peueas cantidades de l)uido, o cuando se reuiere obtener di$ersos productos con un mismo euipo. Es un euipo más di")cil de manejar ue el de destilaci!n continua, porue no es un proceso estacionario. Dara una car(a de composici!n Ji - relaci!n de re"lujo constante, la composici!n del destilado $ar)a continuamente con el tiempo. #u principal $entaja es su $ersatilidad, - ue para un nmero dado de platos te!ricos, la destilaci!n por lotes permite un destilado de ma-or concentraci!n del componente más $olátil .uando se ponen en contacto dos "ases ue tienen di"erente composici!n es posible ue ocurra la trans"erencia de al(unos de los componentes presentes de una "ase &acia la otra - $ice$ersa. Esto constitu-e la base ")sica de las operaciones de trans"erencia de masa. #i se permite ue estas dos "ases permane%can en contacto durante un tiempo su"iciente, se alcan%ará una condici!n de euilibrio, bajo la cual no &abrá -a trans"erencia neta de componentes entre las "ases.
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III53 PROBLEMA DE CONTROL ÓPTIMO a $ariable de control, por e+celencia, en un proceso de optimi%aci!n en una columna de destilaci!n discontinua es la relaci!n de re"lujo - es con$eniente utili%ar una "unci!n objeti$o relacionado directamente con dic&a $ariable de control. a "unci!n es resuelta mediante la aplicaci!n de mtodos matemáticos tales como Dro(ramaci!n inámica, álculo de Iariaci!n, Drincipio del Gá+imo de Dontr-a(in o Dro(ramaci!n o?ineal BDC, entre otros. En (eneral, el proceso es tratado como un problema de control !ptimo - los casos más comunes tratados en la literatura en este sentido son* 1. Droblema del má+imo destilado* #e ma+imi%a la cantidad de destilado para una concentraci!n determinada del componente li(ero cla$e dentro de un tiempo de operaci!n dado. 2. Droblema del tiempo m)nimo* #e minimi%a el tiempo de operaci!n necesario para la producci!n de una cierta cantidad de destilado ue cumpla con una concentraci!n especi"icada del componente cla$e más $olátil. 3. Droblema de la má+ima (anancia* #e ma+imi%a una "unci!n de (anancia para una concentraci!n especi"icada de producto. 4. Droblema del m)nimo reuerimiento de ener()a* #e minimi%an los reuerimientos ener(ticos para la producci!n de una cantidad de destilado dado ue cumpla con una concentraci!n especi"icada del componente cla$e más $olátil.
Este problema ha sido resuelto por autores tales como Converse y ross !1963"# $i%e&ar y col' !1987"# (arhat y col' !1990"# $i%e&ar !1992" y )o*sdon y +ie*ler !1993"' $icho problema ha sido resuelto para me,clas binarias y multicomponentes' En la optimi,aci-n se utili,an m.todos como pro*ramaci-n din/mica# c/lculo de variaciones# principio del m/imo de ontrya*in# pro*ramaci-n nolineal y una combinaci-n del principio del m/imo con pro*ramaci-n nolineal' (inalmente# el modelo de la columna se resuelve utili,ando el m.todo corto derivado de (ens&ender%oodilliland !("# el m.todo semiri*uroso y el m.todo ri*uroso' En la si*uiente tabla se presenta el comparativo de los trabaos mencionados'
TABLA N°1. METODOLOGIAS UTILIZADAS 11 PARA EL CONTROL ÓPTIMO
III53F PROBLEMA DEL TIEMPO M;NIMO l(unos de los autores ue &an abordado este tipo de problema de control son oKard B1967C, Lobinson B197'C, Ga-ur - =acHson B1971C, :ansen - =or(ensen B1986C, Gujtaba Gacc&ietto B1988C - iKeHar B1992C. Dara la soluci!n de este problema se &an utili%ado me%clas binarias - multicomponentes - se &a resuelto utili%ando el principio del má+imo de Dontr-a(in, cálculo de $ariaciones, pro(ramaci!n no?lineal - una combinaci!n del principio del má+imo con pro(ramaci!n no?lineal. os modelos matemáticos de la columna ue se &an utili%ado son* el mtodo corto deri$ado de MensHe?nderKood?0illiland BM0C, el mtodo semi?ri(uroso - el ri(uroso. n comparati$o de las metodolo()as utili%adas en soluci!n del problema de control !ptimo se presenta en la si(uiente tabla.
TABLA N°2. METODOLOGIAS UTILIZADAS PARA EL CONTROL ÓPTIMO TIEPO MÍNIMO III53> PROBLEMA DE LA M:IMA GANANCIA Este tipo de problema &a sido resuelto por autores como
TABLA N°3. METODOLOGIAS UTILIZADAS PARA EL CONTROL ÓPTIMO MA!IMO DE GANANCIA
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III512 PROBLEMA DE LA MÍNIMA ENERGÍA os trabajos de Murlon(e - col. B1999C - GuH&erjee - col. B2''1C abordan la soluci!n del problema de control de la m)nima ener()a. En el primero, se desarrollaron lineamentos de operaci!n !ptima para columnas de destilaci!n multi?recipientes mediante pro(ramaci!n nolineal - para la e+perimentaci!n numrica se consider! una me%cla multicomponente. En el se(undo se consider! una me%cla binaria - se implement! la tcnica de al(oritmos (enticos para minimi%ar la cantidad de "lujo de $apor total BIC necesario para obtener una composici!n constante de producto, lo cual tiene como implicaci!n directa la minimi%aci!n de la ener()a utili%ada. as metodolo()as utili%adas en la soluci!n del problema de control !ptimo se presentan en la si(uiente tabla.
TABLA N°#. M ETODOLOGIAS UTILIZADAS PARA EL CONTROL ÓPTIMO MINIMO DE ENERGIA
III513 EQUILIBRIO L;QUIDO7APOR Y PROPIEDADES TERMODIN:MICAS En los balances de materia - ener()a ue dan como resultado el modelo de la columna de destilaci!n discontinua, se tienen e+presiones al(ebraicas utili%adas para calcular los "lujos de 9 l)uido - $apor a tra$s de la columna. a termodinámica pro$ee las e+presiones adecuadas para el cálculo del euilibrio l)uido?$apor, as) como las propiedades termodinámicas Bentalp)a - entrop)aC necesarias en los balances de ener()a - disponibilidad Bener()aC del proceso. ic&as ecuaciones pueden ser obtenidas a partir del uso de ecuaciones de estado.
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TABLA
N°5.
CORRELACIONES TERMODINAMICAS
III511 MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL El bioetanol puede obtenerse a partir de tres tipos de materias primas* •
•
•
ulti$os - materiales con alto contenido de sacarosa, como la caa de a%car, la remolac&a a%ucarera, el sor(o dulce - las mela%as, entre otros. ulti$os amiláceos con alto contenido de almid!n, tales como los cereales Bma)%, sor(o, (ranN"ero, tri(o - cebadaC o ra)ces - tubrculos Bmandioca, papa, batata, etc, o de inulina Btopinambur, a(a$e,ame,etc.C. Gaterias primas - culti$os con alto contenido de celulosa Bli(nocelulOsicosC, cu-os carbo&idratos se encuentran en "ormas más complejos Bmadera, residuos a(r)colas - "orestales, culti$os li(nocelulOsicos, material &erbáceo, etc.C.
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En el caso de los pa)ses de #udamrica, la producci!n de las materias primas más rele$antes para la producci!n de bioetanol sum! casi 76' millones de toneladas en 2''7.El culti$o de ma-or disponibilidad inmediata en la re(i!n es la caa de a%car, cu-a producci!n se e+tiende en todos los pa)ses a e+cepci!n en todos los pa)ses a e+cepci!n de &ile. rasil, principal mundial de caa de a%car, ejerce un predominio si(ni"icati$o en la producci!n re(ional de esta materia prima .#e(uido de este culti$o se encuentran el ma)%, cu-a producci!n se concentra en r(entina - en rasil, la mandioca, el sor(o, la remolac&a a%ucarera - el ame .rasil, r(entina - olombia son, en ese orden, los principales productores sudamericanos de materias primas utili%ables para la producci!n de bioetanol.
'UENTE( ELABORACIÓN ESTADISTICA DE 'AOSTAT TABLA N°". MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETNOL 2%%$
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'UENTE( ELABORACIÓN ESTADISTICA DE 'AOSTAT GR'ICO N°1. COMPOSICION DE LA PRODUCCIÓN SUDAMERICANA DE MATERIAS PRIMAS UTLIZABLES PARA PRODUCIR BIOETANOL
III51 7ENTA'AS DE UTILIAR BIOETANOL El uso del bioetanol en $e% de los carburantes "!siles produce toda una serie de bene"icios ambientales, no solo en relaci!n con las emisiones de (ases contaminantes de e"ecto in$ernadero sino tambin por la propia naturale%a del etanol, un producto soluble en a(ua - muc&o más de(radable ue los &idrocarburos. s), mientras ue la
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eliminaci!n de $ertidos accidentales de petr!leo puede lle$ar aos, si se produce un $ertido de etanol su eliminaci!n podr)a ser cuesti!n de d)as solamente - con bastante menor peli(ro de to+icidad para los seres $i$os. En cuanto a las emisiones de (ases de e"ecto in$ernadero, el bioetanol presenta un ciclo neutro respecto al ;2, -a ue todo el carbono ue se emite en la combusti!n de este alco&ol corresponde a carbono ue &ab)a sido pre$iamente retirado de la atm!s"era por el culti$o. demás, la sustituci!n parcial de un combustible "!sil por un biocarburante supone e$itar la incorporaci!n a la atm!s"era del ;2 procedente del combustible "!sil sustituido. Dor cada litro de (asolina sustituido se e$ita la emisi!n de 1,85 H( de ;2, de los ue 1,79 corresponden a la combusti!n directa del carburante - el resto a los procesos de e+tracci!n, transporte - re"ino.
III.23 B)*)+,- /- M)0-) En una destilaci-n discontinua# la composici-n a lo lar*o del proceso cambia a medida ue transcurre el tiempo# esto es conocido como comportamiento din/mico' or tanto# la contabilidad de la materia a lo lar*o del proceso debe hacerse en orma dierencial# lo cual introduce la necesidad de resolver sistemas de ecuaciones dierenciales' )os trabaos de eado%s !1963" y de $isteano !1968" se consideran como los primeros reportados en la literatura del modelado la din/mica de una columna de destilaci-n discontinua para me,clas multicomponentes' tros trabaos en el mismo sentido han sido los de $omenech y Enalbert !1974"# de $i%e&ar !1988"# de $i%e&ar y adhavan !1991"# de (urlon*e y col' !1999" y de en&ates%arlu y :vanti&a !2001"' B)*)+,- /- )0-) -+ -* /44
;e deine la relaci-n de reluo de l<uido en el domo# =t# como>
I75 DESARROLLO I753 SE REALIO LA 6ERMENTACIÓN DE A @ DIAS EN ALAMBIQUESJ
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CANTIDAD
COMPUESTO
50 Lt
AGUA
15 !
PILONCILLO
10 !
SAL7ADO
TABLA N<3 CANTIDAD DE 6ERMENTACIÓN
I.2 COMPUESTO DE ENTRADA Y SALIDA
ENTRADA SALIDA
90? 16?
E@:A) 3?
89?
::
E@:A) E@:A)
TABLA N<1 COMPUESTOS DE ENTRADA
TABLA N< COMPUESTOS DE ENTRADA
I75 BALANCE DE MATERIA
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I7553 Se re!"i, e" +!"!%ce )e m!eri! 8!r! u% )esi"!)or 8or "oes5 # D $ Do%)eJ F = Alimentación, moles D = destilado, moles B = fondos, moles
I7551 Re!"i,!%)o u% +!"!%ce )e m!eri!"es 8!r! e" com8o%e%e "i$ero Ke!%o"
Do%)eJ " 9r!cci% mo"!r e% "! 9!se "íui)!
I755 E" +!"!%ce )e m!s! em8"e!%)o u% co%)e%s!)or o!" V
=
L
+D
(1)
Donde: V = vapor desde la columna. L = liquido regresando a la columna. Por defnición: Relación de reujo
L = R D
I755@ Susiuye%)o re"!ci% )e re9"u*o e% "! ecu!ci% 3 =RD+D =D R+1 V
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i$idiendo la ecuaci!n anterior entre L V L
%1&
D L
Sustituyendo el inverso del reujo en la ecuación anterior
V L L V
%1&
%
1 R
R R + 1
=
R + 1 R
' D;L ; PP;
()*
I755 MTODO DE MCCABETHIELE El mo)o )e McC!+eTie"e, se considera el más simple - ui%ás el más ilustrati$o para el análisis de la destilaci!n "raccionada binaria. Este mtodo usa el &ec&o de ue la composici!n de cada plato te!rico Bo etapa de euilibrioC está totalmente determinada por la "racci!n molar de uno de los dos componentes del destilado. a destilaci!n por lotes bajo re"lujo $ariable es anali%ada matemáticamente considerando ue los moles perdidos por el destilador representan moles de destilado ue $an al acumulador.
-dW =
(3)
dD
Do%)eJ W = moles en el destilador. D =moles de destilado.
Haciendo un balance de materiales sobre la base de componentes más ligero
d !"# W)=
$D dD
(4)
onde* 20
JKQ Mracci!n molar en el destilador JQ Mracci!n molar en el acumulador
i"erenciando -(X w dW+ Wdx w %= X D Dd Lempla%ando la ecuaci!n 3 en la ecuaci!n 4
X w dW & Wdx w = X D Dw
Leacomodando !$W - x D )dW =Wdx W dW W
=-
dXw ( Xw − XD)
'ntegrando XWf
ln
w f dxw = w 0 xwo ( XD − XW )
∫
B5C
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75 E7ALUACIÓN DE RESULTADOS 75535 ECEL5 Esta &erramienta es usada para desarrollar análisis estad)sticos o tcnicas complejas. Dara brindar estos análisis se proporcionan datos - parámetros para cada análisis, - la &erramienta utili%ará las "unciones macros estad)sticos para reali%ar los cálculos - mostrar estos resultados en una tabla. Este pro(rama in"ormático tambin (enera (rá"icos.
7551 MICROSO6T (ORD5 tili%a un "ormato nati$o cerrado - mu- utili%ado, comnmente llamado ; Butili%a la e+tensi!n de arc&i$o .doc.C. Dor la ampl)sima di"usi!n del Gicroso"t Rord, este "ormato se &a con$ertido en estándar de "actor con el ue pueden trans"erirse te+tos con "ormato o sin "ormato, o &asta imá(enes, siendo pre"erido por muc&os usuarios antes ue otras opciones como el te+to plano para el te+to sin "ormato, o =D0 para (rá"icos. a utili%aci!n de esta aplicaci!n "ue indispensable para el desarrollo del mismo.
7555 CONSTRUCCIÓN Y USO DEL DIAGRAMA DE MCCABETHIELE En u)mica, el en"oue (rá"ico presentado por Gcabe - P&iele en 1925, conocido como el mtodo de Gcabe?P&iele, se considera el más simple - ui%ás el más ilustrati$o para el análisis de la destilaci!n "raccionada binaria. Este mtodo usa el &ec&o de ue la composici!n de cada plato te!rico Bo etapa de euilibrioC está totalmente determinada por la "racci!n molar de uno de los dos componentes del destilado.
75@5 CONSTRUCCIÓN Y USO DEL DIAGRAMA DE MCCABETHIELE
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ntes de comen%ar la construcci!n - uso de un dia(rama de Gcabe?P&iele para la destilaci!n de una alimentaci!n binaria, debemos obtener los datos del euilibrio l)uido? $apor BIEC para el componente de menor punto de ebullici!n de la alimentaci!n. Mi(ura 1* P)pico dia(rama de Gcabe P&iele para la destilaci!n me%lca de alimentaci!n binaria. os ejes $ertical - &ori%ontal se dibujan del mismo tamao en el (rá"ico. El eje &ori%ontal será para la "racci!n molar Bidenti"icado por +C del componente de menor punto de ebullici!n de la alimentaci!n en la "ase l)uida. El eje $ertical será para la "racci!n molar Bidenti"icado por -C tambin para el mismo componente pero en "ase de $apor.
El si(uiente paso es dibujar una l)nea recta desde el ori(en de la (rá"ica B', 'C &asta el punto B1, 1C, es decir la recta -Q+. Esta l)nea de 45 (rados se utili%a simplemente como una a-uda (rá"ica para la elaboraci!n de las l)neas restantes. ue(o se dibuja la l)nea de euilibrio utili%ando los puntos de datos IE del componente de más $olátil, lo ue representa el euilibrio de las composiciones en "ase de $apor BSC para cada $alor de la composici!n de la "ase l)uida BJC. Pambin dibujamos l)neas $erticales desde el eje &ori%ontal &asta la l)nea -Q+ para la composici!n de alimentaci!n, para la composici!n del destilado superior - para la del producto de la corriente del "ondo
7555 RE6LU'O 7ARIABLE CONSTANTE
MANTENIENDO LA CANTIDAD DE PLATOS
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@:+): AB1 =E() :=D:+)E 7554 CUR7A PARA E7ALUAR LA INTEGRAL N<
=:(DC: AB2 DA@E=:) $E ): EC:CDA
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#e obtu$o el modelo matemático ue representa a la cur$a empleando un modelo de se(undo (rado con R2 de '.99 - la ecuaci!n 1.25'64?1.2'5'9 x T7.36'94 x 2 .. Empleando mtodo numrico de cuadratura B#impsonC para obtener el área bajo la cur$a de la (rá"ica. Area = (.)*++(,,-+/)
0e acuerdo a la ecuación +
ln f Wf /
Wo
ln f Wf /
Wo
= (.)*++(,,-+/)
#1 = (.,/*+,+-+/+
a Pabla 2, resume el balance de materia para una base de cálculo de 1'' moles de alimentaci!n, cuando 86.45 f W Q moles. Uuiere decir ue al inicio de la destilaci!n la concentraci!n de etanol era de 16A "racci!n mol - ue al "inal de la destilaci!n se redujo a un 3A, en el acumulador se obtu$o el 95A de etanol.
@:+): AB2 +:):ACE $E :@E=D: $E:CE=$ :) () $ E+:):ACE $E E=:CDA
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7I5 CONCLUSIONES IF .1 #e constru-! un destilador por lotes con la si(uientes caracter)sticas* capacidad má+ima 17' litros, acero ino+idable (rado alimenticio, con medici!n de presi!n temperatura, operado a re"lujo $ariable, la columna de recti"icaci!n tiene una altura de 142 cm - un diámetro de 24 cm, con platos per"orados m!$iles con posibilidad de aumentar o disminuido su nmero. #e oper! el destilador construido obteniendo alco&ol de 9' /0.., a una temperatura de operaci!n de 1'' / - presi!n de entre '.8 - 1.' atm. El destilador construido permitirá a los productores de caa de a%car - espec)"icamente a los productores de piloncillo la producci!n de alco&ol ue puede ser combustionado por un motor de combusti!n e+terna para la producci!n de electricidad.
7II5 RECOMENDACIONES IFF.1 En primer lu(ar se debe reali%ar un minucioso análisis del euipo ue se us! .a rele$ancia de esta in"ormaci!n es muc&a -a ue a partir de esta se reali%aron análisis comparati$os ue desarrollan durante el pro-ecto para el diseo de un destilador por lotes. e a&) ue es con$eniente utili%ar esta in"ormaci!n tcnica en la parte e+perimental IFF.2 Es de (ran importancia sealar ue el proceso se desarroll! en un proceso batc& por este moti$o el balance de materia se reali%a teniendo el contenido inicial car(ada al euipo en la parte del &er$idor.
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7III5 RE6ERENCIAS BIBLIOGR:6ICAS V1Wcademia.eduB2'1'C.F#EX;YEYYE#PF;LYD;LY;PE#YDLYY;P EFZYEYF;EP; BEspaaC. V2W Mreudenber(er, L. B2''9C, lco&ol Muel* 0uide to GaHin( and sin( Et&anol as a LeneKable Muel, eK #ociet- Dub V3W DD, E. B2''9C, EF biodisel - el bioetanol V4W ardona .., #ánc&e% ;.=., B2''7C, [Muel et&anol production* Drocess desi(n trends and inte(ration opportunities\. ioresource Pec&nolo(- 98 pp 2415?2457. V5W E #PF;, . ;;GF. B1997C. [spectos (enticos de la tolerancia alco&!lica de las le$aduras.\Prabajo presentado en PFD]97, ni$ersidad de Gatan%as. V6W EIFE, #. =. EP. . B198'C. [P&e e""ect o" medium composition on t&e production o" et&anol b- #acc&arom-ces cere$isiae.\ Gicrobiol. etters. VDá(.9, 1, 19?21W V7W [#ustainable io"uels* prospects and c&allen(es\ P&e Lo-al #ociet-.B2''8C Dá(.35?36. [E$aluaci!n Pcnico ^ Econ!mica - ante pro-ecto de una planta de etanol por "ermentaci!n - su uso como combustible\. V8W E B1994C. Calderas ! Control a"anzado . uadernos pro"esionales. (@ero, arlos_ =or(e Disa, =or(e - Loberto ndina. En n"esti#ación y $esarrollo V9W Lodr)(ue%, . B2'11C. En %co &olar . #;L. KKK.cubasolar.cu Ven l)neaW. Ieracru%. Lecuperado el 3' de junio, de* KKK.cubasolar.cu.
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