LABORATORIO DE DESTILACION

DESTILACIÓN A PRESION ATMÓSFERICA PARA UNA MEZCLA BINARIA (ETANOL – AGUA)

Jorge AGUIRRE, Marcela GONZALEZ, Amelia HOME, Ermides LOZANO, Donis MENDEZ, Enot MERCADO, Isamar RODRÍGUEZ.

INTRODUCCIÓN

La destilación es una operación unitaria que se emplea para separar los componentes de una mezcla liquida, la cual al calentarla va a depender de la distribución de dichos componentes entre una fase de vapor y una fase liquida, teniendo en cuenta que la fase de vapor se origina de la fase liquida por vaporización en el punto de ebullición y que ambos constituyentes de la mezcla están presentes en estas dos fases. Tendiéndose a concentrar el componente más volátil en el vapor y el menos volátil en el líquido. [1]

En ocasiones, los puntos de ebullición de todos o algunos de los componentes de una mezcla difieren en poco entre sí por lo que no es posible obtener la separación completa en una sola operación de destilación por lo que se suelen realizar dos o más. Como por ejemplo para el alcohol etílico y el agua. El primero tiene un punto de ebullición de 78,5 °C y el agua de 100 °C por lo que al hervir esta mezcla se producen unos vapores con ambas sustancias aunque diferentes concentraciones y más ricos en alcohol. Para conseguir alcohol industrial o vodka es preciso realizar varias destilaciones.

Condición inicial

C1=89%

V2=10Lt

C2=35%

V1=(V2*C2)/C1= (10 Lt *0.3)/0.89

V1= 3,93 Lt=3930ml

Volumen de agua

(10 – 3,93)Lt = 6,07 Lt=6070 ml

LA CONCENTRACION CON LA QUE REALMENTE TRABAJAMOS FUE DE 35%, A UNA T=33°C

Se utilizó una página de internet para corregir la concentración medida [1]

(http://www.copper-alembic.com/ns/cms.php?id_cms=39&id_lang=3)

Imagen 1: concentración corregida

Datos adicionales:

ρ Etanol=0.985 g/ml

ρ Agua=1 g/ml

〖PM〗_ETANOL=46 g/ml

〖PM〗_AGUA=18 g/ml

〖Cp〗_ET=1.85 KJ/Kg*°C

〖Cp〗_AGUA=4.185 KJ/Kg*°C

λ_ET=30 MJ/Kmol

λ_AGUA=40 MJ/Kmol

T_(ebullicion agua)=100°C

T_(ebullicion etanol)=85°C

CONCENTRACION DE ETANOL- AGUA

TIEMPO (Min) RAZON DE ALIMENTACION RAZON DE REFLUJO TEMPERATURA DE ULTIMO PLATO DESTILADO OBTENIDO [] COLA OBTENIDA [] VOLUMEN DEL DESTILADO OBTENIDO (ml) VOLUMEN COLA OBTENIDA (ml)

50 ---- 10:10 77,4 ---- ---- ---- ----

60 ---- 10:10 77,9 93 No hay 302 No hay

96 50:50 10:10 78,0 92 20 830 532

147 ---- 10:30 79,0 77 12 370 170

186 80:100 10:30 81,8 91 16 352 2400

208 ---- 10:50 84,2 90 14 285 175

248 100:100 10:50 78,4 91 22 263 100

Razón de flujo 50:50 = 2,0 L/h

Razón de flujo 80:100 = 6,8L/h

Razón de flujo 100:100 = 8,5 L/h

masa etanol=ρ_et*〖ml〗_et=0.985 g/ml*3930 〖ml〗_et=3871,05 g_et

masa agua=ρ_agua*〖ml〗_agua=1 g/ml*6070 〖ml〗_agua=6070 g_agua

(3930 〖ml〗_et)/(10000 ml sol)*(3871,05g_et)/(3930 〖ml〗_et )=0,3871 g_et/(ml sol)

(6070 〖ml〗_ag)/(10000 ml sol)*(6070 g_ag)/(6070 〖ml〗_ag )=0.6070 g_ag/(ml sol)

densidad de la mezcla= 0,3871 g_et/(ml sol)+ 0.6070 g_ag/(ml sol)= 0.9941 g_ag/(ml sol)

(g_et/(ml sol))/(g_ag/(ml sol))=g_et/g_total =(0,3871g_et)/(0,9941g_total )=0,3894

g_ag/g_total =(0,6070g_et)/(0,9941g_total )=0,6106

Alimentación

para etanol 0,35*0,985=0,3448

para agua 0,65*1=0,65→0,65+0,3448=0,9948

X_et^A=0,3448/0,9948=0,3466; X_ag^A=0.65/0.9948=0,6534

Destilado

para etanol 0,91*0,985=0,8964

para agua 0,09*1=0,09→0,8964+0,09=0,9864

X_et^D= 0,8964/0,9864=0,9088; X_ag^D= 0,09/0,9864=0,0912

Cola

para etanol 0,22*0,985=0,2167

para agua 0,78*1=0,78→0.2167+0.78=0.9967

X_et^B=0,2167/0,9967=0,2174 ;X_ag^B=0,78/0,9967=0,7826

PM=1_(g_total )/(( 0,3894 g_et/g_total )/(46 g_et/mol)+(0,6106 g_ag/g_total )/(18 g_ag/mol))=23,59 g/mol

Para pasar el flujo de alimentación a moles se tiene que:

Razón de flujo 1 es ((147min-96min) / 60min )*2,0L/h = 1,7L/h

Razón de flujo 2 es 2,493L/h ((208min-186min) / 60min )*6,8L/h = 2,493L/h

Razón de flujo 3 es 5,67L/h ((248min-208min) / 60min )*8,5L/h = 5,67L/h

1,7 lt/h*(1000 ml)/lt*(0.9941 g)/ml=(1689,27 g/h)/(23,59 g/mol)=71,64 mol/h

2,493 lt/h*(1000 ml)/lt*(0.9941 g)/ml=(2478,29 g/h)/(23,59 g/mol)= 105,06mol/h

5,67 lt/h*(1000 ml)/lt*(0.9941 g)/ml=(5636,55 g/h)/(23,59 g/mol)=238,94 mol/h

Para determinar las fracciones molares del etanol en cada corriente se tiene:

X_et^A=(0,3466/(46 g/mol))/(0,3466/(46 g/mol)+0,6534/(18g/mol))=0,1719

X_et^D=(0,9864/(46 g/mol))/(0,9864/(46 g/mol)+0,0912/(18g/mol))=0,8089

X_et^B=(0,2174/(46 g/mol))/(0,2174/(46 g/mol)+0,7826/(18g/mol))=0,098

Con un balance global y uno por componentes (etanol), se hallan las corrientes en moles de destilado y cola, así:

CON LA PRIMERA ALIMENTACION

A_1=D_1+B_1

71,64 mol/h=D_1+B_1→D_1=71,64 mol/h-B_1

71,64 mol/h *0,1719=D_1*0,8089+B_1*0,098

71,64 mol/h *0,1719=(71,64 mol/h-B_1 )*0,8089+B_1*0,098

12,31 mol/h=57,95 mol/h-0,8089 B+0,098 B

B_1=64,2 mol/h ;D_1=7,44 mol/h

En esta concentración se utilizó una razón de reflujo R_D=1,0; partiendo de que se recoge un destilado cada 10 seg y se recircula por cada 10 seg

R_D=1,0 → R_D=L_D/D→L_D=R_D*D_1 = 1 * 7,44 mol/h= 7,44 mol/h

V_D=L_D+D

V_D=7,44 mol/h+7.44 mol/h=14,88 mol/h

CON LA SEGUNDA ALIMENTACION

A_2=D_2+B_2

105,06 mol/h=D_2+B_2→D_2=105,06 mol/h-B_2

105,06 mol/h *0,1719=D_2*0,8089+B_2*0,098

105,06 mol/h *0,1719=(105,06 mol/h-B_2 )*0,8089+B_2*0,098

18,06 mol/h=84,98 mol/h-0,8089 B+0,098 B

B_1=94,13 mol/h ;D_1=10,93 mol/h

En esta concentración se utilizó una razón de reflujo R_D=3 y R_D=5; partiendo de que se recoge un destilado cada 10 seg y se recircula por cada 30 seg

R_D=1,0 → R_D=L_D/D→L_D=R_D*D_1 = 3 * 10,93 mol/h=32,79 mol/h

V_D=L_D+D

V_D=32,79 mol/h+10,93 mol/h=43,72 mol/h

Partiendo de que se recoge un destilado cada 10 seg y se recircula por cada 50 seg

R_D=1,0 → R_D=L_D/D→L_D=R_D*D_1 = 5 * 10,93 mol/h=54,65 mol/h

V_D=L_D+D

V_D=54,65 mol/h+10,93 mol/h=65,58 mol/h

CON LA TERCERA ALIMENTACION

A_3=D_3+B_3

238,94 mol/h=D_3+B_3→D_3= 28,94 mol/h-B_3

238,94 mol/h *0,1719=D_3*0,8089+B_3*0,098

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