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• Miriam Rosales

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Laboratorio de Operaciones Unitarias Ingeniería Química Industrial

Procesos de Separación por Etapas

Práctica 1: Introducción a la Destilación

Grupo: 4IV75 Equipo: 1 Profesor: Jesús Adrián Enrique Hernández Aguilar Alumno:

Agosto 2019 1

INDICE

Portada Objetivos Teoría Gráficas y tablas de calculo Conclusiones Bibliografía

………………….1 ………………….3 ………………….3 ………………….5 ………………..13 ………………..13

2

Objetivo Dar a conocer a los alumnos los principios básicos de Destilación para que de esta forma identifiquemos los equipos y posteriormente realizar prácticas operativas, así mismo incentivar la investigación de lo que corresponde a las operaciones de separación y como se llevan a cabo.

Teoría Destilación

Es la separación de dos componentes de una mezcla haciéndolos llegar hasta su punto de ebullición

El condensado tendrá mas cantidad del componente volátil El liquido remanente contendrá mayor cantidad de componente menos volatil

Esta operación es aplicable para la separación de mezclas de compuestos por diferencia de volatilidades o en su caso presiones de vapor.

Representa mas del 50% de costos de la operación en una planta.

Técnica de separación mas común.

Hay grandes cantidades de energía consumida entre calentamiento y enfriamiento. 3

También llamada “tensión superficial” resultante de las fuerzas de Van der Waals

Equilibrio

Hay equilibrio cuando un líquido se encuentra en contacto con su vapor a través de una frontera llamada interface.

Cambios macroscópicos

Presión

Composición de las fases del sistema Temperatura Se mantienen constantes

No es la misma en cada fase

Equilibrio térmico

Equilibrio mecánico

Equilibrio potencial

T liq = T vap

P liq = P vap

µ liq = µ vap

Regla de fases de Gibbs

Para establecer cuantas propiedades es necesario especificar para fijar definitivamente las propiedades restantes y el número de fases que puedes coexistir en un sistema

4

Gráficas y tabla de cálculos Diagrama 1 - T vs x-y (mezcla metanol-agua) @ 585 mm de Hg IDEAL

95 90

liquido

Vapor

Vapor

80 75 70 65 60 55 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Fracción molar x, y

1.0000

Diagrama 2 - x vs y (Metanol-agua) @ 585 mm Hg IDEAL

0.9000

Fracción molar del vapor, y

Temperatura, T (°C)

85

0.8000 0.7000 0.6000 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000 0.0000 0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

0.8000

0.9000

1.0000

Fracción molar del líquido, x

5

A

B

C

(g/mol)

(cal/g°C)

(cal/mol°C)

Van Laar

(cal/mol)

PM

Cp

Cp

A12_21



Metanol (A)

32.04

0.605

19.3842

0.9014

8415

8.0724

1574.99

238.8

58.074

Agua (B)

18.015

0.999

17.9970

0.5559

9718

7.96681

1669.21

228

93.023

Compuesto

(°C)

(mm Hg)

Frac. Mol líq.

Frac. Mol vap.

Ctes. de Antoine (mm Hg y °C)

(°C) Temp. Eb.

(Cal/mol)

T

PA0

PB0

XA

YA

hl

Hv

58.074

584.9957

135.4943

1.0000

1.0000

1125.72

9540.72

60.000

632.9205

148.2320

0.9011

0.9749

1154.82

9608.61

62.000

686.1136

162.5225

0.8069

0.9463

1185.21

9682.11

64.000

742.9848

177.9661

0.7204

0.9149

1215.76

9758.87

66.000

803.7296

194.6368

0.6409

0.8805

1246.48

9839.10

68.000

868.5504

212.6116

0.5677

0.8429

1277.35

9923.02

70.000

937.6565

231.9712

0.5003

0.8018

1308.37

10010.86

72.000

1011.2641

252.7998

0.4380

0.7571

1339.53

10102.86

74.000

1089.5966

275.1849

0.3804

0.7085

1370.83

10199.28

76.000

1172.8842

299.2179

0.3271

0.6558

1402.26

10300.37

78.000

1261.3647

324.9940

0.2777

0.5987

1433.81

10406.42

80.000

1355.2826

352.6119

0.2318

0.5369

1465.48

10517.71

82.000

1454.8901

382.1744

0.1891

0.4702

1497.26

10634.53

84.000

1560.4463

413.7881

0.1493

0.3983

1529.15

10757.19

86.000

1672.2179

447.5634

0.1122

0.3208

1561.13

10886.02

88.000

1790.4787

483.6151

0.0776

0.2374

1593.21

11021.33

90.000

1915.5100

522.0618

0.0452

0.1479

1625.37

11163.49

93.023

2117.9891

584.9940

0.0000

0.0000

1674.13

11392.12

6

Diagrama 3: T vs x-y (mezcla metanol-agua) @ 585 mm de Hg NO IDEAL

95 90

liquido

Vapor

Vapor

80 75

Líquido + Vapor 70 65 60 55 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Fracción molar x, y

1.0000

Diagrama 4: x vs y (metanol - agua) @ 585 mm Hg NO IDEAL

0.9000

Fracción molar del vapor, y

Temperatura, T (°C)

85

0.8000 0.7000 0.6000 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000

0.1000 0.0000 0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

0.8000

0.9000

1.0000

Fracción molar del líquido, x

7

(g/mol) Compuesto

(cal/g°C)

PM

Metanol (A)

32.04

0.605

Agua (B)

18.015

0.999

(°C)

(cal/mol°C)

Cp

(mm Hg)

19.3842 17.9970

Frac. Mol

VanLaar (cal/mol)

A

B

C

(°C)

A12_21



0.9014

8415

8.0724

1574.99

238.8

58.074

9718

7.96681

1669.21

228

93.023

(mm Hg)

Frac. Mol

Frac. Mol

0.5559

Ec. Van Laar

Ctes. de Antoine (mm Hg y °C)

Temp. Eb.

(cal/mol)

T

PA0

P B0

XA supuesta





PTOT

XA calculada

YA

hlA

HvA

58.074

584.9957

135.4943

1.0000

1.0000

1.7435

584.9999

1.0000

1.0000

1125.72

9540.71

60.000

632.9205

148.2320

0.8703

1.0064

1.5940

585.0057

0.8703

0.9476

1152.26

9641.96

62.000

686.1136

162.5225

0.7427

1.0283

1.4585

585.0020

0.7427

0.8957

1179.69

9743.70

64.000

742.9848

177.9661

0.6234

1.0687

1.3432

585.0073

0.6234

0.8461

1207.15

9842.45

66.000

803.7296

194.6368

0.5141

1.1300

1.2484

584.9862

0.5141

0.7982

1234.87

9938.85

68.000

868.5504

212.6116

0.4172

1.2130

1.1740

584.9990

0.4172

0.7513

1263.15

10033.68

70.000

937.6565

231.9712

0.3344

1.3149

1.1186

584.9838

0.3344

0.7048

1292.26

10127.89

72.000

1011.2641 252.7998

0.2661

1.4297

1.0792

584.9556

0.2661

0.6578

1322.36

10222.42

74.000

1089.5966 275.1849

0.2111

1.5502

1.0522

585.0070

0.2111

0.6095

1353.45

10318.14

76.000

1172.8842 299.2179

0.1670

1.6709

1.0340

585.0141

0.1670

0.5594

1385.38

10415.81

78.000

1261.3647 324.9940

0.1315

1.7879

1.0218

584.9834

0.1315

0.5070

1417.99

10516.03

80.000

1355.2826 352.6119

0.1027

1.8989

1.0137

585.0431

0.1027

0.4517

1451.16

10619.30

82.000

1454.8901 382.1744

0.0789

2.0036

1.0083

584.9378

0.0789

0.3933

1484.73

10726.05

84.000

1560.4463 413.7881

0.0591

2.1011

1.0048

584.9547

0.0591

0.3313

1518.63

10836.65

86.000

1672.2179 447.5634

0.0424

2.1917

1.0025

585.0537

0.0424

0.2655

1552.80

10951.43

88.000

1790.4787 483.6151

0.0281

2.2761

1.0011

585.0672

0.0281

0.1956

1587.16

11070.72

90.000

1915.5100 522.0618

0.0157

2.3550

1.0004

584.8688

0.0157

0.1213

1621.69

11194.80

92.000

2047.6005 563.0264

0.0050

2.4276

1.0000

585.0850

0.0050

0.0423

1656.36

11323.98

93.023

2117.9891 584.9940

0.0000

2.4630

1.0000

585.0121

0.0000

0.0000

1674.13

11392.12

8

Diagrama T vs x-y (mz metanol-agua) @ 760 mm de Hg IDEAL

100

Temperatura, T (°C)

95

liquido

Vapor

90 85 80 75 70 65 60 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Fracción molar x, y

DIAGRAMA X VS Y (MZ METANOL -AGUA) @ 760 MM DE HG 0.900000 IDEAL

FRACCIÓN MOLAR DEL VAPOR, Y

1.000000

0.800000 0.700000 0.600000 0.500000 0.400000 0.300000 0.200000 0.100000 0.000000 0.000000 0.100000 0.200000 0.300000 0.400000 0.500000 0.600000 0.700000 0.800000 0.900000 1.000000 FRACCIÓN MOLAR DEL LÍQUIDO, X

(g/mol) (cal/g°C) (cal/mol°C) VanLaar (cal/mol) Compuesto Metanol (1) Agua (2)

PM

Cp

32.04

0.605

18.015

0.999

A12_21 19.3842 17.9970

0.9014 0.5559



A

B

C

(°C)

Ctes. de Antoine (mm Hg y °C)

p.e.

8415

8.0724

1574.99

238.8

64.574

9718

7.96681

1669.21

228

100.197

9

(°C) Ti

(mm Hg) P1i0

P2i0

(-)

(-)

(-)

(mm Hg)

(-)

(-)

(cal °C/mol)

X1

1

2

P

X1_calculada

y1

hl

Hv

64.574

760.013 182.6218 0.999977 1.00000 1.74348 760.00317

0.999970

0.999994

1252

9667

65.000

772.861 186.1434 0.978081 1.00017 1.71746 763.05399

0.971343

0.994631

1258

9681

66.000

803.73 194.6368 0.928205 1.00187 1.65936 770.60911

0.906207

0.981613

1273

9717

67.000

835.618 203.4562 0.880382 1.00540 1.60523 778.70387

0.843961

0.967978

1288

9752

68.000

868.55 212.6116 0.834511 1.01076 1.55480 787.32044

0.784595

0.953704

1303

9789

69.000

902.554 222.1132 0.790497 1.01795 1.50785 796.43759

0.728087

0.938772

1317

9826

70.000

937.657 231.9712 0.748250 1.02697 1.46414 806.03008

0.674402

0.923159

1332

9865

71.000

973.884 242.1965 0.707684 1.03785 1.42347 816.06819

0.623496

0.906845

1347

9903

72.000

1011.26 252.7998 0.668720 1.05060 1.38564 826.51704

0.575316

0.889806

1363

9943

73.000

1049.83 263.7921 0.631281 1.06525 1.35048 837.33595

0.529802

0.872019

1378

9984

74.000

1089.6 275.1849 0.595295 1.08184 1.31782 848.47770

0.486883

0.853462

1393

10025

75.000

1130.61 286.9896 0.560694 1.10039 1.28749 859.88772

0.446486

0.834110

1408

10068

76.000

1172.88 299.2179 0.527412 1.12096 1.25937 871.50324

0.408530

0.813938

1423

10111

77.000

1216.46 311.8820 0.495389 1.14360 1.23330 883.25233

0.372932

0.792922

1439

10155

78.000

1261.36 324.9940 0.464566 1.16836 1.20917 895.05288

0.339604

0.771036

1454

10201

79.000

1307.63 338.5664 0.434888 1.19530 1.18686 906.81147

0.308454

0.748253

1469

10247

80.000

1355.28 352.6119 0.406303 1.22449 1.16626 918.42213

0.279392

0.724546

1485

10294

81.000

1404.36 367.1435 0.378761 1.25601 1.14727 929.76508

0.252322

0.699889

1500

10342

82.000

1454.89 382.1744 0.352214 1.28993 1.12980 940.70521

0.227152

0.674254

1516

10392

83.000

1506.91 397.7180 0.326618 1.32635 1.11376 951.09059

0.203788

0.647611

1531

10442

84.000

1560.45 413.7881 0.301931 1.36535 1.09907 960.75073

0.182135

0.619931

1547

10494

85.000

1615.54 430.3985 0.278112 1.40704 1.08566 969.49480

0.162103

0.591185

1563

10547

86.000

1672.22 447.5634 0.255122 1.45151 1.07345 977.10961

0.143601

0.561342

1578

10601

87.000

1730.52 465.2974 0.232926 1.49889 1.06238 983.35754

0.126541

0.530371

1594

10657

88.000

1790.48 483.6151 0.211487 1.54929 1.05239 987.97415

0.110837

0.498241

1610

10713

89.000

1852.13 502.5315 0.190774 1.60283 1.04343 990.66577

0.096405

0.464919

1625

10771

90.000

1915.51 522.0618 0.170755 1.65966 1.03545 991.10679

0.083165

0.430372

1641

10831

91.000

1980.65 542.2215 0.151400 1.71990 1.02838 988.93677

0.071040

0.394567

1657

10891

92.000

2047.6 563.0264 0.132680 1.78371 1.02220 983.75734

0.059956

0.357469

1673

10954

93.000

2116.39 584.4924 0.114569 1.85124 1.01686 975.12886

0.049841

0.319043

1689

11017

94.000

2187.05 606.6358 0.097041 1.92266 1.01232 962.56681

0.040629

0.279253

1704

11082

95.000

2259.62 629.4731 0.080071 1.99814 1.00854 945.53794

0.032254

0.238065

1720

11149

96.000

2334.15 653.0212 0.063635 2.07785 1.00549 923.45609

0.024656

0.195439

1736

11217

97.000

2410.67 677.2971 0.047712 2.16199 1.00314 895.67774

0.017777

0.151340

1752

11287

98.000

2489.22 702.3182 0.032280 2.25075 1.00146 861.49721

0.011564

0.105727

1768

11358

99.000

2569.85 728.1021 0.017319 2.34434 1.00043 820.14150

0.005964

0.058563

1784

11431

100.000

2652.58 754.6666 0.002810 2.44298 1.00001 770.76481

0.000930

0.009808

1800

11506

100.197

2669.14 759.9934 0.000003 2.46302 1.00000 760.01349

0.000001

0.000012

1803

11521

10

Diagrama T vs x-y (mz metanol-agua) @ 760 mm de Hg 100

Temperatura, T (°C)

95

liquido

Vapor

90 85 80 75 70

65 60 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Fracción molar x, y

DIAGRAMA X VS Y (MZ METANOL -AGUA) @ 760 MM DE HG

1.000000

FRACCIÓN MOLAR DEL VAPOR, Y

0.900000 0.800000 0.700000 0.600000 0.500000 0.400000 0.300000 0.200000 0.100000

0.000000 0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

0.8000

0.9000

C

(°C)

Ctes. de Antoine (mm Hg y °C)

p.e.

1.0000

FRACCIÓN MOLAR DEL LÍQUIDO, X

(g/mol) (cal/g°C) (cal/mol°C) VanLaar (cal/mol) Compuesto

PM

Cp

A12_21



A

B

Metanol (1)

32.04

0.605

19.3842

0.9014

8415

8.0724

1574.99

238.8

64.574

Agua (2)

18.015

0.999

17.9970

0.5559

9718

7.96681

1669.21

228

100.197

11

(°C) Ti

(mm Hg) P1i0

P2i0

(-)

(-)

(-)

(mm Hg)

(-)

(-)

(cal °C/mol)

X1_supuesta

1

2

P

X1_calculada

y1

hl

Hv

64.574

760.013 182.6218

1.00000 1.74347 760.00022

0.999970

0.999987

1252

9667

65.000

772.861 186.1434 0.971236 1.00029 1.70939 760.00014

1.0000

0.971236

0.987957

1257

9690

66.000

803.73 194.6368 0.905008 1.00334 1.63291 759.99991

0.905008

0.960276

1271

9742

67.000

835.618 203.4562 0.840529 1.00994 1.56133 760.00006

0.840529

0.933345

1284

9794

68.000

868.55 212.6116 0.777868 1.02042 1.49464 760.00004

0.777868

0.907120

1297

9845

69.000

902.554 222.1132 0.717135 1.03511 1.43283 759.99995

0.717135

0.881551

1310

9896

70.000

937.657 231.9712 0.658485 1.05436 1.37591 760.00013

0.658485

0.856576

1324

9945

71.000

973.884 242.1965 0.602117 1.07849 1.32392 759.99988

0.602117

0.832130

1337

9993

72.000

1011.26 252.7998 0.548273 1.10774 1.27688 759.99974

0.548273

0.808138

1351

10041

73.000

1049.83 263.7921 0.497220 1.14222 1.23476 760.00002

0.497220

0.784518

1364

10089

74.000

1089.6 275.1849 0.449223 1.18188 1.19752 760.00006

0.449223

0.761180

1378

10136

75.000

1130.61 286.9896 0.404513 1.22643 1.16500 759.99960

0.404513

0.738030

1392

10183

76.000

1172.88 299.2179 0.363253 1.27538 1.13697 760.00000

0.363253

0.714971

1406

10230

77.000

1216.46 311.8820 0.325505 1.32802 1.11308 759.99991

0.325505

0.691906

1421

10276

78.000

1261.36 324.9940 0.291227 1.38356 1.09295 759.99993

0.291227

0.668740

1435

10323

79.000

1307.63 338.5664 0.260278 1.44115 1.07612 759.99966

0.260278

0.645383

1450

10370

80.000

1355.28 352.6119 0.232443 1.49997 1.06215 759.99961

0.232443

0.621750

1466

10417

81.000

1404.36 367.1435 0.207460 1.55931 1.05060 759.99985

0.207460

0.597765

1481

10464

82.000

1454.89 382.1744 0.185047 1.61855 1.04108 760.00006

0.185047

0.573358

1497

10512

83.000

1506.91 397.7180 0.164923 1.67723 1.03325 759.99950

0.164923

0.548463

1513

10560

84.000

1560.45 413.7881 0.146824 1.73497 1.02681 760.00041

0.146824

0.523027

1529

10609

85.000

1615.54 430.3985 0.130505 1.79151 1.02153 759.99932

0.130505

0.496992

1545

10659

86.000

1672.22 447.5634 0.115751 1.84665 1.01719 759.99953

0.115751

0.470315

1562

10709

87.000

1730.52 465.2974 0.102371 1.90028 1.01363 760.00136

0.102371

0.442951

1578

10760

88.000

1790.48 483.6151 0.090197 1.95231 1.01072 760.00144

0.090197

0.414855

1595

10812

89.000

1852.13 502.5315 0.079085 2.00273 1.00834 759.99974

0.079085

0.385989

1611

10864

90.000

1915.51 522.0618 0.068912 2.05151 1.00640 760.00032

0.068912

0.356319

1628

10918

91.000

1980.65 542.2215 0.059569 2.09866 1.00483 759.99935

0.059569

0.325806

1645

10972

92.000

2047.6 563.0264 0.050964 2.14422 1.00357 759.99943

0.050964

0.294418

1662

11028

93.000

2116.39 584.4924 0.043016 2.18822 1.00257 759.99858

0.043016

0.262121

1679

11084

94.000

2187.05 606.6358 0.035656 2.23069 1.00178 759.99922

0.035656

0.228885

1696

11141

95.000

2259.62 629.4731 0.028823 2.27169 1.00117 759.99997

0.028823

0.194675

1714

11200

96.000

2334.15 653.0212 0.022464 2.31127 1.00072 760.00006

0.022464

0.159461

1731

11259

97.000

2410.67 677.2971 0.016533 2.34948 1.00039 760.00032

0.016533

0.123211

1748

11320

98.000

2489.22 702.3182 0.010989 2.38638 1.00017 759.99853

0.010989

0.085891

1765

11381

99.000

2569.85 728.1021 0.005797 2.42200 1.00005 759.99808

0.005797

0.047476

1782

11444

100.000

2652.58 754.6666 0.000926 2.45640 1.00000 760.00235

0.000926

0.007939

1800

11508

100.197

2669.14 759.9934 0.000001 2.46304 1.00000 759.99922

0.000001

0.000009

1803

11521

12

Conclusiones y observaciones La destilación es un proceso de separación que sirve para separar dos componentes de una mezcla con su deferencia de volatilidades. Para llevar a cabo este proceso se aprovecha la volatilidad de los componentes, y para esto necesitamos conocer las propiedades físicas de cada sustancia inmersa en la mezcla como es el caso del punto de ebullición. Es importante manejar la técnica de destilación simple (como proceso físico de separación) debido a que esta nos permite separar fácilmente una mezcla de líquidos con diferentes puntos de ebullición.

Bibliografía 



H.D. Durst, G.W. Gokel, Química Orgánica Experimental. Edición original en lengua inglesa. Lugar de edición: Barcelona, España. Editorial; Reverté, S.A., 2007. Aldabe Sara, Aramendia Pedro. Química 2. Química en acción. Volumen 2. Buenos Aires, Argentina. Ediciones Colihue, 2004.

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