I. OBJETIVOS
Determinar la composición en cada plato utilizando el método LEWIS –
SOREL
Determinar el número de platos teóricos con el método LEWIS –
SOREL.
Determinar la eficiencia del equipo de destilación.
II. PARTE EXPERIMENTAL
II.1. EQUIPO
Columna fraccionada:
Capacidad 8 L
Figura 1. Equipo de destilación fraccionada
Fuente: Elaboración propia.
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II.2. REACTIVOS Y MATERIALES
Etanol
Agua destilada
Refractómetro
Tubos de ensayo
Cronometro
II.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Para esta experiencia se usará una torre de destilación y se
condicionará para que trabaje como una destilación continua.
Se procedió a llenar el tanque con etanol diluido en agua.
Luego se prende la torre y una vez acondicionada se deja alrededor de
60 min para que comience la destilación.
Trabajando con un reflujo parcial y el sistema en equilibrio se tomará
lectura de la temperatura en el tope y fondo de la torre de destilación
Una vez terminado, se apaga el equipo y se puede apreciar que en la
parte superior el fluido en etanol casi puro.
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Figura 2. Esquema del equipo de destilación fraccionada
Fuente: Diapositivas de teoría de MC Cabe Thiele, Ing. Quierolo –
Transferencia de Masa II
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II.4. DATOS OBTENIDOS
Datos de índice de refracción fondo y tope.
TABLA N° 1: DATOS INDICE DE REFRACCIÓN
Datos para construir la curva de calibración ETANOL – AGUA
TABLA N° 2: DATOS PARA CONSTRUIR CURVA DE CALIBRACIÓN
Volumen de Etanol (%) η (Índice de refracción), modelo Mettler Toledo
0 1.3330
15 1.3432
30 1.3535
45 1.3602
60 1.3638
75 1.3656
100 1.3614
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Flujos Índice de refracción
Alimentación (F) 1,3395
Fondo (W) 1,334
Tope (D) 1,3625
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TABLA N° 3: DATOS DE EQUILIBRIO SISTEMA ETANOL- AGUA
X y
0 0
0.019 0.17
0.0721 0.3891
0.0966 0.4375
0.1238 0.4704
0.1661 0.5089
0.2337 0.548
0.2608 0.558
0.3273 0.583
0.3965 0.6122
0.5079 0.6564
0.5198 0.6599
0.5732 0.6841
0.6763 0.7385
0.7472 0.7815
0.8954 0.8954
0.93 0.92
0.97 0.96
1 1
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III. CÁLCULOS
Se determina la composición volumétrica, haciendo uso de la gráfica del
índice de refracción vs porcentaje volumétrico
GRAFICO N° 1: %V VS INDICE DE REFRACCION
TABLA N° 4: DATOS OBTENIDOS DE %V A PARTIR DE LAS
PROYECCIONES DE CADA INDICE DE REFRACCION (F,W,D)
FLUJOSINDICE DE
REFRACCIONV (L) %V
Alimentación (F) 1.3395 8 9.5
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Fondo (W) 1.334 - 1
Tope (D) 1.3625 - 53.5
Se convierte a fracción molar con los datos de densidad y peso
molecular a T° 20 C
Como se tiene el volumen total para cada corriente (F, D y W), entonces
se halla el volumen para cada compuesto, luego con la densidad
hallamos la masa y finalmente las moles, que es lo que nos interesa.
ALIMENTACIÓN
ComposiciónVolumen
(mL)Masa (gr) Moles (mol) zf
Etanol 760 6006.632 13.188 0.03180155
Agua 7240 7226.968 401.498 0.96819845
DESTILADO (Asumiendo D =100 mL)
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Composición Volumen (mL)
Masa (gr) Moles (mol) xD
Etanol 53.5 42.704 0.928 0.26470909
Agua 46.5 46.416 2.579 0.73529091
REMANENTE (Asumiendo B =100 mL)
ComposiciónVolumen
(mL)Masa (gr) Moles (mol) xB
Etanol 1 0.798 0.017 0.00315067
Agua 99 98.822 5.490 0.99684933
Las composiciones obtenidas son :
Zf 0.03
XB 0.003
XD 0.2647
Aplicando las ecuaciones de los balances de materia, donde las
composiciones están referidas al componente más volátil, para una
mezcla binarias, se tiene:
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Relacionando las ecuaciones (1) y (2), se obtiene la siguiente relación:
Reemplazando los valores, obtenemos el producto del destilado (D) y el
líquido remanente (B):
Calculando “q” a partir del % vaporización:
APLICANDO EL METODO LEWIS-SOREL
Para la zona de enriquecimiento tenemos:
Figura 3. Sección de enriquecimiento
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Fuente: Diapositivas de teoría de MC Cabe Thiele, Ing. Quierolo –
Transferencia de Masa II
Del balance de materia, se obtiene:
Para la zona de empobrecimiento tenemos:
Figura 4. Sección de empobrecimiento
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Fuente: Diapositivas de teoría de MC Cabe Thiele, Ing. Quierolo –
Transferencia de Masa II
Del balance de materia, se obtiene:
Se sabe que el reflujo, está definido por R = 4, entonces:
Se sabe que:
Reemplazando estos datos en la ecuación de enriquecimiento:
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Ahora para los datos en la ecuación de empobrecimiento:
Se sabe para el líquido que entra por el fondo:
También para el vapor que sale por el fondo, lo siguiente:
Reemplazando estos datos en la ecuación de empobrecimiento:
Para la columna de destilación:
Se sabe que
Ahora determinamos la composición en equilibrio “ ” a partir del “ ”. Para ello
utilizamos el diagrama de distribución Etanol – Agua.
GRAFICO N° 2: DISTRIBUCIÓN ETANOL-AGUA
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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
DISTRUBUCIÓN ETANOL-AGUA
X
Y
Del grafico leemos “ ” = 0.035 para
Usando la ecuación de enriquecimiento (α)
Del grafico leemos “ ” para
Debido a que el valor , se realizara los calculaos con la ecuación de
empobrecimiento (β)
Del grafico leemos “ ” para
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Debido a que el valor , entonces detenemos el cálculo en este
punto.
DECIMOS:
Numero de etapas = 3
Numero de platos = Numero de etapas – Reboiler = 3 – 1 = 2
La Eficiencia está dada por:
IV. CONCLUSIONES
Se determinó la composición en cada plato mediante el método
LEWIS –SOREL ,teniendo en cuenta las ecuaciones tanto para la
línea de operación de enriquecimiento como la de
empobrecimiento , haciendo correcta uso de ellas cuando fue
necesaria.
Se Determinó el número de platos teóricos mediante el método
LEWIS –SOREL, resultando dos platos teóricos para dicha
experimentación.
La eficiencia del equipo de destilación es 25 %.
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V. BIBLIOGRAFIA
Http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/
ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/castroe10/05d.html
http://educaciones.cubaeduca.cu/medias/pdf/2696.
Geankoplis, c.j. procesos de transporte y operaciones unitarias. Ed.
Cecsa. Mexico 1998- 3ª edición.
Treybal, robert. Operaciones de transferencia de masa. Ed. Mcgraw hill.
Buenos aires 1991- 2ª edición.
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