“DESTILACION SIMPLE RALEIGH” - PRACTICA COMPLETA

Subsecretaría de Educación Superior
Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico de Orizaba
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA
CARRERA:
INGENIERÍA QUÍMICA
ASIGNATURA:
LABORATORIO INTEGRAL III
CLAVE:
8c2C
“DESTILACION SIMPLE RALEIGH”
PRESENTAN:
GARCIA VALERO ESTHER_17010578
SOLIS ÁLVAREZ NICOLE_17010657
VAZQUEZ LARA DIANA ALONDRA_17010665
VAZQUEZ MOLINA ABIGAIL_17010666
VELÁZQUEZ BALDERAS MARÍA GUADALUPE_15010673
DOCENTE:
JOSÉ ANTONIO GUEVARA RAZO
FECHA:
22 DE MAYO DE 2021
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Instituto Tecnológico de Orizaba
DESTILACION SIMPLE DE RALEIGH
INTRODUCCIÓN
La destilación batch o discontinua es quizás la más antigua operación utilizada para
la separación de mezclas líquidas. Los más antiguos antecedentes sobre su uso
provienen de Alejandría, Egipto en el primer Siglo de nuestra Era. En el onceavo
siglo en el norte de Italia ya se le utilizaba para la producción de bebidas alcohólicas.
En 1597 Libavius describió un equipo de destilación discontinua utilizado para
destilar alcohol en su libro “The Alchemy of Andres Libavius”. Por siglos y aún hoy
día, ha sido ampliamente utilizada para la producción de productos químicos finos
y productos especializados como las bebidas alcohólicas, aceites esenciales,
perfumes y productos derivados del petróleo. Es una importante operación unitaria
frecuentemente utilizada en procesos por lotes para la producción a escala reducida
y en los laboratorios. En la mayor parte de los casos el objetivo de la destilación
discontinua es recuperar el componente más volátil de una mezcla alimentada con
un alto grado de pureza, dejando a los componentes más pesados en el rehervidor.
MARCO TEORICO
La destilación batch o discontinua es preferida cuando:
• Se requiera separar pequeñas mezclas;
• Exista mucha variabilidad en la composición de la carga inicial a separar;
• Las especificaciones del producto cambian durante el tiempo de operación;
• Se requiere alta pureza de un determinado compuesto;
• El seguimiento de la producción de un determinado producto es lo más importante;
• La carga alimentada tiene sólidos, esto es partículas muy pequeñas en la solución
cargada al rehervidor. Las siguientes son las ventajas que presenta utilizar la
destilación discontinua:
• Es muy flexible para adaptarse a diferentes cargas y composiciones de la
alimentación;
• Implementación precisa de una receta bajo mecanismos de control y/o
seguimiento del proceso; • Se separan varios componentes usando una sola
columna;
• Requiere menos capital que otros procesos que efectúen la misma separación
requerida.
La destilación simple también llamada destilación diferencial o destilación de una
sola etapa es el caso más simple de la destilación discontinua y fue estudiada por
Lord Rayleigh en 1902. Como se muestra en la figura Nº 1 consiste de un rehervidor,
un condensador y un tanque para colectar el destilado obtenido. Se carga un lote
de una mezcla líquida con dos o más componentes a separar, en el rehervidor, el
cual está equipado con un dispositivo de calentamiento. La carga líquida se hierve
lentamente y los vapores formados se descargan en un condensador tan pronto
como se forman, luego el condensado llamado destilado se almacena en el tanque
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colector. La primera porción del condensando o destilado estará
enriquecido del componente más volátil de la mezcla líquida inicial y conforme
continúa la destilación el destilado se va empobreciendo del componente más
volátil.
Figura N. ª 1. Destilación discontinua simple.
El destilado se puede recolectar en varios lotes separados, llamados fracciones,
obteniéndose una serie de productos destilados de diferente pureza. En cambio, en
el rehervidor se quedarán los componentes menos volátiles de la mezcla inicial. Si,
por ejemplo, se tiene una mezcla ternaria que contiene una pequeña cantidad del
componente más volátil A, un segundo componente B de volatilidad intermedia y un
tercer componente C de baja volatilidad y en pequeña cantidad. Se formará una
primera fracción, que será pequeña, pero que contendrá la mayor parte del
componente más volátil A, una segunda fracción contendrá la mayor parte del
componente B, pero con algo de A y C y en el rehervidor quedará un residuo con la
mayor parte del componente C, el menos volátil. El equipo utilizado para la
destilación discontinua simple es en realidad una réplica a gran escala del equipo
de destilación ordinario de laboratorio. El balón ha sido reemplazado por el
rehervidor y se utiliza como condensador el refrigerante de laboratorio, así como un
matraz para recolectar el destilado como se puede ver en la figura N.º 2
Ecuación de Rayleigh El vapor que se desprende en una destilación diferencial
verdadera está en cualquier momento en equilibrio con el líquido del cual se forma,
pero cambia continuamente de composición. Por lo tanto, la aproximación
matemática debe ser diferencial. El análisis matemático de un proceso de
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destilación por carga simple, se puede representar a través de la ecuación
de Rayleigh, la cual es válida bajo las siguientes suposiciones:
• La fase líquida y la fase de vapor se encuentran en equilibrio.
• No hay reflujo.
• No hay retención de líquido en la columna. La operación se inicia introduciendo en
el destilador (figura 1) una carga de Wo moles de componentes A y B con una
composición xWo fracción mol de A. En un momento dado, habrá Wf moles de
líquido remanentes en el destilador con una composición xWf y la composición del
vapor que se desprende en equilibrio es y. Se ha vaporizado entonces una cantidad
diferencial dW.
Figura 1. Destilador por carga
La composición del recipiente varía con el tiempo. Para determinar la ecuación de
este proceso, se supone que se vaporiza una cantidad pequeña dW. La
composición del líquido varía de x a (x – dx) y la cantidad de líquido de W a (W –
dW). Se hace un balance de materiales con respecto al componente más volátil,
donde: la cantidad original = cantidad remanente en el líquido + cantidad de vapor.
Debido a que no se considere retención en la columna el término dx*dW se
desprecia. Reordenando la ecuación anterior:
Donde: Wo son los moles originales cargados, Wf son los moles remanentes en el
destilador, xo es la composición original y xf es la composición final del líquido. La
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integración de la ecuación 4 se puede llevar a cabo por medios gráficos,
graficando (1/y-x) en función de xW (figura 2) y determinando el área bajo la curva
entre xWo y xWf. La curva de equilibrio proporciona la relación entre y y x. A la
ecuación 4 se le llama ecuación de Rayleigh.
DESTILACION SIMPLE DE RALEIGH
Destilación que significa la separación de un componente volátil de una mezcla
de otros componentes volátiles o no utilizando el punto de ebullición
Diferencia entre destilación simple y fraccionada es relativamente sencillo,
ejemplo: simple un punto de ebullición del líquido más volátil y tire del punto de
ebullición de los otros componentes en al menos 80 grados diferencia de la
fraccionada que éste contiene sustancias volátiles de diferentes puntos de
ebullición
con una diferencia entre ellos menor a 80 grados sentidos, otra diferencia es
que la espiración simple (no necesita una columna de fraccionamiento) debido
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a que aquí sólo se obtiene un componente y la fraccionada si se
necesita una columna de fraccionamiento, porque aquí se tiene más de un
componente como decía el resultado es un solo producto de simple y en el
segundo se para diferentes compuestos líquidos en la fraccionada, la simple la
diferencia de puntos de ebullición es demasiada grande a diferencia de la
fraccionada la diferencia de puntos de ebullición es demasiada pequeña, y ahora
se determina con un ejemplo de distracción simple en la producción de alcohol
neutro para posterior elaboración de diferentes bebidas alcohólicas y la
fraccionada más claro y el más conocido de todos en la refinación del petróleo
al separar los diversos hidrocarburos y derivados del petróleo en cada uno de
los platos.
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CUESTIONARIO DESTILACIÓN
1. ¿CUÁL SERÍA EL CRITERIO PARA SELECCIONAR LA DESTILACIÓN COMO
MÉTODO DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS?
Los métodos de separación se basan en las diferencias entre las propiedades
físicas de los componentes de una mezcla, tales como: Punto de Ebullición
Densidad, Presión de Vapor, Punto de Fusión, Solubilidad, etc.
Primero hay que saber que es una mezcla: es la agregación de sustancias
sin interacción química entre ellas. Las propiedades de las mezclas varían según su
composición y pueden depender del método o la manera de preparación de las
mismas. Los componentes individuales en una `mezcla heterogénea' están
físicamente separados y pueden observarse como tales. Estos componentes se
pueden recuperar por procedimientos físicos, como la filtración, la decantación o la
separación magnética.
En una `mezcla homogénea' o disolución el aspecto y la composición son uniformes
en todas las partes de la misma. El componente que está en mayor proporción y
que generalmente es líquido se denomina disolvente, y el que está en menor
proporción soluto. Las disoluciones pueden ser sólidas y gaseosas, pero la mayoría
de ellas son líquidas. Para separar los componentes de una disolución se utilizan
técnicas como la cromatografía, la destilación o la cristalización fraccionada.
2. ¿CUÁLES SON LOS TIPOS DE DESTILACIÓN QUE EXISTEN? CITE LAS
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE CADA UNA DE ELLAS
La destilación puede ocurrir de distintas formas:
Destilación simple.
La más elemental consiste en hervir la mezcla hasta separar los distintos
componentes. Es un método de separación efectivo cuando los puntos de ebullición
de los componentes de la mezcla difieren mucho, (lo ideal es que tengan una
diferencia de al menos 25°C, de lo contrario, no garantiza la pureza total de la
sustancia destilada).
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Destilación fraccionada. Se realiza mediante una columna de fraccionamiento,
que está formada por diferentes placas en las que se produce sucesivamente la
vaporización y la condensación, garantizando una mayor pureza en los
componentes separados.
Destilación al vacío. Disminuyendo la presión hasta generar vacío, se cataliza el
proceso para reducir el punto de ebullición de los componentes, pues algunos tienen
puntos de ebullición muy altos que pueden ser reducidos cuando se disminuye
mucho la presión y lograr, de esta forma, acelerar el proceso de destilación.
Destilación azeotrópica. Es la destilación necesaria para romper un azeótropo, o
sea, una mezcla cuyas sustancias se comportan como una sola, incluso
compartiendo el punto de ebullición, por lo que no se pueden separar por destilación
simple o fraccionada. Para separar una mezcla azeotrópica es necesario modificar
las condiciones de la mezcla, por ejemplo, añadiendo algún componente separador.
Destilación por arrastre de vapor. Los componentes volátiles y no volátiles de una
mezcla se separan mediante la inyección directa de vapor de agua.
Destilación seca. Consiste en calentar materiales sólidos sin presencia
de solventes líquidos, obtener gases y luego condensarlos en otro recipiente.
Destilación mejorada. Llamada también destilación alterna o reactiva, se adapta a
los casos específicos de mezclas difíciles de separar o que tienen un mismo punto
de ebullición.
3. ¿QUÉ FINALIDAD TIENE QUE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN SE
UTILICE RELLENO?
En las columnas de relleno la transferencia de materia se hace de forma
continuada. Estas columnas también son llamadas columnas empaquetadas. La
torre de relleno más común es la que consiste en una carcasa cilíndrica que
contiene el material inerte en su interior. Este material inerte es el que recibe el
nombre de relleno. El objetivo principal del relleno es proporcionar una superficie de
contacto más amplia entre el vapor y el líquido extractor, de esta manera aumenta
su turbulencia y por tanto, mejora su eficacia.
4. MENCIONA LOS PRINCIPALES RELLENOS QUE SE UTILIZAN EN UNA
COLUMNA DE SEPARACIÓN O DESTILACIÓN.
Hay rellenos de muchas formas y dimensiones diferentes. Se pueden situar de
forma ordenada, si el volumen del relleno es grande (5-20cm) o desordenada si el
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volumen del relleno es pequeño (5-50mm). Lo que suelen utilizar son los
anillos Rasching mayores de 5-8cm de diámetro y se sitúan de forma ordenada. A
medida que aumenta el tamaño del relleno, la eficacia de la transferencia de
materia, va disminuyendo y por tanto aumentan las pérdidas de carga. En
conclusión, para poder determinar cuál es el tamaño óptimo del relleno se deben
tener en cuenta dos factores:
- La selección del material del relleno.
- La ordenación del material inerte, relleno.
5. ¿CÓMO PODRÍA MANTENERSE UN ALTO VALOR DE GRADO ALCOHÓLICO
AL UTILIZAR UN EQUIPO DESTILADOR?
6. ¿CUÁL ES LA PRINCIPAL DIFERENCIA ENTRE LA DESTILACIÓN
FRACCIONADA Y LA DESTILACIÓN FLASH?
La Destilación Fraccionada es un proceso físico utilizado en química para separar
mezclas (generalmente homogéneas) de líquidos mediante el calor, y con un amplio
intercambio calorífico y másico entre vapores y líquidos. Se emplea cuando es
necesario separar soluciones de sustancias con puntos de ebullición distintos pero
cercanos. Una de las fuentes más importantes de materias primas es el petróleo,
procesado en grandes cantidades en las refinerías.
La destilación flash es un proceso de destilación que ocurre de manera instantánea
o súbita. Ocurre cuando una mezcla multicomponente o binaria en equilibrio
termodinámico líquido-vapor, experimenta una expansión o disminución de la
presión o un cambio en la temperatura de operación.
7. ¿QUÉ MÉTODOS UTILIZARÍA SI SE DESEARA CONOCER LA PRESIÓN EN
LA CUAL DESTILA UNA MEZCLA ALCOHOL-AGUA? CITE 3 MÉTODOS Y
DETÁLLELOS.
8. ¿QUÉ MÉTODO UTILIZARÍA PARA OBTENER UN ALCOHOL CON PUREZA
DEL 100 POR CIENTO? DETALLE TODO EL PROCESO.
La destilación azeotrópica es cualquiera de una gama de técnicas utilizadas para
romper un azeótropo en la destilación. En ingeniería química, la destilación
azeotrópica generalmente se refiere a la técnica específica de agregar otro
componente para generar un nuevo azeótropo de bajo punto de ebullición que es
heterogéneo (p. Ej., produce dos fases líquidas inmiscibles), como el siguiente
ejemplo con la adición de benceno al agua y etanol.
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9. ¿CUÁNDO PODRÍA DECIRSE QUE SE HA ALCANZADO EL
EQUILIBRIO TERMODINÁMICO EN UNA COLUMNA DE PLATOS?
El funcionamiento de toda columna de destilación se basa en que existe un vapor
que asciende por la columna el cual se encuentra con un líquido que desciende,
entonces se produce una transferencia de materia y energía en cada etapa (bien
sea un plato o una porción de relleno). Aunque la alimentación sea un líquido
subenfriado, el vapor aparece como consecuencia del hervidor situado en la parte
inferior de la columna, hay que tener en cuenta que los únicos aportes de calor a lo
largo de la columna se realizan en el hervidor y en el condensador.
El vapor, a medida que se aproxima a la parte superior de la columna, se enriquece
en los componentes volátiles de la mezcla, mientras que el líquido que circula en
contracorriente arrastra los componentes más pesados.
Las corrientes que salen de cada etapa se encuentran en equilibrio, pero las que
entran no lo están. Las corrientes de líquido están en sus puntos de burbuja y las
corrientes de vapor en sus puntos de rocío, por tanto, se produce un intercambio
calorífico entre ambas corrientes.
Para determinar las composiciones de cada corriente se pueden usar diagramas
semejantes al que se muestra:
10. ¿CUÁL ES EL NÚMERO MÁXIMO DE ETAPAS TEÓRICAS QUE PUEDE
TENER UNA COLUMNA? ¿POR QUÉ?
Para poder determinar la eficacia se debe tener en cuenta las siguientes funciones:
- Diseño de los platos.
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- Propiedades del fluido.
- Modelo de flujo.
Si los platos están bien diseñados y la velocidad del flujo esta aproximada al límite
de la capacidad entonces la eficacia depende principalmente de las propiedades
físicas de los fluidos.
Se suelen seguir los siguientes métodos para estimar la eficacia de una determinada
columna:
- Por comparación de datos con otras columnas que se encuentren en operaciones
en plantas industriales que contengan los mismos sistemas o que sean similares.
- Utilizando modelos empíricos obtenidos a partir de los datos obtenidos.
- Utilizando modelos semi teóricos basados en la transferencia de materia y de calor.
Por lo tanto, la eficacia se puede definir como la aproximación fraccionaria etapa en
el equilibrio que se obtiene con un plato real.
BIBLIOGRAFIA
 https://repository.uamerica.edu.co/bitstream/20.500.11839/7735/1/61218772018-1-IQ.pdf
 https://www.monografias.com/trabajos109/metodoseparacionmezclas/metodo-separacionmezclas.shtml
 https://concepto.de/destilacion/
 https://laboratoriodeunitarias.files.wordpress.com/2013/07/prc3a1ctica_3des
tilacion-por-carga-3_2012.pdf
 4975-Texto del artículo-16903-1-10-20140312 (2).pdf