1. BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA EN DESTILACIÓN

1.1. MATERIALES Y EQUIPOS

1.1.1. Insumos

Etanol y Agua Destilada (mezcla binaria)

1.1.2. Materiales de vidrio

Alcoholimetro según gay Lussac – Cartier

Vasos de 500 mL, 1000 mL, 5000 mL.

Pipetas de 1, 2, 5, 10 mL

Probetas marca Pirex de 100 mL

1.1.3. Equipos

Refractómetro digital 300031, marca SPER SCIENTIFIC, con rango de

detección 1.3330 – 1.3900 nD.

Unidad de Destilación Continúa Automatizada mod. UDCA/EV.

Unidad de Destilación Continúa

1.2. METODOS DE ANALISIS

1.2.1. Determinación de sólidos solubles.

1.2.2. Determinación del Índice de Refracción.

1.2.3. Determinación de alcohol por aerometría

1.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1.3.1.1. Preparación de la mezcla etanol – agua

Volumen: 5000 mL. a 15º GL : 750 mL de Etanol y 4250 mL de agua

destilada. Esta mezcla se homogeniza agitando con una varilla de vidrio.

1.3.1.2. Adición de la Mezcla Etanol - Agua al Destilador

La mezcla se adiciona al equipo de destilación llenando el calderín C1 y el

tanque D1, el calderín se llena hasta que comienza a salir mezcla

hidroalcoholica por el tanque de cola D3.

1.3.1.3. Programación de los Parámetros de Trabajo.

La unidad de destilación continua trabaja con un computador donde se

regulan los parámetros de trabajo como son Presión de vacío, Razón de

reflujo, Caudal de alimentación, Potencia de la resistencia del calderin

y caudal de agua de enfriamiento.

Programación de los parámetros de trabajo

1.3.1.4. Destilación

Para dar inicio a la destilación previamente se conecta al equipo el

compresor, que proporcionara aire para el funcionamiento de las

bombas electroneumáticas (para el vacío y para la entrada de agua de

enfriamiento del condensador).

Luego se enciende el equipo de destilación y se tiene en cuenta la

presión de trabajo.

CALCULOS DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA DURANTE LA

DESTILACIÓN EN FLUJO CONTINUO DE MEZCLA ETANOL-AGUA

CÁLCULO DE BALANCE DE MATERIA

Considerando:

Siendo las densidades según (Perry y Chilton 1986) de :

A de 0.979 gr/ml,

B de 0.985gr/ml

D de 0.869 gr/ml

Entonces A = 5000ml = 4895 gr, B = 1950 ml = 1920.75 gr y D = 550ml = 477.95 gr.

DestilaciónA Mezcla inicial

Etanol = 15% (v/v) = 12.1%(p/p)

Agua = 85% (v/v) = 87.9%(p/p)

B Cola

Etanol = 10.1% (v/v) = 8.1%(p/p)

Agua = 89.9% (v/v) = 91.9%(p/p)

D Destilado

Etanol = 76.4% (v/v) = 69.4%(p/p)

Agua = 23.6% (v/v) = 30.6%(p/p) C Calderín

Etanol = x% (v/v) = x %(p/p)

Agua = x % (v/v) = x %(p/p)

Entonces haciendo balance de alcohol tenemos:

A = B + C + D ……………………………………(1)

0.121A = 0.081B + xECP C + 0.694D ………...…………………………(2)

Luego reemplazando valores másicos A, B y D en (1), se obtiene:

C = 2496.30 gr ………………………………………………………(3)

Reemplazamos (3) y demás valores másicos de A, B y D en (2), se obtiene que:

xOH = 0.042 = 4.2 %(p/p) en calderín

xH20 = 0.958 = 95.8 %(p/p) en calderín

Correspondiendo para esa concentración en peso una concentración en volumen de 5.3% y

una densidad de 0.991 gr/ml (Perry y Chilton 1986) para C. Entonces:

C = 2518 ml

xOH = 5.3 %(v/v)

xH20 = 94.7 %(v/v)

CÁLCULO DE BALANCE DE ENERGÍA

Considerando:

Calor otorgado por resistencia de calderín durante proceso (QR)

Potencia de resistencia al 100% (R)= 1600 W

Porcentaje de potencia que usa resistencia de calderín (XR ) = 40%=0.4

Tiempo de operación de resistencia (tR) = 80 minutos = 4800 segundos

Entonces:

QR = R . XR . tR /1000 en KJ

QR = 3072 KJ = 734.22 KCal

Destilador

Calor cedido por

resistencia en calderín

QR

Calor perdido por

paredes de destilador

QP

QC

Calor absorbido por

condensador

QS

Calor necesario para

separar componentes

Calor absorbido por condensador durante proceso (Qc)

Basados en:

Donde:

mi : Masa de agua que paso por el condensador en el i-esimo minuto

Cagua : Capacidad calorífica del agua = 1 Cal/gr °C

dTi : Diferencia de temperatura del agua de salida y entrada del

condensador en el i-esimo minuto

Cuadro : Datos registrados y calor absorbido por condensador durante destilación

Tiempo de flujo de agua (min)

Temperatura del agua a la

entrada To

Temperatura del agua a la

salida T1

Diferencia de

temperatura del agua T1-To

Agua (kg) que a

circuladom

Agua (kg) que a

circulado por minuto

m/Ɵ

Kilocalorías absorbidas por minuto

Qc/min

0 22.8 25.2 2.4 0.001 27.4 29.6 2.2 1.67 1.67 3.672 28.3 30.4 2.1 3.33 1.67 3.503 28.3 30.7 2.4 5.00 1.67 4.004 28.1 30.3 2.2 6.58 1.58 3.485 28 29.8 1.8 8.16 1.58 2.846 28 29.7 1.7 9.74 1.58 2.697 27.9 29.7 1.8 11.32 1.58 2.848 27.7 29.5 1.8 12.90 1.58 2.849 27.2 29.2 2.0 14.48 1.58 3.1610 27.2 29.2 2.0 16.06 1.58 3.1611 27.2 29.2 2.0 17.64 1.58 3.1612 27.2 29.2 2.0 19.22 1.58 3.1613 26.5 28.6 2.1 20.80 1.58 3.3214 25.8 27.9 2.1 22.38 1.58 3.3215 25 27.1 2.1 23.96 1.58 3.3216 23.8 26 2.2 25.54 1.58 3.4817 22.9 25.3 2.4 27.12 1.58 3.7918 22.2 24.7 2.5 28.70 1.58 3.9519 22 24.3 2.3 30.28 1.58 3.6320 22 24.3 2.3 31.86 1.58 3.6321 22 24.3 2.3 33.44 1.58 3.6322 22 24.3 2.3 35.02 1.58 3.6323 21.7 24.2 2.5 36.60 1.58 3.9524 21.6 24 2.4 38.18 1.58 3.7925 21.5 23.8 2.3 39.76 1.58 3.6326 21.4 23.7 2.3 41.34 1.58 3.6327 21.2 23.7 2.5 42.92 1.58 3.9528 21.1 23.7 2.6 44.50 1.58 4.1129 21 23.6 2.6 46.08 1.58 4.1120 21 23.6 2.6 47.66 1.58 4.1121 21 23.6 2.6 49.24 1.58 4.1122 21 23.6 2.6 50.82 1.58 4.1123 21.1 23.6 2.5 52.40 1.58 3.95

24 21 23.5 2.5 53.98 1.58 3.9525 21 23.6 2.6 55.56 1.58 4.1126 20.9 23.5 2.6 57.14 1.58 4.1127 20.9 23.5 2.6 58.72 1.58 4.1128 20.9 23.5 2.6 60.30 1.58 4.1129 20.9 23.5 2.6 61.88 1.58 4.1130 20.9 23.5 2.6 63.46 1.58 4.1131 20.9 23.5 2.6 65.04 1.58 4.1132 20.9 23.5 2.6 66.62 1.58 4.1133 20.8 23.5 2.7 68.20 1.58 4.2734 20.9 23.5 2.6 69.78 1.58 4.1135 20.8 23.4 2.6 71.36 1.58 4.1136 20.8 23.4 2.6 72.94 1.58 4.1137 20.7 23.4 2.7 74.52 1.58 4.2738 20.7 23.4 2.7 76.10 1.58 4.2739 20.7 23.4 2.7 77.68 1.58 4.2740 20.7 23.4 2.7 79.26 1.58 4.2741 20.7 23.4 2.7 80.84 1.58 4.2742 20.7 23.4 2.7 82.42 1.58 4.2743 20.7 23.4 2.7 84.00 1.58 4.2744 20.7 23.2 2.5 85.86 1.86 4.6545 20.7 24.1 3.4 87.72 1.86 6.3246 20.7 24.1 3.4 89.58 1.86 6.3247 20.7 24.2 3.5 91.44 1.86 6.5148 20.7 24.2 3.5 93.30 1.86 6.5149 20.7 24.2 3.5 95.16 1.86 6.5150 20.7 24.2 3.5 97.00 1.84 6.4451 20.6 24.1 3.5 98.43 1.43 5.0152 20.6 23.1 2.5 99.86 1.43 3.5853 20.6 21.9 1.3 101.29 1.43 1.8654 20.5 21.4 0.9 102.72 1.43 1.2955 20.5 21.4 0.9 104.15 1.43 1.2956 20.5 21.4 0.9 105.58 1.43 1.2957 20.5 21.1 0.6 107.00 1.42 0.85

Calor total absorbido por condensador en proceso (Kcal) 259.34

Calor requerido para separación de componentes en la destilación (QS)

Sabiendo que:

QS = mdCd(T-Tr) + mcCc(T-Tr) + mqCc(T-Tr) - miCi(T-Tr)

Donde:

T : Temperatura en condiciones normales

Tr : Temperatura de referencia

md : Masa de destilado

mc : Masa de cola

mq : Masa de calderín

mi : Masa de mezcla inicial

Cd : Capacidad calorífica en CN de masa de destilado

Cc : Capacidad calorífica en CN de masa de cola

Cq : Capacidad calorífica en CN de masa de calderín

Ci : Capacidad calorífica en CN de masa de mezcla inicial

Siendo:

T = 20 °C

Tr = 0 °C

md = 477.95 gr

mc = 1920.75 gr

mq = 2496.30 gr

mi = 4895 gr

Cd = 0.80 Cal / gr °C

Cc = 1.02 Cal / gr °C

Cq = 1.02 Cal / gr °C

Ci = 1.03 Cal / gr °C

Por lo tanto:

QS = 3.08 Kcal

Calor perdido por paredes de destilador durante proceso

Si:

QP = QR - (QC + QS)

Entonces:

QP = 471.8 KCal