Destilacion Metodo Mcabe y Ponchon

UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENOFACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGIA

ING. QUIMICA

LABORATORIO #1

DETERMINACION DEL NÚMERO DE PLATOS TEORICOS

1. INTRODUCCIÓN:La destilación es la operación de separar, mediante evaporización y condensación, los diferentes componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de las sustancias ya que el punto de ebullición es una propiedad intensiva de cada sustancia, es decir, no varía en función de la masa o el volumen, aunque sí en función de la presión.

2. OBJETIVOS:

Determinar el número de platos teóricos de la torre de destilación por el método de Cabe- Thiele y Poncho Savarit.

3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS:TIPOS DE DESTILACION:

Destilación simple

La destilación simple o destilación sencilla es una operación donde los vapores producidos son inmediatamente canalizados hacia un condensador, el cual los enfría [condensación (física)] de modo que el destilado no resulta puro. Su composición será diferente a la composición de los vapores a la presión y temperatura del separador y pueden ser calculadas por la ley de Raoult. En esta operación se pueden separar sustancias con una diferencia entre 100 y 200 grados Celsius, ya que si esta diferencia es menor, se corre el riesgo de crear azeótropos. Al momento de efectuar una destilación simple se debe recordar colocar la entrada de agua por la parte de arriba del refrigerante para que de esta manera se llene por completo. También se utiliza para separar un sólido disuelto en un líquido o 2 líquidos que tengan una diferencia mayor de 50°C en el punto de ebullición.

Destilación fraccionada

La destilación fraccionada de alcohol etílico es una variante de la destilación simple que se emplea principalmente cuando es necesario separar líquidos con puntos de ebullición cercanos.

La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los vapores que ascienden, junto con el líquido condensado que desciende, por la utilización de diferentes "platos". Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que lo ceden) y los líquidos (que lo reciben).

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Destilación al vacío

La destilación al vacío consiste en generar un vacío parcial por dentro del sistema de destilación para destilar sustancias por debajo de su punto de ebullición normal. Este tipo de destilación se utiliza para purificar sustancias inestables por ejemplo las vitaminas.Lo importante en esta destilación es que al crear un vacío en el sistema se puede reducir el punto de ebullición de la substancia casi a la mitad.

En el caso de la industria del petróleo es la operación complementaria de destilación del crudo procesado en la unidad de destilación atmosférica, que no se vaporiza y sale por la parte inferior de la columna de destilación atmosférica. El vaporizado de todo el crudo a la presión atmosférica necesitaría elevar la temperatura por encima del umbral de descomposición química y eso, en esta fase del refino de petróleo, es indeseable.

El residuo atmosférico o crudo reducido procedente del fondo de la columna de destilación atmosférica, se bombea a la unidad de destilación a vacío, se calienta generalmente en un horno a una temperatura inferior a los 400 °C, similar a la temperatura que se alcanza en la fase de destilación atmosférica, y se introduce en la columna de destilación. Esta columna trabaja a vacío, con una presión absoluta de unos 20 mm de Hg, por lo que se vuelve a producir una vaporización de productos por efecto de la disminución de la presión, pudiendo extraerle más productos ligeros sin descomponer su estructura molecular.

En la unidad de vacío se obtienen solo tres tipos de productos:

Gas Oil Ligero de vacío (GOL). Gas Oil Pesado de vacío (GOP). Residuo de vacío.

Los dos primeros, GOL y GOP, se utilizan como alimentación a la unidad de craqueo catalítico después de desulfurarse en una unidad de hidrodesulfuración (HDS).

El producto del fondo, residuo de vacío, se utiliza principalmente para alimentar a unidades de craqueo térmico, donde se vuelven a producir más productos ligeros y el fondo se dedica a producir fuel oil, o para alimentar a la unidad de producción de coque.

TIPOS DE COLUMNAS DE DESTILACION:

COLUMNAS DE PLATOS

En las columnas de platos la operación se lleva a cabo en etapas. El plato va a proporcionar una mezcla íntima entre las corrientes de líquido y vapor. El líquido pasa de un plato a otro por gravedad en sentido descendente, mientras que el vapor fluye en sentido ascendente a través de las ranuras de cada plato, burbujeando a través del líquido.

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Al plato se le exige que sea capaz de tratar las cantidades adecuadas de líquido y vapor sin una inundación o un arrastre excesivos, que sea estable en su funcionamiento y resulte relativamente simple en cuanto a instalación y mantenimiento. También es importante conseguir que la caída de presión en el plato sea mínima.

El número de platos necesarios para efectuar una separación dada vendrá determinado por distintos factores, que se analizarán a continuación. Por lo general cuanto mayor sea el número de platos de la torre, mayor será la separación conseguida.

Se pueden encontrar diferentes tipos de platos:

- Platos de campanas de barboteo: ha sido el plato más ampliamente utilizado, las campanas están colocadas sobre unos conductos de subida.

- Platos perforados: su construcción es mucho más sencilla, requiriendo la perforación de pequeños agujeros en la bandeja.

- Platos de válvulas: es un intermedio entre los de campanas de barboteo y los platos perforados. La construcción es similar a los de campanas, cada agujero tiene por encima una válvula que se eleva ante el paso del vapor.

COLUMNAS DE RELLENO

En las columnas de relleno la operación de transferencia de masa se lleva a cabo de manera continua. La función principal del relleno consiste en aumentar la superficie de contacto entre el líquido y el vapor, aumentar la turbulencia y por tanto mejorar la eficacia. A medida que aumenta el tamaño del relleno disminuye la eficiencia de la transferencia de materia y aumenta la pérdida de carga, por tanto para determinar el tamaño óptimo de relleno habrá que llegar a un compromiso entre estos dos factores.

La selección del material de relleno se basa en criterios como resistencia a la corrosión, resistencia mecánica, resistencia térmica y características de mojado. Además, es necesario disponer un distribuidor de líquido en la parte superior de la columna para asegurar que el líquido moje de manera uniforme todo el relleno y no se desplace hacia las paredes.

Se tienen varios tipos de relleno:

- Al azar: este tipo de relleno es bastante económico y suelen ser de materiales resistentes a la corrosión (metálicos, cerámicos o de plástico). Los rellenos más empleados eran los anillos Rashig y las sillas o monturas Berl, pero ahora han sido reemplazados por otros más eficientes como los anillos Pall, las monturas Intalox y los anillos Bialecki.

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- Estructurado: es bastante más caro por unidad de volumen que el relleno al azar, pero ofrece mucha menos pérdida de carga por etapa y tiene mayor eficiencia y capacidad.

4. PROCEDIMIENTO:

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5. ESQUEMA:

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D=? XD=0,92

F= 22lts =20,684Kg XF = 0,3 tF=19ºC = 66,2ºF

W=? XW = 0,25

tW =68º C = 154,4ºF6. CÁLCULOS Y TABULACIÓN DE DATOS:

7 lts C2H5OH 15 lts H2O

22 lts de solución

7 ltsC2H 5OH x0,812kg

1 lts=5,684 kgC2H 5OH

15 lts H2O x1kg1 lts

=15kg H 2O

5,684 kg C2H5OH 15 kg H2O

20,684kg de solución

F=20,684kr20min

x60min

1hr=62,05kg /hr

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METODO DE CABE-THIELE:

Balance global:F=D+W Ecu .1

62,05=D+W →D=62,05−WBalance para el soluto:

F∗X F=D∗XD+W∗XW Ecu .262,05 x0,3=D x0,92+W∗0,25

Ecu. 1 en la Ecu. 2:18,62=0,92 (62,05−W )+W∗0,25

18,62=57,08−0,92W+0,25WW (0,92−0,25 )=57,08−18,62

W=57,4kg /hr

F=D+W →D=62,05−57,4=4,65kg /hr

RELACION DE LA SOLUCION PREPARADA:

7 lts→vapor C2H 5OH15 lts→liquido H 2O

22 lts solucion

LV

LV

q= L−LF

7


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227

=3,14

L=L+3,14 F

q= L+3,14 F−LF

=3,14

q>1→liquido subenfriado

m= qq−1

= 3,143,14−1

=1,46≅ 1,5≅ 32= Y

X

M A=MC2H 5OH=46MB=M H 2O=18

X F=

0,3M A

0,3M A

+ 0,7MB

=

0,346

0,346

+ 0,718

=0,15kmolC2H 5OH

kmolmezla

X D=

0,92M A

0,92M A

+ 0,08MB

=

0,9246

0,9246

+ 0,0818

=0,81kmolC2H 5OH

kmolmezla

XW=

0,25M A

0,25M A

+ 0,75MB

=

0,2546

0,2546

+ 0,7518

=0,11kmolC2H 5OH

kmolmezla

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0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LIQUIDO , X (FRACCION MOLAR)

VAPO

R Y

, (FR

ACCI

ON

MO

LAR)

XW XF X D

De la grafica Ymin = 0,41

Y min=X D

Rmin+1→Rmin=

X D

Y min

−1=0,810,41

−1=Rmin=0,98

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Por el método de Cabe – Theile el relujo son constante:Reflujo de operación:

R=1,2∗Rmin

R=1,5∗0,98→R=1,47

Y n+1=R

R+1Xn+

X D

R+1Si:X n=0Entonces:

Y n+1=XD

R+1= 0,81

1,47+1→Y n+1=0,32

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0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LIQUIDO , X (FRACCION MOLAR)

VAPO

R Y

, (FR

ACCI

ON

MO

LAR)

X wX F=0,15 X D=0,81

De la grafica se obtiene los números de platos teóricos: 10 platos + 1 calderin

E=¿ platos teoricos¿ platos reales

=1011

=90,9 %

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METODO DE PONCHO SAVARIT:

7 lts C2H5OH 15 lts H2O

22 lts de solución

15 lts H 2O x1000ml

1ltsx

1gr1ml

x1kg

1000 grx

2,2046 lb1kg

=33,069lb H 2O

7 ltsC2H 5OH x1000ml

1ltsx

0,812gr1ml

x1kg

1000 grx

2,2046 lb1kg

=12,531 lbH 2O

F=45,6 lb20min

x60min

1hr=136,8 lb /hr

Balance global:F=D+W Ecu .1

136,8=D+W →D=136,8−WBalance para el soluto:

F∗X F=D∗XD+W∗XW Ecu .2136,8 x0,3=D x0,92+W∗0,25

Ecu. 1 en la Ecu. 2:41,4=0,92 (136,8−W )+W∗0,2541,04=125,85−0,92W+0,25WW (0,92−0,25 )=125,85−41,4

W=126 lb /hr

F=D+W →D=136,8−126=10,8 lb /hr

M A=MC2H 5OH=46MB=M H 2O=18

X F=

0,3M A

0,3M A

+ 0,7MB

=

0,346

0,346

+ 0,718

=0,15lb−molC2H 5OH

lb−molmezla

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X D=

0,92M A

0,92M A

+ 0,08MB

=

0,9246

0,9246

+ 0,0818


lb−molmezla

XW=

0,25M A

0,25M A

+ 0,75MB

=

0,2546

0,2546

+ 0,7518


lb−molmezla

q=H v−hF

H v−hLo

q= 600−28600−100

=1,144

q>1→liquido subenfriado

R=Q ,−H1

H 1−H Lo

→Q,=1,47 (600−100 ) Btulb

+600Btulb

Q,=1170Btu/ lb

Q,=Qc

D+hD→

Qc

D=Q,−hD=1170−100=1070Btu / lb

Qc=Qc

D∗D=1070∗10,8=11556Btu /hr

F∗H F=D∗Q,+W∗Q ,,

Q, ,=F∗H F−D∗Q,

W=

136,8lbhr

x 28Btulb

−10,8lbhr

x1170Btulb

126lbhr

Q, ,=−69,8Btu /lb

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Q, ,=hw−QB

W→QB=126 (155+69,8 )=28324,8

Btuhr

Determinación de la concentración:

La concentración del destilado: XD= 0,30 la concentración del residuo: XF=0,25

7. OBSERVACIÓN:La concentración del residuo se lo determino con el alcoholímetro, cuyo resultado era mayor a la concentración de la alimentación, por lo tanto asumimos una concentración de 0,25 para el residuo.

8. CONCLUSIÓN:Se determino los números de platos teóricos por el método de Mabe-Thiele y también por el método de Poncho Savarit para una mezcla de etanol-agua.

9. BIBLIOGRAFÍA: Operación de separación por etapas de equilibrio de ingeniería química, Autor E. J. –

HENLEY – J. D. SAEDER, Editorial REVERTE, S.A. Operaciones unitarias en ingeniería química, Autor Warren L. McMabe- Julian C.

Smith.

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