ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA Informe del Laboratorio de Transferencia de Masa II
2014B
Destilación en columna de relleno (P#4) Técnico Docente Politécnico: Ing. Alejandra Erazo Soria. Ayudante de Laboratorio: Sr. Francisco Argüello
Arcos E1. Contreras M. Dávila M. Enríquez M
[email protected] Grupo 6 Fecha de realización: 27/01/2016 Fecha de Entrega: 03/02/2016
RESUMEN EJECUTIVO: La práctica presente tiene como objetivo la destilación en columna de relleno, verificando asi la capacidad depuración que posee la columna en cuanto a la mezcla de etanol-agua refiere, mediante la aplicación de un control automático. Para lo cual, se mezcló 15 L de alcohol y 45 L de agua. la experimentación se llevó a cabo en modalidad batch y continua con un reflujo 1:1, con un tiempo de recolección y de reflujo de 10 segundos; obteniendo así un grado alcohólico máximo del destilado de 96 ºGL para el proceso de destilación batch y para el proceso de destilación continua de 95 ºGL, concluyendo además que destilación en modalidad continua fue 0.5 veces más eficiente que la destilación en modalidad batch en las mismas condiciones de operación.
ABSTRACT: This objective of this practice was verifying the purification column having capacity in terms of the ethanol-water mixture refers, by applying automatic control. For this purpose, mixed alcohol 15 L and 45 L of water. Experimentation was carried out in batch mode and continues with a reflux 1: 1, with a time of collection and reflux 10 s, thereby obtaining a maximum distillate 96 ºGL for batch distillation process and the alcoholic strength continuous distillation process ºGL 95, concluding that to other streaming distillation was 0.5 times more efficient than distillation batch mode under the same operating conditions. 1. INTRODUCCIÓN
son transferencia de un soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida, como en la
Un gran número de operaciones industriales
absorción, des humidificación y destilación.
involucran composiciones de soluciones y/o
Las operaciones de transferencia de masa son
mezclas que involucran cambios en las
encontradas por lo general en torres o tanques
concentraciones. Los ejemplos más conocidos
que son diseñados para permitir el contacto
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entre las dos fases, gaseosa y liquida (Welty, Wicks, Wilson&Rorrer,2008, p. 603). Los siguientes equipos corresponden a los comúnmente empleados en la industria con diferentes adaptaciones para cada propósito. Torres Empacadas Las torres empacadas, utilizadas para el
Figura 1.1. Esquema de una torre empacada (Welty, et al.,2008, p 603).
contacto continuo del líquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente
Si la altura del empaque de la torre es más de
paralela, son columnas verticales que se han
20 pies, puede ocurrir que el líquido fluya por
llenado con empaque o con dispositivos de
las paredes de la torre y el gas fluya por el
superficie grande. (Treybal,1980, p. 213).
centro de la misma reduciendo el contacto entre ambos. (Seader, et al, 2011, 209)
Lo normal es que este tipo de torres contengan más de una sección de empaque
Las condiciones para la inundación en los
sobre el líquido que fluye hacia abajo como
empaques al azar depende del método de
película o gotas de líquido entre los elementos
empaque (en seco o húmedo) y del acomodo
de la torre. Las secciones de empaque están
del empaque. Normalmente los adsorbedores
contenidas entre el soporte para la inyección
y desorbedores están diseñados para caídas de
de gas, lo cual previene el movimiento del
presión del gas de 200 a 400 [Pa] por metro
empaque. Un distribuidor de líquido está
de espesor empacado.(Treybal, 1980, p. 224)
localizado sobre las placas de retención de tal manera que se asegura una distribución
Destilación
uniforme una vez que el líquido atravesó la
En la práctica, la destilación puede llevarse a
primera sección de empaque. (Seader, Henley
cabo según dos métodos principales. El
&Roper, 2011, p. 209)
primer método se basa en la producción de vapor mediante la ebullición de la mezcla líquida que se desea separar y condensación de los vapores sin permitir que el líquido retorne al calderín. Es decir, no hay reflujo. El segundo método se basa en el retorno de una
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parte del condensado a la columna, en unas
etanol tiene un punto de ebullición de 78,2ºC,
condiciones tales que el líquido que retorna se
inferior al punto de ebullición del agua
pone en íntimo contacto con los vapores que
(100ºC) y al del alcohol (78,3ºC), de ahí que
ascienden hacia el condensador. (Mc Cabe,
se llame mezcla de punto de ebullición
Smith, Harriot, 1991, p. 550).
mínimo. El proceso de destilación se puede seguir en los diagramas de equilibrio líquido-
Destilación Simple por lotes
vapor
En este tipo de destilación, primero se
representando la temperatura frente a la
introduce
composición del líquido. (Seader, et al, 2011,
líquido
en
un
recipiente
de
calentamiento. La carga líquida se hierve
(diagramas
de
destilación),
315)
lentamente y los vapores se extraen con la misma
rapidez
con
que
se
forman,
enviándolos a un condensador donde se recolecta el vapor condensado (destilado). La primera porción de vapor condensado es más rica en el componente más volátil A. A medida que se procede con la vaporización, el producto vaporizado es más pobre en A (Geankopolis,1998, p. 319).
Figura 1.2- . Destilación agua-etanol a 1 atm de
Grado Alcohólico Se define como grado alcohólico al volumen de etanol presente en 100cm3 de una bebida alcohólica a una determinada temperatura expresado en cm3. A presión atmosférica, el agua y el etanol
presión. (S.A, 2008)
En la figura se puede observar que el brazo a la derecha del punto azetrópico no se visualiza fácilmente dado que la temperatura de ebullición de la mezcla azeotrópica sólo se diferencia en una décima de grado de la temperatura de ebullición del etanol.
forman una mezcla azeotrópica, que tiene aproximadamente un 95,6% (en volumen) de
2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
etanol y un 4,4% (en volumen) de agua. El etanol se separa de los demás componentes
Inicialmente se midió el porcentaje de alcohol
del vino (junto con cierta cantidad de agua),
en el alcohol comercial 96%, después se
mediante un proceso de destilación. La
preparó la solución agua-etanol para lo cual se
mezcla azeotrópica formada por el agua y el
mezcló 15 L de alcohol y 45 L de agua, de
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igual manera se midió el porcentaje de
Tabla 2. Grados Gay-Lussac del etanol para
alcohol de la nueva solución, luego de esto se
destilación batch
realizó una descripción del equipo acerca de
Muestra
Grados Gay
Tiempo
su funcionamiento y las partes de las cuales
#
Lussac [°GL] 25 82 94 96 96 96 96 96 95 95 94 91 82
[min]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
estaba constituido, es decir salidas del producto, calderin, las válvulas, entre otras, finalizado lo anterior se procedió a llenar el calderin con la solución agua-etanol por medio de una manguera. Posteriormente se encendió el equipo de calentamiento, y se verifico que el sistema opere bajo las condiciones
especificadas
6.5
Psig,
y
temperaturas de equilibrio 77°C en el
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
calderin, 70°C en el cuerpo de la torre y en el tope de la misma, el equipo se dejó trabajar por alrededor de 30 min antes de recolectar nuestro producto durante 5 intervalos de tiempo de 5 min, en los cuales se midió el grado alcohólico Gay-Lussac de cada alícuota tomada. Para la segunda experimentación se repitió lo mismo con el cambio de que la alimentación fue continua 3. TABLAS DE DATOS Y DIAGRAMAS Tabla 1. Composición de la alimentación al calderín Component
Volumen
e Agua Alcohol Total
[L] 45 15 60
Tabla 3. Grados Gay-Lussac del etanol para destilación continua Muestra
Grados Gay
Tiempo
#
Lussac [°GL] 92 95 89
[min] 3 6 9
1 2 3
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De acuerdo a los resultados anteriores, la destilación más eficiente fue la destilación continua, ya que se obtuvo el máximo grado alcohólico en el destilado en menor tiempo, 0.5 veces menos que en la destilación batch, operando a reflujo 1:1 en ambos casos. Es por esta razón que, a nivel industrial se prefiere la destilación continua. 5. CONCLUSIONES El grado alcohólico máximo del destilado para destilación batch y continua fue de 96 ºGL y 95 ºGL respectivamente. Figura 3.1. Diagrama de la destilación en la
La destilación continua fue 0.5 veces más
columna de relleno. (S.A.,2008)
eficiente que la destilación batch en las condiciones de operación del experimento.
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 6. RECOMENDACIONES De acuerdo a la Tabla 2, que corresponde a
Comparar los resultados obtenidos de la
destilación batch, el ºGL del etanol destilado
destilación de etanol en columna de platos y
se mantuvo constante e igual a 96 ºGL desde
columna empacada para determinar cuál
el tiempo 9 [min] hasta el tiempo 21 [min],
equipo es mejor para dicho proceso.
luego,
el
grado
progresivamente.
alcohólico La
disminuyó
razón
del
Evaluar la eficiencia de la columna de
empobrecimiento del destilado es porque la
destilación utilizando otro tipo de relleno, por
alimentación no era continua.
ejemplo, anillos Pall, sillas Intalox, entre
Por otro lado, en la destilación continua, se
otros.
obtuvo un destilado con un grado alcohólico máximo de 95 ºGL al tiempo 6 [min].
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Estudiar el efecto del reflujo y tiempo de
2014B
Treybal
R.
(1980),
Operaciones
de
reflujo del destilado en la eficiencia de la torre
Transferencia de Masa. (2da. ed.), México
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603-606 S. A., (Febrero 2008). La destilación: Principios Nacional
y
equipos.
Abierta
y
Universidad a
distancia.
Recuperado
de:
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/30 6598/contLinea/leccin_5_la_destilacin_pr incipios_equipos.html (Junio, 2015)
