• Author / Uploaded
• iqianakaren

Citation preview

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

Laboratorio de Operaciones de Separación III Destilación por Arrastre de Vapor

NOMBRE: Olvera Olvera Ana Karen GRUPO: 8IM5 PROFESOR: Adrián Hernández

Fecha: 25-Mayo-2012

Introducción La destilación por arrastre con vapor es una técnica usada para separar sustancias orgánicas insolubles en agua y ligeramente volátiles, de otras no volátiles que se encuentran en la mezcla, como resinas o sales inorgánicas. En la destilación por arrastre con vapor de agua intervienen dos líquidos: el agua y la sustancia que se destila. Estos líquidos no suelen ser miscibles en todas las proporciones. En el caso límite, es decir, si los dos líquidos son totalmente insolubles el uno en el otro, la presión de vapor de cada uno de ellos no estaría afectada por la presencia del otro. A la temperatura de ebullición de una mezcla de esta clase la suma de las presiones de vapor de los dos compuestos debe ser igual a la altura barométrica (o sea a la presión atmosférica), puesto que suponemos que la mezcla está hirviendo. El punto de ebullición de esta mezcla será, pues, inferior al del compuesto de punto de ebullición más bajo, y bajo la misma presión, puesto que la presión parcial es forzosamente inferior a la presión total, que es igual a la altura barométrica. Se logra, pues, el mismo efecto que la destilación a presión reducida. Cuando se tienen mezclas de líquidos que no son miscibles entre sí, se tiene un tipo de destilación que sigue la ley de Dalton sobre las presiones parciales. Como resultado de este comportamiento, y cuando uno de los componentes es agua, al trabajar a presión atmosférica, se puede separar un componente de mayor punto de ebullición que el del agua a una temperatura menor a 100º (92º en el D.F.) Debido a lo anterior, con esta técnica se pueden separar sustancias inmiscibles en agua y que se descomponen a su temperatura de ebullición o cerca de ella, por lo que se emplea con frecuencia para separar aceites esenciales naturales que se encuentran en hojas, cáscaras o semillas de algunas plantas (té limón. menta, canela, cáscaras de naranja o limón, anís, pimienta, etc,) Es necesario establecer que existe una gran diferencia entre una destilación por arrastre y una simple, ya que en la primera no se presenta un equilibrio de fases líquido-vapor entre los dos componentes a destilar como se da en la destilación simple, por lo tanto no es posible realizar diagramas de equilibrio ya que en el vapor nunca estará presente el componente "no volátil" mientras esté destilando el volátil. Además de que en la destilación por arrastre de vapor el destilado obtenido será puro en relación al componente no volátil (aunque requiera de un decantación para ser separado del agua), algo que no sucede en la destilación simple donde el destilado sigue presentando ambos componentes aunque más enriquecido en alguno de ellos. Además si este tipo de mezclas con aceites de alto peso molecular fueran destiladas sin la adición del vapor se requeriría de gran cantidad de energía para calentarla y emplearía mayor tiempo, pudiéndose descomponer si se trata de un aceite esencial.

Se puede usar el llamado “método directo”, en el que el material está en contacto íntimo con el agua generadora del vapor. En este caso, se ponen en el mismo recipiente el agua y el material a extraer, se calientan a ebullición y el aceite extraído es arrastrado junto con el vapor de agua hacia un condensador, que enfría la mezcla, la cual es separada posteriormente para obtener el producto deseado. Este método es usado de preferencia cuando el material a extraer es líquido o cuando se utiliza de forma esporádica. El vapor de agua condensado acompañante del aceite esencial es llamado “agua floral” y posee una pequeña concentración de los compuestos químicos solubles del aceite esencial, lo cual le otorga un ligero aroma, semejante al del aceite obtenido. En algunos equipos industriales, el agua floral puede ser reciclada continuamente, o bien, es comercializada como un subproducto (Agua de Colonia, Agua de Rosas, etc.)

Tabla de Datos

Diámetro

Tanque Aceite Recuperado 46.5 cm

Ho Hf

23 cm 6cm

ρ (kg/l) PM (kg/kmol) Cp (kcal/kmol ºC)

TEMPERATURAS T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) T5 (°C) T6 (°C) T7 (°C)

72 43 75 100 103 42 34

Hexano

Aceite

0.66 86 46.71

0.92 282 112.8

Cálculos 

CANTIDAD DE VAPOR DE CALENTAMIENTO INDIRECTO (

)

(

)

Cálculos de Moles 

Volumen de aceite.

(



Moles del aceite

(



)

)(

)

Volumen de hexano s



Cálculo de la fracción mol inicial del Hexano

(

)(

)



Calculo de Moles totales: (

)



Calculo de la fracción mol



Cálculo de calor especifico promedio de la mezcla.

(



[(

)

)

(

)]

Cálculo del calor latente (

)

⁄

⁄

De tablas se obtiene los valores del calor latente: ⁄

⁄



INDIRECTO



Cálculo del volumen destilado por calentamiento indirecto:



Balance de materia y energía: (

*((

)

)

(

)

(

) )

(

⁄



Pérdida de calor por calentamiento indirecto:

(

)

(

(

)(

)

)

)+

(



)

CALCULO DE LA EFICIENCIA EVAPORATIVA (

)

*

+



Cálculo del volumen de hexano destilado por arrastre:



Cálculo de Moles de hexano en la mezcla antes de iniciarse el arrastre:

(



)

Cálculo de moles de hexano residual (LAR):

(

)



Volumen del condensado por arrastre:



Cálculo de la presión parcial del hexano: ( )

( )

Para el hexano, se tienen los siguientes datos: @ T= 95 °C

A B C

4.00139 1170.875 224.317

⁄

⁄ ⁄

(



)

⁄

⁄

Cálculo de la eficiencia evaporativa

(

⁄

)

*

+

(

[ ⁄

] (

)

Tabla de Resultados Variable

Valor 0.0092 kmol 0.1054 kmol 0.1206 kmol 0.7831 0.2169 61.049 kcal/kmol ºC 0.006225 kmol 0.071 kmol 3.7012 kmol 36152.9 kcal 0.0035 kmol 0.009 kmol 0.00242 kmol 0.0247 kmol 1.5987

Conclusiones Se obtiene una eficiencia alta, ya que el medio de calentamiento (vapor) es alimentado directamente al equipo por tato la transferencia es mayor. Finalmente es importante no permitir que exista un intercambio de fases dentro del equipo, sino lo que podría ocurrir es q el equipo se inunde y pueda derramarse, al igual q reducir la transferencia de calor. Los equipos están incrustados. En el momento de la operación un intercambiador de calor estaba muy caliente, así como la tubería de alimentación al mismo, lo que demostraba la incrustación o que no había suficiente agua de enfriamiento. Existió una gran cantidad de hexano recuperado, superior a la cantidad que alimentamos en mezcla con el aceite, se llegó a la conclusión que esto se debió a que los equipos anteriores que operaron, no obtuvieron todo el hexano que debieron, por esto mismo también se obtuvo una eficiencia alta.

Olvera Olvera Ana Karen