UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO.FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN CAMPUS I LABORATORIO EXPERIMENTAL MULTIDISCIPLINARIO V ÁLVAREZ BLANCO MIGUEL ÁNGEL HERRERA FLORES JUAN GUSTAVO INFORME EXPERIMENTAL 3 “EQUILIBRIO LIQUIDO Y VAPOR” I.Q. MAYEN SANTOS ELVIA 13/MARZO/2013 INTRODUCCIÓN: El equilibrio liquido vapor es fundamental para la separación de diversas mezclas. La cual a concentraciones bajas de etanol y una temperatura cerca de 90 o tienden a no poseer punto de separación y ambas ebullen a la misma temperatura. pero como el vapor es más rico en el componente más volátil. . las cuales a determinadas concentraciones y una temperatura en específico llegan a un punto en el cual no se pueden separar con facilidad una de ellas es la mezcla de etanol – agua. Los procedimientos para describir tales operaciones cuando la fase cargada discontinuamente está bien mezclada durante la operación siguen los desarrollos originales establecidos por Rayleigh. Con base a estos antecedentes mostrados se pretende el elaborar una separación de una mezcla de etanol y agua basándose en los principios de equilibrio líquido vapor la cual se realizara en dos etapas una con una destilación en vidrio y posteriormente se efectuara mediante una torre empacada. Considérese el caso de un proceso de vaporización de equilibrio en el que el líquido alimento se carga inicialmente completamente en una caldera. las composiciones del vapor y el li8quido no son constantes. esta se basa en la volatilidad de los diferentes componentes. y de esta manera al incrementar la temperatura dada se pueden llegar a puntos de equilibrio donde estos componentes tienden a separarse el más volátil primero y los demás posteriormente. y se comunica calor continuamente. los vapores pasan directamente desde el calderin hasta el condensador. En algunas plantas pequeñas se recuperan productos volátiles a partir de una disolución liquida por destilación discontinua. En el método más sencillo de operación. Se genera continuamente vapor en equilibrio con el líquido restante que está bien mezclado y el vapor formado se elimina totalmente del recipiente. GENERALIDADES: En muchos procesos de separación de una corriente o fase de carga y se extrae discontinuamente y la otra corriente se alimenta y elimina continuamente. El vapor que en un determinado momento que sale del calderin está en equilibrio con el líquido existente en el calderin. El producto líquido se elimina al final de la operación. Existen algunos compuestos llamados mezclas aseotrópicas. La mezcla se carga en un calderin y se le comunica calor por medio de un serpentín o través de la pared del recipiente hasta que el líquido alcanza la temperatura de ebullición y se vaporiza después una parte de la carga. Esta operación se denomina comúnmente una destilación Rayleigh o discontinua o por cargas. OBJETIVOS: PROBLEMA EXPERIMENTAL: METODOLOGÍA EXPERIMENTAL: Material y /o Equipo. Sean moles que quedan en el calderin en un determinado momento e y las composiciones del vapor y del liquido. La función ( ) puede integrarse numéricamente o gráficamente utilizando datos de equilibrio tabulados o una curva de equilibrio. la variación de moles del componente A se obtiene: Reordenando: La ecuación (18.Para hallar como los componentes varían con el tiempo. Diferenciando la ecuación ( Por lo tanto: ) .57) se integra entre los límites final. ∫ ∫ las concentraciones inicial y Esta ecuación se conoce como ecuación de Rayleigh. considere lo que ocurre si moles se cargan en un destilador discontinuo. Los moles totales del componente que quedan en le calderin serán: Si se vaporiza una cantidad de líquido es . DESTILACIÓN EN QUICK FIT . Purgar la torre. procurando que la temperatura no se eleve rápidamente. ya que esto significa que la muestra de etanol se ha destilado por completo y la muestra arrastra agua. a destilar dentro matraz de bola y taparlo 4. 7. Verificar el nivel de la mezcla en el tanque Abrir las válvulas de entrada y de retorno en el condensador 5. Montar el equipo de destilación según el esquema presentado en el cuestionario previo. Considerar y medir el aumento de temperatura a cada tiempo.3 kg/cm2. 6. La destilación termina hasta que se recupere el volumen de etanol. 4. A los 75-78°C aproximadamente (que es cuando ebulle el etanol). Para dichas prácticas experimentales no se elaboró una curva de calibración como tal. 6. Encender la bomba para introducir una carga a la torre. 3. Hacer circular agua en el refrigerante. se comienza a tomar muestras del vapor y del líquido para medir su índice de refracción. Checar que todos los servicios estén funcionando 2. 8. Encender el calentamiento. un indicador seria hasta que el los índices de refracción sean iguales al del agua. Introducir vapor en el intercambiador de doble tubo y en la torre. 5. Colocar un volumen proporcionado de la mezcla (50 ml de agua y 50 mL de etanol) proporción propuesta por nuestro equipo. 2. hasta que esta se mantenga constante. abriendo las válvulas de vapor y la válvula para detener los condensados 3. para las dos fases. Al final se lee el índice de refracción del destilado final y del residuo. PARA LA TORRE EMPACADA 1. presión menor a .1. así que nos apoyamos de una curva previamente elaborada para este sistema . y eso se debe hacer cada 5 mililitros. 347 84 1.1397 0.335 V carga= 100ml VOLUMEN (ml) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Con los datos de índice de refracción y apoyándonos en la curva de calibración se obtiene los datos de composición del residuo.338 88 1.335 1.355 80 1.1325 0.048 0.335 91 1.1636 0.351 1.347 1. DATOS OBTENIDOS A NIVEL VIDRIO VAPOR DESTILADO Temperatura Índice (°C) Refracción 75 1.343 83 1.336 91 1.338 89 1.340 88 1.340 1. Adjuntando un esquema del mismo.354 81 1.335 92 1.356 76 1.355 1.348 79 1. con clave 09/87.351 78 1.346 1.1692 0.1642 0.340 85 1.062 0.338 1.039 .347 80 1.336 89 1.343 1.1675 0.1653 0. RESULTADOS EXPERIMENTALES.354 1.343 86 1.346 84 1.11 0.351 82 1.354 77 1.335 LIQUIDO x 0. Dando los siguientes valores: LIQUIDO Índice Temperatura Refracción 79 1.336 1.binario y a las condiciones dadas de Presión y que fue extraída de una tesis de Ingeniería Química del año 1987.353 LIQUIDO Temperatura 79 80 81 82 84 84 86 88 89 91 92 Índice Refracción 1. 45 0.1636 0.494 0.1397 0.1692 0.525 0.1642 0.048 0.7 Composiciones (x.3 0.8 85.y) Para la construcción del Diagrama T-y se tiene los siguientes datos: T °C 92.3 0.7 76.275 0.66 0.45 0.2 0.705 .62 0.1653 0.1 0.4875 0. obteniendo el siguiente gráfico: X 0.PERFIL DE TEMPERATURA-COMPOSICIÓN Una vez ya obtenidas las dos composiciones liquida (x) y vapor al equilibrio (y*) se construye el Perfil de Temperatura vs.4 0.387 0. composiciones.062 0.35 0.7 79.3875 0.11 0.4 0.6 0.68 0.492 0.3 77.1 0.64 0.489 0.4658 0.5 75.565 0.9 73.25 0.y 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.495 0.6 81.4 0.5 0.1325 0.7 75 74.2 0.5 73.15 0.25 0.4 73.5 Temperatra (°C) LIQUIDO 0.1675 0.2 x 0 0.23 PERFIL T-x.595 0.039 y* 0.475 0.55 y 0 0.05 0. 7 0.9 1 Temperatura ºC 85 El comportamiento de esta trayectoria muestra que al aumentar la temperatura.6 0.9 0.9 71. A los cuales se les determino la relación (y-x) y 1/(yx).6 0.87 71.85 0.65 0.95 0.4 0. se tiene lo siguiente: Representación gráfica del líquido en el Diagrama Txy Etanol-agua 95 90 80 75 70 0 0.3 0.95 71. Para realizar la gráfica se utilizaron los datos teóricos que fueron pedidos en el cuestionario previo. Grafica de x vs L/L0.835 71. en un diagrama de T-y para el sistema binario Etanol-Agua a 586 mph.2 0. Incluir el comportamiento esperado de acuerdo a la ecuación de Rayleigh y los puntos experimentales.9 1 1 Realizando la comparación del comportamiento que tuvo experimentalmente nuestro líquido.72.2 0.8 0.725 72.5 0.1 0. .75 0.8 0.7 0.75 72.5 0.8 0.805 71. la composición del líquido fue descendiendo.8 Fracción mol EtOH en el líquido y vapor 0.775 72 0.9 0.8 0.7 0. 225 0.17460317 3.3 0.725 0.75 0.68 0.7 75 74.76190476 5.5 72.155 0.33333333 3.3 77.4516129 8 10 13.87 0.9 x 0 0.775 0.05 0.64 0.2 72.595 0.65 0.075 0.7 0.38983051 3.3 0.27 0.35 0.Todo esto se realiza para los datos teóricos.295 0.275 0.9 73.07692308 3.45 0.9 0.4 0.1 0.325 0.8 0.21 0.4 73.95 1 y 0 0.525 0.9 71.44444444 3.8 71.07692308 3.15 0.55555556 6.2 0.1 0.3333333 18.8 71.805 0.85 0.55 0.475 0.66 0.1818182 28.055 0.2 72 71. T.6 0. °C 92.4 0.835 0.705 0.125 0.16666667 4.02 0 0 0 1/(y-x) 4.7 79.9 0.7 76.5 0.8 85.035 0.325 0.315 0.5 75.8 72.75 0.6 81.24 0.62 0.565 0.25 0.95 1 (y-x) 0 0.5714286 50 Graficando los valores obtenemos: .5 73.7037037 4.7 71.18 0. 4 0. Para realizar esto es necesario utilizar el método de los trapecios para determinar el área bajo la curva.85 7.8 1 x Para obtener la relación de x vs L/L0 con la ecuación de Rayleigh ( ) ∫ Es necesario graficar 1/(y-x) en función de x y determinando el área bajo la curva entre x1 y x2.2 0.05 y se toma otro valor el cual es donde se empieza a destilar cuyos valores se aproximan a 71.6 0C con una fracción de 0.7787 La fórmula de los trapecios es: ( Dónde: Y1 es la relación con b Y2 es la relación con a ) . considerando que la temperatura donde se obtiene la última fracción de x es en 85.60 50 40 x vs 1/(y-x) 1/(y-x) 30 20 10 0 0 0.6 0.05 0.8 0C con una fracción de 0. Primero se toman valores que se encuentren en función de la mezcla EtOH-H2O.85. X L/L0 0.1942 0. 625 0.33 0.33 0.= b-a Entonces se elige un valor de x que se encuentre en la curva y se toma como valor.4 1.2 0 0 0.5 0C.38983051 3. Calculando el área bajo la curva: ( ) El valor de 5.15 0. para así poder determinar la .2 1 L/Lo 0.05 0.35 Series1 composiciòn (x) Para los datos experimentales tenemos.38983051 3.6 0. ( ) 1.4 0.2 0.3 0.625 0.215 y* 0.55 es el valor de una temperatura de 73.6 1.25 0. x 0.53 1/(y*-x) 3.8 0.1 0.17460317 . 448 3.5149 0. L/L0 2 1.05 0.57 -0.0.132 0.462 0.2 1 0.16455696 x vs.5149 A=∆x(y1-y2)/2 A2= 0.07692308 3.185 0.45 ancho 0.6 L/L0 CURVA TEORICA 1.512 0.4 1.505 0.19=0.15 0.12 X residuo 0.8 0 PUNTO EXPERIMENTAL.38 y2= 1.120482 A=∆x(y1-y2)/2 A1=0.8 1.158 0.25 0.0961 .74 y1 = 4.1 0.05810398 3.35 Composicion (x) Utilizando el método de los trapecios se realizan los mismos cálculos que son determinar el área bajo la curva que es la relación de L/Lo.2 0.74 y2=1.88-0.0961 L/Lo 0.57=0. INICIAL" PUNTO EXPERIMENTAL "FINAL" 0.3 0.28947368 3.31 y1= 1.421687 0. ancho 0.18 0. 25 0.14 12 10 (1/(x-y*)) 8 6 4 2 0 0 0. La recuperación del componente más volátil seria la del vapor ya que este tiene una gran cantidad de concentración con respecto al líquido. realizando un procedimiento inverso a la de adicionar un TÚ para provocar la destilación.1 0.05 ECUACION DE RALEYGH 0.15 0.35 Composicion (x) Para los datos teóricos Para la aplicación donde se supone que se desea obtener un producto destilado con una composición xD en fracción mol del componente mas volátil. Seria graficar L/Lo vs IR. extrapolando se puede conocer un valor de L/Lo y por la relación 1-L/Lo se puede saber la fracción a destilar.2 0. Y pregunta: ¿Cuál sería la fracción que se requiere destilar 1-L/Lo para obtener el producto? ¿Cuál sería la recuperación del componente más volátil? Y el procedimiento a seguir para obtener una mayor recuperación. El procedimiento consistiría en hacer que el vapor nuevamente pasara de vapor saturado a liquido saturado. .3 0. BIBLIOGRAFÍA: Treybal Robert “Operaciones de transferencia de masa” Ed. de composición. A partir de los datos experimentales se puede observar que para una destilación en la torre respecto a nivel vidrio es más exacta. Se logró obtener los perfiles de temperatura. ya que es más fácil calcular las fracciones. Diagrama de composición a 560 mm de Hg.CONCLUSIÓN: Son aplicables casi en su totalidad los conceptos de equilibrio de fases liquido-vapor y destilación por lotes. Mac Graw Hill . el diagrama Tx-y. los gráficos de x vs L/L0 teóricos y experimentales para así utilizar la ecuación de Rayleigh.