Práctica de Torre e destilación

RESUMEN

Se determinó la cantidad de etanol en una mezcla con agua en la torre de destilación empacada así como Csf para así saber su funcionamiento práctico y reforzar lo visto en clase además de saber manejar  equipos adicionales para su correcto análisis como lo es el refractómetro.

INTRODUCCIÓN

Destilación:

• La Destilación es, en su forma más simple, la separación por vaporización de los componentes de una solución que resulta de una diferencia de volatilidad de los mismos.
• En el proceso de destilación aparecen una fase de vapor volátil y una fase líquida que se vaporiza (Treybal 1988).
• La destilación es la operación cuyo fin es la separación de dos o más líquidos miscibles mediante la ebullición. Los vapores obtenidos se recuperan como producto deseable y se condensan (Geankoplis 1998).

En la industria, la separación de componentes volátiles se lleva a cabo mediante la ya nombrada Operación Unitaria, y conocida como “Destilación”, y esta se puede realizar en una columna de platos o en una columna empacada. Generalmente se utiliza para la recuperación de los productos deseados en alguna reacción química o para la purificación de compuestos.

Definición de Columna de Destilación.

Se mencionó que industrialmente la destilación se lleva a cabo en columnas, peor una columna de destilación es una estructura cerrada en la cual se realiza la separación física de un fluido o más fracciones. Esta separación se logra sometiendo el fluido a condiciones de presión y temperatura apropiadas a lo largo de la columna, de modo que las fracciones que se buscan separar se encuentren en dos estados diferentes, la fracción más pesada que es el estado líquido cae por gravedad, y la fracción gaseosa que es más ligera, sube por la columna y se condensa en la parte superior. El mecanismo de transferencia que se usa en las columnas de destilación, se optimiza al maximizar la superficie de contacto entre ambas fases.

OBJETIVO

• Determinar el valor del coeficiente Csf para las combinaciones fluido – superficie
• Obtener la composición de etanol en la mezcla etanol agua
• El cálculo del flux de calor cedido por la resistencia

MARCO TEÓRICO

La destilación es utilizada en la separación de sustancias miscibles entre sí. Si se parte de una mezcla de dos sustancias en la que sólo una de ellas es más volátil, se pueden separar ambas mediante una destilación.  Consiste en hacer hervir una mezcla, el compuesto con menor punto de ebullición se evapore  y condensar por enfriamiento, el compuesto no o menos volátil quedará en el matraz de destilación. La mezcla comenzará a hervir a una temperatura intermedia entre los puntos de ebullición de los dos componentes, produciendo un vapor que es más rico en el componente más volátil que es el de menor punto de ebullición. Si condensamos este vapor obtendremos un líquido enriquecido notablemente en este componente, mientras que el líquido que queda en el matraz estará enriquecido en el componente menos volátil que es el de mayor punto de ebullición. Por tanto, en una destilación simple no conseguimos separar completamente las dos sustancias volátiles. Para conseguir esta separación habría que someter a nuevas destilaciones, tanto el destilado como el residuo obtenido. Esto hará al destilado cada vez más rico en el componente más volátil.

Se pueden hacer pruebas para ver con que concentración sale el condensado, claro está en que debe ser rico en la sustancia más volátil.

La destilación tiene dos puntos muy importantes para esta práctica durante su proceso, la ebullición y la condensación.

La ebullición para esta práctica se asocia con un cambio de fase de líquido a vapor.

Existen 6 diferentes regímenes de ebullición asociados con el incremento de temperatura en el alambre calentado eléctricamente, para esta práctica es importante el régimen II y régimen III porque se asocian con la “ebullición nucleada”, en donde principalmente en el régimen III se forman burbujas más grandes y más numerosas que se desprenden de la superficie del alambre, se elevan y llegan a la superficie libre.

Puesto que el comportamiento del fluido en una situación de ebullición es muy difícil de describir, no hay una solución analítica adecuada disponible para la transferencia de calor por ebullición. Se Han llegado a obtener varias correlaciones de los datos experimentales para los diferentes regímenes de ebullición. Los datos para el régimen de ebullición nucleada que se trata en esta práctica, se correlacionan mediante ecuaciones de la forma

                        Ec. (2.1)[pic 1]

                        Ec. (2.2)[pic 2]

                                Ec. (2.3)[pic 3]

                          Ec. (2.4)[pic 4]

•  es un número de Nusselt.[pic 5]
•  es el flujo total de calor.[pic 6]
•  es la temperatura en exceso o la diferencia entre las temperaturas de la superficie y del líquido saturado.[pic 7]
•  es la conductividad térmica del líquido.[pic 8]
•  es el número de Prandtl para el líquido.[pic 9]
•  el número Reynolds de burbuja.[pic 10]
•  es la velocidad promedio en masa del vapor que sale de la superficie.[pic 11]
•  es la viscosidad del líquido.[pic 12]
•  es el calor latente de vaporización.[pic 13]

Rohsenow utilizo la ecuación (1) para correlacionar los datos de ebullición en depósito de Addomms. Esta correlación se expresas en forma de ecuación como:

                Ec. (2.5)[pic 14]

Donde   es la capacidad calorífica del líquido y los demás términos ya fueron descritos anteriormente.[pic 15]

El coeficiente  en la ecuación (5) varía con la combinación superficie-fluido y serán calculados durante el procedimiento de la práctica, ya que en la bibliografía no hay datos que reporten la combinación superficie/fluido que el equipo va analizar.[pic 16]

Materiales y equipo

Torre de destilación

Refractómetro

6 tubos de ensayo

100 ml de etanol 95° alcohólico

1 piseta con agua destilada

Paños limpios para limpiar las muestras en el refractómetro

1 pipeta de 2 ml

1 termómetro

1 soporte para tubos de ensayo

PROCEDIMIENTO

1. Se puso en marcha el ebullidor de la torre de destilación.

2. Se calentó la solución de etanol-agua hasta obtener una ebullición nucleada.

3. Se prepararon en cada uno de los tubos de ensayo las siguientes soluciones:

4. Se colocaron los 6 tubos de ensayo en el agua de enfriamiento del refractómetro, y se dejaron reposar por 5 min.

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