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DESTILACIÓN DE LA MADERA
Ing. Química
INTRODUCCION
Obtener beneficios de los recursos naturales, ha sido y es la constante del desarrollo económico del hombre sobre la tierra. Si además se consigue a revalorizar ecosistemas de un gran valor ecológico, como es el bosque, llegar a la conclusión evidente de que toda actividad actividad que obtenga beneficios económicos y revalorice estos ecosistemas adquiere importancia y debe ser estudiada, siendo la producción del carbón y otros beneficios que a continuación mencionaremos. La industria de la destilación seca de madera surgió con el nombre de destilación de madera, en sus comienzos, y se la utilizaba principalmente para producir compuestos químicos, tales como: metanol, acido acético, acetona, terpenos, fenoles y alquitranes de madera .
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OBJETIVOS Objetivo general: - Destilar la madera. Objetivo especifico: - Reconocer la destilación como técnica de separación de componentes. - Observar y reconocer el tipo de líquido que obtenemos a partir de la destilación.
BASES TEORICAS La madera Sólo madera entre los combustibles renovables es significante como una materia prima química. La madera es una compleja estructura física y química. Su composición elemental global por masa es aproximadamente 49% carbono, 6% hidrógeno, y 0.2% nitrógeno; los elementos restantes y sus cantidades y formas varían considerablemente de una especie de árbol a otra. Los cationes más comunes encontrados en la madera son calcio, potasio, y magnesio; los aniones comunes incluyen carbonato, sulfato, fosfato, y silicato. Éstos constituyen la parte no combustible de la madera, la ceniza. La madera es una materia prima importante para la industria química. Cada año se reducen a pasta enormes cantidades de madera, que se reconstituye de forma mecánica para hacer papel. Otras industrias se encargan de extraer algunos componentes químicos de la madera, como taninos, pigmentos, gomas, resinas y aceites, y de modificar estos constituyentes. Composición de la madera Además de agua, el componente principal de la madera es la celulosa. De la gran cantidad de celulosa que se utiliza para fabricar rayón y nitrocelulosa, una parte se extrae del algodón, pero la mayor parte se obtiene de la madera. El mayor problema que presenta la extracción de celulosa de la madera es eliminar las impurezas, de las cuales la más importante es la lignina, el cual es un polímero complejo de una unidad de fenilpropano y se encuentra en el rango de 18% a 28% del total. Al principio se desechaba, pero más tarde se ha descubierto que es una buena materia prima para la fabricación de plásticos y una sustancia adecuada para el cultivo de levadura de cerveza, que es un importante alimento para el ganado y las aves de corral. También se utiliza la madera, sin separar la celulosa de la lignina, para obtener otros productos químicos mediante procesos determinados. En el método Bergius, la madera se trata con ácido clorhídrico para obtener azúcares, que se utilizan como alimento para el ganado o se fermentan para producir alcohol. La madera puede transformarse en combustible líquido por hidrogenación. También se obtienen productos químicos por destilación. La mayoría de estos productos, como el ácido acético, metanol y acetona, se obtienen ya de forma sintética.
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La madera puede quemarse parcialmente a carbón de leña que es esencialmente una forma porosa de carbono puro en hornos que permiten acceso limitado de aire. Este proceso se llama carbonización de la madera y ha estado en uso desde tiempos antiguos. La carbonización de madera produce el alquitrán, y se usó el alquitrán del pino alguna vez para calafatear las naves. Por esta razón el alquitrán y sus productos todavía se conocen como " los almacenes navales". Se ha usado el alquitrán de Madera como una fuente comercial de ácido acético, metanol, y la mezcla solvente llamada "trementina". Otros nuevos productos se obtienen mezclando la madera con ciertos compuestos químicos; la mezcla resultante tiene propiedades mecánicas similares a las de la madera, pero es más fuerte y resistente desde el punto de vista químico. Los métodos más importantes para realizar estas mezclas consisten en impregnar la madera de ciertos compuestos, como fenol y formaldehido; después se calienta la madera impregnada y los productos químicos reaccionan con las células de la madera y forman una capa plástica. La madera tratada de esta forma se llama impreg; es muy duradera y resiste el ataque de los insectos perforadores; su densidad relativa es mayor, aunque su dureza es casi la misma. Otro producto, llamado compreg, se obtiene comprimiendo la madera impregnada en una prensa hidráulica. Se la somete a una determinada presión mientras se produce la reacción química en el exterior. Esta madera tiene una densidad relativa de 1,35, su dureza es muy superior a la de la madera sin tratar y su resistencia un poco mayor, aunque su rigidez puede ser un poco inferior. Destilación de la Madera El carbón vegetal es un útil subproducto de la madera, y se obtiene por el proceso de carbonización. Tratando la madera de diferentes formas pueden obtenerse también otros subproductos útiles. La destilación destructiva - conocida también como pirólisis o destilación de la madera - es parecida a la carbonización, salvo que la madera se calienta en un recipiente cerrado y se recogen los gases y 3
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líquidos producidos. Algunos de esos gases pueden después condensarse para obtener una serie de productos químicos, y los que no se condensan pueden utilizarse como combustible gaseoso para el proceso mismo de destilación, o para cualquier otro fin. Una tonelada de madera seca tratada da 300 kg de carbón vegetal, 140 m3 de gas combustible, 14 litros de alcohol metílico, 53 l. de ácido acético, 8 l. de ésteres, 3 l. de acetona, 76 l. de aceite de madera y de alquitrán ligero, 12 l. de aceite de creosota y 30 kg de brea. Muchos de esos productos pueden utilizarse directamente, mientras que otros son materias primas químicas para la industria. La destilación de la madera es en realidad otro procedimiento para hacer carbón vegetal. Se necesita un equipo más complicado que para la producción convencional, pero el proceso es más rentable desde el punto de vista energético. La producción de carbón vegetal en una retorta, condensando los gases afluentes, puede aumentar considerablemente la energía que se obtiene; los países que emplean este método ganan mucho simplemente con la energía extra obtenida. Además, los subproductos pueden utilizarse de manera sencilla y rentable; por ejemplo, los gases producidos se utilizan para secar la leña destinada a los sistemas de calefacción, y los líquidos como agentes de conservación de la madera.
Productos químicos potenciales:
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Rutas químicas para obtener derivados de la madera. Los polímeros de la pared de la célula de madera en su estado de mezcla natural pueden ser convertidos en compuestos más simples por procesos drásticos no selectivos de pirolisis y gasificación de la misma forma que el carbón se convierte en productos químicos. En la gasificación, la madera se calienta a temperaturas de aproximadamente 1000 ° C (1830 ° F) para formar una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno como los productos principales con bajo rendimiento de hidrocarburos como subproductos. El monóxido de carbono y el hidrógeno, como en la gasificación de carbón, pueden ser convertidos en amoníaco, metanol, o hidrocarburos. La pirolisis o degradación térmica de la madera en ausencia de oxígeno a temperaturas bajas convierte la madera a carbón vegetal, gas, alquitrán, y aceite. El procesamiento selectivo de los componentes de madera puede retener más enlaces de carbono- carbono y puede proveer rendimientos sustanciales de una amplia variedad de productos químicos. La hidrólisis de celulosa a glucosa por ácidos diluidos a altas temperaturas, ácidos fuertes a bajas, o las enzimas es el primer paso en su utilización para productos químicos. El etanol de fermentación de glucosa puede ser usado como un producto químico industrial, como un combustible para motores de explosión, o como uno intermedio para la producción de otros productos químicos. El etanol puede ser deshidratado a etileno, lo cual es el bloque constructivo para muchos otros intermedios orgánicos y polímeros. Por la oxidación de etanol a acetaldehído, un intermedio para posterior producción de ácido acético y anhídrido, acrilonitrilo, acetato de vinilo, y el butadieno pueden ser obtenidos. La fermentación de la glucosa puede alternativamente ser direccionada a ácido láctico, acetona, butanol, isopropanol, glicerina, etc. La hidrogenación de glucosa puede producir glicoles así como también sorbitol. La hidrólisis de hemicelulosas produce mannosa, la cual puede ser procesada junto con glucosa, y xilosa, lo cual puede ser convertido a furfural o xilitol. El componente aromático lignina de madera puede ser convertido en fenoles y otros productos químicos aromáticos como benceno bajo condiciones de hidrogenación diversas seguidas por la desalquilación y la deshidroxilación.
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Reactivos: -
Acido acético.
- Hidróxido de amonio. -
Materiales:
Alcohol metílico.
- Cloruro de sodio. -
Acido sulfúrico.
-
Acido bórico.
- Tuvo sulfihidricador y tapón. -
Aserrín. - Vagueta de vidrio.
- Erlenmeyer de 250 ml. - Papel de tornasol rojo y azul. - Capsula de porcelana. - Mortero.
Desarrollo experimental: 1.- Depositar en un tubo sulfihidricador aserrín hasta parte media y comprimirlo con una varilla de vidrio, luego asegurar con un tapón de goma provisto de un tubo de desprendimiento, estableciendo la comunicación con un tubo de ensayo o un frasco de erlenmeyer, sumergido en agua fría. 2.-Calentar el tubo sulfihidricador el principio con llama suave y luego enérgicamente, observe el desprendimiento de gotas de un liquido pardo y humo de olor penetrante. Transcurrido unos 10 minutos, la destilación disminuye y cuando se escasean las gotas del líquido, retirar el mechero. Características de sus propiedades: a) Comprobar la combustión del gas de madera: Encender los gases que se desprenden por un tubo lateral y observar que arden con una llama de color pálido. b) Acidez del destilado: Sumergir un pedazo de papel tornasol azul en el liquido reconocido, el cambiado a rojo revelara que hay presencia de acidos. c) Presencia del alcohol metílico: 1.-Calentar en un tubo de ensayo 1 ml. De alcohol metílico, 1gr de cloruro de sodio y 2 ml. De acido sulfúrico, se formara cloruro de metilo, de olor agradable, que arde con llama verde. 2.- Triturar en una capsula, unos cristales de acido bórico con una porción de alcohol metílico obtenido del destilado; acercando un fosforo encendido y observar la llama verde que corresponde a la formación de borato de metilo y que caracteriza las presencia de alcohol metílico.
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- Observamos el tamizado del aserrín con el fin de separar el trozo grueso. - Se coloca el aserrín por la mitad del tubo de ensayo y luego se comprime con la Vagueta.
- Visualizamos que el tubo de ensayo esta el aserrín y se flamea con la finalidad que desprenda un liquido pardo con un olor penetrante.
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- Lo obtenido se llama piroleñoso, que luego agregamos un papel tornasol azul, que al tener contacto con lo obtenido cambia color rojo, es decir que contiene ácidos.
- En un tubo de ensayo se coloca alcohol metílico, 1 gr de cloruro de sodio y acido sulfúrico. - Se mezcla y se calienta, donde desprende olores agradable. - Lo mismo se hace con el piroleñoso, que también se agrada cloruro de sodio y acido sulfúrico, también se calienta.
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- En la capsula se agrega acido bórico y metanol, le acercamos fosforo prendido y observamos una llama verde.
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CONCLUSIONES gases Hidrogeno Metano Propano Etileno. Acetileno, propileno.
Líquidos(acido piroleñoso) sólidos Alcohol metílico Carbón Acetona Brea Acido acético Sales minerales alquitrán
La presente practica titulada ´LA DESTILACION DE LA MADERA ´logro cumplir con los objetivos trazados, siendo el principal de ellos la obtención del alcohol metílico; que se encontró en el liquido obtenido de esta destilación que recibe el nombre de LIQUIDO PIROLEÑOSO. Además es este liquido no se solo se encontró alcohol metílico (en general alcohol), sino también un aldehído en este caso el metanal o formol que es uno de los aldehídos más conocidos y más simples, cuyo nombre se origina por el acido fórmico, el cual se encuentra en estado gaseoso a temperatura ambiente; así también se encontró cetonas, en este caso la acetona o propanona, las primeras cetona son liquidas. Los aldehídos y las cetonas presentan muchas propiedades comunes. Presentan olores característicos como en el caso de formaldehido o formol de olor acre. Así mismo se logro reconocer sus propiedades: de combustibilidad al acercar la flama del cerillo al tubo , presentando una llama de color amarillo pálido; la acidez al introducir el papel tornasol de color azul cambiando a rojo (presencia de acido); así como la presencia del metanol por 2 formas, la primera al mezclar el metanol con cloruro de sodio y utilizando como catalizador al acido sulfúrico, presentando un olor desagradable , y , la segunda al mezclarlo con acido bórico en una capsula y al acercar el cerillo presenta una llama verde.
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RECOMENDACIONES
Utilizar adecuadamente los instrumentos de laboratorio, para evitar algún accidente. Utilizar correctamente y con el debido cuidado los reactivos establecidos en la presente practica. Lavar los instrumentos antes de utilizarlos para evitar contaminar los reactivos. Mantener correctamente cerrados los reactivos ya utilizados, pues la mayoría son sustancias volátiles. No inhalar directamente los gases producidos por la destilación de la madera, que quedan en el tubo sulfihidricador.
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CUESTIONARIO 1. ¿Cuáles son los principales productos que se obtienen de la descomposición de la madera? Los principales productos obtenidos son: Alcohol (METANOL). Aldehído (FORMOL). Cetona (PROPANONA). y
y
y
2. ¿Cómo se llama la sustancia liquida obtenida en a destilación de la madera? La sustancia liquida se llama LIQUIDO PIROLEÑOSO.
3. ¿Cómo se caracteriza la acidez de dicha sustancia? Se caracteriza por la presencia del alcohol metílico, esta se reconoce al insertar en el líquido piroleñoso una cinta de papel tornasol azul, que cambia a color rojo lo que indica presencia de acidez.
4. ¿Cómo se caracteriza la presencia de la acetona? En el tubo queda el formaldehido que al contacto con la llama presenta una llama amarilla pálida (en el caso del grupo 3)
5. ¿Qué sustancia queda en el tubo sulfihidricador? En el tubo sulfihidricador queda la madera en combustión, presenta un color oscuro que indica la carbonización del aserrín.
6. ¿existe alguna otra sustancia en la fase liquida? Escriba las formulas correspondientes de dichas sustancias. En el líquido piroleñoso se encuentra: y y
y
Alcohol metílico o metanol ( ) Formol o metanal (HCHO) Acetona o propanona ( - CO - )
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7. esquematice todos los pasos seguidos durante el desarrollo de la práctica. LA DESTILACION DE LA MADERA Materia prima ASSERRIN Se calienta En un tubo de ensayo Se recogen
LIQUIDOS
GASES
- ALCOHOL METILICO - ACETONA
- FORMOL
PROPIEDADES
Presenta llama amarilla
ACIDEZ
Papel tornasol azul cambia a rojo (presencia de acido)
-Cloruro de sodio. -Acido sulfúrico.
En una capsula: -acido bórico -alcohol metílico
-Alcohol metílico
Olor desagrad able
Llama de color verde (presencia de borato de metilo) 13
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BIBLIOGRAFÍA. y y y y
http://redalyc.uaemex.mx/pdf/629/62913103.pdf http://www.cristalencantado.com.ar/Destilacion-de-madera http://www.google.com.pe/search?q=destilacion+de+la+mader http://www.perueduca.edu.pe/recursos/laboratorio-quimica/modulo_quimica02/
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