Departamento de Ingeniería Química Ingeniero Químico
Guiones de prácticas de laboratorio
Experimentación en Ingeniería Química III
Profesorado Dr. Pedro González Tello Dr. Mariano Gómez Garzón Dr. Rafael Bailón Moreno Dr. José Antonio Giménez Casares Dra. Manuela Lechuga Villena Dra. Josefa Núñez Olea Dr. Nicolay Bojkov
©Departamento de Ingeniería Química. Universidad de Granada. 2008
Sumario
1. Rectificación por cargas. Eficacia del relleno .............................................................. 4 2. Extracción sólido - líquido. Determinación de la línea de retención............................ 8 3. Extracción L/L. Equilibrio de reparto......................................................................... 15 4. Extracción L/L en columna de relleno ....................................................................... 20 5. Rectificación continua en columna de relleno............................................................ 26 6. Rectificación en columna de platos ............................................................................ 40 7. Rectificación en columna de relleno a escala piloto................................................... 48 8. Cambiador de calor de tubos concéntricos ................................................................. 56 9. Evaporador de doble efecto y caldera de vapor.......................................................... 62 10. Extracción sólido-líquido. Obtención de aceite de girasol mediante extracción con hexano............................................................................................................................. 79 11. Secado por atomización en planta piloto.................................................................. 82 12. Secado por arrastre ................................................................................................... 85 13. Secado por liofilización. Determinación del punto de fusión incipiente.................. 91 14. Depuración de aguas residuales................................................................................ 96 15. Operación en un reactor continuo tanque agitado .................................................... 99 16. Operación en un reactor tubular continuo .............................................................. 107 Fichas de datos de seguridad
…………………………………………………….112
Práctica 1
1. Rectificación por cargas. Eficacia del relleno 1.1 Introducción Para medir la eficacia de una columna de relleno puede establecerse una comparación con la de pisos. Se puede considerar dividida la columna de relleno en zonas en las que el líquido y el vapor que salen de ellas está en equilibrio. Cada zona equivale a un piso teórico y el nº de zonas será el de pisos teóricos a que equivale la columna. En términos aproximados la altura de cada zona se denomina altura equivalente a un piso teórico (A.E.P.T.). Conocida la altura de relleno y el número de pisos teóricos puede conocerse la A.E.P.T.
1.2 Objetivo El objetivo de esta práctica es determinar la influencia del relleno (anillos, esferas) sobre la eficacia de las columnas.
1.3 Material y metodología Se dispone de sistemas idénticos para rectificar una mezcla Cl4C (Ciclohexano) en iguales condiciones, es decir, se trabaja a igual:
- C6H12
d.- diámetro de columna, h.- altura de relleno, UM.- velocidad másica del vapor, α.- volatilidad relativa, µ.- viscosidad del líquido, ρ.- densidad del líquido. y en condiciones en que la composición inicial de la mezcla en el calderín no afecta al número de pisos teóricos. Las dos columnas trabajan a reflujo total. Una vez conseguida la máxima separación posible, que se comprueba por la constancia de temperaturas en tope y base,
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Experimentación en Ingeniería Química III
1. Rectificación por cargas
tomamos muestras de destilado y residuo y se determina su composición en Cl4C por refractometría..
1.4 Resultados experimentales Se construye la siguiente tabla, en la que se anotarán los valores del índice de refracción medidos para el destilado y el residuo de ambas columnas.
Tipo de relleno
nD
nW
Anillos Esferas
1.5 Análisis de los resultados Con la siguiente tabla podemos dibujar una gráfica que nos relacione la composición de la mezcla binaria con el índice de refracción. Para obtener resultados más ajustados, es conveniente realizar una regresión lineal que nos proporcione una ecuación matemática, mucho más cómoda de manejar.
x
nD20
x
nD20
0,00
1,4262
0,55
1,4455
0,05
1,4280
0,60
1,4472
0,10
1,4297
0,65
1,4490
0,15
1,4315
0,70
1,4507
0,20
1,4332
0,75
1,4525
0,25
1,4350
0,80
1,4542
0,30
1,4367
0,85
1,4560
0,35
1,4385
0,90
1,4577
0,40
1,4402
0,95
1,4595
0,45
1,4420
1,00
1,4612
0,50
1,4437
Relación % molar de Cl4C (x) e índice de refracción a 20ºC (nD20).
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Experimentación en Ingeniería Química III
1. Rectificación por cargas
Los resultados calculados de composición se pueden tabular de la siguiente forma: Tipo de relleno
xD
xW
Anillos Esferas Se pide igualmente determinar: A) El número mínimo de pisos teóricos gráficamente. Para ello debe utilizarse la relación de equilibrio de la siguiente tabla:
x
y
x
y
0
0.0
55
57.4
5
5.5
60
62.3
10
10.9
65
67.2
15
16.3
70
72.0
20
21.6
75
76.8
25
26.9
80
81.5
30
32.1
85
86.2
35
37.2
90
90.9
40
42.4
95
95.5
45
47.4
100
100.0
50
52.4
Relación de equilibrio para el sistema a 1 atm. Valores de % molar de Cl4C en el líquido (x) y en el vapor (y). B) El número mínimo de pisos teóricos mediante la ecuación de Fenske: ⎡⎛ x ⎞⎛ 1 − xW log ⎢⎜⎜ D ⎟⎟⎜⎜ ⎣⎝ 1 − x D ⎠ ⎝ x W n= log α
⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎦ −1
Esta ecuación determina el número de pisos teóricos, n, sin incluir el calderín. Además, esta ecuación emplea una volatilidad relativa para toda la columna, que es la media geométrica entre la volatilidad relativa en la cabeza, αD, y la volatilidad relativa en el residuo, αW:
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Experimentación en Ingeniería Química III
1. Rectificación por cargas
α = α Dα W Estas volatilidades relativas αD y αW se calculan a partir de los datos de equilibrio. Para ello hay que recordar que la concentración en el gas y la concentración en el líquido del componente más volátil está regida por la siguiente ecuación, en la cual se contiene la volatilidad relativa: y=
αx 1 + ( α − 1 )x
C) La altura equivalente de piso teórico, A.E.P.T., teniendo en cuenta que los rellenos de las columnas tienen un tamaño de 48 cm.
1.6 Conclusiones Según las características del sistema y en función de los resultados obtenidos hacer un balance final de la práctica, intentando ofrecer las explicaciones que se consideren oportunas, sobre todo en los siguientes extremos:
Qué factores influyen en la eficacia del relleno, tales como forma geométrica del relleno, dimensiones relativas, tipo de material, etcétera. Por qué la línea de equilibrio está tan próxima a la diagonal y qué estrategia gráfica se ha utilizado para usar el método de McCabe-Thiele de forma cómoda. Cuál es la relación entre el número de pisos teóricos, la A.E.P.T. y la eficacia del relleno.
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Práctica 2
2. Extracción sólido - líquido. Determinación de la línea de retención 2.1 Introducción La extracción sólido-líquido consiste en la separación de un constituyente soluble (soluto) contenido en un sólido insoluble (inerte) por medio de un disolvente. Para llevar a cabo esta operación es preciso en primer lugar poner en contacto el disolvente con el sólido a tratar y a continuación separar la disolución del resto del sólido. La disolución separada se denomina flujo superior o extracto, recibiendo el nombre de refinado, flujo inferior o lodos el sólido inerte acompañado de la disolución retenida por el mismo. La operación así descrita constituye una etapa o unidad de extracción que recibe el nombre de ideal o teórica cuando la disolución correspondiente al flujo superior tiene la misma composición que la retenida por el sólido en el flujo inferior. El esquema de la operación es el siguiente: yd0= 1
D0
ys0= 0 yR0= 0
L0 xs0
xR0I0
Unidad Extracción 1
xd0= 0 yd1 ys1
E1
yR1 =0 I1
8
R1 xs0 I1
xR0 s1
xd01
Experimentación en Ingeniería Química III
2. Línea de retención
2.2 Objetivo El objeto de esta práctica es determinar la curva de retención o lugar geométrico de las composiciones del flujo inferior para el sistema sacarosa - carbonato cálcico agua. Es decir, la linea formada por los puntos que representan la composición en el refinado.
2.3 Material y metodología Se preparan cuatro mezclas sólidas azúcar + inerte de 10 g de masa total y se agrega agua destilada según: A (25% sacarosa) + 20 g de agua B (25% sacarosa) + 20 g de agua C (50% sacarosa) + 20 g de agua D (50% sacarosa) + 20 g de agua Es decir, los ensayos A y B son iguales y representan un punto; y el C y D también son iguales entre ellos y representan otro punto. Se hacen ensayos duplicados para obtener un valor medio. Las mezclas se agitan bien para alcanzar el equilibrio (6 minutos son suficientes). Se filtran mediante una placa porosa previamente tarada determinándose a continuación el peso de refinado, R1, y la composición del extracto, ys1, mediante refractometría. El peso del refinado será el peso del filro después de filtrar menos el peso del filtro vacío antes del proceso de filtrado.
2.4 Resultados experimentales El peso del filtro, vacío antes de filtrar y lleno, así como la concentración de azúcar en el refinado, se pueden anotar en una tabla como la siguiente, donde F es el peso del filtro.
Muestra
Fvacío(g)
Flleno(g)
A B C D
9
R1=Flleno(g)- Fvacío(g)
ys1
Experimentación en Ingeniería Química III
2. Línea de retención
2.5 Análisis de los resultados Se van a seguir dos estrategias para determinar los dos puntos de la linea de retención: determinación analítica y determinación gráfica
A) Determinación analítica de las composiciones de los refinados de las cuatro extracciones. El refinado que queda en el filtro consta en su mayor parte de inerte, pero contiene retenida una cierta proporción de disolución acuosa de azúcar. Evidentemente, la proporción azúcar:agua deberá guardar la misma relación que existe en el extracto, es decir, es ys1. Por tanto, la cantidad de azúcar en el refinado deberá ser el peso de esta disolución en el refinado, PD(g) , por ys1. A su vez, será el peso del filtro lleno, menos el peso del inerte puesto. El peso de disolvente, el agua, será el peso de disolución retenida menos el peso de soluto (el azúcar).
Muestra
Xs0
PI(g)
PD(g)
PS(g)
Pd(g)
A B C D Xs0 es la composición de soluto del alimento. PI (Peso de inerte), PD (Peso de disolución), PS (Peso de soluto) y Pd(Peso de disolvente) se refieren al refinado Si ahora dividimos los pesos de azúcar y de agua calculados anteriormente entre el peso del refinado, obtenemos la composición en éstos en el refinado. Es decir, los valores numéricos de dos puntos de la línea de retención. Muestra
Xs=PS/R
Xd=Pd/R
A B C D El valor del primer punto será la media aritmética de los ensayos A y B y el valor del segundo punto la media aritmética de los ensayos C y D.
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Experimentación en Ingeniería Química III
2. Línea de retención
B) Determinación gráfica de las composiciones de los refinados sobre un diagrama triangular. Se dibuja un triángulo rectángulo sobre un papel milimetrado normal. Por ejemplo de 10 mm de lado, para que cada mm represente un 1% en la concentración. En el vértice superior se situa el disolvente, en el inferior izquierdo el inerte y en el inferior derecho el soluto. En el cateto inferior se representan los alimentos y en la diagonal los extractos. El vértice D representa el disolvente y el refinado, R, estará en cualquier parte del interior del triángulo (aunque lo más probable es que esté cerca del vértice I, como ya se verá). La escala de soluto en el cateto inferior va de concentración nula de soluto en el lado izquierdo a concentración del 100% de sacarosa en el derecho. Agua
D
ys= 0
S
I Carbonato cálcico
Xs= 0
Xs= 1
XI= 1
XI= 0
Sacarosa
Los experimentos A y B son en definitiva el mismo punto. Se marca en el cateto inferior la concentración de soluto en el alimento L0, que estará en un cuarto de la escala, ya que es un 25% de azúcar. El peso de L0 es de 10 gramos y el del disolvente D0 de 20 gramos. Agua
D
D0= 20 ys= 0
S
I Carbonato cálcico
Xs= 0 XI= 1
Xs= 1
Xs0= 0,25 L0= 10
Sacarosa
XI= 0
Hay que tener en cuenta el balance de materia de la unidad de extracción, donde M es un punto mezcla, que es la suma de las dos corrientes que entran, o de las dos corrientes que salen (30 gramos): 11
Experimentación en Ingeniería Química III
2. Línea de retención
L0 + D0 = M = R1 + E1 Ese punto mezcla estará situado en un lugar tal que se cumpla la regla de la palanca: L0 LM = D0 DM
(1)
Donde LM es el segmento que va de la posición de L0 hasta la posición de M. De manera análoga es DM.. Si medimos con una regla la distancia total: LM + DM, podemos despejar cualquiera de las distancias parciales en la ecuación (1) de la regla de la palanca, ya que el resto de variables es conocido. Con uno de los segmentos podemos situar gráficamente el punto M en la figura. Agua D0= 20 ys= 0
D
M
S
I Carbonato cálcico
Xs= 0
Xs= 1
Xs0= 0,25 L0= 10
XI= 1
Sacarosa
XI= 0
A continuación situamos el punto E1 en la diagonal (escala del extracto). Su posición viene dada por la composición en azúcar medida con el refractómetro, ys1. El peso de E1 Se determina mediante balance de materia: E1 = L0 + D0 – R1
(2)
Agua
D
D0= 20 ys= 0 ys1 E1
M Punto de la línea de retención R1
S
I Carbonato cálcico
Xs= 0 XI= 1
Xs= 1
Xs= 0,25 L0= 10
XI= 0
12
Sacarosa
Experimentación en Ingeniería Química III
2. Línea de retención
Si las corrientes D y L, mediante su mezcla, generan el punto M, y por ello están alineadas; el punto M mediante filtración genera a su vez las corrientes extracto, E y refinado, R. Por tanto estas últimas estarán alineadas pasando por M. Trazamos entonces una linea que sale de E1, pasa por M y termina en una posición que hay que determinar donde estará R1. Para determinar la posición de R1 aplicamos de nuevo la regla de la palanca a este segmento que acabamos de trazar: E1 EM = R1 RM De esta ecuación conocemos E1 que se ha calculado en el paso anterior con la ecuación (2), la distancia EM la medimos con una regla y R1 que es igual al peso del filtro lleno menos el peso del filtro vacío. La incógnita es RM, que al despejarla nos permite situar el punto R1. Las coordenadas de R1 nos indican en el cateto inferior la composición de azúcar en el refinado y en el cateto izquierdo la composición de agua, la humedad, en el refinado también. Agua
D
D0= 20 ys= 0 ys1 E1
M Punto de la línea de retención R1
S
I Carbonato cálcico
Xs= 0 XI= 1
Xs = 1
Xs= 0,25 L0= 10
Sacarosa
XI= 0
Hay que advertir que los valores de R1, E1 e ys1, que se utilizan en el procedimiento gráfico deben ser la media de los experimentos A y B. Tal como se ha hecho para los experimentos A y B, se hace de igual forma para los experimentos C y D. Los valores medios se pueden escribir en forma de tabla como la que se muestra a continuación.
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Experimentación en Ingeniería Química III
Muestra
R1(g)
E1(g)
2. Línea de retención
E1M(mm)
R1M(mm)
Media de A y B Media de C y D
La representación gráfica que resulta es como la que se muestra. Si hubieramos realizado más experimentos, habríamos encontrado más puntos para el refinado. La unión de todos ellos, forman una línea que es la línea de retención. Agua
D
D0= 20 ys= 0 ys1 E1
M
ys1 E1
M’
Punto de la línea de retención R1 Línea de retención
S
I Carbonato cálcico
Xs= 0 XI= 1
Xs= 0,25 Xs= 0,50 L0= 10 L0= 10
Xs= 1
Sacarosa
XI= 0
Los resultados de la lectura gráfica de las composiciones de los refinados se tabulan en:
Muestra
Xs
XD
Media de A y B Media de C y D
2.6 Conclusiones Compárense los resultados obtenidos con los dos métodos y saquen conclusiones al respecto.
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Práctica 3
3. Extracción L/L. Equilibrio de reparto 3.1 Introducción Puestas en contacto dos fases, la transferencia de materia entre ellas cesa cuando ambas fases están en equilibrio. Así pues, para que en la práctica una operación de transferencia de materia sea económicamente viable es necesario trabajar en zonas alejadas del equilibrio. Sin embargo, el conocimiento del equilibrio es útil no solo para conocer la separación máxima que se puede dar sino también para el cálculo de todas aquellas Operaciones Básicas en las que se introduce el concepto de etapa o piso teórico. Por tanto, el equilibrio es indispensable para el desarrollo de todos aquellos procesos que implican transferencia de materia entre fases.
3.2 Objetivo Determinar el coeficiente de reparto de una sustancia que se encuentra en equilibrio entre dos fases inmiscibles.
3.3 Material y métodos El sistema que se va a utilizar en esta práctica es, en definitiva, un sistema ternario formado por dos disolventes inmiscibles entre sí (agua y cloruro de metileno), y un soluto, la cafeína, que es parcialmente soluble entre ambos. La temperatura de trabajo va a ser la temperatura ambiente. El coeficiente de reparto de la cafeína entre la fase orgánica y la acuosa viene dado por la siguiente expresión: m = CE CP donde CE es la concentración de la cafeína en el disolvente extractor (cloruro de metileno) y CP la concentración de la cafeína en el disolvente portador (agua).
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Experimentación en Ingeniería Química III
3. Equilibrio de reparto
Ambas concentraciones las vamos a determinar mediante un método espectrofotométrico. Se va a medir la absorbancia de la cafeína a 302 nm usando un espectrofotómetro de doble haz. Como la longitud de onda elegida se encuentra en la región del ultravioleta, las probetas deberán ser de cuarzo, ya que las normales de vidrio son opacas a esta longitud de onda.
Luz transmitida
Luz incidente
(Transmitancia, %) Luz absorbida (Absorbancia, A)
A=kc 1 cm
Como paso previo deberemos determinar las rectas patrón absorbancia-concentración de la cafeína en la fase orgánica y en la fase acuosa. Ello es debido a que el coeficiente de extinción de la cafeína en los dos disolventes es distinto. En efecto, los métodos espectrofotométricos están basados en la ley de Lambert-Beer, que dice que la absorbancia es directamente proporcional a la concentración de sustancia coloreada que se encuentra en disolución. A = kc Si representamos la absorbancia, A, frente a la concentración de soluto, tenemos una línea recta. En el uso normal de la espectrofotometría, primero se hace una recta patrón con concentraciones conocidas, para finalmente medir la absorbancia de la disolución desconocida, cuya concentración se determina ahora sobre la recta patrón establecida previamente. Recta patrón
A k
Absorbancia de la muestra
Concentración de la muestra
c
La constante de proporcionalidad, k, es a su vez proporcional al grosor de la cubeta, d (normalmente 1 cm), siendo en este caso la constante de proporcionalidad, el coeficiente de extinción, ε.
k = εd El coeficiente de extinción depende de:
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Experimentación en Ingeniería Química III
3. Equilibrio de reparto
1. Longitud de onda empleada (se usa una longitud constante) 2. Naturaleza del soluto 3. Naturaleza del disolvente (hace que el soluto tenga una coloración ligeramente diferente o incluso muy diferente) Fijando la longitud de onda, λ, y el grosor de la cubeta, d; para un mismo soluto (la cafeína, por ejemplo), el coeficiente de extinción y por tanto la constante de proporcionalidad de la ley de Lambert-Beer, depende únicamente del disolvente. Como en esta práctica tenemos dos disolventes, hay que hacer dos rectas patrón. Nota: Por absorber la cafeina de forma exclusiva en la zona del ultravioleta, que es invisible a los ojos, sus disoluciones son aparentemente incoloras, aunque en el ultravioleta sí se comporta cmo un colorante. Advertencias de seguridad: • La cafeina, aunque se encuentra en el café, el té, y se añade a refrescos en muy pequeñas cantidades, es una substancia tóxica por ingestión (en la etiqueta del envase que la contiene se muestra el símbolo de la calavera). Por ello, se ruega encarecidamente no ingerirla por el peligro que conlleva. Observar las precauciones habituales en el manejo de productos químicos. • El cloruro de metileno o diclorometano, reacciona con metales como el aluminio, o el magnesio, liberando ácido clorhídrico. Se recomienda no tener anillos ni otros objetos metálicos en las manos mientras se manipula.
3.3.1 Recta patrón en la fase orgánica Se prepararán 100 ml de una disolución madre de cloruro de metileno y cafeína de concentración 4 g/l y a partir de ella, y por dilución, 5 ml de las distintas disoluciones que a continuación se especifican:
Concentración de cafeína, g/l
Volumen (ml) de disolución madre
3 2 1 0.5 Los valores de absorbancia medidos se representan gráficamente frente a la concentración y se ajustan a una recta mediante mínimos cuadrados.
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Experimentación en Ingeniería Química III
3. Equilibrio de reparto
3.3.2 Recta patrón en la fase acuosa Análogamente, se preparan 100 ml de otra disolución madre de cafeína en agua, de concentración 0.25 g/l. A partir de ella, y por sucesivas diluciones, 5 ml de las siguientes disoluciones: Concentración de cafeína, g/l
Volumen (ml) de disolución madre
0.15 0.10 0.05 0.01
Se mide también la absorbancia a 302 nm y se ajusta la ecuación que la relaciona con la concentración.
3.3.3 Equilibrio de reparto En cinco erlenmeyer de 100 ml se preparan 25 ml de disoluciones acuosas de cafeína a distintas concentraciones de 4, 3, 2, 0.5 y 0.2 g/l. A continuación se añaden 20 ml de fase orgánica, se agitan vigorosamente y se deja reposar a temperatura ambiente. Transcurridas al menos 24 h, tiempo necesario para que se alcance el equilibrio entre ambas fases, se pipetean muestras de cada una de ellas para determinar la concentración de cafeína presente. Para ello medimos de nuevo la absorbancia a 302 nm y calculamos la concentración de cafeína empleando las rectas patrón anteriormente establecidas.
3.4 Resultados experimentales Los resultados obtenidos los vamos a mostrar en una tabla como la siguiente: SISTEMA
CP
CE
4 g/l 3 g/l 2 g/l 0.5 g/l 0.2 g/l
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Coef. Reparto, m
Experimentación en Ingeniería Química III
3. Equilibrio de reparto
3.5 Discusión de los resultados Conocida la composición de cada una de las fases, se representan en papel milimetrado los datos de equilibrio, concentración de la cafeina en el disolvente extractor (cloruro de metileno), CE, frente a la concentración de la cafeina en el disolvente portador (agua), CP. A partir de la pendiente se determina el coeficiente de reparto. Obsérvese que el coeficiente de reparto obtenido así es mejor que obteniendo una simple media aritmética de todos los experimentos.
3.6 Conclusiones Realizar una valoración de la metodología seguida, los resultados obtenidos, las posibles fuentes de error, etcétera.
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Experimentación en Ingeniería Química III
2. Línea de retención
Práctica 4
4. Extracción L/L en columna de relleno 4.1 Introducción La extracción L-L es una operación básica de transferencia de materia en la que dos fases liquidas inmiscibles o parcialmente miscibles se ponen en contacto, transfiriéndose un soluto. Una de las fases estará inicialmente formada por el disolvente portador y el soluto y la otra fase será el disolvente extractor al cual se le transfiere el soluto. En esta práctica se va a extraer cafeína que inicialmente se encuentra disuelta en agua mediante un disolvente orgánico, cloruro de metileno o diclorometano (DCM).
Figura 1 La cafeína es un compuesto derivado de la purina y tiene una gran importancia industrial en el campo farmacéutico, bebidas de cola, etc. Debido a sus propiedades tales como: - estimulante del sistema nervioso central - diurético - estimulante de los músculos estriados - produce diversos efectos sobre el sistema cardiovascular
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Experimentación en Ingeniería Química III
4. Extracción L/L en columna de relleno
La obtención de cafeína se realiza de distintas formas, uno de los más utilizados se recoge en la figura 1 mediante el cual se obtiene café descafeinado y cafeína. En primer lugar se extrae la cafeína del café con agua y posteriormente del agua con un disolvente orgánico muy selectivo que se recupera posteriormente. En este proceso se utiliza una columna de extracción L-L que funciona en contracorriente. En nuestra practica se emplea el contacto diferencial en contracorriente en columna de relleno (anillos Raschig) utilizando un extractor de pulsación. Este tipo de contacto se basa en la diferencia de densidad de las dos fases que intervienen en el proceso, agua y DCM, introduciendo la fase ligera (agua) por la sección inferior de la columna en forma de fase dispersa, y la fase pesada (DCM) por la superior tal como se indica en la figura 2.
Figura 2 La pulsación, mediante aire comprimido, aplica al líquido contenido en el relleno un movimiento de amplitud corta que ayuda de forma apreciable el fenómeno de dispersión y evita la formación de canales preferenciales.
4.2 Fundamentos La transferencia de soluto tiene lugar a través del limite de fases que separa los líquidos (interfase), figura 3, en el sentido del disolvente portador al extractor. Para que el soluto pase de una fase a otra ha de vencer tres resistencias, la que opone el disolvente portador, la interfase y la del disolvente extractor. Esta transferencia dura hasta que se alcancen las condiciones de equilibrio. Si llamamos CR a la concentración de soluto en el disolvente portador (agua) y CE a la concentración de soluto en el disolvente extractor (DCM) en un punto cualquiera de la columna, el número de moles transferidos de una fase a otra por unidad de tiempo y área de contacto se puede expresar
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Experimentación en Ingeniería Química III
4. Extracción L/L en columna de relleno
N· KR (CR – CR*) = KE (CE*- CE)
Figura 3 Donde CR* es la concentración de soluto en la fase refinado que estaría en equilibrio con una fase extracto de concentración CE, mientras que CE* es la concentración de soluto de la fase extracto que estaría en equilibrio con CR. CE*- CE y CR – CR* son las fuerzas impulsoras que provocan la transferencia de soluto y KR y KE son los coeficientes globales de transferencia de materia. (Figura 4) CE1*
CR1*
Figura 4 Supongamos el siguiente esquema para la columna de extracción, figura 5, donde LE y LR son los caudales de las fases extracto y refinado por unidad de sección de la columna (m3/s.m2). Realizando un balance global LE (CE1-CE2) = LR (CR1-CR2)
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Experimentación en Ingeniería Química III
4. Extracción L/L en columna de relleno
Y realizando un balance entre el extremo superior de la columna y un punto cualquiera LE (CE-CE2) = LR (CR-CR2) LR LR CE = ----- CR + CE2 CR2 LE LE
Figura 5 Línea operativa que relaciona las concentraciones de la fase extracto y refinado en una misma sección de la columna. En la figura 4 se han representado las líneas operativa y de equilibrio, observándose como se pueden calcular las concentraciones de equilibrio. Si realizamos un balance a un elemento diferencial de altura de la columna dz LR·CR + LE·CE = LE(CE + dCE) + LR(CR-dCR) Por otra parte, los moles de soluto intercambiados en la unidad de tiempo y por unidad de área pueden evaluarse a partir de N = KE (CE* - CE) Los moles intercambiados para el elemento de altura dz N·A·a·dz = KE·a·dz (CE* - CE) A
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Experimentación en Ingeniería Química III
4. Extracción L/L en columna de relleno
Figura 6 Donde A es la sección transversal de la columna y a el área interfacial del relleno (m2/m3). Teniendo en cuenta el balance global, separando variables e integrando entre el tope y la base de la columna, se obtiene la altura de la columna Z
Expresión que da la altura de relleno necesaria para que la concentración de la fase extracto varié desde CE2 a CE1. Al valor de la integral se conoce como “numero de unidades de transferencia” (NUT) y al resto (LE/KE·a) como altura de un elemento de transmisión (HUT), siendo por tanto la altura de la columna Z = (NUT) · (HUT)
4.3 Parte experimental 1- Puesta en marcha del dispositivo experimental. Se fijara un caudal de fase extracto, continua, (DCM) y se procederá a introducir la fase dispersa, agua con cafeína, por el fondo de la columna. 2- Se fija la interfase en la parte superior de la columna, por encima del relleno. Una vez que se alcanza el estado estacionario (cuando la concentración en cafeína de alguna de las fases permanece constante) se tomaran los siguientes datos. - caudal de la fase continua LE` (cm3/s) midiendo la perdida de altura del manómetro, aunque debido a las variaciones que tienen lugar es mas conveniente medirlo por medida directa de este a la salida de la fase extracto mediante un matraz y un cronometro. (tomar tiempo para 500 cc) - concentración de cafeína en la fase refinada (alimentación) CR1, en el refinado CR2 y en la fase extracto (extracto) CE1. 3- Se representa en papel milimetrado la recta de operación y la línea de equilibrio. 4- Calculo del número de unidades de transferencia
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Experimentación en Ingeniería Química III
4. Extracción L/L en columna de relleno
La integral se resuelve de forma numérica para lo que se construye la tabla CE
CR
CE*
1/ (CE* - CE)
5- Determinación del coeficiente volumétrico de transferencia de materia KE Una vez determinado NUT se determina HUT mediante HUT = Z / NUT Y recordando que
Despejando KE, queda
Siendo LE el caudal de extracto expresado en m3/s·m2 y “a” área especifica del relleno en m2/m3. DATOS Altura de relleno Z = 1 m Sección de la columna A = 5,5 cm2 Área especifica del relleno a = 90 m2/m3 Rectas patrón y de equilibrio serán las determinadas en la practica anterior, Equilibrio liquido-liquido.
25
Práctica 5
5. Rectificación continua en columna de relleno 5.1 Tratamiento Teórico El objetivo de esta experimentación es el estudio de la operación de rectificacion (columna de relleno), efectuando balances de materia y de energía y determinando la eficacia. De las curvas de equilibrio, y de otras curvas puede conseguirse, como de la curva de Mac Cabe y Thiele, la determinación gráfica del número de platos teóricos (NTP) de la columna de destilación.
5.1.1 Curvas de entalpía Estas son curvas de equilibrio (líquido – vapor), con H (entalpía del vapor) “y” y “x” (fracciones molares) coordenadas a presión constante: H = f(y) h = f(x) Estas curvas permiten la determinación de la curva de alimentación (velocidad de vaporización) y el número de platos teóricos.
5.1.2 Balances Teniendo en cuenta el diagrama general de la columna, figura 1, se realizan los siguientes balances 5.1.2.1 Balance de materia Balance de materia general F=D+R Donde: F: moles de alimentación por unidad de tiempo (mol/h) D: moles de destilado producido por unidad de tiempo (mol/h) R: moles de residuo generado por unidad de tiempo (mol/h)
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Experimentación en Ingeniería Química III
5. Rectificación continua
V1
qc
D, xD
L0 1
n
Vn
Ln-1
Vn+1
Ln
n+1
F, xF
m-1 m
V
´
m
L
´ m −1
m+1
R, xR qR Figura 1 Balance de materia del compuesto más volátil F · xF = D · xD + R · xR xF: fracción molar del compuesto más volátil en la alimentación xD: fracción molar del compuesto más volátil en el destilado xR: fracción molar del compuesto más volátil en el residuo 5.1.2.2 Balance de energía Balance general de energía F · h F + qR = D · h D + R · h R + qC hf: entalpía molar de la alimentación (kcal · mol-1) hD: entalpía molar del destilado (kcal · mol-1) hR: entalpía molar del residuo (kcal · mol-1) qR: energía del calderin (kcal · mol-1) qD: energía del condensador (kcal · mol-1)
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Experimentación en Ingeniería Química III
5. Rectificación continua
5.1.3 Métodos de diseño para el contacto discontinuo entre fases (columnas de pisos) 5.1.3.1 Diagrama de Mac-Cabe y Thiele (Método simplificado de cálculo) Para su realización se requieren que los caudales molares de las dos fases sean constantes dentro de cada zona o sector de la columna. El método gráfico de Mac-Cabe y Thiele no emplea balances de energía y las hipótesis de trabajo son: -
no se producen intercambio de calor en el tope ni en la cola de la columna, el calor de vaporización es el mismo para cada compuesto, no se consideran los calores de mezcla, no se produce intercambio de calor dentro y fuera de la columna (se considera un sistema adiabático).
Se emplea el diagrama de equilibrio Líquido – Vapor de una mezcla binaria para la determinación del Número de Platos Teóricos mediante el método gráfico de MacCabe y Thiele. Esta curva relaciona el valor de la fracción molar del compuesto más volátil en las fases vapor y líquido. yA = f(xA) Nota: para soluciones no ideales, la curva de equilibrio tiene diversas formas. Las ecuaciones de este método son las siguientes: Zona o sector de enriquecimiento Balances entre el destilado y el piso n: Vn+1 = Ln + D Vn+1 · yn+1 = Ln · xn + D · xD L D y n +1 = n ⋅ xn + ⋅ xD Vn +1 Vn +1 A flujos molares constantes V= L + D yn+1 · V = L · xn + D · xD L D y n +1 = ⋅ xn + ⋅ x D V V Donde xn: fracción molar del líquido que sale del piso n yn+1: fracción molar del vapor que accede al piso n Las expresiones de los balances se pueden expresar, sustituyendo y considerando la relación de reflujo externa, como
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Experimentación en Ingeniería Química III y n +1 =
5. Rectificación continua
L D ⋅ xn + ⋅ xD L+D L+D
re = L/D y n +1 =
re 1 ⋅ xn + ⋅ xD re + 1 re + 1
Zona o sector de agotamiento L´ = V´ + R L´m-1 · xm-1 = V´m · ym + R · xR xm-1: fracción molar del líquido que accede al piso m ym: fracción molar del vapor que sale del piso m L´ R y m = ⋅ xm −1 − ⋅ x R V´ V´ Las dos líneas de operación se cortan en un punto “J” que forma parte de la línea q que es el lugar geométrico de las intersecciones de las dos líneas de operación y que queda definido por: y=
x q ⋅x− F q −1 q −1
Los flujos de vapor y líquido por encima y por debajo del alimento están relacionados por: L´− L =q F V - V´ = F · (1 - q)
En la que q = es el calor necesario para vaporizar un mol de alimento / calor latente molar del alimento. El valor de q depende de la entalpía del alimento, pudiendo ser definida también por la expresión: q=
H f − hF H f −h f
En la que: Hf entalpía del vapor en el piso del alimento hf entalpía del líquido en el piso del alimento hF entalpía del alimento
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Experimentación en Ingeniería Química III
5. Rectificación continua
La línea q corta a la diagonal del diagrama de equilibrio en un punto y = x = xF y tiene q de pendiente , donde dependiendo del punto de corte se pueden dar los 5 casos q −1 siguientes: 1. alimento líquido frío (hF < hf) 2. alimento líquido saturado (hF = hf) 3. alimento líquido – vapor (Hf > hF > hf) 4. alimento vapor saturado (hF = Hf) 5. alimento vapor recalentado (hF > Hf) En consecuencia, la línea de operación del sector de agotamiento puede obtenerse sabiendo la intersección de la q con la línea de operación del sector de enriquecimiento. El número de platos teóricos se obtiene mediante el Método de Mac-Cabe y Thiele, contando el número de escalones entre la curva de equilibrio y las dos líneas de operación. Reflujo total L L ⎛L ⎞ D = 0 y L/V = 1 ⎜ = = = 1⎟ . Las dos líneas de operación coinciden con la ⎝V L + D L + 0 ⎠ diagonal por lo que n = nmin.
El número mínimo de pisos, puede obtenerse también a partir de la ecuación de Fenske:
N min = nmin
⎡⎛ x ⎞ ⎛ x ⎞ ⎤ log ⎢⎜⎜ A ⎟⎟ ⋅ ⎜⎜ B ⎟⎟ ⎥ ⎣⎢⎝ x B ⎠ D ⎝ x A ⎠ R ⎦⎥ = log(α A, B )
Donde: αA,B : es la volatilidad relativa del sistema binario (valor constante si la mezcla binaria es perfecta). Si el condensador de la columna no es total el primer miembro de la ecuación de Fenske es nmin + 1. El número de pisos teóricos (NTP) calculado a través del método simplificado de MacCabe y Thiele (contacto discontinuo entre fases) está relacionado con la altura de relleno (z) de una columna de contacto continuo entre fases para el mismo fin, mediante la altura equivalente del un piso teórico (AEPT). AEPT =
z NPT
5.1.3.2 Método riguroso de cálculo. Diagrama de Ponchon – Savarit Es un método riguroso de cálculo que se hacen tanto con los balances de materia como con los balances de energía y que usa para su resolución el diagrama entalpía – composición para vapores y líquidos saturados. 30
Experimentación en Ingeniería Química III
5. Rectificación continua
Zona o sector de enriquecimiento Balances de materia y de energía: Vn+1 = Ln + D Vn+1 · yn+1 = Ln · xn + D · xD Vn+1 · Hn+1 = Ln · hn + D · hD + qc = Ln · hn + D · (hD + qCD) q Siendo qCD = C D xn: fracción molar de líquido que sale del piso n yn+1: fracción molar de vapor que accede al piso n hn: entalpía del líquido que sale del piso n Hn+1: entalpía del vapor que accede al piso n qc: calor a eliminar en el condensador Los balances exactos en forma de diferencia quedan: Vn+1 – Ln = D = cte = ∆ Vn+1 · yn+1 – Ln · xn = D · xD Vn+1 · Hn+1 – Ln · hn = D · (hD + qCD) Ecuaciones que indican que la diferencia de corrientes que se cruzan entre etapas en este sector permanece constante y que, en un diagrama entalpía – composición, dichas corrientes están alineadas con un punto llamado polo de enriquecimiento (∆) de coordenadas [xD, (hD + qCD)]. Zona o sector de agotamiento Balances de materia y energía (escritos en forma de diferencia) Lm-1 – Vm = R = cte = ∆´ (caudal o flujo neto) Lm-1 · xm-1 – Lm · ym = R · xR Lm-1 · hm-1 – Vm · Hm = R · (hR – q´R) q Siendo q ´R = R R Ecuaciones que indican que la diferencia de corriente que se cruzan entre etapas en este sector es constante y que, en su diagrama entalpía – composición dichas corrientes están alineadas con un punto llamado polo de agotamiento (∆´) de coordenadas [xR, (hR – q´R)].
Columna completa F=D+R F · xF = D · xD + R · xR F · hF = D · (hD + qCD) + R · (hR – q´R) Expresiones que indican que el alimento y los dos polos (∆ y ∆´) están alineados en el diagrama entalpía – composición. La relación entre L0/D y el polo de enriquecimiento (∆) se obtiene efectuando balances de materia y entalpía en el condensador.
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Experimentación en Ingeniería Química III
5. Rectificación continua
V1 = L0 + D V1 · y1 = L0 · x0 + D · xD V1 · H1 = L0 · h0 + D · (hD + qCD) Como h0 = hD (sin enfriamiento posterior) y y1 = xD = x0 (condensador total), se llega a: V1 · xD = L0 · xD + D · xD V1 · H1 = L0 · h0 + D · (hD + qCD) Lo que indica que (xD, H1) (xD, h0) y (xD, hD + qCD) están alineados verticalmente al eje x. Sustituyendo se tiene: (L0 + D) · H1 = L0 · h0 + D · (hD + qCD) L0 · (H1 – h0) = D · [(hD + qCD) – H1] L0 / D = [(hD + qCD) – H1] / (H1 – h0) = ab / bc De dónde se deduce que el polo ∆ estará más o menos alto en el diagrama según sea L0/D. Determinación gráfica del número de pisos teóricos Datos de diseño (directos o mediante balances): F, xF, hF, xD, xR, L0/D y características del fluido que retorna a la columna como reflujo, así como los datos de equilibrio. Pasos a seguir: - en el diagrama entalpía composición se fija el alimento (xF, hF) así como xR y xD - se sitúa el polo de enriquecimiento (L0/D = ab/bc) ya que bc es fija - se une ∆ con F y se prolonga la línea hasta cortar a la vertical de xR (∆´) - se hace uso alternativo de las líneas de operación y de las isotermas. Efecto de la razón de reflujo sobre el número de pisos (condiciones límites). 1. Reflujo total: todo el líquido entra en la columna como reflujo → D = 0, luego L0/D = ∞. En consecuencia, los polos ∆ y ∆´ se encuentran en el infinito obteniéndose, en estas condiciones, el número mínimo de pisos. 2. Reflujo mínimo: los polos están situados de tal forma que la pendiente de la línea de operación coincide con la de la isoterma. En estas condiciones, el número de pisos requeridos es igual a infinito. Como el trazado indicado es difícil de conseguir, para encontrar la ubicación de los polos ∆ y ∆´ se usa la isoterma que pase por el punto correspondiente al alimento (xF, hF).
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Experimentación en Ingeniería Química III
5. Rectificación continua
5.1.3.3 Métodos de diseño para el contacto continúo entre fases (columna de relleno) Número de unidades de transferencia / altura de unidad de transferencia Considerando flujos molares constantes y coeficientes volumétricos constantes, para cada zona o sector de la columna puede escribirse: Z = AUT · NUT Z: altura de la zona o sector AUT: altura de la unidad de transferencia NUT: número de unidades de transferencia El número de unidades de transferencia se puede obtener matemáticamente o mediante integración gráfica: (recuérdese que en la destilación la transferencia de materia va hacia la fase de vapor)
AUT =
V
S Κ y ⋅a
NUT = ∫
yz
y0
dy ye − y
Donde: - V: caudal molar constante del vapor en la zona o sector - S: área de la sección normal de la columna en la zona o sector - V/S: es la velocidad molar del vapor en la zona o sector - Κy · a: coeficiente volumétrico global de transferencia de materia - ye: fracción molar de la fase de vapor en equilibrio con el líquido.
Método gráfico para determinar el número de unidades de transferencia (NUT) Para determinar el número de unidades de transferencia NUT, se realiza la integración de la ecuación diferencial, donde se mide la longitud de la línea (ye – y) y la inversa de este resultado se representa gráficamente. NUT y NPT se definen de forma similar: - NPT es la integral - NUT es la diferencial Por lo tanto los valores de NUT y NPT son semejantes.
33
Experimentación en Ingeniería Química III
5. Rectificación continua
5.2 Ensayos experimentales 5.2.1 Determinación de la concentración El objetivo de esta operación es obtener la representación gráfica del índice de refracción en función de la concentración. -
Preparar las siguientes disoluciones de metanol y propanol (a partir de los productos puros): Fracción molar de metanol xa = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 y 1.0. Solo para el metanol Fracción molar del componente más volátil. moles metanol moles metanol = moles metanol + moles propanol moles totales - anotar el índice de refracción a 20 ºC y hacer la curva de calibrado. (este apartado esta realizado, la curva de calibrado en la figura de los datos de equilibrio) xa =
5.2.2 Reflujo total: determinación de NTP - Rellenar el calderín con 2 l de la mezcla metanol – propanol (xF = 0.4). - Potencia de calefacción del calderín 0.4 kW. - Condiciones de reflujo total. - Anotar los siguientes parámetros cada 5 minutos en una hoja de registro: Temperatura en la cabeza de la columna T12 Temperatura en el calderin T2 (Es interesante hacer un barrido de temperaturas en puntos intermedios) El régimen estacionario se alcanza cuando las temperaturas de la columna son estables durante cuatro medidas de los parámetros anteriores. - tan pronto como la temperatura de la columna sea estable, tomar muestras de la caldera y del destilado. - analizar las muestras y determinar sus concentraciones. - calcular el número de platos teóricos (ecuación de Fenske) con las determinaciones de xD y xR Ecuación de Fenske
nmin
⎡⎛ x ⎞ ⎛ x ⎞ ⎤ log ⎢⎜⎜ A ⎟⎟ ⋅ ⎜⎜ B ⎟⎟ ⎥ ⎣⎢⎝ x D ⎠ D ⎝ x A ⎠ R ⎦⎥ = log α A, B
α A, B =
PAo PBo
- determinar el número de platos teóricos mediante el método gráfico de MacCabe y Thiele con xD y xR
34
Experimentación en Ingeniería Química III
5. Rectificación continua
- comentar los resultados experimentales.
5.2.3 Determinación de NTP / NTU en continuo - Rellenar el calderín con 2 l de la mezcla metanol – propanol (xF = 0.9). - Potencia de calefacción del calderín 0.4 kW. - Condiciones de reflujo total. - Anotar los siguientes parámetros cada 5 minutos en una hoja de registro: Temperatura en la cabeza de la columna T12 Temperatura en el calderin T2 - Rellenar el tanque de alimentación con 25 l de la mezcla metanol – propanol (xA = 0.4) - Una vez alcanzado el régimen estacionario tomar muestras del destilado y del calderin. - Abrir la primera llave de alimentación. - Poner en marcha la bomba de alimentación. - Fijar la temperatura de la alimentación T1. - Fijar la relación de reflujo. - Drene el receptor del destilado. - Determinar el caudal de destilado D empleando un cronómetro y marcando el nivel de destilado recibido. - Drene el receptor del residuo. - Determinar el caudal de residuo R empleando un cronómetro y marcando el nivel de residuo recibido. - Mediante la bomba de alimentación, determinar el caudal másico y molar de la alimentación. - Cuando la columna esta en condiciones estacionarias, hacer el balance de materia con los caudales de alimentación, destilado y residuo y xA, xD y xR. - explicar las diferencias entre la alimentación y el producto. - determinar el calor administrado a la caldera qR y el eliminado en el condensador qC (kJ/h). - Determinar el número de platos teóricos, por el método gráfico de Mac Cabe y Thiele y por el método de Ponchon y Savarit. - determinar el número de unidades de transferencia por el método gráfico.
HUT =
z altura relleno = N N
- explicar las diferencias de los resultados obtenidos de número de platos teóricos y número de unidades de transferencia.
5.2.4 Influencia de la relación de reflujo Cuando la columna esta en estado estacionario. Con los parámetros constantes de concentración de alimentación, caudal de alimentación, calor del calderín, temperatura de la alimentación, alimentación en el primer plato; realizar las determinaciones con distintas relaciones de reflujo - anotar los valores de todos los parámetros. - Determinar las concentraciones de residuo y destilado.
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Experimentación en Ingeniería Química III -
5. Rectificación continua
Determinar el número de platos teóricos mediante el método gráfico de Mac Cabe y Thiele Representar gráficamente el número de platos teóricos frente a la relación de reflujo. Determinar la relación de reflujo optima.
5.2.5 Influencia de la calefacción del calderín Una vez que este en estado estacionario. Con los parámetros constantes de concentración de alimentación, caudal de alimentación, calor del calderín, temperatura de la alimentación, alimentación en el primer plato; realizar las determinaciones con distintas potencias de calefacción 0.5, 0.7, 0.9, y 1.1 kW. La columna funcionará con la relación de reflujo óptima determinada en el apartado anterior. - anotar los valores de todos los parámetros. - Determinar las concentraciones de residuo y destilado. - Determinar el número de platos teóricos mediante el método gráfico de Mac Cabe y Thiele - Representar gráficamente el número de platos teóricos frente a la potencia calefactora. - Determinar la calefacción optima. Para cada experimentación hay que calcular L, V, L´ y V´. a) establecido F y xF calcular D, R, xD y xR como en las prácticas anteriores. b) Con la relación de reflujo optima determinar L. c) V = L + D d) Con las ecuaciones fundamentales se determinar L´ y V´ (más fácil con q = 1) e) Se calculan las pendientes de las 2 líneas de operación
5.2.6 Influencia del caudal de alimentación Una vez que este en estado estacionario. Con los parámetros constantes de concentración de alimentación, caudal de alimentación, calor del calderín, temperatura de la alimentación, alimentación en el primer plato; realizar las determinaciones con distintos caudales de alimentación. La columna funcionara con la relación de reflujo óptima determinada en el apartado anterior. - anotar los valores de todos los parámetros. - Determinar las concentraciones de residuo y destilado. - Determinar el número de platos teóricos mediante el método gráfico de Mac Cabe y Thiele - Representar gráficamente el número de platos teóricos frente al caudal de alimentación. - Determinar el caudal óptimo. 36
Experimentación en Ingeniería Química III
5. Rectificación continua
Para cada experimentación hay que calcular L, V, L´ y V´. f) establecido F y xF calcular D, R, xD y xR como en las prácticas anteriores. g) Con la relación de reflujo optima determinar L. h) V = L + D i) Con las ecuaciones fundamentales se determinar L´ y V´ (más fácil con q = 1) j) Se calculan las pendientes de las 2 líneas de operación
5.2.7 Datos técnicos de la columna Altura de relleno: 99 cm Diámetro nominal: 50 mm Caudal de la bomba de alimentación: Q(mL/s)= 0.015·P(%) - 0.10 P: potencia de la bomba Potencia de calefacción calderin: 2020 W Recta Calibrado Metanol - Propanol
100
90
CH3OH,%p = -1818,6·n + 2510,1 2 R = 0,9991
80
70
60
Metanol (% p/p) 50
40
30
20
10
0 1,325
1,335
1,345
1,355
1,365
1,375
n, Indice de Refracción
37
1,385
Experimentación en Ingeniería Química III
Diagrama T – composición x fracción molar metanol 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
5. Rectificación continua
T de vapor (ºC) 64.0 70.8 75.2 79.3 82.5 85.8 88.2 90.6 93.1 95.1 97.1
T de líquido (ºC) 64.0 66.3 68.3 70.8 73.2 75.8 78.9 82.5 86.2 91.4 97.1
Datos de equilibrio x 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 1.00 x fracción molar de metanol en el líquido y fracción molar del metanol en el vapor. Volatilidad relativa metanol/propanol α=3,50
38
y 0.000 0.150 0.275 0.379 0.463 0.536 0.600 0.658 0.700 0.745 0.782 0.817 0.842 0.870 0.893 0.914 0.934 0.950 0.967 1.000
Experimentación en Ingeniería Química III
5. Rectificación continua
Composición-entalpias x h 0,00 4316,1 0,05 4084,3 0,10 3867,7 0,15 3665,1 0,20 3474,3 0,25 3294,7 0,30 3124,6 0,35 2963,3 0,40 2810,3 0,45 2664,3 0,50 2525,0 0,55 2391,7 0,60 2263,9 0,65 2141,4 0,70 2023,6 0,75 1910,3 0,80 1800,9 0,85 1695,6 0,90 1593,7 0,95 1495,1 1,00 1399,8 x fracción molar de metanol en el líquido y fracción molar de metanol en el vapor, h entalpía molar del líquido (cal/mol) H entalpía molar del vapor (cal/mol)
y 0,00 0,146 0,268 0,371 0,459 0,534 0,599 0,655 0,704 0,747 0,785 0,818 0,848 0,875 0,899 0,920 0,939 0,957 0,972 0,987 1,000
H 14033,1 13406,7 12887,7 12453,3 12086,3 11773,4 11504,7 11272,2 11069,3 10891,5 10734,7 10595,6 10471,7 10360,5 10260,7 10170,3 10088,6 10013,7 9945,8 9883,3 9825,8
Valores de Cp a distintas temperaturas t, ºC
5 20 40
cp(metanol), cal/g.ºC
.576 .602 .617
cp(propanol), cal/g.ºC
.534 .57 .621
39
cp(metanol), cal/mol.ºC
cp(propanol), cal/mol.ºC
18.432 19.264 19.744
32.04 34.2 37.26
Práctica 6
6. Rectificación en columna de platos 6.1 - Introducción La destilación es una operación unitaria de transferencia de materia entre una fase liquida y otra gaseosa por la que mediante vaporización se consigue separar de una mezcla de dos líquidos el componente más volátil. La rectificación es el tipo de destilación mas empleado en la practica para separar líquidos volátiles y el mas importante en la industria, debido a la facilidad con que se consigue el enriquecimiento progresivo del vapor y del liquido en los componentes respectivos. En esencia, el dispositivo de rectificación consta de la columna, un calderin en su base donde hierve continuamente la mezcla de los componentes a separar, da vapor ascendente, y un condensador en la cabeza de la columna que suministra el liquido descendente (reflujo). Fig. 1
Reflujo
Líquido
Destilado
Vapor
Residuo
Figura 1
El fundamento de la rectificación es el contacto sucesivo del vapor ascendente con el liquido descendente cuya concentración no esta en equilibrio con el vapor, de forma que para alcanzarlo ha de condensar parte de los componentes menos volátiles del vapor
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Experimentación en Ingeniería Química III
6. Rectificación columna de platos
sobre el liquido, a cambio de evaporarse parte de los componentes mas volátiles del liquido que pasaran a la corriente de vapor.
6.1.1 Columna de platos Para conseguir el adecuado contacto entre el liquido y el vapor se han propuesto medios diversos, si bien el sistema mas usado es el de la columna de platos (platillos o pisos) como la de la experiencia. (Fig.2) La columna de platos consta de una cámara cilíndrica vertical con separaciones (platos) horizontales a intervalos regulares. Cada plato consta de una placa que posee un orificio central o Figura 2 “chimenea” a través del cual ascienden los vapores procedentes del plato inferior. Dicho orificio queda cubierto por una campana o “sombrerete” con un cierto numero de hendiduras que permiten la salida de los vapores y su contacto con el liquido contenido en ese plato que desborda hacia el plato inferior por un conducto que al estar sumergido en el liquido del plato inferior, realiza un cierre hidráulico. El vapor se condensa en la cabeza de la columna. Una parte del condensado se devuelve a la columna, formando el REFLUJO, que en contacto con el vapor ascendente se RECTIFICA. La otra parte del condensado se separa como DESTILADO. El calor necesario para la ebullición se suministra en el CALDERIN de donde se extrae el RESIDUO
6.1.2 Teoría de las columnas de rectificación En lo que sigue nos referimos a mezclas binarias. La nomenclatura aceptada es representar por “x” la fracción molar del componente más volátil en el liquido, y por “y” la fracción molar del mismo en el vapor.
41
Experimentación en Ingeniería Química III
6. Rectificación columna de platos
6.1.2.1 Mecanismo De Rectificación En una sección cualquiera de la columna se verifica: en el piso “n” se pone en contacto un vapor procedente del plato “n+1” de composición “yn+1” con un liquido procedente del platillo numero “n-1”de composición “xn-1”. El conjunto del vapor “Vn+1” y el liquido “Ln-1” dará una mezcla que se desdoblará en un vapor “Vn” de composición “yn” y un liquido “Ln” de composición “xn”. (Fig.3) A lo largo de la columna hay una variación continua de la concentración de la mezcla. El vapor se concentra en el componente mas volátil a medida que asciende mientras que el liquido se concentra en el menos volátil al descender.
T t t0 y
x
x0
y0
x,y En un diagrama T- x,y (Fig.4) se puede seguir la evolución de las composiciones en los distintos pisos con la temperatura, la cual va disminuyendo desde el calderin hasta el condensador. 6.1.2.2 Balances de materia Si el mecanismo de rectificación opera de forma continua (de gran interés industrial) y se llaman F, D y R a los caudales de alimentación, destilado y residuo de concentraciones “xF”, “xD” y “xR” respectivamente, la constancia de componentes en el sistema, en este tipo de funcionamiento, exige escribir: F=D+R F · xF = D · x D + R · x R Si no existe alimentación ni se extrae residuo, la corriente de vapor será igual a las del liquido destilado más el reflujo V=D+L
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Experimentación en Ingeniería Química III
6. Rectificación columna de platos
6.1.2.3 Piso teórico El calculo de las columnas de platos se basa en el concepto de PLATO TEORICO (piso teórico) que es aquel donde se alcanza el equilibrio entre el liquido y el vapor, de modo que el liquido que desciende al plato inferior, xn, esta en equilibrio con el vapor que asciende al superior, yn. 6.1.2.4 Relación de reflujo Se llama así a la relación entre el caudal del liquido que se devuelve a la columna como reflujo y el que se extrae como destilado. Se expresa por la razón L/V (razón de reflujo interna) o como L/D (razón de reflujo externa), ambas convertibles. La columna rectifica gracias al reflujo que permite el enriquecimiento del vapor que asciende. Es lógico que al aumentar la relación de reflujo sea mayor el contacto y más fácil la separación. 6.1.2.5 Reflujo total Cuando todos los vapores desprendidos en la cabeza de la columna se condensan y se devuelven a la misma como reflujo, de modo que NO se extrae destilado, se dice que la columna opera bajo REFLUJO TOTAL, en estas condiciones la relación de reflujo tiene por valor L/V = 1/1 = 1 Con lo que la relación de reflujo externa será L/D =1/0 = ∞ El balance de materia a reflujo total permite deducir Vn+1 = Ln + D Y como D = 0 (reflujo total), queda Vn+1 = Ln Por tanto Vn+1 · yn+1 = Ln · xn De donde se obtiene la RECTA DE OPERACION yn+1 = xn Bajo este mecanismo de rectificación la composición que presenta el vapor que asciende de cualquier plato es idéntica a la composición del líquido que rebosa del plato inmediatamente anterior.
6.1.3 Cálculo gráfico del número de pisos teóricos Siguiendo el método de Mc-Cabe Thiele, sobre el diagrama de equilibrio (x-y) del sistema etanol-agua, se traza la recta de operación (en este caso se confundirá con la 43
Experimentación en Ingeniería Química III
6. Rectificación columna de platos
diagonal al trabajar a reflujo total). A continuación se dibuja la curva de equilibrio, se sitúan las composiciones del destilado (xD) y del residuo (xR), y se procede a trazar los platos teóricos, empezando por la composición del destilado, trazando líneas horizontales y verticales que se cortan sobre la línea de equilibrio. Cada escalón formado por dichas líneas, hasta llegar a la composición del residuo, representa un plato teórico de la columna.
6.1.4 Eficacia de platos: plato real La desviación de las condiciones de equilibrio establecidas para el piso teórico se pueden expresar de diferentes modos. Para pisos reales, se define una eficacia que expresa su aproximación al equilibrio, de acuerdo con esta relación:
EFICACIA =
NUMERO DE PLATOS TEORICOS NUMERO DE PLATOS REALES
Vn
Ln-1
yn
Xn-1 Plato n
Vn+1
Ln
yn+1
xn
La eficacia de cada plato, según Murphree, se define por la relación
εy = (yn –yn+1 ) / (yn* - yn+1) Referida al liquido εx = (xn-1 – xn) / (xn-1 – xn*)
a) Referida al vapor b)
Siendo y* la composición del vapor en equilibrio con la corriente real xn y x* la composición del liquido en equilibrio con la corriente real yn .
6.2 Realización de la práctica 6.2.1 Puesta en marcha 1) Colocar la mezcla a separar en el calderín de la columna de platos. 44
Experimentación en Ingeniería Química III 2) 3) 4) 5) 6)
6. Rectificación columna de platos
Colocar la columna para que trabaje a reflujo total. Cerrar todas las salidas de toma de muestra de los platos. Abrir la entrada de agua al condensador. Conectar el sistema de calefacción de la columna. Esperar el tiempo necesario para que la columna entre en régimen, lo cual se alcanza al estar todos los platos en ebullición.
6.2.2 Toma de muestras Tomar muestras de líquido en el destilado y en el residuo trabajando a reflujo total. Igualmente en reflujo total, tomar muestras de las cuatro corrientes que se cruzan en el plato que hayamos elegido para determinar su eficacia, tanto referida al liquido como al vapor
6.2.3 Análisis de las muestras Se determina la composición de la muestra mediante densimetría mediante un densímetro previamente termostatizado a la temperatura elegida ( 20 ó 30ºC). Una vez determinada la densidad se determina la composición a través de la tabla que se adjunta (Perry).
6.3 Cálculos 1.- Construir la curva de equilibrio del sistema etanol-agua a partir de los correspondientes datos (TABLA 1). 2.- Determinar la composición “xD” y “xR” (fracciones molares del destilado y del residuo) con la ayuda de los datos de la (TABLA 2), que da el % en peso de etanol en función de la densidad para diferentes temperaturas. 3.- Determinar por el procedimiento gráfico de Mc-Cabe Thiele el número de platos teóricos de la columna. 4.- Determinar la eficacia global de la columna, sabiendo el N.P.T y el N.P.R. que posee la columna utilizada. 5.- Determinar la eficacia del plato referido tanto al liquido como al vapor.
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Experimentación en Ingeniería Química III
6. Rectificación columna de platos
TABLA 1. Datos de equilibrio del sistema etanol-agua a 1 atmósfera de presión.(fracciones molares) x 0,010 0,030 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250
y 0,103 0,235 0,325 0,444 0,496 0,529 0,552
x 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500 0,550 0,600
y 0,573 0,592 0,613 0,632 0,652 0,673 0,697
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x 0,650 0,700 0,750 0,800 0,850 0,870 0,895
y 0,723 0,753 0,783 0,818 0,856 0,873 0,895
Experimentación en Ingeniería Química III
6. Rectificación columna de platos
TABLA 2 Relacion composición-densidad de las disoluciones de etanol
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Práctica 7
7. Rectificación en columna de relleno a escala piloto 7.1 Introducción La destilación es una operación con cambio de fase que tiene por objeto la separación de los componentes de una mezcla líquida basandose en la diferente volatilidad de los mismos. La destilación con enriquecimiento del vapor se llama Rectificación y es el procedimiento de separación de los componentes de una mezcla líquida mas utilizado en la industria. El fundamento de la rectificación es el contacto sucesivo del vapor ascendente, con el líquido descendente cuya concentración no está en equilibrio con el vapor, de forma tal que, para alcanzarlo, ha de condensar parte de los componentes menos volátiles del vapor sobre el líquido, a cambio de evaporarse parte de los componentes mas volátiles del líquido que pasarán a la corriente de vapor.
7.1.1 Columna de relleno El dispositivo de rectificación consta de una columna que contiene el relleno, un calderín en su base en donde hierve continuamente la mezcla de los componentes a separar, (dando lugar a una corriente de vapor ascendente) y un condensador en la parte superior de la columna (que suministra el líquido descendente llamado reflujo). (Figura. 1). La rectificación por cargas se puede realizar de dos formas: una a composición de destilado (xD) constante en cuyo caso la relación de reflujo (L/D) será variable y la otra a relación de reflujo (L/D) constante en cuyo caso la composición de destilado (xD) será variable. 48
Experimentación en Ingeniería Química III
7. Rectificación columna de relleno
Una columna de relleno debe cumplir una serie de requisitos para que su uso sea apropiado, entre otros, que el relleno no sea excesivamente pesado, que presente la máxima superficie mojada por unidad de volumen y que ofrezca una sección razonable para el paso de los vapores a fin de que la pérdida de presión por fricción sea pequeña. 7.1.2 Piso teórico en columna de relleno El piso teórico en una columna de relleno será aquella zona de columna en la que las corrientes de líquido y vapor que salen de ella se encuentran en equilibrio termodinámico. 7.1.3 Reflujo total Cuando los vapores que llegan a la cabeza de la columna se condensan y todos se devuelven a la misma como reflujo, se dice que la columna opera a reflujo total. Entonces:
Balance global Balance al c.m.v. De ahí que
V= L + D V⋅yn-1 = L⋅xn + 0 yn-1 = xn
=> =>
V= L V⋅yn-1 = L⋅xn
Por tanto, bajo este mecanismo de rectificación, la composición del líquido y del vapor que se cruzan en cada punto de la columna es la misma. 7.1.4 Cálculo del número de pisos teóricos (N.P.T.) Este cálculo se realiza operando con la columna a reflujo total y determinando la composición del destilado y residuo cuando se alcanzan las condiciones de régimen estacionario. Con las composiciones del destilado y residuo y utilizando el método de McCabeThiele se determina el N.P.T. (Cálculos que se realizan en las otras prácticas de rectificación en columnas de pisos y de relleno). 49
Experimentación en Ingeniería Química III
7. Rectificación columna de relleno
7.1.5 Altura equivalente de un piso teóricos (a.e.p.t.) Dado que la altura de relleno de la columna (Z) viene dada por: Z
=
(N.P.T.) ⋅ (A.E.P.T.)
(1)
conocida la altura y el número de pisos teóricos se puede determinar la (A.E.P.T.) de la columna. Los resultados experimentales indican que existen muchos factores que influyen de una manera muy apreciable en la A.E.P.T. de una columna de relleno, entre ellos podemos citar: - velocidad de flujo del vapor. - diámetro de la columna. - altura de relleno. - viscosidad y densidad del líquido. - volatilidad relativa, etc. 7.1.6 Características de la columna de relleno a utilizar Diámetro de la columna = 14,4 cm. Altura de relleno = 3 m. Capacidad del calderín = 50 L. Relleno => Monturas Berl de ½ " (12,7 mm de tamaño nominal) La columna que vamos a utilizar para la realización de la práctica puede trabajar a vacío o a presión atmosférica (en nuestro caso trabajaremos a presión atmosférica). La mezcla a destilar se carga mediante un sistema de vacío (∆P = - 610 mm de Hg). El suministro de calor al calderín lo aporta una corriente de vapor de agua que está entre 1,8 2 bares de presión relativa.
7.2 Objeto de la práctica Estudiar, hasta alcanzar el régimen estacionario en la columna, la variación de la temperatura del calderín, columna y condensador frente al tiempo, efectuar el mismo estudio con el caudal de destilado de la columna. También se estudiará la variación del caudal de vapor de calefacción y su temperatura durante la destilación de la mezcla.
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Experimentación en Ingeniería Química III
7. Rectificación columna de relleno
7.3 Material y métodos 7.3.1 Puesta en marcha de la columna 1.-Cerrar la llaves de carga y de vaciado existentes en el calderín, seguidamente cerrar las llaves existentes en la cabeza de la columna para poder hacer el vacío en su interior. 2.-Aplicar a la columna un vacío de 610 mm de Hg mediante la correspondiente bomba de vacío para ello poner el interruptor de arranque en la posición “control”, si el motor no arranca y queda frenado desconectar el motor e intentarlo de nuevo. 3.-Abrir las llaves de paso de agua de refrigeración de los condensadores de cabeza. 4.-Proceder a cargar etanol y posteriormente el agua abriendo la tubería de succión hasta que la carga de la mezcla etanol-agua sea de unos 45 L aproximadamente. 5.-Romper el vacío que todavía pueda existir en la columna abriendo una de la llaves existentes en la cabeza y desconectar la bomba de vacío. 6.-Colocar la columna para que trabaje a reflujo total. Antes de comenzar la rectificación tomar muestra del líquido de la caldera para conocer composición inicial de la mezcla. 7.-Una vez que la conducción de vapor adquiere la presión de trabajo entre 1,8 - 2 bar, conectar el sistema de calefacción de la columna abriendo la llave de paso del vapor a la misma.. 8.-Proceder a la toma de datos mientras se alcanza el régimen estacionario de funcionamiento de la columna. Una vez alcanzado, tomar muestra del líquido del calderín y del destilado para obtener posteriormente las composiciones de residuo y destilado. 9.-Proceder a la separación de los componentes de la mezcla por destilación, para ello abrir la llave de la conducción del destilado y poner la columna en fase de destilación. Durante el tiempo que dure esta fase medir el caudal de destilado así como el de vapor de calefacción y su temperatura. 10.-Finalizada la destilación de la mezcla parar la columna cerrando la entrada de vapor de calefacción a la misma, una vez que deje de fluir destilado cerrar su llave de salida, desconectar el sistema y vaciar el agua que quede en el calderín.
7.3.2 Toma de muestras La caldera dispone de unos dispositivos como el indicado en la figura adjunta para la toma de muestras de líquido y vapor tanto en el calderín como en la cabeza de la columna.
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7. Rectificación columna de relleno
7.3.3 Análisis de las muestras La determinación de cualquier composición de las mezclas etanol-agua se realiza determinando la densidad de la mezcla y a partir de ella, ya que existe una relación directa entre la densidad y la composición de mezclas binarias, se obtiene ésta.
7.3.4 Medidas de caudales de vapor Para ello se cierra la válvula de destilado y reflujo o bien el interruptor que las acciona y se mide el tiempo necesario para recoger, por ejemplo, 1L de líquido.
7.4 Toma de datos experimentales y cálculos 1.Medir, a reflujo total, las temperaturas del calderín, columna de destilación y condensador a lo largo del tiempo que tarda en alcanzarse el régimen estacionario en la columna y representar dichos valores frente al tiempo. 2.Medir, a reflujo total, el caudal de destilado a lo largo del tiempo que tarda en alcanzarse el régimen estacionario en la columna y representar dichos valores frente al tiempo. 3.Medir el caudal de vapor de calefacción y su temperatura a lo largo del tiempo que dura toda la operación a reflujo total y posterior separación de la mezcla por destilación.
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Experimentación en Ingeniería Química III
6. Rectificación columna de platos
4.Tomar muestras de destilado y residuo cuando alcanzamos el régimen estacionario para poder determinar la composición “xD” y “xR” con la ayuda de los datos de la TABLA 2, que da el % en peso de etanol en función de la densidad para diferentes temperaturas. 5.Dibujar el diagrama x-y con los datos de equilibrio del sistema etanol-agua de la tabla 1 y determinar el N.P.T. para posteriormente determinar la A.E.P.T. 6.Medir el caudal de destilado a lo largo del tiempo que dura la destilación de la mezcla etanol-agua. 7.a) ¿Que le sugieren los datos del caudal de vapor de calefacción que se han consumido en el proceso?. b) ¿Por qué el caudal de destilado disminuye a lo largo del proceso de destilación de la mezcla?. c) ¿Que sugieren que se podría hacer para aumentar el caudal de destilado y por tanto disminuir el tiempo de destilación de la mezcla?. Datos: 1 bar = 0,986 Atm. = 1,019 Kg/cm2
TABLA 1 Datos de equilibrio del sistema etanol-agua a 1 atmósfera de presión. x 0,010 0,030 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250
y 0,103 0,235 0,325 0,444 0,496 0,529 0,552
x 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500 0,550 0,600
y x y 0,573 0,650 0,723 0,592 0,700 0,753 0,613 0,750 0,783 0,632 0,800 0,818 0,652 0,850 0,856 0,673 0,870 0,873 0,697 0,895 0,895
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6. Rectificación columna de platos
TABLA 2 Densidad de disoluciones acuosas de etanol
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Experimentación en Ingeniería Química III
6. Rectificación columna de platos
TABLA 3 Propiedades termodinámicas del vapor de agua saturado
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Práctica 8
8. Cambiador de calor de tubos concéntricos 8.1 Introducción En general, se puede llamar cambiador de calor a todo dispositivo en el que se verifica un intercambio de calor entre fluidos separados por una pared sólida. Debido a que cualquiera de los dos fluidos puede ser un líquido, un gas, un vapor condensante o un líquido en ebullición, el número de aplicaciones diferentes del cambiador de calor es elevadísimo. La transmisión de calor en cada uno de los fluidos tiene lugar por conducción y convección aunque generalmente se considera que el intercambio de calor es solo por convección dada su mayor importancia. El diseño de un cambiador de calor se realiza mediante la aplicación de balances de energía y de caudales de transmisión de calor. Aquí solo consideraremos el caso de cambiadores de calor que funcionen en régimen estacionario.
FLUIDO CALIENTE PARED CAMBIADOR FLUIDO FRÍO
12 mm PARED CAMBIADOR FLUIDO CALIENTE
───────────────────────────────────────── TV1 Î VAPOR CONDENSANTE Î TV2 ═════════════════════════════════════════ TA1 Í FLUIDO A CALENTAR Í TA2 Φint tubo de cobre = ═════════════════════════════════════════ TV1 Î VAPOR CONDENSANTE Î TV2 ───────────────────────────────────────── │→−−−−−−−− L = 1,5 m −−−−−−−−→│ Circulación en contracorriente
Un balance de energía a uno de los fluidos nos da el caudal de calor (Q) que se intercambia entre ellos. Q = mC p (TA1 − TA2 ) eq. 1
donde:
m = caudal másico de fluido (masa/tiempo). CP = Calor específico a presión constante.
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Experimentación en Ingeniería Química III
8. Cambiador de calor
8.1.1 Coeficiente integral o global de transmisión de calor. El calor que se transmite de un fluido al otro encuentra tres resistencias en serie: la opuesta por el fluido caliente, la opuesta por la pared del cambiador y la que opone el fluido frío. Dado que el cambiador funciona en “estado estacionario” es evidente que en el área considerada, el caudal de calor (Q) que atraviesa las tres resistencias es constante y la intensidad de paso de calor a través de la superficie (A) del cambiador será: Q = UA∆Tml eq. 2
donde: A = Área de intercambio de calor U = Coeficiente integral o global de transmisión de calor. ∆Tml = Media logarítmica entre las temperaturas existentes en ambos extremos del cambiador, en el caso de que uno de los fluidos cambie de fase sin cambiar de temperatura se utilizará también el (∆T)ml para los cálculos; Si llamamos Di al diámetro interno del tubo que separa los fluidos, De al diámetro externo, “k” a la conductividad de la pared del tubo y hi y he los coeficientes de convección para el fluido interno y externo respectivamente, el coeficiente integral o global de transmisión de calor (U) referido a la superficie interna del tubo será: D 1 1 1 1 = + ln e + U i Di hi Di 2k D1 he De
o puesto de otra forma: D D D D 1 = i + i ln e + i U i hi Di 2k D1 he De
dado que el valor de la conductividad térmica del cobre es aproximadamente k = 340 Kcal/h⋅m⋅ºC y he del vapor de agua condensante es aproximadamente 8000 Kcal/h⋅m2⋅ºC, el segundo y tercer sumando del segundo miembro de la ecuación anterior pueden despreciarse con lo que: 1 1 = U i hi eq. 3
a partir de las ecuaciones (1) y (2) tenemos que:
mC p (TA1 − TA2 ) = UA∆Tml y de ahí
si tomamos un valor medio para el vapor que condensa entonces TV2 = TV1 = TV haciendo esta sustitución y operando en la ecuación anterior quedará: 57
Experimentación en Ingeniería Química III
8. Cambiador de calor
eq. 4
Este coeficiente (hi), que viene dado en Kcal/h⋅m2⋅ºC, depende de las propiedades físicas del fluido que circula por el interior del cambiador (en nuestro caso aire o agua) y del movimiento natural o forzado de éste con respecto a la superficie.
8.1.2 Convección forzada De acuerdo con el análisis dimensional, la ecuación general para la convección forzada viene dada por Nu = Φ(Re, Pr) donde: Nu = Número de Nussel ; Re = Número de Reynolds y Pr = Número de Prandtl. Cuando se trata de fluidos calentandose por el interior de tubos y para valores de Re superiores al crítico, la ecuación anterior según Dittus - Boelter toma la siguiente forma: Nu = 0,023⋅Re0,8⋅Pr0,4
8.2 Objeto de la práctica El objeto de la práctica es la determinación del coeficiente de convección (hi) del fluido que se calienta en el cambiador de calor (para cada caudal de circulación) y a partir de sus valores y de los correspondientes valores de las propiedades físicas calcular los módulos adimensionales Nu, Re y Pr para obtener una relación del tipo [Nu = Φ(Re, Pr)] y compararla con la propuesta por Dittus - Boelter.
8.3 Puesta en marcha del cambiador 1.-
Abrir el paso del caudal de vapor que circulará por el tubo exterior del cambiador y que será el fluido caliente. Presión de entrada del vapor en el cambiador _ 0,8 bar
2.-
Abrir la llave de suministro de aire comprimido que circulará por el interior del cambiador y que se encuentra situada en la pared, regular su presión de entrada _ a 2,7 bares.
3.-
Proceder a la toma de las temperaturas de entrada y salida de los fluidos que circulan por el cambiador para diferentes caudales de aire (rotámetro de aire calibrado en L/s).
58
Experimentación en Ingeniería Química III
8. Cambiador de calor
4.-
Cerrar la entrada de aire comprimido al cambiador.
5.-
Abrir la llave de suministro de agua y proceder a la toma de las temperaturas de entrada y salida de los fluidos que circulan por el cambiador (rotámetro de agua calibrado en L/min).
6.-
Realizadas estas operaciones, la toma de datos experimentales ha finalizado, cerrar el paso de agua y de vapor al cambiador.
8.4 Toma de datos experimentales 1.-
En el caso de circular aire por el interior del cambiador, tomar las temperaturas de entrada y salida de ambos fluidos para caudales de: 1; 1,5; 2,5; 3,5 y 4,5 L/s de aire.
2.-
En el caso de circular agua por el interior del cambiador, tomar las temperaturas de entrada y salida de ambos fluidos para el caudal de 6 L/min de agua.
8.5 Cálculos que realizar. 1.Determinar las propiedades físicas [ρ; k y µ] a la temperatura media entre la de entrada y salida del fluido que circula por el cambiador tanto del aire como del agua. En el caso del aire (TABLA 1) es aconsejable ajustar estas propiedades a una función de la temperatura absoluta (ºK). En el intervalo de 0 a 100ºC estas variables se ajustan a las ecuaciones: ρ = - 0,0017 + 353,88 / T ρ en Kg /m3 k = 0,00333 + 6,4⋅10-5⋅T
k en Kcal / h⋅m⋅ºC
µ = 4,183⋅10-5⋅exp(-245,181 / T)
µ en Kg / m⋅s
la temperatura T se expresa en (ºK). En todos los casos el coeficiente de regresión es: r2 > 0,998. Las del agua se obtendrán por interpolación de los datos que figuran en la (TABLA 2). 2.-
Conocido el valor de la densidad y del caudal volumétrico se determina el caudal másico “m” que figura en la expresión (4).
3.-
Mediante dicha ecuación (4) determinar los valores de “hi” para los diferentes caudales de aire y agua utilizados.
59
Experimentación en Ingeniería Química III 4.-
8. Cambiador de calor
Obtenidos los coeficientes “hi” y las propiedades físicas [ρ; k y µ] de ambos fluidos determinar en cada caso los módulos adimensionales de Nu, Re y Pr. Número de Nussel Número de Reynolds Número de Prandtl
Nu = hi⋅Di /k Re = Di⋅v⋅ρ/µ Pr = µ⋅Cp/k
y
v = Qv / Sección
Qv = Caudal volumétrico que circula por la tubería. 5.-
Con los valores de Nu, Re y Pr calculados para cada caudal de aire y agua obtener una relación del tipo [Nu = Φ(Re, Pr)] y compararla con la propuesta por Dittus - Boelter para fluidos que se calientan por el interior de tubos; justificar las posibles diferencias entre ambas.
Datos: 1 bar = 0,986 Atm. = 1,019 Kg/cm2
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Experimentación en Ingeniería Química III
8. Cambiador de calor
61
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
Práctica 9
9. Evaporador de doble efecto y caldera de vapor 9.1 Evaporador de doble efecto 9.1.1 Introducción La evaporación es una operación con cambio de fase, la fase inicial está formada por un líquido que contiene un sólido disuelto, mediante la aplicación de calor se genera una nueva fase de vapor; si el sólido no es volátil el líquido volátil se transfiere hacia la fase vapor concentrandose la disolución inicial en el sólido. La evaporación puede considerarse también como una operación de separación en la que un líquido es separado de su mezcla con un soluto no volátil mediante aplicación de calor. Un evaporador es una unidad en la que se transmite calor desde un vapor condensante hacia un líquido en ebullición y por lo tanto la evaporación se puede considerar como un caso especial de transmisión de calor. Los evaporadores son utilizados en muchos tipos de industrias como la concentración de NaOH, desalinización del agua de mar, etc... El esquema de un evaporador de doble efecto puede ser el siguiente:
Como agente de calefacción se utiliza, generalmente, vapor de agua saturado a una presión determinada (P) que cede exclusivamente su calor latente [λ = HV - HL] y cuya temperatura de condensación (T) deberá ser superior a la existente en la cámara de evaporación (T1), para que de esa forma exista un gradiente de temperatura desde el vapor condensante hacia la disolución en ebullición. 62
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
En general, la temperatura de ebullición (T1) de la disolución que se encuentra en la cámara de evaporación a una presión determinada (P1), será superior a la correspondiente (TS1) del vapor de agua saturado a esa presión (P1). Por ese motivo, el vapor que se obtiene en la cámara de evaporación es un vapor recalentado a (T1) siendo su grado de recalentamiento [T1 - TS1]. Si el calor latente que posee el vapor que se produce en la cámara de evaporación (λ1) se aprovecha como medio de calefacción para evaporar, en un segundo evaporador, una disolución que hierva a temperatura (T2) inferior a la de condensación de ese vapor (TS1), tendríamos un evaporador de doble efecto. La disolución aportada al segundo evaporador puede ser la misma que la utilizada en el primero (alimentación en paralelo) en tal caso la presión en la cámara de evaporación del segundo efecto (P2) tendrá que ser inferior a la existente en el primer evaporador (P1); de esta forma su temperatura de ebullición también es menor y se puede utilizar como medio de calefacción el vapor que se produce en la primera cámara de evaporación.
9.1.2 Puesta en marcha de los evaporadores 1º.-
Llenar ambos evaporadores, con una disolución de NaOH al 10%, hasta que la disolución, en ellos, cubra el serpentín por el que circula el vapor condensante, es posible que sea necesario para conseguir esto tener que practicar ya el vacío en la cámara de evaporación del segundo efecto mediante la correspondiente bomba de vacío (aproximadamente unos 690 mm de Hg).
2º.-
Conseguido esto cerrar la llave de aporte de disolución a ambos evaporadores y la que se encuentra en el fondo del segundo evaporador.
3º.-
Abrir la llave que deja paso al vapor de agua que va a aportar el calor necesario para evaporar la disolución de NaOH al 10% utilizada.
4º.-
Cerciorarse que las llaves que se encuentran en el fondo de los matraces esféricos que van a recoger los condensados están cerradas.
5º.-
Conectar el agua de los dos condensadores que hay después del segundo efecto.
6º.-
Cuando empiece la ebullición en el primer efecto quitar el agua que pueda haber en el cubo que recoge el vapor de agua condensante, poner de nuevo el cubo en la salida de ese vapor y empezar a contar el tiempo de funcionamiento del proceso de evaporación que deberá ser aproximadamente de una hora.
9.1.3 Toma de datos experimentales y cálculos a realizar
63
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
1º.-
Medir la temperatura de ebullición de la cámara de evaporación del primer efecto (T1) y utilizando el diagrama de Dühring de la FIGURA 1 determinar la temperatura de ebullición del agua (TS1).
2º.-
Medir la temperatura de ebullición de la cámara de evaporación del segundo efecto y utilizando el diagrama de Dühring determinar la temperatura de ebullición del agua (TS2). y mediante la TABLA 1, determinar la presión existente en ese momento en dicha cámara.
3º.-
Aumentar el vacío existente en la cámara de evaporación del segundo efecto (mediante la llave que sirve para regular el vacío) y medir nuevamente la temperatura de ebullición de la cámara, la temperatura de ebullición del agua y su correspondiente presión.
4º.-
Repetir el paso anterior pero realizando el máximo vacío posible en dicha camara.
5º.-
¿Por qué la presión existente en la cámara de ebullición del segundo efecto es diferente a la practicada con la bomba de vacío?
6º.-
De acuerdo con lo visto anteriormente ¿Que tipo de vapor es el que se utiliza como medio de calefacción para segundo efecto?, Determinar su Entalpía sabiendo que: Entalpía vapor húmedo: Entalpía vapor recalentado
Hh = HV⋅x + HL⋅(1 - x) Hr = Hv + Cp⋅(T1 - TS1)
siendo Cp del vapor de agua = 0,5 Kcal / Kg.ºC 7º.-
Medir el volumen de agua evaporada en el primer y segundo efecto (agua recogida en los dos matraces esféricos) así como la cantidad de vapor condensante (recogido en el cubo) desde que comenzó el proceso de evaporación.
8º.-
Calcular la economía del proceso mediante la expresión: Kg de agua evaporada E = ─────────────────────────── Kg de vapor condensante
64
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
Figura 1
65
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
Tabla 1
66
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
Tabla 2
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9. Evaporador y caldera de vapor
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Experimentación en Ingeniería Química III
9.2
9. Evaporador y caldera de vapor
Caldera de vapor - dureza del agua.
9.2.1 Introducción Las calderas de vapor se pueden clasificar según muy diversos criterios. Una clasificación muy frecuente es la que tiene en cuenta la situación del “hogar” respecto a la caldera propiamente dicha. La caldera de nuestra instalación en planta piloto es “vertical y de hogar interior”. Para caracterizar las calderas se pueden utilizar diferentes parámetros como son: El rendimiento calorífico, la superficie de calefacción o el rating. El rendimiento calorífico se determina a través del indice de vaporización, bruto o neto. I NETO =
Kg/h de vapor normal equivalente al vapor producido Kg/h de combustible quemado
(1)
En Norteamérica la superficie de calefacción se mide en Boilers. Un Boilers equivale a 0,929 m2 El rating nos indica las (Kcal / h⋅m2) que puede transmitir la caldera. Un rating del 100% transmite 9100 (Kcal / h⋅m2)
9.2.2 Preparación de aguas para calderas La preparación del agua para poder utilizarla en las calderas de vapor requiere eliminarle: la DUREZA (debida a las sales de calcio y magnesio disueltas) así como el O2, y el CO2 que llevan disueltos. De esta forma se pueden evitar: a) b)
Las incrustaciones en la caldera y resto del circuito, debidas a la dureza del agua. Las corrosiones de la caldera y circuitos de agua debida a la presencia de O2 y CO2.
9.2.2.1 La dureza del agua La dureza del agua se debe, como ya hemos dicho, a la presencia en la misma de sales de calcio y magnesio. La dureza puede ser: TEMPORAL, PERMANENTE y TOTAL. La dureza temporal la constituyen aquellas sales que se descomponen con el calor como son los bicarbonatos y los carbonatos. Dicha dureza da lugar a los depósitos de incrustaciones blandos.
69
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
La dureza permanente la componen las sales que no precipitan por idéntico mecanismo, fundamentalmente sulfatos, cloruros y silicatos. Forman los depósitos de incrustaciones duros. La dureza total será la suma de la temporal y la permanente. o CaO.
La dureza se suele medir en "grados de dureza", referida al contenido de CaCO3 1 °FRANCES = 10 mg de CO3Ca eq/L = 10 ppm CO3Ca eq. 1 °AMERICANO = 1 mg de CO3Ca eq/L = 1 ppm CO3Ca eq. 1 °ALEMAN = 10 mg de CaO eq/L = 10 ppm CaO eq.
1 °FRANCES = 0,56 °ALEMANES = 10 °AMERICANOS Las sales más frecuentes en las incrustaciones son el carbonato cálcico, seguido del sulfato cálcico, hidróxido de magnesio y silicatos de calcio y magnesio, así como de sílice. 9.2.2.2 Las incrustaciones Son costras de carácter pétreo, muy poco conductoras, que al depositarse sobre la superficie metálica de transmisión de calor, obligan a elevar la temperatura de trabajo con objeto de poder mantener la misma velocidad específica de transmisión de calor. q/A = U⋅∆T Lo dicho anteriormente queda reflejado en la siguiente tabla de conductividades.
9.2.2.3 Eliminación de la dureza del agua (ablandamiento) Tiene por objeto eliminar del agua las sales que dan la dureza, se pueden utilizar métodos físicos (destilación), químicos (método de la cal-sosa) y físico-químicos (intercambio iónico).
Intercambio Iónico. Para el ablandamiento de las aguas se utilizan normalmente resinas catiónicas; en ciclo sódico según el proceso. 70
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
_______→
Sales de Ca o Mg + R - Na
R - (Ca o Mg) + Sales de Na
El agua a tratar se introduce por la parte superior del cambiador atravesando la resina cambiadora y saliendo por su parte inferior, mientras que, en la regeneración del lecho la circulación de la disolución va en sentido contrario teniendo lugar las reacciones: R - (Ca o Mg) + 2 ClNa
_______→
RNa2 + Cl2Ca
La regeneración del lecho de cambio iónico utilizado es automática, cuando se llega a una cierta concentración de sales de calcio y magnesio el solo se pone en fase de regeneración de la resina cambiadora. Un lecho de cambio iónico se encuentra agotado cuando se alcanza el "punto de rotura", esto es cuando la concentración de ión a intercambiar en la corriente de salida adquiere un valor medible. A partir de ese momento la concentración de ión en la corriente de salida aumenta rápidamente hasta tomar nuevamente su valor inicial (Co). “Curva de rotura” es la curva en forma de (S) que se obtiene al representar la concentración de ión a intercambiar en la corriente de salida frente al tiempo. “Tiempo de rotura” es el tiempo transcurrido desde el comienzo del intercambio hasta alcanzar el punto de rotura. El tiempo de rotura se puede determinar aproximadamente mediante la ecuación: TR⋅Q(Caudal volumétrico)⋅(meq/L)Disoluc. = VLecho⋅(meq/L)Resina El tiempo de rotura disminuye: Al disminuir la capacidad de retención de la resina. Al disminuir el volumen del lecho. Al aumentar el caudal volumétrico del fluido en el lecho. Al aumentar la concentración inicial de ión a eliminar en la disolución. Al aumentar el tamaño de partícula de la resina. 9.2.2.4 Eliminación de gases disueltos La eliminación de gases del agua se lleva a cabo mediante desgasificación esto es un proceso termo-físico cuya efectividad aumenta directamente con la temperatura de operación o con la reducción de presión. También se puede realizar tratando el agua con sulfito sódico (SO3Na2) o con hidracina (N2H4) según las reacciones: SO3Na2
+
N2H4 + O2
½ O2
_______→
_______→
71
N2
SO4Na2 +
2 H2O
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
CARACTERÍSTICAS DEL AGUA DE CALDERAS
Presión (bares) pH mínimo Dureza máxima, ºF p.p.m CO3Ca equiv O2 máximo disuelto, mg/L CO2 máximo disuelto, mg/L Silice, mg/L
10 15 20 30 8,3 8,3 8,0 8,0 0,2 0,2 0,1 0,1 2 2 1 1 0,05 0,05 0,03 0,03 ----20 20 En función de la caldera
9.2.3 Puesta en marcha de la caldera Siguiendo el esquema de la caldera y las instrucciones adjuntas se pone en marcha la caldera y se para al final de la jornada de prácticas. El vapor producido se utiliza como medio de calefacción para el evaporador de doble efecto, la columna de rectificación de relleno y el cambiador de calor de tubos concéntricos. 9.2.3.1 Características de la caldera de vapor La cantidad máxima de vapor normal (1 kg /cm2 de presión absoluta) que produce esta caldera es de 220 Kg/h. 5,8 m2.
La superficie de calefacción de esta caldera, tomada del lado de los humos es de La presión media del vapor de agua producido en la caldera es de 3,5 Kg /cm2.
9.2.4 Cálculos a realizar 1.-
Determinar la dureza del agua antes y después de pasar por el descalcificador.
2.-
Sabiendo que el rendimiento de la caldera es del 87% ¿cual sería la cantidad de vapor normal (1 kg /cm2 de presión absoluta) que produce esta caldera?
3.-
Teniendo en cuenta las propiedades termodinámicas del vapor de agua (indicadas anteriormente en la TABLA 2), sabiendo que el agua de aporte a la caldera entra a 12ºC y que la potencia calorífica media del gasóleo es de 10500 Kcal / Kg ¿Que cantidad de gasóleo se consume para producir esa cantidad de vapor normal?.(1 bar = 0,986 Atm. = 1,019 Kg/cm2).
4.-
¿Cual sería por tanto el indice de vaporización neto de la caldera?.
72
Experimentación en Ingeniería Química III
I NETO = 5.-
9. Evaporador y caldera de vapor
Kg/h de vapor normal equivalente al vapor producido Kg/h de combustible quemado
¿Que cantidad de vapor a presión manométrica de 5 Kg /cm2 puede producir la caldera en cuestión?
73
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
Esquema del generador de vapor de tipo vertical
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Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
GENERADORES DE VAPOR “PERELLO”. INSTRUCCIONES PARA SU MANEJO. PUESTA EN MARCHA. (Al principio de la jornada de trabajo). Antes de poner en marcha la caldera ésta debe de estar llena de agua. 1.-
CERRAR la VÁLVULA de ENTRADA de AGUA a la CALDERA (19).
2.-
VACIAR la caldera HASTA alcanzar el NIVEL NORMAL. Para ello, ABRIR la VÁLVULA. de PURGA de la CALDERA (20) y la VÁLVULA. de AIREACIÓN (14).
ATENCIÓN: EN CASO DE HABER VACIADO DEMASIADO: ABRIR VÁLVULA. DE ENTRADA DE AGUA A LA CALDERA (19), ABRIR VÁLVULA. DE PASO DIRECTO DEL AGUA (16) y VÁLVULA DE AIREACIÓN (14), ESPERAR A QUE EL AGUA SUBA HASTA ALCANZAR EL NIVEL NORMAL, CERRAR LAS VÁLVULAS DE PASO DIRECTO, ENTRADA DE AGUA A LA CALDERA Y DE AIREACIÓN Y CONTINUAR LA PUESTA EN MARCHA.
3.CONECTAR el INTERRUPTOR GENERAL y PULSAR el botón de REARME. 4.-
Poner en posición de MARCHA el INTERRUPTOR del QUEMADOR y ESPERAR a que se pare a presión de trabajo.
5.-
ABRIR la VÁLVULA de.ENTRADA de AGUA a la CALDERA (19).
6.-
Poner en posición de MARCHA el INTERRUPTOR de la BOMBA.
7.-
DESCONECTAR el INTERRUPTOR GENERAL. A continuación PURGAR los NIVELES VISUALES Y AUTOMÁTICOS (VÁLVULAS de cada NIVEL 9), asegurándose de que purgan.
8.-
Una vez hechas estas operaciones, COMPROBAR que están en posición de MARCHA los TRES INTERRUPTORES: GENERAL-REARME, QUEMADOR y BOMBA.
9.ABRIR LENTAMENTE la VÁLVULA de SALIDA de VAPOR (3) y a trabajar. PURGA DE LA CALDERA. (Obligatorio cada día). Cada 2 horas el generador se “bloqueará automáticamente”, sonando la señal acústica y encendiéndose el piloto de alteración "TEMPORIZADOR ". Entonces se deberá CERRAR el INTERRUPTOR GENERAL, abrir 2 ó 3 veces seguidas la VÁLVULA de PURGA de la CALDERA (20) para extraer las sales y los lodos que se depositan en el fondo de la caldera, comprobado que todo está en orden, ABRIR el INTERRUPTOR GENERAL y REARMAR.
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Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
La frecuencia y cantidad de purgas se indican en cada caso según la calidad del agua. PARO DE LA CALDERA. (Al fin de la jornada). 1.-
Unas minutos antes de parar la caldera, CERRAR sólo el INTERRUPTOR del QUEMADOR y ESPERAR a que baje la presión hasta que marque sólo 1 Kg /cm2.
2.-
CERRAR los interruptores de la BOMBA y el GENERAL.
3.-
CERRAR la VÁLVULA de SALIDA de VAPOR (3).
4.-
DEJAR ABIERTA LA VÁLVULA DE ENTRADA DE AGUA A LA CALDERA.
PARO NO SUPERIOR A DOS HORAS. Cuando deba efectuarse un PARO NO SUPERIOR A LAS DOS HORAS (para ir a comer, etc.) se hará del siguiente modo: 1.CERRAR la VÁLVULA de SALIDA de VAPOR (3) y, a continuación, desconectar los tres interruptores: QUEMADOR, BOMBA Y GENERAL. 2.-
Para PONER nuevamente EN MARCHA la CALDERA: conectar nuevamente los interruptores, GENERAL-Rearme, QUEMADOR y BOMBA. Una vez alcanzada de nuevo la presión de trabajo, abrir la VÁLVULA de SALIDA de VAPOR (3).
CAMBIO SEMANAL Y OBLIGATORIO DEL AGUA DE LA CALDERA (LUNES). Como se sabe, las sales disueltas en el agua no se evaporan y van quedando en el interior de la caldera, depositándose en el fondo y paredes de la misma y aumentando excesivamente su índice de concentración. Para evitar los graves problemas que todo ello conlleva, según la cantidad de agua empleada y las horas de trabajo, esta agua con gran concentración de sales ha de renovarse con la frecuencia que se indique. Dicha renovación debe hacerse siempre al principio de la semana y al iniciar la jornada de trabajo, CON LA CALDERA FRÍA. Para ello: 1.-
Cerrar la VÁLVULA de ENTRADA de AGUA a la CALDERA (19).
2.-
Abrir la VÁLVULA de PURGA de la CALDERA (20) y la de AIREACIÓN (14) y esperar a que la caldera esté completamente vacía.
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Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
3.-
Cerrar sólo la VÁLVULA de PURGA de la CALDERA (20).
4.-
Abrir la VÁLVULA de ENTRADA de AGUA a la CALDERA (19).
5.-
Abrir la VÁLVULA de PASO DIRECTO de AGUA a la CALDERA (16), dejar que se llene la caldera hasta el nivel normal de trabajo y cerrar.
6.-
Cerrar la VÁLVULA de ENTRADA de AGUA a la CALDERA (19) y la de AIREA- CIÓN (14).
7.-
Seguir las instrucciones a partir del “PUNTO 3" de la puesta en marcha de la CALDERA al principio de la jornada de trabajo.
TRATAMIENTO QUÍMICO ANTI-OXIDANTE Y ANTI-CORROSIVO. Un descalcificador nos permite eliminar la dureza del agua y, por tanto, evita la formación de incrustaciones calcáreas en el interior del generador. No obstante, es frecuente observar como el hierro va sufriendo una constante agresión debida a la acidez procedente de la oxigenación del agua de retorno y a la propia del agua de alimentación. Este oxígeno libre es el causante de la oxidación en el interior del generador, así como en las tuberías de distribución del vapor. Para evitar este inconveniente común a todas las calderas, pues es debido al agua, se pueden añadir pequeñas cantidades de productos químicos, como el PEROXIN, cuyo empleo es sencillo y poco costoso. El uso del PEROXIN no elimina las purgas obligatorias, necesarias para eliminar las sales del interior de la caldera. A continuación se dan las oportunas indicaciones y ejemplos para el correcto uso y dosificación del PEROXIN. La tabla de dosificación nos indica los gramos de PEROXIN que deben añadirse por cada 1000 Litros de agua en función de la temperatura.
Temperatura del agua (ºC)
Contenido de oxigeno (mg / L)
Dosificación del PEROXIN (g /m2)
10
11,25
175
20
9,09
140
30
7,49
126
40
6,41
105
77
Experimentación en Ingeniería Química III
9. Evaporador y caldera de vapor
Temperatura del agua (ºC)
Contenido de oxigeno (mg / L)
Dosificación del PEROXIN (g /m2)
50
5,50
91
60
4,49
77
70
3,81
56
80
2,81
42
90
1,59
21
95
0,86
14
78
Práctica 10
10. Extracción sólido-líquido. Obtención de aceite de girasol mediante extracción con hexano 10.1 Introducción La extracción S/L es una operación básica o unitaria mediante la cual se separan uno o varios constituyentes solubles contenidos en un sólido inerte mediante la utilización de un disolvente adecuado. En el proceso industrial de extracción pueden considerarse las siguientes etapas: ¾ Disolución de los constituyentes solubles y separación del sólido inerte. ¾ Recuperación del disolvente, si es económicamente viable. ¾ Lavado del sólido inerte para recuperar mayor cantidad de soluto.
10.1.1 Velocidad de extracción Se comprende que en un proceso de extracción S/L las operaciones implicadas son: ¾ Cambio de fase del soluto. Esta etapa se considera prácticamente instantánea. ¾ Difusión del soluto a través del disolvente contenido en los poros del sólido inerte. ¾ Transferencia del soluto desde las inmediaciones de la interfase S/L hasta el seno de la masa principal de disolvente. En consecuencia, los factores más importantes que influyen sobre la velocidad de extracción son: Tamaño de las partículas sólidas. Evidentemente cuanto más pequeñas sean, mayor es la superficie interfacial y más corta la longitud de los poros. Por tanto mayor es la velocidad de transferencia. Sin embargo, tamaños excesivamente pequeños pueden hacer que las partículas se apelmacen dificultando la extracción. Tipo de disolvente. El disolvente debe ser lo más selectivo posible y se recomienda de baja viscosidad.
79
Experimentación en Ingeniería Química III
10. Extracción sólido/líquido. Aceite
Temperatura. Un aumento de la temperatura favorece la solubilidad y aumentan los coeficientes de transferencia de materia. El límite superior se fija atendiendo a criterios de calidad del producto, criterios económicos y de seguridad con respecto al disolvente. Agitación del disolvente-soluto. Favorece la transferencia por aumento de coeficientes en la interfase S/L. Además se evita la sedimentación y apelmazamiento de las partículas sólidas. A la vista de estas consideraciones se comprende que la velocidad de transferencia de materia resulta difícil de evaluar por medios teóricos generales. Lo habitual es realizar una aproximación para cada sistema sólido disolvente.
10.2 Objeto de la práctica Se obtendrá aceite de semillas de girasol mediante extracción con hexano y posterior destilación de la mezcla agua-aceite-disolvente. El disolvente se recupera para extracciones posteriores.
10.3 Desarrollo experimental Puesta en funcionamiento de la instalación: a) Cargar el extractor por inmersión con aproximadamente 2 kg de semillas de girasol, previamente trituradas y homogeneizadas. Las semillas deben estar contenidas en el saco de fibra dispuesto al efecto. b) Abrir el paso de agua al condensador del extractor y cargar a continuación el calderín con 15 litros de hexano y activar la resistencia inferior de la manta eléctrica. c) Extraer durante 1 h contando el tiempo a partir del momento en que se establece el ciclo de retorno del hexano al calderín. d) Transcurrido este tiempo se procede a la destilación de la mezcla aceitehexano-agua. Abrir la válvula V5 y aislar la zona de extracción, cerrar las válvulas V3 y V4; se cargan 12 L de agua y se realiza una destilación mediante arrastre con vapor. e) Recoger el aceite en un matraz previamente tarado, secar en estufa para eliminar las trazas de disolvente y pesar.
10.4 Cálculos y datos experimentales 1. Calcular el rendimiento del proceso sabiendo que la riqueza grasa de las semillas es del 30,48 %. 2. Durante la etapa de recuperación del disolvente tomar la temperatura de ebullición de la mezcla ternaria agua-aceite-hexano y del volumen de hexano recogido en función del tiempo. Representar la temperatura de ebullición frente a la fracción másica de hexano en el calderín.
80
Experimentación en Ingeniería Química III
10. Extracción sólido/líquido. Aceite
Densidad del agua ρ=983.20 kg/m3 (a 60 ºC). Propiedades físicas del hexano: temperatura de ebullición 68.73 ºC; ρ=660.6 kg/m3 (25 ºC); PM=86.175 kg/kmol; entalpía de vaporización, λw=31.56 kJ/mol (25ºC) y λw=28.85 kJ/mol (68.73ºC)
10.5 Nota de seguridad El hexano es un producto tóxico e inflamable y por tanto no se deben aspirar sus vapores. Está completamente prohibido tener puntos calientes en las inmediaciones de la instalación.
10.6 Esquema de la planta
M2
M1
CONDENSADOR
agua
agua
CONDENSADOR
agua
T2 REFLUJO agua
agua
COLUMNA EXTRACTOR
atmósfera
RELLENO
RELLENO
agua
CONDENSADOR
T3
V7
M3
V4
V1
V6
T1
V5
M4
CALDERÍN V2
DEPÓSTIOS
V3
RECUPERACIÓN
V8
DISOLVENTE
HEXANO ACEITE
81
HEXANO + AGUA +
Experimentación en Ingeniería Química III
10. Extracción sólido/líquido. Aceite
Práctica 11
11. Secado por atomización en planta piloto 11.1 Introducción El secado por atomización es una operación básica especialmente indicada para el secado de disoluciones y suspensiones. En la figura se esquematiza un secadero de atomización. ETAPA 1 Atomización
Alimentación Aire
Aire ETAPA 2 Contacto Spray-Aire
ETAPA 4 Recuperación del producto y limpieza del aire
ETAPA 3 Evaporación
Producto
Durante el secado por atomización ocurren los siguientes operaciones y procesos: ¾ ¾ ¾ ¾
Atomización de la suspensión. Contacto entre partículas y el aire caliente. Secado de las partículas. Separación del producto seco y el aire caliente.
11.2 Objetivo de la práctica Secar una suspensión de proteínas de lactosuero mediante un secadero de atomización en planta piloto. Realizar balances de materia y entálpicos.
82
Experimentación en Ingeniería Química III
11. Secado por atomización
11.3 Técnica experimental Preparar una suspensión de proteínas del lactosuero al 20 % en peso, la cual se homogeneizará en caliente (40-50 ºC) agitando con una batidora, si fuera necesario. A continuación se procede de la forma siguiente: 1. Estabilización de las temperaturas. Ajustar las temperaturas de entrada del aire (T1) y la del aire de salida (T2) pulverizando el caudal adecuado de agua. T1 ≈ 190 ºC y T2 =90 ºC Estabilizadas las temperaturas en los valores anteriores, comenzar el secado de la suspensión de proteínas. 2. Secado de la suspensión. Durante esta operación se regula el caudal de alimentación de forma que mantenga constante T2. 3. Lavado del atomizador. Finalizada la operación de secado se pasa un caudal de agua, procurando que T2 no caiga apreciablemente respecto a valores anteriores. Mediante esta operación se limpia el pulverizador. El tiempo de lavado se estima en 30 min. 3. Enfriamiento y desconexión del secadero. Una vez realizado el lavado se desconectan las resistencias eléctricas y por tanto comenzarán a descender T1 y T2. El secadero se desconectará sólo cuando T2 ≤ 50 ºC. 4.
11.4 Cálculos Mediante balances de materia y energía, calcular el caudal de aire de secado y la humedad absoluta del aire a la salida del secadero.
11.4.1 Datos para los balances Calibrado de la bomba peristáltica Tabla 1.- Calibrado de la bomba peristáltica
r.p.m. 5 8 10 15 20 25
q, ml/s 0,157 0,248 0,316 0,490 0,652 0,811
kg/h 0,471 0,8929 1,138 1,764 2,347 2,919
Calor latente del agua: λW = 2.5051·10 6 − 2.428·10 3 ·T , J/kg. T en ºC
[1]
Capacidad calorífica del aire húmedo Cg = 1004 .8 + 1884 .1H , J/kg K
[2]
83
Experimentación en Ingeniería Química III
11. Secado por atomización
Humedad absoluta del aire ambiente. Esta magnitud se mide mediante una sonda psicrométrica que mide la temperatura (Tg en ºC) y humedad relativa del aire ( ϕ ). La humedad absoluta se evalúa mediante el diagrama psicrométrico o bien mediante las siguientes ecuaciones: H=
0.622·ϕ ·Pw 1.01325·10 5 − ϕ ·Pw
[3]
Donde H es la humedad absoluta, kg de agua/kg de aire seco, y Pw es la presión de vapor del agua a la temperatura del aire húmedo, Tg en ºC. log PW = 10.158 −
1708.6 Tg + 231.66
[4]
Temperatura de las gotas. Para estos balances se puede suponer que la temperatura media de la gota es el valor medio entre la temperatura del aire a la salida (T2) y la temperatura húmeda (Th) calculada con las condiciones del aire a la entrada del secadero, Th=52.2 ºC.
84
Práctica 12
12. Secado por arrastre 12.1 Introducción Se entiende por secado de un sólido húmedo la separación total o parcial del líquido que le acompaña por medios térmicos. Es una operación de gran aplicación en Ingeniería Química y en el campo de la Ingeniería Alimentaria se considera como una Operación Unitaria para la estabilización de los alimentos frente a alteraciones de tipo químico, microbiológico y enzimático. Se dice que el secado es por arrastre cuando en la operación de secado se utiliza una corriente de aire caliente. Durante este secado tienen lugar simultáneamente los tres fenómenos de transporte: ¾ Transmisión de calor, necesaria para vaporizar el agua, desde el aire hasta la superficie externa del sólido húmedo y desde ésta hacia el flujo de aire de secado. La primera etapa transcurre por convección, mientras que la transmisión de calor en el interior del sólido es por conducción. ¾ Transferencia de materia. El agua se desplaza desde el interior del sólido húmedo hacia la superficie (generalmente por difusión), se evapora en la superficie y se transfiere desde ésta hasta el seno de la masa de aire caliente por convección. ¾ Transporte de cantidad de movimiento. Este fenómeno está provocado por los gradientes de velocidad que se establecen al circular el aire por el lecho de sólidos a deshidratar. La velocidad de secado suele ser función de la rapidez con que ocurren los dos primeros fenómenos, mientras que el transporte de cantidad de movimiento está relacionado con las características de la soplante a utilizar. Cualquiera que sea el tipo de instalación de secado, para dimensionar un secadero lo habitual es realizar ensayos de laboratorio para evaluar la velocidad de secado. Estos ensayos se realizan en condiciones de secado constante (presión, temperatura, velocidad del aire y humedad relativa constante) y a intervalos regulares de tiempo se determina por pesada la humedad del sólido (W, kg agua/kg sólido seco), Figura 1, y a partir de estos datos se deduce la velocidad de secado (-dW/dt) por diferenciación analítica o gráfica (Figura 2). Se aconseja la diferenciación gráfica.
85
Experimentación en Ingeniería Química III
12. Secado por arrastre
W
dW - ‐dW dt dt
Kg agua
kg agua kg s.s.
Kg s.s.
t, min
tc
t, min
Figura 2
Figura 1
Los datos obtenidos de W frente a t y de –dW/dt frente a t (figuras 1 y 2 respectivamente) ponen de manifiesto, generalmente, la existencia de dos períodos de secado: a) Periodo de velocidad constante. b) Periodo de velocidad decreciente. El primero de ellos se caracteriza por que la superficie del sólido permanece saturada de agua debido a que las velocidades de transferencia de materia y calor son iguales y por tanto el sólido permanece a su temperatura húmeda. En el periodo de velocidad decreciente la temperatura del sólido experimenta un aumento gradual y el mecanismo controlante es la transferencia de materia desde el interior del sólido hasta la superficie.
12.2 Objeto de la práctica Realizar una operación de secado diferencial, propiedades físicas del aire constantes, en la que se pueda considerar flujo unidimensional para la transmisión del calor y la transferencia de materia. Mediante esta experimentación se obtendrá la curva y los periodos de secado y se ensayará un modelo difusional de secado.
12.3 Procedimiento experimental Se comienza por fijar el caudal de aire a utilizar así como su temperatura. Para evaluar el caudal de aire se dispone de un diafragma de 40 mm de diámetro, conectado a un manómetro diferencial y a otro de rama abierta. Cálculos y experimentos previos indican que la velocidad másica del aire en este secadero viene dada por la siguiente expresión empírica: G = 0.0814 ⋅ (∆h )
0.528
donde: 86
⋅
P T
[1]
Experimentación en Ingeniería Química III G T ∆h P
12. Secado por arrastre
velocidad másica del gas en la zona de secado, kg/m2s temperatura, K caída de presión en el diafragma, mm H2O es la presión total del aire en la tuberia, mm Hg
Fijado el caudal de aire y estabilizado el valor de la temperatura se suspende una fina lámina de material a deshidratar de la balanza del secadero y se anotan las pérdidas de peso en función del tiempo. ¾ Material utilizado: rodaja de patata, de 4-6 mm de espesor, para que se pueda suponer flujo unidireccional (lámina infinita). Es necesario conocer la humedad inicial (80 % es un dato razonable). ¾ Temperatura del aire (80-90 ºC), toma de muestras cada 5 minutos y durante 90 minutos. ¾ G, kg/m2s debe ser grande, G > 1,5 kg/m2s, para que no influya la transferencia de materia externa.
12.4 Modelo difusional de secado Supuesta controlante la resistencia interna y que el secado transcurre mediante difusión y que el flujo es unidireccional, la ecuación de transferencia de materia es: ∂C ∂ ⎡ ∂C ⎤ = ⎢ De ⋅ ∂t ∂x ⎣ ∂x ⎥⎦
[ 2]
donde C es la concentración de agua, kg/m3, y De la difusividad efectiva, m2/s. Las condiciones iniciales y de contorno son: t=0
0≤x≤L
t>0
x=0
t>0
x=L
C = C0 dC =0 dx dC − De ⋅ = Kg ⋅ [C i − C a ] dx
[3]
Ci y Ca, concentración de agua en la superficie de la patata y en el seno de la masa de aire húmedo respectivamente. Para número de Bi→∞, temperatura de la patata constante (secado isotérmico) y supuesto que Ci corresponde a la concentración de equilibrio se obtiene, Perry 2003, que 2 ⎛ ⎞ W − We 8 ∞ 1 2 π ⎜ ⎟⎟ ( ) exp 2 1 n Fo = 2 ⋅∑ ⋅ − ⋅ + ⋅ ⋅ ⎜ W0 − We π n=0 (2 ⋅ n + 1)2 4 ⎝ ⎠
donde:
87
[4]
Experimentación en Ingeniería Química III
12. Secado por arrastre
We
humedad de equilibrio del sólido en las condiciones de operación (si no se tiene el dato se estima en un 2-3%)
Fo
número de Fourier viene dado por: Fo =
De ⋅ t L2
[5]
L, semiespesor de la lámina plana ¾ Comprobar Bi→∞. Por definición el número de Biot es: Bi =
kc ⋅ L De
para el cálculo de kc se puede utilizar la ecuación: Sh = 0,228 ⋅ Re L
0 , 731
⋅ Sc 0,33
[6]
donde:
kc ⋅ L Dg Dg: difusividad del vapor de agua en el aire, m2/s G⋅L ; µg viscosidad del aire (tablas) ReL, nº de Reynolds, Re L = µ µ Sc, nº de Schmidt, Sc = ; ρ densidad del aire (tablas) ρ ⋅ DA Sh, nº de Sherwood,
Sh =
Esta comprobación necesita evaluar o estimar previamente De; la Bibliografia indica que los valores de la difusividad efectiva están comprendidos entre 10-10 y 10-11 m2/s. ¾ La temperatura de la patata será aproximadamente constante al final del secado (t > 30 min). La hipótesis de equilibrio (Ci) está universalmente admitida. Suponiendo que la ecuación (4) converge rápidamente y que el término más importante es el primero de la serie, se simplifica a:
⎛ π2 ⎞ W − We 8 = 2 ⋅ exp⎜⎜ − ⋅ Fo ⎟⎟ W0 − We π ⎝ 4 ⎠
[7]
Tomando logaritmos en la ecuación (7):
⎛ W − We ⎞ 8 ⎞ π 2 De ⋅ t ⎛ ⎟⎟ = ln⎜ 2 ⎟ − ln⎜⎜ ⋅ 2 ⎝π ⎠ 4 L ⎝ W0 − We ⎠
88
[8]
Experimentación en Ingeniería Química III
12. Secado por arrastre
⎛ W − We ⎞ ⎟⎟ frente a t De ser ciertas las hipótesis anteriores (*) una representación de ln⎜⎜ ⎝ W0 − W e ⎠ debe conducir a una línea recta de cuya pendiente se evalúa De (nota: ahora se puede comprobar si Bi→∞). (*) Según Perry, pag. 20-21, la ecuación (8) se cumple para valores de W − We < 0,6 Wc − We Las ecuaciones (2), (3), (4), (7) y (8) son válidas para el período de velocidad decreciente por lo que teóricamente habría que sustituir W0 por Wc (figura 3). Sin embargo en nuestra instalación experimental y con los datos disponibles Wc es de difícil cuantificación por lo que el ajuste se debe intentar con Wo.
Velocidad constante
- dW ‐ dW dt dt
Velocidad decreciente
Wc
W
Figura 3 Por otra parte, la ecuación (7) se puede diferenciar y se obtiene que: −
dW π 2 De = ⋅ ⋅ (W − We ) dt 4 L2
[9]
que permite evaluar la velocidad de secado y compararla con los datos experimentales. La integración de la ecuación (9) conduce a: tf =
⎛ W − We ⎞ 4 ⋅ L2 ⎟ ⋅ ln⎜ c 2 ⎜ W −W ⎟ De ⋅ π f e ⎝ ⎠
[10]
donde tf es el tiempo de secado necesario para llegar a una humedad W durante el secado a velocidad decreciente ttotal = tf + tc
[11] 89
Experimentación en Ingeniería Química III
12. Secado por arrastre
donde: tc
tiempo correspondiente al período de velocidad constante, evaluado de la figura 2.
12.5 Estimación de propiedades físicas Densidad del agua ρ=998.21 kg/m3 (20 ºC); Densidad del mercurio ρ=13550 kg/m3 Difusividad del vapor de agua en aire: Dg = 5.02·10 −9 (
Tg + Tp 1.5 ) 2
[12]
Tg y Tp son las temperaturas del aire y de la superficie del sólido, respectivamente, en K.
12.5.1 Propiedades físicas del aire La viscosidad se puede estimar a partir de las Ec [13] o Ec [14]
µ = 4.25·10 −8 Tg + 5.87·10 −6 , Tg en K y µg en Pa·s. ⎛ ⎛
µ = exp⎜⎜ − ⎜⎜ 3.1787 + ⎝ ⎝
243.724 ⎞ ⎞ ⎟ ⎟ ,Tg en K y µ en mPa·s Tg ⎟⎠ ⎟⎠
[13] [14]
La densidad del aire, supuesto comportamiento ideal, es
ρ =
353.33 , Tg en K y ρ en kg/m3 Tg
[15]
La conductividad térmica del aire es kg = 1.310 −3 + 9.11·10 −5 Tg − 2.52·10 −8 Tg 2 , W/mK , Tg en K
[16]
12.6 Análisis de los resultados y cálculos a) Determinar la variación de la humedad del sólido W (kg agua/kg sólido seco) con el tiempo y por diferenciación gráfica de los datos anteriores obtener la velocidad de secado (-dW/dt). b) Estimación previa del número de Biot. c) Calcular la difusividad efectiva. d) Tiempo para llegar a Wf , humedad final. e) Conclusiones.
90
Práctica 13
13. Secado por liofilización. Determinación del punto de fusión incipiente
13.1 Objetivos de la práctica El objetivo de esta práctica es triple: 9 Estudio del proceso de congelación del producto que se va a liofilizar. 9 Determinación de la temperatura máxima para la conservación del producto congelado. 9 Obtención del producto liofilizado.
13.2 Introducción y fundamento Se conoce por liofilización el secado a vacío de un producto que previamente ha sido congelado de forma tal que se produzca sublimación, con lo que el agua en fase sólida, hielo, pasa directamente a fase vapor sin que aparezca la fase líquida que podría arrastrar alguna de las propiedades que se quieren conservar de ese producto. Si observamos el diagrama de fases del agua pura (Figura 1), se comprende que el proceso de liofilización solo tiene lugar cuando se realiza en condiciones inferiores a las correspondientes al punto triple del agua, es decir, por debajo de 273, 1 K de temperatura y 4,5 mmHg de presión. En consecuencia, en el proceso de secado por liofilización de un producto en condiciones normales se necesita frío, proceso de congelación, de alto vacío y aporte de calor, sublimación. El punto de fusión incipiente es la temperatura a la que el sólido, hielo, comienza a fundir y por lo tanto correspondería a la temperatura máxima que puede existir en la cámara de congelación donde se quiere conservar el producto. También sería la temperatura máxima a la que se debe realizar el calentamiento del producto durante el proceso de liofilización ya que por encima de esa temperatura y a alto vacío se produciría ebullición de la fase líquida que se habría formado, con lo que el producto perdería toda calidad.
91
Experimentación en Ingeniería Química III
13. Secado por liofilización
Presión (mmHg) LÍQUIDO Fusión Evaporación
SÓLIDO 4,5
Punto triple
VAPOR
Sublimación
273,1
T (K)
Figura 1.- Diagrama de fases del agua pura
13.3 Procedimiento experimental Para la determinación del punto de fusión incipiente se realiza una técnica de análisis térmico que consiste en obtener la curva de enfriamiento y congelación de ese producto. Para ello se coloca el producto en un vial, procurando eliminar las burbujas de aire para que el producto presente la máxima homogeneidad, y se introduce la sonda de temperatura que nos va a permitir leer en cada momento la temperatura en el centro del producto. Para la obtención de un producto liofilizado utilizamos el mismo producto de la determinación del producto de fusión incipiente. Se prepara una placa Petri con un poco de muestra que ha de extenderse lo más posible, procurando que su espesor sea el mínimo para favorecer la sublimación en el mínimo tiempo posible, tiempo de duración de la práctica. Una vez preparada la muestra se introduce junto al vial en la cámara de congelación del liofilizador. Una vez preparado el vial, se anota la temperatura que marque la sonda (T0), se introduce en la cámara de congelación previamente enfriada hasta aproximadamente -45 ºC (Tm) y se pone en marcha el cronómetro. Se sigue la evolución de la temperatura frente al tiempo, anotando ésta cada minuto, hasta que la muestra alcance los -25ºC, donde se supone que el producto está congelado y muy enfriado.
92
Experimentación en Ingeniería Química III
13. Secado por liofilización
Figura 2.- Curva de enfriamiento y congelación A partir de ese momento se enfría la cámara trampa hasta aproximadamente – 50 ºC. Cuando se alcanza esa temperatura se conecta la bomba de alto vacío. A continuación se regula la temperatura de la cámara de congelación hasta una temperatura ligeramente inferior a la que se determina para el punto de fusión incipiente, es decir, a partir de ese momento la cámara deja ser de congelación y pasa a ser de calefacción. En estas condiciones se mantiene la muestra hasta que se considere que se ha llevado a cabo la liofilización de la misma. Se estima para un espesor de 10 mm un tiempo de liofilización de 6 horas.
13.4 Cálculos La curva de enfriamiento presenta tres etapas perfectamente diferenciadas, una primera correspondiente al enfriamiento desde temperatura ambiente hasta el inicio de la congelación, otra etapa correspondiente a la congelación, donde la temperatura permanece constante (recordad que durante un cambio de fase la temperatura permanece constante) y una tercera etapa en donde se produce el enfriamiento del producto congelado. Las etapas de congelación y enfriamiento del producto congelado son las que nos van a servir para determinar el punto de fusión incipiente. Haciendo un balance de calor al sistema conduce a: dT ) dt Donde U es el coeficiente global de transmisión de calor, A el área de transmisión de calor, m la masa del producto, Cp el calor específico del mismo, Tm la temperatura de la cámara de congelación y T la temperatura del producto en el tiempo t. U ⋅ A ⋅ (Tm − T ) = m ⋅ C P ⋅ (
93
Experimentación en Ingeniería Química III
13. Secado por liofilización
Supuesto que U, A, M y Cp son constantes, si hay cambio de fase cambiaría Cp, la integración de la ecuación anterior conduce a: Ln(Tm − T ) U⋅A =( )⋅t (Tm − T0 ) m⋅Cp Si representamos el primer término de la igualdad frente al tiempo, obtendríamos una recta. Pero al representar los datos se observa que aparecen dos zonas en las que se cumple la linealidad. Se admite que el cambio de pendiente corresponde al cambio de fase, y la temperatura a la que ocurre se conoce como punto de fusión incipiente.
Figura 3.- Determinación del punto de fusión incipiente
13.5 Presentación de los resultados. a) Construir una tabla donde se recojan los datos de temperatura (T) y tiempo (t) en minutos, anotando la temperatura del liofilizador (Tm ≈ -45º C) y la de la muestra al inicio de la experiencia (T0). Igualmente se recogerán los datos calculados, Ln(TmT)/(Tm-T0). b) Construir la gráfica de temperatura frente al tiempo c) Construir la gráfica de Ln(Tm-T)/(Tm-T0) frente a tiempo. SOLO PARA LAS ETAPAS DE CONGELACIÓN Y ENFRIAMIENTO del producto congelado. Sobre esta gráfica trazar los ajustes, y determinar el punto de corte. Calcular el punto de fusión incipiente.
94
Experimentación en Ingeniería Química III
13. Secado por liofilización
13.6 Bibliografía • • •
Costa Novella, E. Ingeniería Química. Editorial Alhambra, Madrid. 1987. Flink, J (1977). Energy analysis in dehidration processes. Food Technology, 31, 77-84. Millman, M.J.; Liapis, A.I.; Marchello, J.M. An analysis of the lyophilization process using a sorption-sublimation model and various operations polices. AIChE Journal 1985, 31, 1594–1604.
Para conocer más sobre algunos tipos de liofilizadores comerciales consulta los siguientes recursos:
http://www.rificorsh.com.ar/
http://www.invap.com.ar/ http://www.cuddonfree
95
Práctica 14
14. Depuración de aguas residuales. 14.1 Objetivos de la práctica 9 Hacer un diagrama de flujo de la instalación de depuración de aguas residuales. 9 Medir la Demanda Química de Oxígeno (D.Q.O.) del agua de entrada (alimentación) y de salida de la depuradora (efluente). 9 Calcular el rendimiento de depuración. 9 Calcular el tiempo de residencia del agua en el reactor.
14.2 Introducción y fundamento El objetivo del proceso de depuración es la eliminación, estabilización o transformación de la materia orgánica que está presente en las aguas como sólidos no sedimentables. El proceso biológico consiste, en resumen, en la utilización de sustancias orgánicas, elementos nutritivos y oxígeno, para originar materia viva, es decir, nuevos microorganismos que crecen y se multiplican además de agua depurada y elementos volátiles como CO2 y NH3. Es necesario introducir O2, indispensable fuente energética para el metabolismo de los microorganismos aeróbicos, para lograr una depuración rápida y evitar reacciones anaerobias. El dispositivo a utilizar es un aparato a escala piloto de una depuración aerobia secundaria mediante fangos activados. Consta de un tanque de aireación (digestor aerobio) y un sedimentador o decantador secundario. El proceso se resume en el siguiente esquema:
Materia Orgánica + Microorganismos + O2
CO2 + H20 + NH3 + Microorganismos + Biomasa + Energía
96
Experimentación en Ingeniería Química III
14. Depuración de aguas residuales
14.3 Procedimiento experimental 14.3.1 Medida de la DQO Para la determinación espectrofotométrico.
de
la
D.Q.O
se
sigue
un
procedimiento
En un recipiente destinado para tal fin, se toma una muestra del agua de alimentación y del agua de salida de la instalación. Con una pipeta graduada se toman 3 ml de muestra y se adicionan en un vial de vidrio que contiene 5 ml de reactivo para la determinación de la D.Q.O (una mezcla de reactivo de ácido sulfúrico* y dicromato potásico 0.5N en la proporción 4:1). También se introduce en el vial una espátula de sulfato mercúrico. Para hacer el blanco se procede exactamente igual pero utilizando agua destilada. Se cierra fuertemente el vial y se introduce en un digestor durante 2 horas a 150ºC. Transcurrido este tiempo se sacan los viales del digestor y se dejan enfriar a temperatura ambiente. A continuación se mide la absorbancia a 620 nm en un espectrofotómetro. El valor de la D.Q.O se calcula a partir de la expresión: D.Q.O. (mgO2/l)=A620/4,27E-4 (Ecuación válida en el rango de 0-1000 ppm de D.Q.O.). Si se sospecha que la D.Q.O. de la muestra es superior a 1000 ppm, se hará una dilución previa de la muestra con agua destilada. Es recomendable hacer una dilución ½ y 1/3 en la muestra de agua de alimentación cuyo valor en D.Q.O. suele exceder los 1000 ppm. *El reactivo de ácido sulfúrico es a su vez una disolución de sulfato de plata en ácido sulfúrico a una concentración de 9g/L.
14.3.2 Medida del caudal de alimentación del reactor Con una probeta graduada y un cronómetro, medir el tiempo que se tarda en llenar un volumen V de la probeta. El cociente entre el volumen medido y el tiempo empleado proporciona el valor de caudal. Hacer tres medidas y obtener el valor medio.
14.3.3 Medida del volumen útil del reactor El volumen se determina a partir de la geometría del reactor. Como el reactor es de forma cilíndrica el volumen se puede obtener midiendo la altura y el diámetro con una regla. El volumen se calcula multiplicando el área de la base por la altura.
97
Experimentación en Ingeniería Química III
14. Depuración de aguas residuales
14.3.4 Cálculos a) Rendimiento ó eficacia de la instalación (η):
η=
DQO(a lim entación) − DQO( salida ) DQO(a lim entación)
b) Tiempo medio de residencia en el digestor, tr. volumen del digestor , m 3 tr = caudal de a lim entación, m 3 / h
14.4 Bibliografía • • • •
Métodos Normalizados para el Análisis de Agua Potables y Residuales (APHAAWWA-WPCF), 17 Edición. Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz. 2ª Edición. 1992. Análisis de las Aguas. J.Rodier. 1989. Standard Methods for Examination of Water & Wastewater. Lenore S, Andrew D. 20th edition 1999.
Algunos recursos Web:
http://www.aeas.es [Asociación española de abastecimientos de agua y saneamiento] http://www.mma.es/portal/secciones/biblioteca_publicacion/publicaciones/index .htm [Ministerio de medio ambiente, servicio de publicaciones] http://www.emasagra.es/edar/prop_edar.swf [Empresa municipal de aguas de Granada. Consulta la presentación multimedia del proceso de depuración de aguas residuales (recomendado)]
98
Práctica 15
15. Operación en un reactor continuo tanque agitado 15.1 Introducción En la mayoría de los procesos químicos industriales el reactor constituye la pieza clave del equipamiento donde se realiza el proceso. El diseño de los reactores químicos y la comprensión de los factores (caudal de reactivos, temperatura, geometría, etc.) que afectan al funcionamiento del reactor, es crucial para el éxito de la operación industrial. En general, el objetivo es producir un producto específico en proporción determinada. Para ello se utilizan varios reactores conocidos: el reactor continuo de tanque agitado, el tubular ó flujo pistón y los reactores discontinuos (Batch). A menudo los reactores continuos de tanque agitado se conectan en serie. Su popularidad en los procesos se debe a la facilidad de control automático y relativo bajo precio de fabricación, la facilidad de acceso para la limpieza y el mantenimiento. En esta práctica se utiliza un reactor tipo tanque agitado para el estudio de la reacción de saponificación del acetato de etilo con hidróxido sódico: NaOH + CH3COOC2H5 → CH3-COONa +C2H5OH La reacción puede considerarse equimolecular y de primer orden con respecto a ambos reactantes, dentro de los límites de concentración (0-0.1M) y temperatura (20-40ºC): ra = k ⋅ [ AcEt ] ⋅ [NaOH ] La conversión de los reactantes a la salida del reactor depende de las concentraciones iniciales de reactantes, del caudal, del volumen y la temperatura del reactor. La evolución de la reacción se sigue mediante medidas de conductividad: durante la reacción se consume una sustancia muy conductora, el hidróxido sódico, y se obtiene una sustancia menos conductora, el acetato sódico. El acetato sódico y el etanol no contribuyen a la conductividad de la disolución.
15.2 Objetivos Determinar la constante cinética utilizando un reactor continuo tanque agitado
99
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
Estudiar la dependencia de la constante de velocidad con la temperatura. Calcular la energía de activación y el factor de frecuencia.
15.3 Material empleado 15.3.1 Equipos Reactor continuo tipo tanque agitado. Dos garrafas de 5 litros para la preparación de los reactivos.
15.3.2 Reactivos Hidróxido sódico. Acetato de etilo.
15.3.3 Descripción de la instalación La instalación consta de dos depósitos de vidrio (2) de 5 litros montados sobre una base de PVC. En las tapas de los depósitos (5) se introducen unos tubos rígidos verticales (4) que conectan el contenido de los depósitos con las bombas peristálticas de alimentación (6) y (7) a través de unos tubos flexibles de silicona (8). Las bombas peristálticas tienen un caudal nominal variable entre 0-95 ml/min. El caudal de las bombas se ajusta con el potenciómetro de 10 vueltas (17). Para ello el interruptor (16) debe estar en posición manual.
100
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
El reactor (1) está montado también sobre la placa base. Dentro del reactor un serpentín de acero inoxidable (5) suministra la superficie de intercambio para calentar o enfriar los reactantes. Un agitador de turbina (4) trabaja en conjunción con unas placas deflectoras (3) para mejorar la mezcla y la transferencia de calor. El agitador es movido por el motor (7) de velocidad variable y se conecta a la alimentación eléctrica mediante (8). Los reactivos químicos se bombean al reactor a través de los conectores (14) y (15), de esta forma el nivel va subiendo hasta que alcanza el rebosadero (16), y comienza a drenar. El rebosadero es ajustable en altura, mediante tuerca (20). Cuando el reactor no se utiliza puede vaciarse mediante la válvula (11).
101
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
El control de temperatura se realiza mediante la circulación de agua fría o caliente a través del serpentín sumergido en el reactor. Para ello se utiliza un circulador de agua caliente (11) y un sensor de temperatura (13) diseñado para su utilización con el controlador automático de temperatura (22) en la consola de control. El sensor transmite la señal al controlador, el cual modula la potencia de calefacción del elemento calefactor, aumentando o disminuyendo la cantidad de calor en el agua circulante. La temperatura requerida en el proceso se selecciona presionando (23) y simultáneamente presionando (24) ó (25) para aumentar o disminuir el valor. El interruptor (26) conecta el circulador en posición “1” y lo desconecta en posición “0”, permitiendo el ajuste y configuración del controlador.
El reactor se equipa con una sonda de conductividad (15), la lectura se conductividad se muestra en el display y se expresa milisiemens/cm. Durante la reacción química, la conductividad de la disolución cambia con la conversión de los reactivos. Este dato nos permitirá determinar el grado de conversión alcanzado en el reactor.
15.4 Procedimiento Preparar 5 litros de hidróxido sódico 0.1 M y 5 litros de acetato de etilo 0.1 M. . Datos: PM (NaOH): 40g/mol; PM (AcEt): 88.1g/mol; densidad (AcEt): 0.9g/cm3 . Llenar cuidadosamente los depósitos de reactivos hasta unos 5 cm del borde y colocar las tapas. Utilizando la curva de calibración para cada bomba (tabla 1), calcular la posición del potenciómetro para que el caudal de alimentación de cada uno de los reactivos sea de 40 ml/min. 102
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
Fijar la velocidad de agitación del agitador con su potenciómetro correspondiente en la posición 7.0 Ajustar a continuación la temperatura del controlador a 25ºC. Conectar la unidad de circulación de agua caliente, las bombas, el agitador y poner el cronómetro en marcha. Seguir el proceso mediante el registro manual de la conductividad a intervalos de 3-5 minutos (dependiendo de la velocidad de variación de la velocidad) La toma de datos se realizará hasta alcanzar el estado estacionario (aproximadamente 30 minutos) aunque es aconsejable tomar datos durante 45 minutos aproximadamente. Una vez alcanzado el estado estacionario, se modificará la temperatura del reactor y se fijará en 30ºC. Sin parar el cronómetros se continuará el registro de los datos hasta que se alcance un nuevo estado estacionario. Volver a repetir el experimento a 35ºC. De los valores de conductividad correspondiente al estado estacionario y mediante la aplicación de un balance de materia al reactor continuo tipo tanque agitado, se obtiene el valor de la constante de velocidad a esa temperatura. Se obtiene un valor de k a cada una de las temperaturas estudiadas. Del ajuste de la ecuación de Arrhenius se obtienen la energía de activación y la temperatura. Se pide: Representar los datos de conductividad frente a tiempo e identificar los estados estacionarios a cada temperatura. Calcular el grado de conversión de los reactantes en régimen estacionario a cada valor de temperatura. Calcular la constante de velocidad a cada temperatura. Estudiar la influencia de la temperatura sobre la constante de velocidad. Representar los datos y a partir del ajuste de la ecuación de Arrhenius obtener el valor de la energía de activación y el factor de frecuencia. Datos: R=8.31 J/Kmol. Tabla 2
DATOS NECESARIOS PARA LLEVAR A CABO LA PRÁCTICA. Volumen del reactor: 1.45 litros. Funciones de calibrado de las bombas: QAcEt(ml/min)=9·η-8 QNaOH(ml/min)= 9.6429·η-8.0714 η: posición potenciómetro de la bomba
103
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
15.5 Cálculos 15.5.1 Determinación de la constante de velocidad utilizando un reactor continuo tanque agitado Representar los datos de conductividad frente al tiempo e identificar, a cada temperatura, los valores de conductividad correspondientes al estado estacionario (el estado estacionario se alcanza cuando el valor de conductividad se mantiene constante con el tiempo). Obtener el valor medio de los mismos y a continuación aplicar el procedimiento de cálculo que se detalla a continuación para transformar los datos de conductividad en grado de conversión de los reactantes. El hidróxido sódico y el acetato sódico contribuyen a la conductividad de la disolución mientras que el acetato de etilo y el etanol no. La conductividad del hidróxido sódico a una concentración y temperaturas dadas no es la misma que la del acetato sódico en esas mismas condiciones y se establece una relación que permite determinar la conversión desde la medida de la conductividad. Utilizando la hoja de cálculo (ó a mano según el caso) determinar los valores de a0, b0, c∞, Λc∞, Λa0, Λ0, a∞, Λa∞, Λ∞ con las fórmulas a0 =
Fa aµ Fa + Fb
(1)
b0 =
Fb bµ Fa + Fb
(2)
c∞ = b0 para bo < a0
(3)
c∞ = a0 para bo ≥ a 0
(4)
Λ c∞ = 0.070[1 + 0.0284(T − 294 )]c∞ para T ≥ 294
(5)
Λ a 0 = 0.195[1 + 0.0184(T − 294 )]a0 para T ≥ 294
(6)
Λ 0 = Λ a 0 (sup oniendo c0 = 0)
(7)
a∞ = 0 para a0 < b0
(8)
a∞ = (a0 − b0 ) para a0 ≥ b0
(9)
Λ a∞ = 0.195[1 + 0.0184(T − 294 )]a∞ si a∞ no = 0
(10)
Λ ∞ = Λ c∞ + Λ a∞
(11)
104
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
Para cada dato, determinar la concentración de hidróxido sódico (a1) y acetato sódico (c1) y el grado de conversión xa y xc para cada muestra de conductividad tomada aplicando las siguientes ecuaciones: ⎡ Λ − Λ1 ⎤ a1 = (a∞ − a0 )⎢ 0 (12) ⎥ + a0 ⎣Λ0 − Λ∞ ⎦
⎡ Λ − Λ1 ⎤ c1 = c∞ ⎢ 0 ⎥ para c0 = 0 ⎣ Λ0 − Λ∞ ⎦ xa =
a0 − a1 a0
c1 ( para c0 = 0) c∞ Para calcular la constante cinética, k, realizamos el balance de materia según: xc =
(13)
(14)
(15)
razón de cambio en el reactor=entrada-salida +acumulación. Por ejemplo, para un reactante “a” en un reactor de volumen “V” es: d (Va1 ) = F ⋅ a0 − F ⋅ a1 − V ⋅ k ⋅ a12 dt
(16)
Para el reactor continuo operando en régimen estacionario el volumen se supone constante y: F (a 0 − a1 ) ⋅ V a12
(17)
Fa + Fb (a0 − a1 ) −1 −1 ⋅ M s V a12
(18)
k=
k=
La concentración de hidróxido sódico en el reactor a régimen estacionario (a1) se utiliza para calcular la constante k.
15.5.2 Estudiar la dependencia de la constante de velocidad con la temperatura. Calcular la energía de activación y el factor de frecuencia La constante de velocidad varía con la temperatura de acuerdo con la ecuación de Arrhenius: k = A⋅e
105
− Ea RT
(19)
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
donde E (enegía de activación) y R (constante de gases), son constantes y T es la temperatura de reacción. La ecuación se puede linealizar tomando logaritmos neperianos y se obtiene: ln k = ln A −
Ea RT
(20)
Dibujar lnK frente a 1/T y comentar la gráfica.
A aµ a0 a1 a∞ b c F Fa Fb k L r tR t T V xa xc Λ Λ0 Λt Λ∞
Nomenclatura Area transversal del reactor tubular Concentración de NaOH en el depósito (mol/l). Concentración de NaOH en la mezcla de alimentación (mol/l). Concentración de NaOH en el reactor en tiempo t (mol/l). Concentración de NaOH en el reactor en tiempo ∞ (mol/l). Concentración de acetato de etilo (mol/l). Subíndices igual que a. Concentración de acetato sódico (mol/l). Subíndices igual que a Caudal total de alimentación. Caudal de NaOH. Caudal de acetato de etilo. Constante cinética. Longitud del reactor tubular Tiempo de residencia Tiempo transcurrido Temperatura del reactor Volumen del reactor Conversión de hidróxido sódico =a0-a1/a0 Conversión de acetato sódico =c1-c0/c∞ Conductividad Inicial En tiempo t En tiempo ∞
106
cm2 mol/l mol/l mol/l mol/l mol/l l/s l/s l/s cm
Siemens/cm
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
Práctica 16
16. Operación en un reactor tubular continuo 16.1 Introducción En esta práctica se utiliza un reactor tipo flujo pistón para el estudio de la reacción de saponificación del acetato de etilo con el hidróxido sódico: NaOH + CH3COOC2H5 → CH3-COONa +C2H5OH La reacción puede considerarse equimolecular y de primer orden con respecto a ambos reactantes, dentro de los límites de concentración (0-0.1M) y temperatura (20-40ºC): ra = k ⋅ [ AcEt ] ⋅ [NaOH ] La conversión de los reactantes a la salida del reactor depende de las concentraciones iniciales de reactantes, del caudal, del volumen y la temperatura del reactor. La evolución de la reacción se sigue mediante medidas de conductividad: durante la reacción se consume una sustancia muy conductora, el hidróxido sódico, y se obtiene una sustancia menos conductora, el acetato sódico. El acetato sódico y el etanol no contribuyen a la conductividad de la disolución. Nota: a diferencia de la práctica anterior, en ésta se estudia la reacción de saponificación del acetato de etilo en un reactor tubular. El fundamento, la instalación, la puesta en marcha de la instalación así como el procedimiento de cálculo para transformar los datos de conductividad en conversión son idénticos a los de la práctica 13. Sin embargo para el cálculo de la constante de velocidad habrá que utilizar el balance de materia correspondiente a un reactor tubular, tal como se describe en el apartado de cálculos.
16.2 Objetivos Determinar la constante de velocidad utilizando un reactor tubular. Investigar la influencia del caudal sobre la conversión.
107
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
16.3 Material empleado 16.3.1 Equipos Reactor tubular. Dos garrafas de 5 litros para la preparación de los reactivos.
16.3.2 Reactivos Hidróxido sódico. Acetato de etilo.
16.3.3 Descripción de la instalación (ver práctica 15) El reactor tubular en el cual se lleva a cabo la reacción es una bobina flexible (4) arrollada sobre un soporte acrílico. El volumen total del reactor es de 0,4 litros. Los reactantes se mantienen a temperatura constante mediante la circulación de agua caliente a través del baño de agua. Los reactantes se bombean desde los depósitos mediante bombas peristálticas y entran en el reactor por (6) y (7) siendo precalentados en los serpentines (2) y (3) antes de unirse en (5). Los reactantes pasan por el reactor y lo dejan por el cajeado (16) de la sonda de conductividad. Un tubo flexible conectado a (10) se utiliza para drenar el producto. Con objeto de mantener la temperatura constante la bobina del reactor está sumergida en un baño de agua a la temperatura seleccionada en el controlador que se mide mediante una sonda colocada en (8). El agua entra desde el circulador a través de (11), retornando al circulador por (12). Cuando no se utilice el reactor puede vaciarse utilizando la válvula (13).
16.4 Procedimiento Preparar 5 litros de hidróxido sódico 0.1 M y 5 litros de acetato de etilo 0.1 M. Datos: PM (NaOH): 40g/mol; PM (AcEt): 88.1g/mol; densidad (AcEt): 0.9g/cm3 . Llenar cuidadosamente los depósitos de reactivos hasta unos 5 cm del borde y colocar las tapas. Utilizando la curva de calibración para cada bomba (tabla 1), calcular la posición del potenciómetro para que el caudal de alimentación de cada uno de los reactivos sea de 40 ml/min. Ajustar a continuación la temperatura del controlador a 25ºC.
108
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
Conectar la unidad de circulación de agua caliente, las bombas, el agitador y poner el cronómetro en marcha. Seguir el proceso mediante el registro manual de la conductividad a intervalos de 3-5 minutos (dependiendo de la velocidad de variación de la velocidad). La toma de datos se realizará hasta alcanzar el estado estacionario (aproximadamente 30 minutos) aunque es aconsejable tomar datos durante 45 minutos aproximadamente.
Una vez alcanzado el estado estacionario, se modificará el caudal de alimentación de reactivos y se fijará sucesivamente en 50 y 60 ml/min.
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Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
De los valores de conductividad correspondiente al estado estacionario y mediante la aplicación de un balance de materia a un reactor tubular, se obtiene el valor de la constante de velocidad a esa temperatura. Se pide: Representar los datos de conductividad frente a tiempo e identificar los estados estacionarios. Calcular el grado de conversión de los reactantes en régimen estacionario utilizando las lecturas de conductividad para diferentes valores de Fa y Fb: 40, 50 y 60 ml/min a 25ºC. Calcular la constante de velocidad utilizando un reactor tubular a 25 ºC para los tres caudales de bombeo de reactivos estudiados. Comentar los resultados. x Dibujar tR frente a a y comentar los resultados. 1 − xa Tabla 3
DATOS NECESARIOS PARA LLEVAR A CABO LA PRÁCTICA. Volumen del reactor: 0.4 litros. Funciones de calibrado de las bombas: QAcEt(ml/min)= 9.25·η-8.5 QNaOH(ml/min)=10.571·η-16.286 η: posición potenciómetro de la bomba
16.5 Cálculos Consultar la práctica nº15 para el cálculo de la conversión a partir de los datos de conductividad.
16.5.1 Determinación de la constante de velocidad utilizando un reactor tubular En un reactor tubular el balance de masa para un reactante es a0
da
a1
a
∫r
=
AL F
(1)
La reacción entre el acetato de etilo y el hidróxido sódico es equimolecular y de segundo orden, así
r = k ⋅ a ⋅b donde k es la constante de velocidad. 110
(2)
Experimentación en Ingeniería Química III
15. Reactor tanque agitado
Para concentraciones iniciales iguales: r = ka 2 a0
da
∫ ka
2
=
a1
AL F
(3) (4)
donde AL/F es el tiempo de residencia tR. Integrando la expresión anterior se obtiene: 1 1 − = k ⋅ tR a1 a0
(5)
y teniendo en cuenta la definición de conversión xa =
a0 − a1 a0
(6)
Se obtiene k ⋅ t R ⋅ a0 =
xa 1 − xa
(7)
que nos proporciona la expresión para el cálculo de la constante de velocidad en un reactor tubular. De la expresión anterior también se deduce que el factor de conversión xa es directamente proporcional a la tR (tiempo de residencia a temperatura de 1 − xa reacción constante).
111
Fichas de datos de seguridad
112
CODIGO PRODUCTO:
361245
Carbono Tetracloruro (UV-HPLC-GPC) (E.U.) PAI para Usos Esenciales
CCl4
CCl4 M.= 153,82 NC 2903 14 00
CAS [56-23-5]
EINECS 200-262-8
SINONIMOS: Tetraclorometano •Perclorometano • DATOS FISICOS: Líquido transparente e incoloro •Solubilidad en agua a 20 ºC 0,8 g/l. •D a 20/4: 1,595 •P. F.: -22 ºC 20 •P. E.: 76,7 ºC •n /D: 1,4607 •Pres. Vap. a 20 °C 120 hPa •Cte. Dielec. a 20 ºC 2,2 •Núm. evap. (DIN 53170) 4 •Cal. 3 Vapor. a 76 ºC 195 KJ/Kg •Conc. satur. a 20 °C 754 g/m • APLICACIONES: Reactivo en análisis: USP 28 • BP 2005 • Ph. Eur. 5.0 • BIBLIOGRAFIA: Merck Index 13 , 1826 14 , 1816 • Sax CBY 000 • Safety 2 , 686 B • Kühn-Birett T 7 • Beilstein 1 , 64 I , 12 II , 22 III , 64 IV, 56 • BRN: 1098295 • Ullmann (5.) 6 , 235 • Fieser 3 , 43 4 , 69 14 , 72 • ACS VIII , 236 • ISO 6353/3-1987 R - 54 , 18 • USP- NF XXII , 1912 •
PELIGROSIDAD: C.E.: 602-008-00-5 • RTECS: FG 4900000 • DL50 oral rat 2350 mg/Kg • DL50 skn rat 5070 mg/Kg • 3 3 CL50 ihl rat 8000 ppm/4h • CL L0 ihl hmn 1000 ppm • VLA-ED: 32 mg/m • VLA-EC: 64 mg/m •
R: 23/24/25-40-48/23-59-52/53 S: 23c-36/37-45-59-61
NORMAS DE TRANSPORTE: UN: 1846 • ADR: 6.1/II • IMDG: 6.1/II • IATA: 6.1/II • PAX: 610 • CAO: 612• INFORMACION PESO/VOLUMEN: 1lX1,594kg 1kgX0,627l OBSERVACIONES: Puede dañar la capa de ozono • Puede estar sujeto a control de exportación •
ESPECIFICACIONES:
Riqueza mínima (C.G.) Densidad a 20/4
99,9 % 1,592-1,595
LIMITE MAXIMO DE IMPUREZAS Color APHA Residuo fijo Acidez Alcalinidad Agua (H2O)
10 0,0003 % 0,0002 meq/g 0,0002 meq/g 0,005 %
Espectro UV(Camino óptico:1cm.Ref.:agua) 263 (Cut 265 270 275 λ (nm) off) A (UA) 1,000 0,699 0,301 0,097 T (%) 10 20 50 80 Fluorescencia (en quinina): 365 λ (nm)
280
290400
0,046 90
0,009 98
ppb
1,0
Producto microfiltrado (0,2 µm) y envasado bajo atmósfera de nitrógeno. Datos de interés en HPLC: Polaridad Rohrschneider Valor eluotrópico ε°(Al2O3) Sol. H2O en disolv. a 20°C P' + 0,25 E Para trabajos críticos, purgar con nitrógeno.
1,6 0,18 0,008 2,3
Ficha de Datos de Seguridad Según Reglamento (CE) 1907/2006
141250
Ciclohexano PRS
1. Identificación de la sustancia/preparado y de la sociedad o empresa 1.1
1.2 1.3
Identificación de la sustancia o del preparado Denominación: Ciclohexano Uso de la sustancia o preparado: Para usos de laboratorio, análisis, investigación y química fina. Identificación de la sociedad o empresa: PANREAC QUIMICA, S.A.U. C/Garraf, 2 Polígono Pla de la Bruguera E-08211 Castellar del Vallès (Barcelona) España Tel. (+34) 937 489 400 e-mail:
[email protected] Urgencias: Número único de teléfono para llamadas de urgencia: 112 (UE) Tel.:(+34) 937 489 499
2. 2. Identificación de los peligros
Fácilmente inflamable. Irrita la piel. Nocivo: si se ingiere puede causar daño pulmonar. La inhalación de vapores puede provocar somnolencia y vértigo. Muy tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático. 3. 3. Composición/Información de los componentes
Denominación: Ciclohexano Fórmula: C6H12 M.=84,16 CAS [110-82-7] Número CE (EINECS): 203-806-2 Número de índice CE: 601-017-00-1
4. 4. Primeros auxilios 4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
Indicaciones generales: En caso de pérdida del conocimiento nunca dar a beber ni provocar el vómito. Inhalación: Trasladar a la persona al aire libre. En caso de asfixia proceder a la respiración artificial. Contacto con la piel: Lavar abundantemente con agua. Quitarse las ropas contaminadas. Ojos: Lavar con agua abundante (mínimo durante 15 minutos), manteniendo los párpados abiertos. Pedir atención médica. Ingestión: Evitar el vómito. Mantener libres las vias respiratorias. Pedir atención médica. Administrar aceite de vaselina como laxante (3 ml/kg).
5. 5. Medidas de lucha contra incendio 5.1 5.2 5.3
5.4
Medios de extinción adecuados: Dióxido de carbono (CO2). Espuma. Polvo seco. Medios de extinción que NO deben utilizarse: ----Riesgos especiales: Inflamable. Mantener alejado de fuentes de ignición. Los vapores son más pesados que el aire, por lo que pueden desplazarse a nivel del suelo. Puede formar mezclas explosivas con aire. En caso de incendio pueden formarse vapores tóxicos. Equipos de protección: -----
6. 6. Medidas a tomar en caso de vertido accidental 6.1
Precauciones individuales: No inhalar los vapores.
6.2
6.3
Precauciones para la protección del medio ambiente: No permitir el paso al sistema de desagües. Evitar la contaminación del suelo, aguas y desagües. Métodos de recogida/limpieza: Recoger con materiales absorbentes (Absorbente General Panreac, Kieselguhr, etc.) o en su defecto arena o tierra secas y depositar en contenedores para residuos para su posterior eliminación de acuerdo con las normativas vigentes. Limpiar los restos con agua abundante.
7. 7. Manipulación y almacenamiento 7.1 7.2
Manipulación: Evitar la formación de cargas electrostáticas. Almacenamiento: Recipientes bien cerrados. En local bien ventilado. Alejado de fuentes de ignición y calor. Temperatura ambiente. No almacenar en recipientes de plástico.
8. 8. Controles de exposición/protección personal 8.1 8.2
8.3
8.4 8.5 8.6
8.7
Medidas técnicas de protección: ----Control límite de exposición: VLA-ED: 200 ppm ó 700 mg/m3 VLA-EC: 600 ppm ó 2100 mg/m3 Protección respiratoria: En caso de formarse vapores/aerosoles, usar equipo respiratorio adecuado. Filtro A. Filtro P. Protección de las manos: Usar guantes apropiados( neopreno, nitrilo). Protección de los ojos: Usar gafas apropiadas. Medidas de higiene particulares: Quitarse las ropas contaminadas. Usar equipo de protección completo. Lavarse manos y cara antes de las pausas y al finalizar el trabajo. Controles de la exposición del medio ambiente: Cumplir con la legislación local vigente sobre protección del medio ambiente.
El proveedor de los medios de protección debe especificar el tipo de protección que debe usarse para la manipulación del producto, indicando el tipo de material y, cuando proceda, el tiempo de penetración de dicho material, en relación con la cantidad y la duración de la exposición. 9. 9. Propiedades físicas y químicas Aspecto: Líquido transparente e incoloro. Olor: Característico. Punto de ebullición :80,7°C Punto de fusión : 6,47°C Punto de inflamación : -18°C Temperatura de auto ignición : 260°C Límites de explosión (inferior/superior): 1,2 / 8,3 vol.% Presión de vapor: 104 hPa (20°C) Densidad (20/4): 0,778 Solubilidad: Inmiscible con agua. 10. 10. Estabilidad y reactividad 10.1 10.2 10.3 10.4
Condiciones que deben evitarse: ----Materias que deben evitarse: Agentes oxidantes fuertes. Oxidos de nitrogeno. Productos de descomposición peligrosos: ----Información complementaria: Los gases / vapores pueden formar mezclas explosivas con el aire.
11. 11. Información toxicológica 11.1
Toxicidad aguda: DL50 oral rata: 12705 mg/kg
11.2
DLLo oral conejo: 5500 mg/kg Efectos peligrosos para la salud: Por inhalación de vapores: Irritaciones en piel, ojos, mucosas y vías respiratorias. aturdimiento, vértigo, náuseas, tos, vómitos. En concentraciones elevadas: parálisis respiratoria, pérdida del conocimiento, colapso. Puede provocar edemas en el tracto respiratorio. En contacto con la piel: irritaciones. Por ingestión: dolores de estómago, transtornos gastrointestinales, parálisis respiratoria, pérdida del conocimiento, colapso. Riesgo de aspiración al vomitar.
12. 12. Información Ecológica 12.1 12.2
12.3
12.4
Movilidad : ------Ecotoxicidad : 12.2.1 - Test EC50 (mg/l) : Bacterias (Photobacterium phosphoreum) = 93 mg/l ; Clasificación : Extremadamente tóxico. Peces (Leuciscus Idus) = 10 mg/l ; Clasificación : Extremadamente tóxico. Peces (C. auratus) = 10 mg/l ; Clasificación : Extremadamente tóxico. Crustáceos (Daphnia Magna) = 340 mg/l ; Clasificación : Altamente tóxico. Protozoos (E. sulcatum) = EC0 50 mg/l ; Clasificación : Extremadamente tóxico. Bacterias (Ps. putida) = EC0 400 mg/l ; Clasificación : Altamente tóxico. 12.2.2 - Medio receptor : Riesgo para el medio acuático = Alto Riesgo para el medio terrestre = Alto 12.2.3 - Observaciones : Extremadamente ecotóxico de forma aguda y crónica debido a su alto poder bioacumulativo. Degradabilidad : 12.3.1 - Test :------12.3.2 - Clasificación sobre degradación biótica : DBO5/DQO Biodegradabilidad = ----12.3.3 - Degradación abiótica según pH : ------12.3.4 - Observaciones : Producto de baja biodegradabilidad. Acumulación : 12.4.1 - Test :
12.5
------12.4.2 - Bioacumulación : Riesgo = ----12.4.3 - Observaciones : Producto muy bioacumulable. Otros posibles efectos sobre el medio natural : Peligroso para el agua potable. No permitir su incorporación al suelo ni a acuíferos. Riesgo de formación de vapores explosivos sobre la superficie del agua. Alteración de las características organolépticas de las proteínas del pescado.
13. 13. Consideraciones sobre la eliminación 13.1
13.2
Sustancia o preparado: En la Unión Europea no están establecidas pautas homogéneas para la eliminación de residuos químicos, los cuales tienen carácter de residuos especiales, quedando sujetos su tratamiento y eliminación a los reglamentos internos de cada país. Por tanto, en cada caso, procede contactar con la autoridad competente, o bien con los gestores legalmente autorizados para la eliminación de residuos. 2001/573/CE: Decisión del Consejo, de 23 de julio de 2001, por la que se modifica la Decisión 2000/532/CE de la Comisión en lo relativo a la lista de residuos. Directiva 91/156/CEE del Consejo de 18 de marzo de 1991 por la que se modifica la Directiva 75/442/CEE relativa a los residuos. En España: Ley 10/1998, de 21 de abril, de Residuos. Publicada en BOE 22/04/98. ORDEN MAM/304/2002, de 8 de febrero, por la que se publican las operaciones de valorización y eliminación de residuos y la lista europea de residuos. Publicada en BOE 19/02/02. Envases contaminados: Los envases y embalajes contaminados de sustancias o preparados peligrosos, tendrán el mismo tratamiento que los propios productos contenidos. Directiva 94/62/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 20 de diciembre de 1994, relativa a los envases y residuos de envases. En España: Ley 11/1997, de 24 de abril, de Envases y Residuos de Envases. Publicada en BOE 25/04/97. Real Decreto 782/1998, de 30 de abril, por el que se aprueba el Reglamento para el desarrollo y ejecución de la Ley 11/1997, de 24 de abril, de Envases y Residuos de Envases. Publicado en BOE 01/05/98.
14. 14. Información relativa al transporte
Terrestre (ADR): Denominación técnica: CICLOHEXANO ONU 1145 Clase: 3 Grupo de embalaje: II Marítimo (IMDG): Denominación técnica: CICLOHEXANO ONU 1145 Clase: 3 Grupo de embalaje: II Aéreo (ICAO-IATA): Denominación técnica: Ciclohexano ONU 1145 Clase: 3 Grupo de embalaje: II Instrucciones de embalaje: CAO 307 PAX 305 15. 15. Información reglamentaria 15.1
Etiquetado según REACH Símbolos:
NSV
Indicaciones de peligro: Fácilmente inflamable Nocivo Peligroso para medio ambiente Frases R: 11-38-65-67-50/53 Fácilmente inflamable. Irrita la piel. Nocivo: si se ingiere puede causar daño pulmonar. La inhalación de vapores puede provocar somnolencia y vértigo. Muy tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático. Frases S: 9-16-25-33-60-61-62 Consérvese el recipiente en lugar bien ventilado. Conservar alejado de toda llama o fuente de chispas - No fumar. Evítese el contacto con los ojos. Evítese la acumulación de cargas electroestáticas. Elimínense el producto y su recipiente como residuos peligrosos. Evítese su liberación al medio ambiente. Recábense instrucciones específicas de la ficha de datos de seguridad. En caso de ingestión no provocar el vómito: acuda inmediatamente al médico y muéstrele la etiqueta o el envase. Número de índice CE: 601-017-00-1 16. 16. Otras informaciones
Número y fecha de la revisión:3 15.04.08 Respecto a la revisión anterior, se han producido cambios en los apartados: 8. Los datos consignados en la presente Ficha de Datos de Seguridad, están basados en nuestros actuales conocimientos, teniendo como único objeto informar sobre aspectos de seguridad y no garantizándose las propiedades y características en ella indicadas. 17.
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CALCIO CARBONATO Ficha de datos de seguridad (FDS)
Fecha revisión 22.11.2007
1.- IDENTIF. DE LA SUSTANCIA Y DEL RESPONSABLE DE SU COMERCIALIZACIÓN Nombre comercial: CARBONATO CALCICO Sinónimos: Carbonato Cálcico, Blanco de España. Identificación de la empresa: RAMS-MARTINEZ, S.L. (T3 QUÍMICA) Pol.Inds. Can Clapers, Torrent d’en Baiell, 36 A 08181-SENTMENAT (Barcelona) Teléf.: 93 715 20 01 Fax.: 93 715 23 79 Email:
[email protected] Servicio Nacional de Información Toxicológica: 91 562 04 20 2.- COMPOSICIÓN / INFORMACIÓN SOBRE LOS COMPONENTES Fórmula molecular: CaCO3 CAS Nº: 471341 EINECS Nº: 2074399 Peso molecular: 100,09 3.- IDENTIFICACIÓN DE LOS PELIGROS Peligros para las personas: Puede ser irritante si se inhala el polvo. Por contacto con los ojos puede provocar irritación. 4.- PRIMEROS AUXILIOS Ingestión: Enjuagar la boca. Si el paciente está consciente dar de beber agua o leche que se desee. Si el paciente está inconsciente no provocar el vómito y mantener en posición lateral de seguridad. Requerir asistencia médica. Inhalación: Trasladar a la víctima a un lugar ventilado. Mantener en reposo y abrigado. Aplicar respiración artificial en caso de insuficiencia respiratoria. Solicitar asistencia médica. Contacto la piel: Quitar las ropas contaminadas. Lavar con agua abundante el área afectada. Requerir asistencia médica en caso de irritación persistente. Contacto con los ojos: Lavar con abundante agua durante 15 minutos, manteniendo los párpados abiertos. Acudir al oftalmólogo en caso de irritación persistente. 5.- MEDIDAS DE LUCHA CONTRA INCENDIOS Medios de extinción adecuados: Todos los medios de extinción. Medios de extinción que no deben utilizarse: Ninguna reserva. Riesgos particulares derivados de la exposición a la sustancia o a sus productos de combustión: Incombustible. Equipo de protección especial para lucha contra incendios: La presencia del producto no conlleva a precauciones particulares. 6.- MEDIDAS QUE DEBEN TOMARSE EN CASO DE VERTIDO ACCIDENTAL Precauciones individuales: Ver punto 8. Precauciones para la protección del medio ambiente: Evitar verter en desagües ríos y suelos.
rams-martínez, S.L. pol. inds. can clapers torrent d’en baiell, 36 a
apartado de correos nº 5 08181 sentmenat barcelona – spain
www.t3quimica.com t +34 93 715 2001
[email protected]
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CALCIO CARBONATO Ficha de datos de seguridad (FDS)
Fecha revisión 22.11.2007
Métodos de limpieza: Recoger el producto con medios mecánicos. Disponer el producto a eliminar en recipientes cerrados y debidamente etiquetados. Lavar los restos con agua abundante. 7.- MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO Manipulación: Evitar la formación de polvo. No fumar, comer o beber durante su manipulación. Procurar higiene personal adecuada después de su manipulación. Almacenamiento: Lugar seco. 8.- CONTROLES DE EXPOSICIÓN / PROTECCIÓN INDIVIDUAL Valores límite de exposición: TWA= 10 mg/ m3; VLU = 5mg/m3. Protección respiratoria: Protección respiratoria con filtro tipo P2 para polvo. Protección de las manos: Guantes PVC, neopreno y caucho. Protección de los ojos: Gafas de protección antipolvo estancas o de pantalla facial. Protección cutánea: Utilizar ropa de trabajo adecuada que evite el contacto del producto. 9.- PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS Estado físico: Cristales o polvo. Pto. De fusión: 825 ºC (descompone) Inflamabilidad: No inflamable.
Color: Blanco. Densidad relativa: 27 -2,95 g/cm3. Solubilidad: Prácticamente insoluble. Soluble en ácidos.
10.- ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD Estabilidad: Estable en condiciones normales de utilización. Reactividad: calor, fuentes de calor y humedad. Materias a evitar: Ácidos. Productos en descomposición peligrosos: En contacto con ácidos desprende dióxido de carbono. 11.- INFORMACIONES TOXICOLÓGICAS LD50 / oral / rata = 6450 mg/kg. No se ha evidenciado efectos mutagénicos, carcinogénicos ni teratogénicos. 12.- INFORMACIONES ECOLÓGICAS El carbonato de calcio es un producto natural que se extrae de canteras y no supone ningún riesgo para el medio ambiente. 13.- INFORMACIONES RELATIVAS A LA ELIMINACIÓN Medios de eliminación del producto: Respetar las normativas locales y nacionales. Disponer el producto a eliminar en un tratador autorizado de residuos.
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CALCIO CARBONATO Ficha de datos de seguridad (FDS)
Fecha revisión 22.11.2007
Medios de eliminación de los envases usados: Disponer los envases a eliminar en un tratador autorizado para su eliminación o incineración. 14.- INFORMACIONES RELATIVAS AL TRANSPORTE No regulado. 15.- INFORMACIONES REGLAMENTARIAS No reglamentado. 16.- OTRAS INFORMACIONES La información suministrada en el presente documento está basada en nuestro conocimiento y experiencia, no constituyendo garantía alguna de las especificaciones del producto. El cumplimiento de las indicaciones contenidas en el texto no exime al utilizador del cumplimiento de cuantas normativas legales sean aplicables. El uso y aplicación de nuestros productos está fuera de nuestro control y por consiguiente, bajo la responsabilidad del comprador.
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Cafeína anhidra (RFE, USP, BP, Ph. Eur.) PRSCODEX 142833
1. Identificación de la sustancia/preparado y de la sociedad o empresa 1.1
1.2 1.3
Identificación de la sustancia o del preparado Denominación: Cafeína Uso de la sustancia o preparado: Para usos de laboratorio, análisis, investigación y química fina. Identificación de la sociedad o empresa: PANREAC QUIMICA, S.A.U. C/Garraf, 2 Polígono Pla de la Bruguera E-08211 Castellar del Vallès (Barcelona) España Tel. (+34) 937 489 400 e-mail:
[email protected] Urgencias: Número único de teléfono para llamadas de urgencia: 112 (UE) Tel.:(+34) 937 489 499
2. 2. Identificación de los peligros
Tóxico por ingestión. 3. 3. Composición/Información de los componentes
Denominación: Cafeína CAS [58-08-2] Fórmula: C8H10N4O2 M.=194,19 Número CE (EINECS): 200-362-1 Número de índice CE: 613-086-00-5 4.
4. Primeros auxilios 4.1
4.2
4.3
4.4 4.5
Indicaciones generales: En caso de pérdida del conocimiento nunca dar a beber ni provocar el vómito. Inhalación: Trasladar a la persona al aire libre. En caso de que persista el malestar, pedir atención médica. Contacto con la piel: Lavar abundantemente con agua. Quitarse las ropas contaminadas. Ojos: Lavar con agua abundante manteniendo los párpados abiertos. Ingestión: Beber agua abundante. Provocar el vómito. Pedir atención médica.
5. 5. Medidas de lucha contra incendio 5.1 5.2 5.3
5.4
Medios de extinción adecuados: Espuma. Agua. Polvo seco. Medios de extinción que NO deben utilizarse: ----Riesgos especiales: Inflamable. Mantener alejado de fuentes de ignición. Riesgo de explosión del polvo. En caso de incendio pueden formarse vapores tóxicos de NOx. Precipitar los vapores formados con agua. Equipos de protección: -----
6. 6. Medidas a tomar en caso de vertido accidental 6.1 6.2
6.3
Precauciones individuales: No inhalar el polvo. Precauciones para la protección del medio ambiente: No permitir el paso al sistema de desagües. Evitar la contaminación del suelo, aguas y desagües. Métodos de recogida/limpieza: Recoger en seco y depositar en contenedores de residuos para su
posterior eliminación de acuerdo con las normativas vigentes. Limpiar los restos con agua abundante. 7. 7. Manipulación y almacenamiento 7.1 Manipulación: ----7.2 Almacenamiento: Recipientes bien cerrados. Protegido de la luz. 8. 8. Controles de exposición/protección personal 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
8.7
Medidas técnicas de protección: ----Control límite de exposición: ----Protección respiratoria: En caso de formarse polvo, usar equipo respiratorio adecuado. Protección de las manos: Usar guantes apropiados Protección de los ojos: Usar gafas apropiadas. Medidas de higiene particulares: Quitarse las ropas contaminadas. Lavarse manos y cara antes de las pausas y al finalizar el trabajo. Controles de la exposición del medio ambiente: Cumplir con la legislación local vigente sobre protección del medio ambiente. El proveedor de los medios de protección debe especificar el tipo de protección que debe usarse para la manipulación del producto, indicando el tipo de material y, cuando proceda, el tiempo de penetración de dicho material, en relación con la cantidad y la duración de la exposición.
9. 9. Propiedades físicas y químicas Aspecto:
Sólido blanco. Olor: Inodoro. pH 5,5-6,5(1%) Punto de fusión : 238°C Densidad (20/4): 1,23 Solubilidad: Poco soluble en agua fría. Soluble en agua caliente. 10. 10. Estabilidad y reactividad 10.1 10.2 10.3
10.4
Condiciones que deben evitarse: Temperaturas elevadas. Materias que deben evitarse: Agentes oxidantes fuertes. Productos de descomposición peligrosos: Oxidos de nitrógeno. Monóxido de carbono. Dióxido de carbono. Información complementaria: En polvo, existe riesgo de explosión.
11. 11. Información toxicológica 11.1
11.2
12.
Toxicidad aguda: DL50 oral rata: 192 mg/kg DL50 intraperitoneal ratón: 168 mg/kg DLLo oral hombre: 192 mg/kg DLLo oral mujer: 1 g/kg Toxicidad subaguda a crónica: No hay conclusiones objetivas definitivas sobre el efecto cancerígeno de esta sustancia. Efectos peligrosos para la salud: Por inhalación: Absorción. Por ingestión: dolores de cabeza, ansiedad, vómitos, diarreas. Efectos sistémicos: hipotensión, taquicardias. No se descartan otras características peligrosas. Observar las precauciones habituales en el manejo de productos químicos.
12. Información Ecológica 12.1 12.2
12.3
12.4
12.5
Movilidad : -----Ecotoxicidad : 12.2.1 - Test EC50 (mg/l) : Bacterias (Photobacterium phosphoreum) = 707 mg/l ; Clasificación : Altamente tóxico. Peces (Leuciscus Idus) = 87 mg/l ; Clasificación : Extremadamente tóxico. Crustáceos (Daphnia Magna) = 182 mg/l ; Clasificación : Altamente tóxico. 12.2.2 - Medio receptor : Riesgo para el medio acuático = Medio Riesgo para el medio terrestre = Bajo 12.2.3 - Observaciones : Ecotóxico en medio acuático. Degradabilidad : 12.3.1 - Test :------12.3.2 - Clasificación sobre degradación biótica : DBO5/DQO Biodegradabilidad = ----12.3.3 - Degradación abiótica según pH : ------12.3.4 - Observaciones : Datos no disponibles. Acumulación : 12.4.1 - Test : ------12.4.2 - Bioacumulación : Riesgo = ----12.4.3 - Observaciones : Datos no disponibles. Otros posibles efectos sobre el medio natural : No permitir su incorporación al suelo ni a acuíferos.
13. 13. Consideraciones sobre la eliminación 13.1
Sustancia o preparado: En la Unión Europea no están establecidas pautas homogéneas para la eliminación de residuos químicos, los cuales tienen carácter de residuos especiales, quedando sujetos su tratamiento y eliminación a los reglamentos internos de cada país. Por tanto, en cada caso, procede contactar con la autoridad competente, o bien con los gestores legalmente autorizados para la eliminación de residuos. 2001/573/CE: Decisión del Consejo, de 23 de julio de 2001, por
13.2
la que se modifica la Decisión 2000/532/CE de la Comisión en lo relativo a la lista de residuos. Directiva 91/156/CEE del Consejo de 18 de marzo de 1991 por la que se modifica la Directiva 75/442/CEE relativa a los residuos. En España: Ley 10/1998, de 21 de abril, de Residuos. Publicada en BOE 22/04/98. ORDEN MAM/304/2002, de 8 de febrero, por la que se publican las operaciones de valorización y eliminación de residuos y la lista europea de residuos. Publicada en BOE 19/02/02. Envases contaminados: Los envases y embalajes contaminados de sustancias o preparados peligrosos, tendrán el mismo tratamiento que los propios productos contenidos. Directiva 94/62/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 20 de diciembre de 1994, relativa a los envases y residuos de envases. En España: Ley 11/1997, de 24 de abril, de Envases y Residuos de Envases. Publicada en BOE 25/04/97. Real Decreto 782/1998, de 30 de abril, por el que se aprueba el Reglamento para el desarrollo y ejecución de la Ley 11/1997, de 24 de abril, de Envases y Residuos de Envases. Publicado en BOE 01/05/98.
14. 14. Información relativa al transporte
Terrestre (ADR): Denominación técnica: ALCALOIDES SÓLIDOS, N.E.P. ONU 1544 Clase: 6.1 Grupo de embalaje: III Marítimo (IMDG): Denominación técnica: ALCALOIDES SÓLIDOS, N.E.P. ONU 1544 Clase: 6.1 Grupo de embalaje: III Aéreo (ICAO-IATA): Denominación técnica: Alcaloides, sales de, sólidas, n.e.p. ONU 1544 Clase: 6.1 Grupo de embalaje: III Instrucciones de embalaje: CAO 619 PAX 619 15. 15. Información reglamentaria 15.1
Etiquetado según REACH
Símbolos:
P
Indicaciones de peligro: Tóxico Frases R: 25 Tóxico por ingestión. Frases S: 45 En caso de accidente o malestar, acuda inmediatamente al médico (si es posible, muéstrele la etiqueta). Número de índice CE: 613-086-00-5 16. 16. Otras informaciones
Número y fecha de la revisión:0 15.04.08 Los datos consignados en la presente Ficha de Datos de Seguridad, están basados en nuestros actuales conocimientos, teniendo como único objeto informar sobre aspectos de seguridad y no garantizándose las propiedades y características en ella indicadas. 17.
Fichas Internacionales de Seguridad Química DICLOROMETANO
ICSC: 0058
DICLOROMETANO Cloruro de metilo Dicloruro de metilo DCM CH2Cl2 Masa molecular: 84.9
Nº CAS 75-09-2 Nº RTECS PA8050000 Nº ICSC 0058 Nº NU 1593 Nº CE 602-004-00-3 TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION
PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS
INCENDIO
Combustible en condiciones específicas. Desprende humos (o gases) tóxicos e irritantes en caso de incendio.
En caso de incendio en el entorno: están permitidos todos los agentes extintores.
Riesgo de incendio y explosión (véanse Peligros Químicos).
En caso de incendio: mantener fríos los bidones y demás instalaciones rociando con agua.
EXPLOSION EXPOSICION ●
INHALACION
●
PIEL
●
OJOS
●
INGESTION
PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS
PREVENCION
¡EVITAR TODO CONTACTO! Vértigo, somnolencia, dolor de cabeza, náuseas, pérdida del conocimiento, debilidad, muerte.
Ventilación, extracción localizada o protección respiratoria.
Aire limpio, reposo, respiración artificial si estuviera indicada y proporcionar asistencia médica.
Piel seca, enrojecimiento, sensación de quemazón.
Guantes protectores y traje de protección.
Quitar las ropas contaminadas, aclarar y lavar la piel con agua y jabón.
Enrojecimiento, dolor, quemaduras profundas graves.
Gafas ajustadas de seguridad, pantalla facial o protección ocular combinada con la protección respiratoria.
Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.
Dolor abdominal, (para mayor información véase Inhalación).
No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo. Lavarse las manos antes de comer.
Enjuagar la boca, NO provocar el vómito, dar a beber agua abundante, reposo.
DERRAMAS Y FUGAS Ventilar. Recoger, en la medida de lo posible, el líquido que se derrama y el ya derramado en recipientes herméticos, absorber el líquido residual en arena o absorbente inerte y trasladarlo a un lugar seguro. NO permitir que este producto químico se incorpore al ambiente. (Protección personal adicional: traje de protección completo incluyendo equipo autónomo de respiración).
ALMACENAMIENTO Separado de metales, (véanse Peligros Químicos), alimentos y piensos. Mantener en lugar fresco. Ventilación a ras del suelo.
ENVASADO Y ETIQUETADO Envase irrompible; colocar el envase frágil dentro de un recipiente irrompible, cerrado. No transportar con alimentos y piensos. símbolo Xn R: 40 S: (2-)23-24/25-36/37 Clasificación de Peligros NU: 6.1 Grupo de Envasado NU: III CE:
VEASE AL DORSO INFORMACION IMPORTANTE
Preparada en el Contexto de Cooperación entre el IPCS y la Comisión de las Comunidades Eurpoeas © CCE, IPCS, 1994
ICSC: 0058
Fichas Internacionales de Seguridad Química DICLOROMETANO D A T O S I M P O R T A N T
ICSC: 0058
ESTADO FISICO; ASPECTO Líquido incoloro, de olor característico. PELIGROS FISICOS El vapor es más denso que el aire. Como resultado del flujo, agitación, etc., se pueden generar cargas electrostáticas. PELIGROS QUIMICOS En contacto con superficies calientes o con llamas esta sustancia se descompone formando humos tóxicos y corrosivos. Reacciona violentamente con metales tales como aluminio, magnesio, sodio, potasio y litio, bases y oxidantes fuertes, originando peligro de incendio y explosión. Ataca a algunas formas de plástico, caucho y recubrimientos.
VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorber por inhalación, a través de la piel y por ingestión. RIESGO DE INHALACION Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar muy rápidamente una concentración nociva en el aire. EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La ingestión del líquido puede originar aspiración dentro de los pulmones con riesgo de neumonitis química. La exposición podría causar disminución de la consciencia. La exposición podría causar la formación de carboxihemoglobina.
LIMITES DE EXPOSICION EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O TLV (como TWA): 50 ppm; 174 mg/m3 A2 (ACGIH 1993- REPETIDA El contacto prolongado o repetido con la piel puede 1994). producir dermatitis. La sustancia puede afectar al sistema nervioso central y al hígado, dando lugar a una enfermedad degenerativa del cerebro y a un aumento del tamaño del hígado. Esta sustancia es posiblemente carcinógena para los seres humanos.
E S
PROPIEDADES FISICAS
DATOS AMBIENTALES
Punto de ebullición: 40°C Punto de fusión: -95.1°C Densidad relativa (agua = 1): 1.3 Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 1.3 Presión de vapor, kPa a 20°C: 47.4
Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.9 Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.9 Temperatura de autoignición: 640°C Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 1425% Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 1.25
Esta sustancia puede ser peligrosa para el ambiente; debería prestarse atención especial a los organismos acuáticos. NOTAS
El fumar tiene un efecto aditivo en la formación de monóxido de carbono en la sangre. Bajo ciertas condiciones pueden desarrollarse mezclas combustibles vapor/aire difíciles de inflamar. La adición de pequeñas cantidades de una sustancia inflamable o el aumento del contenido de oxígeno en el aire mejora notablemente la combustibilidad. El consumo de bebidas alcohólicas aumenta el efecto nocivo. Está indicado examen médico periódico dependiendo del grado de exposición. La alerta por el olor es insuficiente. NO utilizar cerca de un fuego, una superficie caliente o mientras se trabaja en soldadura. Ficha de emergencia de transporte (Transport Emergency Card): TEC (R)-720 Código NFPA: H 2; F 1; R 0; INFORMACION ADICIONAL FISQ: 3-092 DICLOROMETANO
ICSC: 0058
DICLOROMETANO © CCE, IPCS, 1994
NOTA LEGAL IMPORTANTE:
Ni la CCE ni la IPCS ni sus representantes son responsables del posible uso de esta información. Esta ficha contiene la opinión colectiva del Comité Internacional de Expertos del IPCS y es independiente de requisitos legales. La versión española incluye el etiquetado asignado por la clasificación europea, actualizado a la vigésima adaptación de la Directiva 67/548/CEE traspuesta a la legislación española por el Real Decreto 363/95 (BOE 5.6.95).
© INSHT
Fichas Internacionales de Seguridad Química ETANOL (anhidro)
ICSC: 0044
ETANOL (anhidro) Alcohol etílico CH3CH2OH/C2H5OH Masa molecular: 46.1
Nº CAS 64-17-5 Nº RTECS KQ6300000 Nº ICSC 0044 Nº NU 1170 Nº CE 603-002-00-5 TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION INCENDIO
EXPLOSION
PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS
PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS
PREVENCION
Altamente inflamable.
Evitar las llamas, NO producir chispas y NO fumar. NO poner en contacto con oxidantes fuertes.
Polvo, espuma resistente al alcohol, agua en grandes cantidades, dióxido de carbono.
Las mezclas vapor/aire son explosivas.
Sistema cerrado, ventilación, equipo En caso de incendio: mantener fríos eléctrico y de alumbrado a prueba de los bidones y demás instalaciones explosión. NO utilizar aire rociando con agua. comprimido para llenar, vaciar o manipular.
Tos, somnolencia, dolor de cabeza, fatiga.
Ventilación, extracción localizada o protección respiratoria.
Aire limpio, reposo.
Piel seca.
Guantes protectores.
Quitar las ropas contaminadas, aclarar y lavar la piel con agua y jabón.
Enrojecimiento, dolor, sensación de quemazón.
Gafas ajustadas de seguridad.
Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.
Sensación de quemazón, confusión, vértigo, dolor de cabeza, pérdida del conocimiento.
No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo.
Enjuagar la boca y proporcionar asistencia médica.
EXPOSICION ●
INHALACION
●
PIEL
●
OJOS
●
INGESTION
DERRAMAS Y FUGAS Recoger, en la medida de lo posible, el líquido que se derrama y el ya derramado en recipientes precintables, eliminar el residuo con agua abundante.
ALMACENAMIENTO A prueba de incendio. Separado de oxidantes fuertes.
ENVASADO Y ETIQUETADO símbolo F R: 11 S: (2-)7-16 Clasificación de Peligros NU: 3 CE:
VEASE AL DORSO INFORMACION IMPORTANTE
ICSC: 0044
Preparada en el Contexto de Cooperación entre el IPCS y la Comisión de las Comunidades Eurpoeas © CCE, IPCS, 1994
Fichas Internacionales de Seguridad Química ETANOL (anhidro) D A T O S I M P O R T A
ICSC: 0044
ESTADO FISICO; ASPECTO Líquido incoloro, de olor característico. PELIGROS FISICOS El vapor se mezcla bien con el aire, formándose fácilmente mezclas explosivas. PELIGROS QUIMICOS Reacciona lentamente con hipoclorito cálcico, óxido de plata y amoníaco, originando peligro de incendio y explosión. Reacciona violentamente con oxidantes fuertes tales como, ácido nítrico o perclorato magnésico, originando peligro de incendio y explosión.
VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorber por inhalación del vapor y por ingestión. RIESGO DE INHALACION Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar bastante lentamente una concentración nociva en el aire. EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION La sustancia irrita los ojos. La inhalación de altas concentraciones del vapor puede originar irritación de los ojos y del tracto respiratorio. La sustancia puede causar efectos en el sistema nervioso central.
LIMITES DE EXPOSICION TLV (como TWA): 1000 ppm; 1880 mg/m3 (ACGIH 1995- EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDA 1996). 3 El líquido desengrasa la piel. La sustancia puede afecta MAK: 1000 ppm; 1900 mg/m (1996). al tracto respiratorio superior y al sistema nervioso central, dando lugar a irritación, dolor de cabeza, fatiga y falta de concentración. La ingesta crónica de etanol puede causar cirrosis hepática.
N T E S
PROPIEDADES FISICAS
Punto de ebullición: 79°C Punto de fusión: -117°C Densidad relativa (agua = 1): 0.8 Solubilidad en agua: Miscible Presión de vapor, kPa a 20°C: 5.8 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.6
Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.03 Punto de inflamación: 13°C (c.c.) Temperatura de autoignición: 363°C Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 3.3-19 Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: -0.32
DATOS AMBIENTALES NOTAS El consumo de etanol durante el embarazo puede afectar al feto. Ficha de emergencia de transporte (Transport Emergency Card): TEC (R)-32 Código NFPA: H 0; F 3; R 0; INFORMACION ADICIONAL FISQ: 4-106 ETANOL (anhidro)
ICSC: 0044
ETANOL (anhidro) © CCE, IPCS, 1994
NOTA LEGAL IMPORTANTE:
Ni la CCE ni la IPCS ni sus representantes son responsables del posible uso de esta información. Esta ficha contiene la opinión colectiva del Comité Internacional de Expertos del IPCS y es independiente de requisitos legales. La versión española incluye el etiquetado asignado por la clasificación europea, actualizado a la vigésima adaptación de la Directiva 67/548/CEE traspuesta a la legislación española por el Real Decreto 363/95 (BOE 5.6.95).
© INSHT
CODIGO PRODUCTO:
141318
Etilo Acetato PRS C4H8O2
M.= 88,10 NC 2915 31 00
CAS [141-78-6] FEMA 2414
EINECS 205-500-4
SINONIMOS: Acido Acético Ester Etílico • Eter Acético • DATOS FISICOS: Líquido transparente e incoloro • Solubilidad en agua a 20 ° C 80 g/l • D a 20/4: 0,902 • P. F.: -83 ° 20 C • P. E.: 77 ° C • n /D: 1,3719 • P. Inf.: -4 ° C • T. Ign.: 430 ° C • Pres. Vap. a 20 ° C 97 hPa • Viscosidad a 20 ° C 0,44 mPas • M. D. a 20 ° C 1,78 Debye • Cte. Dielec. a 25 ° C 6,0 • Núm. evap. (DIN 53170) 2,8 • Cal. Vapor. a 77 ° C 3 427 KJ/Kg • Conc. satur. a 20 ° C 336 g/m • Lim. expl. 2,1 - 11,5 en vol % • APLICACIONES: Reactivo en análisis: USP 30 • BP 2008 • Ph. Eur. 6.0 • Disolvente de extracción para uso alimentario industrial • BIBLIOGRAFIA: Merck Index 12 , 3803 13 , 3792 • Sax EFR 000 • Safety 2 , 1563 D • Kühn-Birett E 7 • Beilstein 2 , 125 I , 54 II , 129 III , 211 IV , 127 • BRN: 506104 • Ullmann (5.) 1 , 39 • ACS IX , 290 X , 307 • ISO 6353/3-1987 R - 62 , 28 • USP- NF 30 • BP 2008 • Ph. Eur. 5.0 (2005) 6.0 (2008) • DAB 10 - 3 (1994) • F.C.C. V , 6 • Real Decreto 472/1990 (6/4/1990) , 2667/1998 (11/12/1998) • Directiva 88/344/CEE (13/6/1988) , 92/115/CEE (17/12/1992) , 94/52/CE (7/12/1994) , 97/60/CE (27/10/1997) •
PELIGROSIDAD: C.E.: 607-022-00-5 • RTECS: AH 5425000 • DL50 oral rat 5620 mg/Kg • CL50 ihl rat 1600 ppm/8h • 3 3 CL L0 ihl gpg 77 mg/m /1h • VLA-ED: 1460 mg/m •
R: 11-36-66-67 S: 16-26-33
NORMAS DE TRANSPORTE: UN: 1173 • ADR: 3/II • IMDG: 3/II • IATA: 3/II • PAX: 305 • CAO: 307• INFORMACION PESO/VOLUMEN: 1lX0,903kg 1kgX1,107l
ESPECIFICACIONES:
Riqueza (C.G.) Identidad Densidad a 20/4 Residuo fijo Etanol (C.G.) Metanol (C.G.) Metilo Acetato (C.G.) Acidez Agua (H2O) Cu Fe Ni Pb
99 % IR s/e. 0,900-0,905 0,005 % 0,5 % 0,2 % 0,2 % 0,0015 meq/g 0,3 % 0,00002 % 0,00005 % 0,00002 % 0,00002 %
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HIDROXIDO DE SODIO Ficha de datos de seguridad (FDS)
Fecha revisión 22.11.2007
1.- IDENTIF. DE LA SUSTANCIA Y DEL RESPONSABLE DE SU COMERCIALIZACIÓN Nombre comercial: SODIO HIDROXIDO Sinónimos: Sosa Cáustica, Hidróxido Sódico, Hidrato de Sodio, Cáustico Blanco, Sosa Identificación de la empresa: RAMS-MARTINEZ, S.L. (T3 QUÍMICA) Pol.Inds. Can Clapers, Torrent d’en Baiell, 36 A 08181-SENTMENAT (Barcelona) Teléf.: 93 715 20 01 Fax.: 93 715 23 79 Email:
[email protected] Servicio Nacional de Información Toxicológica: 91 562 04 20 2.- COMPOSICIÓN / INFORMACIÓN SOBRE LOS COMPONENTES Fórmula molecular: NaOH CAS Nº: 1310732 EINECS Nº: 2151855
Peso Molecular: 40
3.- IDENTIFICACIÓN DE LOS PELIGROS Corrosivo. Provoca quemaduras graves. Las lesiones que produce en la piel, si no se procede a un rápido lavado, son graves y profundas, pero el dolor no aparece hasta pasados unos minutos del contacto con la piel. Causa graves lesiones en los ojos, dejando con frecuencia secuelas como opacidad de la córnea, glaucoma o cataratas. Su ingestión produce lesiones importantes en la boca, traquea y faringe. Hemorragia e incluso perforaciones digestivas que pueden originar shock. Se puede producir también estenosis digestiva. 4.- PRIMEROS AUXILIOS Ingestión: Enjuagar la boca. Si el paciente está consciente dar de beber agua o leche que se desee. Si el paciente está inconsciente no provocar el vómito y mantener en posición lateral de seguridad. Requerir asistencia médica. Inhalación: Trasladar a la víctima a un lugar ventilado. Mantener en reposo y abrigado. Aplicar respiración artificial en caso de insuficiencia respiratoria. Solicitar asistencia médica. Contacto la piel: Quitar las ropas contaminadas. Lavar con agua abundante el área afectada. Requerir asistencia médica en caso de irritación persistente. Contacto con los ojos: Lavar con abundante agua durante 15 minutos, manteniendo los párpados abiertos. Acudir al oftalmólogo en caso de irritación persistente. 5.- MEDIDAS DE LUCHA CONTRA INCENDIOS Equipo de protección especial para lucha contra incendios: Equipo habitual de la lucha contra incendios de tipo químico. Llevar equipo de respiración autónomo.
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apartado de correos nº 5 08181 sentmenat barcelona – spain
www.t3quimica.com t +34 93 715 2001
[email protected]
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HIDROXIDO DE SODIO Ficha de datos de seguridad (FDS)
Fecha revisión 22.11.2007
6.- MEDIDAS QUE DEBEN TOMARSE EN CASO DE VERTIDO ACCIDENTAL Precauciones individuales: Ver punto 8. Precauciones para la protección del medio ambiente: Evitar que el producto penetre en cauces de agua y en el sistema de alcantarillado. Métodos de limpieza: Recoger el producto con medios mecánicos. Disponer el producto a eliminar en recipientes cerrados y debidamente etiquetados. Lavar los restos con agua abundante. 7.- MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO Manipulación: Evitar la formación de polvo. No fumar, comer o beber durante su manipulación. Procurar higiene personal adecuada después de su manipulación. Almacenamiento: Mantener en recipientes cerrados lejos de la humedad y del calor. 8.- CONTROLES DE EXPOSICIÓN / PROTECCIÓN INDIVIDUAL Valores límite de exposición: TLV-TWA = 5 ppm = 18 mg/m3. Protección respiratoria: Protección respiratoria con filtro antipolvo P2. Protección de las manos: Guantes de protección de resistencia química. Protección de los ojos: Gafas de químicas estancas. Protección cutánea: Utilizar ropa de trabajo adecuada que evite el contacto del producto. 9.- PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS Estado físico: Sólido Color: Blanco Pto. De fusión: 318,4 ºC Olor: Inodoro Punto de ebullición: 1390 ºC Solubilidad: Miscible Densidad relativa: 2,13 g/cm3 pH > 13 (sol. 0,5 %) Solubilidad: 420 g/l (0 ºC). Soluble en alcohol y glicerol. 10.- ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD Estabilidad: estable en condiciones normales de almacenamiento. Fuentes a evitar: Calor y humedad. Materias a evitar: Materiales alcalinos fuertes, bases fuertes, ácidos y oxidantes fuertes. 11.- INFORMACIONES TOXICOLÓGICAS Límites de exposición: TLV-TWA 0,02mg/m3 TLV-STEL 2 mg/m3 I.P.V.S 200mg/m3 DL50(ingestión) 500mg/m3 La ingestión de 5 – 8 gramos suele provocar la muerte. Las lesiones que produce en la piel, si no se procede a un rápido lavado, son graves y profundas, pero el dolor no aparece hasta pasados unos minutos del contacto con la piel.
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HIDROXIDO DE SODIO Ficha de datos de seguridad (FDS)
Fecha revisión 22.11.2007
Causa graves lesiones en los ojos, dejando con frecuencia secuelas como opacidad de la córnea, glaucoma o cataratas. Su ingestión produce lesiones importantes en la boca, tráquea y faringe. Hemorragia e incluso perforaciones digestivas que pueden originar shock. Se pueden producir también estenosis digestiva. Ver punto 3. 12.- INFORMACIONES ECOLÓGICAS: Altas concentraciones de esta sustancia pueden ser peligrosas para el ambiente; deberá prestarse atención especial a los organismos acuáticos. 13.- INFORMACIONES RELATIVAS A LA ELIMINACIÓN Medios de eliminación del producto: Respetar las normativas locales y nacionales. Disponer el producto a eliminar en un tratador autorizado de residuos. Medios de eliminación de los envases usados: Disponer los envases a eliminar en un tratador autorizado para su eliminación o incineración. 14.- INFORMACIONES RELATIVAS AL TRANSPORTE Transportar sólo siguiendo las ADR/TPC para el transporte por carretera, las RID/TPF por ferrocarril, las IMDG por mar y las ICAO/IATA para transporte aéreo. Transporte por tierra (ADR/RID) Clase: 8
UN: 1824
Documento de transporte: Carta de Porte
Apartado: 42 b Grupo de embalaje: II
Etiqueta: 8
Transporte por Mar (IMDG) Clase: 8
UN n¼: 1824
Nombre embarque: Conocimiento de embarque
IMDG (página) : 8226
Etiqueta: Etiqueta: 8
Grupo de embalaje: II
15.- INFORMACIONES REGLAMENTARIAS Pictograma:
C
C Corrosivo
Frases R: R 35 Provoca quemaduras graves
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HIDROXIDO DE SODIO Ficha de datos de seguridad (FDS)
Fecha revisión 22.11.2007
Frases S: S 1/2: Consérvese bajo llave y manténgase fuera del alcance de los niños. S 26 En caso de contacto con los ojos, lávense inmediata y abundantemente con agua y acudir al médico. S 37/39: Úsense indumentaria, guantes adecuados y protección para los ojos/la cara. S 45: En caso de accidente o malestar, acúdase inmediatamente al médico, si es posible, muéstrele la etiqueta o el envase del producto. Atención: S 50: No mezclar o utilizar en combinación con otros productos. Otras Frases: S 3/7/8/9: Consérvese únicamente en el recipiente de origen, bien cerrado, en posición vertical y en lugar fresco y seco S 18: Manipúlese y ábrase el recipiente con prudencia. S 24/25: Evítese el contacto con los ojos y la piel. S 27: Quítese inmediatamente la ropa manchada o salpicada 16.- OTRAS INFORMACIONES La información suministrada en el presente documento está basada en nuestro conocimiento y experiencia, no constituyendo garantía alguna de las especificaciones del producto. El cumplimiento de las indicaciones contenidas en el texto no exime al utilizador del cumplimiento de cuantas normativas legales sean aplicables. El uso y aplicación de nuestros productos está fuera de nuestro control y por consiguiente, bajo la responsabilidad del comprador.
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Fichas Internacionales de Seguridad Química METANOL
ICSC: 0057
METANOL Alcohol metílico Carbinol Monohidroximetano CH3OH Masa molecular: 32.0
Nº CAS 67-56-1 Nº RTECS PC1400000 Nº ICSC 0057 Nº NU 1230 Nº CE 603-001-00-X TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION INCENDIO EXPLOSION
PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS Altamente inflamable. Arde con una llama invisible. Explosivo.
Evitar las llamas, NO producir chispas y NO fumar. NO poner en contacto con oxidantes.
Las mezclas vapor/aire son explosivas.
Sistema cerrado, ventilación, equipo En caso de incendio: mantener fríos eléctrico y de alumbrado a prueba de los bidones y demás instalaciones explosiones (véanse Notas). rociando con agua.
●
INHALACION
PIEL
●
OJOS
●
INGESTION
Polvo, espuma resistente al alcohol, agua en grandes cantidades, dióxido de carbono.
¡EVITAR LA EXPOSICION DE ADOLESCENTES Y NIÑOS!
EXPOSICION ●
PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS
PREVENCION
Tos, vértigo, dolor de cabeza, náuseas.
Ventilación. Extracción localizada o protección respiratoria.
Aire limpio, reposo y proporcionar asistencia médica.
¡PUEDE ABSORBERSE! Piel seca, enrojecimiento.
Guantes protectores y traje de protección.
Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua abundante o ducharse y proporcionar asistencia médica.
Enrojecimiento, dolor.
Gafas ajustadas de seguridad o protección ocular combinada con la protección respiratoria.
Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.
Dolor abdominal, jadeo, pérdida del conocimiento, vómitos (para mayor información véase Inhalación).
No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo.
Provocar el vómito (¡UNICAMENTE EN PERSONAS CONSCIENTES!) y proporcionar asistencia médica.
DERRAMAS Y FUGAS
ALMACENAMIENTO
Evacuar la zona de peligro. Recoger el líquido procedente de la fuga en recipientes herméticos, eliminar el líquido derramado con agua abundante y el vapor con agua pulverizada. (Protección personal adicional: traje de protección completa incluyendo equipo autónomo de respiración).
A prueba de incendio. Separado de oxidantes fuertes. Mantener en lugar fresco.
ENVASADO Y ETIQUETADO No transportar con alimentos y piensos. símbolo F símbolo T R: 11-23/24/25-39-23/24/25 S: (1/2-)7-16-36/37-45 Clasificación de Peligros NU: 3 Riesgos Subsidiarios NU: 6.1 Grupo de Envasado NU: II CE:
VEASE AL DORSO INFORMACION IMPORTANTE
Preparada en el Contexto de Cooperación entre el IPCS y la Comisión de las Comunidades Eurpoeas © CCE, IPCS, 1994
ICSC: 0057
Fichas Internacionales de Seguridad Química METANOL D A T O S I M P O R
ICSC: 0057 ESTADO FISICO; ASPECTO Líquido incoloro, de olor característico. PELIGROS FISICOS El vapor se mezcla bien con el aire, formándose fácilmente mezclas explosivas. PELIGROS QUIMICOS La sustancia se descompone al calentarla intensamente, produciendo monóxido de carbono y formaldehído. Reacciona violentamente con oxidantes, originando peligro de incendio y explosión. Ataca al plomo y al aluminio. LIMITES DE EXPOSICION TLV (como TWA): 200 ppm; 262 mg/m3 (piel) (ACGIH 1993-1994). TLV (como STEL): 250 ppm; 328 mg/m3 (piel) (ACGIH 1993-1994).
T A N
VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorber por inhalación, a través de la piel y por ingestión. RIESGO DE INHALACION Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar bastante rápidamente una concentración nociva en el aire. EFECTOS DE EXPOSICION CORTA La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La sustancia puede causar efectos en el sistema nervioso central, dando lugar a una pérdida del conocimiento. La exposición por ingestión puede producir ceguera y sordera. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica. EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis. La sustancia puede afectar al sistema nervioso central, dando lugar a dolores de cabeza persistentes y alteraciones de la visión.
T E S
PROPIEDADES FISICAS
DATOS AMBIENTALES
Punto de ebullición: 65°C Punto de fusión: -94°C Densidad relativa (agua = 1): 0.79 Solubilidad en agua: Miscible Presión de vapor, kPa a 20°C: 12.3 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.1
Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.01 Punto de inflamación: (c.c.) 12°C Temperatura de autoignición: 385°C Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 6-35.6 Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 0.82/-0.66
La sustancia presenta una baja toxicidad para los organismos acuáticos y terrestres.
NOTAS EXPLOSION/PREVENCION: Utilícense herramientas manuales no generadoras de chispas. Está indicado un examen médico periódico dependiendo del grado de exposición. Ficha de emergencia de transporte (Transport Emergency Card): TEC (R)-36 Código NFPA: H 1; F 3; R 0; INFORMACION ADICIONAL FISQ: 3-138 METANOL
ICSC: 0057
METANOL © CCE, IPCS, 1994
NOTA LEGAL IMPORTANTE:
Ni la CCE ni la IPCS ni sus representantes son responsables del posible uso de esta información. Esta ficha contiene la opinión colectiva del Comité Internacional de Expertos del IPCS y es independiente de requisitos legales. La versión española incluye el etiquetado asignado por la clasificación europea, actualizado a la vigésima adaptación de la Directiva 67/548/CEE traspuesta a la legislación española por el Real Decreto 363/95 (BOE 5.6.95).
© INSHT
Fichas Internacionales de Seguridad Química PROPAN-1-OL
ICSC: 0553
PROPAN-1-OL n-propanol Alcohol n-propílico C3H8O/CH3CH2CH2OH Masa molecular: 60.1
Nº CAS 71-23-8 Nº RTECS UH8225000 Nº ICSC 0553 Nº NU 1274 Nº CE 603-003-00-0 TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION INCENDIO
EXPLOSION
PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS
PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS
PREVENCION
Altamente inflamable. El calentamiento intenso puede producir aumento de la presión con riesgo de estallido.
Evitar llama abierta, NO producir chispas y NO fumar.
Polvos, espuma resistente al alcohol, agua en grandes cantidades, dióxido de carbono.
Las mezclas vapor/aire son explosivas.
Sistema cerrado, ventilación, equipo En caso de incendio: mantener fríos eléctrico y de alumbrado a prueba de los bidones y demás instalaciones explosiones. por pulverización con agua.
Dolor de garganta, tos, dolor de cabeza, náusea, vómitos, vértigo.
Ventilación, extracción localizada o protección respiratoria.
Aire limpio, reposo, y someter a atención médica.
Enrojecimiento.
Guantes protectores.
Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua abundante o ducharse.
EXPOSICION ●
INHALACION
●
PIEL
●
OJOS
●
INGESTION
Dolor, enrojecimiento, visión borrosa. Gafas ajustadas de seguridad.
Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad), después consultar a un médico.
Dolor de garganta, náusea, vómitos, vértigo, somnolencia.
NO provocar el vómito, y someter a atención médica.
DERRAMAS Y FUGAS Evacuar la zona de peligro , recoger el líquido procedente de una fuga en recipientes herméticos, absorber el líquido residual en arena o absorbente inerte y trasladar a un lugar seguro.
No comer, beber ni fumar durante el trabajo.
ALMACENAMIENTO A prueba de incendio, separado de oxidantes fuertes, frío. Mantener en una habitación bien ventilada.
ENVASADO Y ETIQUETADO símbolo F símbolo Xi R: 11-41-67 S: (2-)7-16-24-26-39 Clasificación de Peligros NU: 3 Grupo de Envasado NU: II CE:
VEASE AL DORSO INFORMACION IMPORTANTE
ICSC: 0553
Preparada en el Contexto de Cooperación entre el IPCS y la Comisión de las Comunidades Eurpoeas © CCE, IPCS, 1994
Fichas Internacionales de Seguridad Química PROPAN-1-OL D A T O S I M P
ICSC: 0553 ESTADO FISICO; ASPECTO Líquido incoloro claro. PELIGROS FISICOS El vapor se mezcla bien con el aire, se forman fácilmente mezclas explosivas. PELIGROS QUIMICOS Reacciona con oxidantes fuertes (percloratos,nitratos). LIMITES DE EXPOSICION TLV(como TWA): 200 ppm; 492 mg/m3(piel) (ACGIH 1990-1991). TLV (como STEL): 250 ppm; 614 mg/m3 (piel) (ACGIH 1990-1991).
O R
VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorber por inhalación de su vapor, por inhalación del aerosol, a través de la piel y por ingestión. RIESGO DE INHALACION En la evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar bastante lentamente una concentración nociva en el aire. EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La sustancia puede tener efectos sobre el sistema nervioso central, dando lugar a depresión de su actividad. La exposición muy por encima the OEL puede producir pérdida del conocimiento. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica. EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDA El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis.
T A N T E S
PROPIEDADES FISICAS
Punto de ebullición: 97°C Punto de fusión: -127°C Densidad relativa (agua = 1): 0.79 Solubilidad en agua: miscible Presión de vapor, kPa a 20°C: 4.4 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.1
Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.04 Punto de inflamación: (c.c.) 15°C Temperatura de autoignición: 350°C Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 2-12 Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow:
