DESTILACION DISCONTINUA EN MULTIETAPAS

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE[pic 1]

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

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DESTILACION DISCONTINUA EN MULTIETAPAS

RESUMEN

El día 2 de junio de 2017 en el laboratorio de operaciones unitarias de la Universidad de Santiago de Chile, se realizó la experiencia de “Destilación discontinua”. Los objetivos de la experiencia fueron familiarizarse con las variables, caracterizar la columna mediante el método de McCabe-Thiele y obtener los valores de energía necesaria en el condensador y en el calderín.

Para realizar la experiencia se utilizó una solución acuosa de etanol que se cargó al calderín y manipulando adecuadamente las distintas válvulas del sistema se hizo evaporar la mezcla mediante vapor de calefacción. Se utilizó reflujo de destilado total en el tope de la columna usando agua de refrigeración para condensar el vapor hasta llegar a un estado pseudo estacionario, es decir, hasta que todos los platos de la columna contaran con liquido saturado y luego, en intervalos de 15 minutos se midieron las temperaturas en cada sección de la torre y se recogieron muestras de destilado y remanente midiendo su temperatura y densidad correspondiente. Después de un total de 8 mediciones se cerraron las válvulas, se cerró el paso de vapor de calefacción y de agua de refrigeración y se dio por finalizada la experiencia.

Se caracterizó la columna mediante el método de McCabe-Thiele y se obtuvo que para el tiempo en el que se operó que fueron 90 minutos, fueron necesarios 3+ platos, lo cual se contrapone a los platos teóricos de la columna, que son 14, obteniendo una eficiencia de 14,28 %, lo cual se debe a problemas de mantención en el equipo, añadido a que se observó que en algunos platos no ocurría burbujeo de la mezcla. Transcurridos 105 minutos, la línea de operación en el diagrama de McCabe-Thiele se encuentra por debajo de la línea x=y, por lo que no se calculó el número de platos en esta medición concluyendo que la operación ya había terminado para este tiempo. Además se determinaron los valores de calor extraído del condensador total para cada medición obteniendo que en todos los tiempos el calor recibido del calderín es mayor que el que se extrae del condensador, aunque se aproximan en cada medición debido a que el condensador debe ser capaz de condensar el flujo de vapor para obtener el destilado líquido.

ÍNDICE

1.        OBJETIVOS        1

2.        MARCO TEORICO        2

3.        MATERIALES Y ACCESORIOS        7

4.        PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL        9

5.        DATOS        13

6.        RESULTADOS        18

7.        DISCUSIONES        24

8.        CONCLUSIONES        27

9.        RECOMENDACIONES        28

10.        VARIABLES Y PARAMETROS        29

11.        BIBLIOGRAFIA        32

APENDICE A: DATOS BIBLIOGRAFICOS

APENDICE B: RESULTADOS INTERMEDIOS

APENDICE C: EJEMPLOS DE CALCULO

1. OBJETIVOS

1. Objetivos generales

1. Conocer la operación unitaria de destilación en términos analíticos y operacionales
2.  Operar una columna de destilación batch multietapas con una mezcla etanol-agua, a razón YD constante, con una concentración inicial de mezcla de etanol.

1. Objetivos específicos

1. Determinar las concentraciones del destilado final
2. Determinar la eficiencia de destilación de la columna
3. Determinar la energía requerida por el equipo de calefacción y la energía sustraída por equipo de condensación.
4. Caracterizar la columna mediante el método grafico de McCabe-Thiele.

1. MARCO TEORICO

El proceso de destilación es una operación unitaria que permite separar dos o más compuestos a través de un equilibrio de fases liquido-vapor.

2.1. Destilación discontinua.

Este tipo de destilación es una operación que no ocurre en estado estacionario, ya que la composición de alimentación, también llamada carga, varia con respecto al tiempo. Esta variación en la composición de la carga se puede ver por medio del producto que se va obteniendo con respecto al tiempo, ya que las primeras trazas que se van obteniendo, son altamente ricas en el compuesto más volátil, y a medida que transcurre el tiempo de operación, este va disminuyendo. Adicionalmente, este proceso también se ve reflejado en el aumento que sufre la temperatura dentro de la columna de destilación, ya que al quedar más compuesto menos volátil, esta aumenta para lograr el equilibrio.

Este tipo de destilación cuenta con dos métodos. Uno de ellos se basa en la producción de vapor a partir de la ebullición de la mezcla liquida a separar y la posterior condensación de estos evitando en todo momento que el líquido sea devuelto al calderin. La segunda metodología, se basa en el retorno del reflujo al tope de la columna en condiciones en que este se ponga en íntimo contacto con los vapores ascendentes de la columna de destilación.

Este tipo de destilación cuenta con un papel importante dentro del ámbito industrial de procesos químicos, en la cual es utilizada principalmente en:

• Material a separar es producido en bajas cantidades
• Realizar pruebas de destilación en nuevos componentes
• Composición variable de la solución a separar

La siguiente imagen muestra la evolución del proceso de destilación discontinua en condiciones de presión constante:

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Figura 2.1: Proceso destilación discontinua multietapas

2.2. Destilación a reflujo constante.

La destilación discontinua por reflujo constante es aquella la cual las composiciones de los productos, destilado y residuo, varían en función del tiempo. Así, el destilado inicial contiene una gran cantidad del compuesto más volátil/liviano, lo cual ira disminuyendo conforme el proceso transcurra. Sin embargo, debido a la presencia del reflujo, esta variación de composición es menor.

Este proceso es caracterizado matemáticamente a través de la siguiente ecuación:

                                                  (2.1)[pic 4]

Dónde:

   [pic 5][pic 6][pic 7]

 [pic 8]

El lado derecho de la igualdad se resuelve mediante un gráfico de  , como la figura 2.2. Este grafico es construido mediante datos los cuales a determinados valores de, a un reflujo constante y una determinada cantidad de platos en la columna, existirán determinados valores de , para posteriormente tomar el valor bajo la curva entre los valores de la composición de alimentación y la composición del residuo.[pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]

[pic 13]

Figura 2.2: Cantidad de etapas en condiciones de reflujo constante.

La ecuación 2.1 puede ser expresada también a través de la ecuación de Rayleigh:

                  (2.2)[pic 14]

Donde:

[pic 15]

[pic 16]

 [pic 17]

Por último, las variables que están involucradas en una destilación discontinua, ya sea a reflujo constante o no son las siguientes:

• Tiempo de operación.
• Tiempo de estabilización
• Modalidad de reflujo
• Velocidad de vaporización

La densidad de la mezcla que se obtiene del proceso de destilación es calculada mediante la expresión:

              (2.3)[pic 18]

Dónde:

[pic 19]

[pic 20]

...