“DESTILACION DE UNA MEZCLA DE ETANOL

Universidad
Autónoma de
Chihuahua
Facultad de
Ciencias Químicas
“DESTILACION
DE UNA MEZCLA
DE ETANOLAGUA AL 50%
FRACCION MOL”
PRACTICA DE LABORATORIO
Karen Lizeth Morales López 245484
Karelhy Bonilla Chaparro 235888
Luisa Jennifer Mendoza Cruz 245428
Elizabeth Barraza Ontiveros 236992
Laura Karen Casavantes Javalera 245410
Rubí Larissa Duran Alarcón 244534
Hilda Guadalupe Sosa Miranda 245420
RESUMEN
Esta práctica comenzó por hacerse unas curvas de calibración de lo que fue la
destilación fraccionada del etanol y agua para obtener la concentración deseada
de ambas soluciones, después se pasó a realizar la concentración del 50% en
esta curva de calibración. Una vez obtenida la concentración deseada se utilizó el
destilador fraccionado (ARMFIELD) tomando así cada 10 minutos durante 2 horas
diferentes alícuotas del producto obtenido de la destilación tanto de la cola como
de la cabeza. Se continuó con el registro de tales alícuotas para tomar el índice de
refracción en el refractómetro Carl Zeissy anotando los grados brix de cada
muestra, para de ahí sacar un estándar. Por último se concluyó que la temperatura
varió y la concentración aumento y llego a su estabilización durante un largo lapso
de tiempo por lo cual su punto de ebullición fue de 80 °C los resultados que
obtuvimos en las diferentes corridas con un reflujo diferente fue que el índice de
refracción en el producto de la cabeza aumentaba obteniendo como resultado
1.355 para el reflujo de 2:1 y 1:368 para el reflujo de 4:1.
INTRODUCCIÓN
La operación unitaria de destilación es un método que se usa para separar los
componentes de una solución líquida, el cual depende de la distribución de estos
componentes entre una fase de vapor y una fase líquida. Ambos componentes
están presentes en las dos fases. La fase de vapor se origina de la fase líquida por
vaporización en el punto de ebullición.
El requisito básico para separar los componentes por destilación consiste en que
la composición del vapor sea diferente de la composición del líquido con el cual
está en equilibrio en el punto de ebullición de este último. La destilación se basa
en soluciones en las que todos los componentes son bastante volátiles, como
soluciones amoniaco-agua o etanol-agua, en las que ambos componentes
también están en fase de vapor. Sin embargo, al evaporar una solución de sal y
agua, se vaporiza el agua pero la sal no. El proceso de absorción difiere de la
destilación en cuanto a que uno de los componentes de la absorción es
esencialmente insoluble en la fase líquida.
La rectificación (fraccionada) o destilación por etapas con reflujo se puede
considerar desde un punto de vista simplificado como un proceso en el cual se
lleva a cabo una serie de etapas de vaporización instantánea, de manera que los
productos gaseosos y líquidos de cada etapa fluyen a contracorriente. El líquido
de una etapa se conduce o fluye a la etapa inferior y el vapor de una etapa fluye
hacia arriba, a la etapa superior. Por consiguiente, en cada etapa entra una
corriente de vapor
Y una corriente líquida L, que se mezclan y alcanzan su equilibrio, y de dicha
etapa sale una corriente de vapor y una corriente de líquido en equilibrio.
En la destilación fraccionada se coloca la mezcla en un balón de vidrio. Al ser
calentada, la sustancia de menor punto de ebullición se evaporará primero, y parte
de la otra sustancia se evapora también, la primera sustancia se enfría y se
condensa de nuevo en el frasco. Este líquido es calentado luego gradualmente por
los otros vapores ascendentes hasta ser vaporizado de nuevo. Sin embargo, la
composición de este nuevo vapor no es la misma que en el vapor inicial es más
concentrada
en
el
componente
más
volátil.
Debido
a
las
sucesivas
condensaciones y evaporaciones que sufre la sustancia más volátil, al alcanzar el
condensador ésta se condensará primero casi totalmente.
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.
METODOLOGÍA
Para dar inicio a la práctica fue necesario la preparación de una curva de
calibración para las diferentes soluciones de etanol en agua, las concentraciones
utilizadas fueron (0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, utilizando el refractómetro (CARL
ZEISS) el cual midió en índice de refracción. Una vez calibradas las soluciones se
procedió a preparar la solución a destilar haciendo los cálculos necesarios para
obtener las concentraciones necesarias cuyas fueron las siguientes: 50% etanol, y
50 % agua. Una vez preparada la solución se introdujo en el calderín con el apoyo
de un embudo. Se fue incrementando la potencia (Kw) lentamente operando la
consola de control lo cual aumento la temperatura de la solución. Esto se hizo
hasta que se comenzó
a observar la generación de vapor y la formación de
condensado del producto de cabeza en el recipiente de colección. Posteriormente
se enciende la bomba de reflujo y se operara a una relación de reflujo 1:1. Una
vez alcanzadas las condiciones de operación estables en la columna de
destilación, se tomaron muestras del producto de cabeza y cola cada 10 min
hasta acumular 5 lecturas (50 min). Posteriormente se incrementó la temperatura
2ºC hasta alcanzar condiciones estables y repetir el paso anterior. Finalmente se
incrementó de nuevo la temperatura en el calderín de nuevo 2ºC y se volvieron a
tomar muestras como se describe en la parte superior.
RESULTADOS
Temperatura
del 2:1 85°, 4:1 80°
Calderín:
Composición del producto de cabeza (XD)
Tiempo I: 1.361
Tiempo II:1.354
Tiempo III: 1.353
Tiempo IV: 1.354
Tiempo V: 1.353
Composición del producto de cola (XB)
Tiempo I: 1.326
Tiempo II: 1.33
Tiempo III:1.358
Tiempo IV:1.329
Tiempo V:1.333
Temperatura en la parte 75°
superior de la columna:
Temperatura en la parte 75°
inferior de la columna:
Temperatura promedio 75°
de
operación
de
columna:
Tabla 1 Datos de concentración y refracción inicial
1.365
0
0.2666
0.5384
0.813
1.0864
1.357
Concentración refracción
0
1.328
0.2
1.333
0.4
1.346
0.6
1.355
0.8
1.358
1
1.357
y = 0.0327x + 1.3298
R² = 0.8931
1.36
Indice de refracción
Concentración
1.355
1.35
1.345
Series1
1.34
Lineal (Series1)
1.335
1.33
1.325
0
0.5
1
Concentración del etanol
1.5
tiempo cada
10 min
cabeza
10
20
30
40
50
cola
1.333
1.35
1.354
1.355
1.355
1.326
1.33
1.33
1.329
1.333
tiempo cada 10 min cabeza
cola
10
1.362
1.332
20
1.362
1.336
30
1.368
1.335
40
1.368
1.336
50
1.368
1.335
1.375
1.37
1.365
1.36
1.355
Series1
1.35
Series2
1.345
1.34
1.335
1.33
0
10
20
30
40
50
60
DISCUSIÓN
Como se puede observar en las tablas 2 y 3 ahí se muestran los resultados de las
tomas de muestra a determinados tiempos, como era de esperarse la
concentración en la cabeza fue aumentando en la tabla 2 que corresponde a la
corrida 2:1, en la segunda corrida en donde manejamos una concentración de 4:1
se aumentó más la concentración de etanol en la cabeza la tabla correspondiente
a la segunda corrida es la tabla 3.
Los resultados que se obtuvieron muestran el interés principal de la practica la
cual era aumentar la concentración de etanol en la cabeza y la disminución del
mismo en la cola, cabe mencionar que la temperatura es un factor importante en la
destilación pues de ella depende el proceso directamente y tuvimos dificultades
para mantenerla estable pues en ocasiones aumentaba demasiado ya que el agua
de enfriamiento no estaba siendo bombeada adecuadamente, cabe también
recalcar que cuando se cambió la relación del reflujo de 2:1 a 4:1 la concentración
aumento lo cual puede ser tomado en cuenta para trabajos futuros.
CONCLUSIÓN
El índice de refracción está determinado por la concentración de alcohol destilado,
por lo que si la solución entra en la alimentación a una temperatura de ebullición,
los valores serán bajos comparados a los valores obtenidos, esto debido a que
parte del alcohol se está evaporando y no se está concentrando. Po el contrario, si
la solución entra a una temperatura por debajo del punto de ebullición, los valores
para los íncides de refracción con el tiempo van aumentando. Por lo tanto la
eficiencia de un destilador se verá reflejada dependiendo de las temperaturas que
se manejen tanto en el calderín como durante todo el proceso de la destilación.
Aunados a las relaciones de reflujo que se programen.
BIBLIOGRAFIA
[1] Geankoplis, C.K, Proceso de Transportes y Operaciones Unitarias, Continental
S.A de C.V México, 1998, p 716-722