instituto politÉcnico nacional · 2017. 3. 27. · i.10 destilación simple en un destilador...
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
“DISEÑO DE UN SISTEMA INFORMÁTICO PARA SIMULAR LA OPERACIÓN DE UN DESTILADOR DIFERENCIAL”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL
P R E S E N T A
GUSTAVO ALFARO FLORES
DIRECTORA DE LA TESIS: M. EN C. NORA A. TAFOYA MEDINA
MEXICO D.F. MAYO 2016
AGRADECIMIENTOS:
Agradecimientos AL INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL, a la ESCUELA SUPERIOR
DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS y a mis PROFESORES.
A mi alma mater al INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL por enseñarme a ver más allá y a
pensar distinto, a hacer libre y cuestionarlo todo, sabiendo con certeza que es necesario
llevar la educación técnica y científica a quien la necesite.
A la ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS por
enseñarme otros mundos y formarme científica y técnicamente.
A mis PROFESORES por compartir sus conocimientos, experiencias y consejos. Siendo un
ejemplo integral de orgullo.
Agradecimientos a mi directora de tesis M. en C. NORA TAFOYA MEDINA.
Quiero expresar mi agradecimiento a todas aquellas personas que con su ayuda
han colaborado en la realización del presente trabajo, en especial a la M. en C.
Nora Argelia Tafoya Medina, directora de esta investigación, por la orientación,
por sus conocimientos, por el seguimiento y la supervisión continúa de la misma,
siendo una profesional y estar comprometida con el proyecto, pero sobre todo por
la motivación y el apoyo recibido a lo largo de toda la tesis.
A MI FAMILIA:
Las cosas no son tan fáciles como nosotros quisiéramos que fueran por ello es
doblemente importante lo que hemos logrado juntos, las palabras faltan para
decirles a todos gracias.
Agradecimiento a mis Padres.
A ustedes Petra Flores Loza (mamá), y Juan Alfaro Rodríguez (papá), Por
apoyarme en todo momento, por los valores que me han inculcado y por darme la
oportunidad de una educación de calidad y en la mejor institución, gracias por su
amor, confianza y comprensión, por su ejemplo, sus sacrificios y esfuerzos
constantes, que hay que seguir adelante pase lo que pase y hacer las cosas lo
mejor posible, los amo.
Agradecimiento a mis Hermanos.
A mis hermanos (Leticia, Jorge, Norma y Rosa), por compartir con este loco
experiencias, consejos, enojos, fracasos, tristezas, alegrías y éxitos, es genial
aprender de todos ustedes, los amo.
Agradecimiento a mi Pareja.
A ti Clara González Navarrete que llegaste en el momento indicado y enseñarme
que esto no termina, que hay cosas que necesitamos aprender, para crecer y ser
mejores. rompiendo con lo establecido y sacando lo mejor de mí, este trabajo
como todo lo que compartimos, sueños, expectativas, proyectos y logros tienen un
mucho de ti cielo, por tu paciencia y amor incondicional, te amo.
Agradecimiento a mi Tío Profesor Emilio Flores loza.
Como todo infante al ser cuestionado por un fenómeno químico, físico o mecánico,
trata de dar una explicación a dicho fenómeno y muchas veces sin entenderlo
siquiera, con una fantasía desbordante y gran imaginación, sin dejar de lado la
cantidad de incoherencias, explicando desde su corto entendimiento (este era yo,
Gustavo Alfaro Flores de niño).
Ahora unos años más tarde, creo de manera correcta que si inicie este camino de
ciencia y tecnología, buscando respuestas a todo los fenómenos que nos ayudan
en nuestra vida diaria a que esta sea más fácil, el experimentar nuevos mundos y
dar la respuesta más exacta en términos sencillos y entendibles ese eres tú (Tío),
Emilio Flores Loza que durante todo el trayecto, desde la infancia hasta el día de
hoy he contado con tu apoyo incondicional, sincero y desinteresado. Tengo la
certeza que en mi persona hay mucho de ti, gracias por todo.
Y a cada uno de ustedes que han creído en este loco, gracias por darme la
oportunidad de conocerlos y aprender de ustedes, y ser parte de este sueño
llamado vida.
Por último agradecer y hacer una mención especial por toda esa gente buena,
trabajadora y honrada que ha luchado y sigue luchando por una educación de
calidad, gratuita, laica y al servicio del pueblo, porque siempre es necesario
recordar de donde somos, cuáles son nuestras raíces y a donde debemos llevar al
pueblo de México, no quedarnos con dicha educación como un logro aislado, sino
llevarla a toda la gente que la necesita.
GRACIAS A TODOS.
I.Q.I Gustavo Alfaro Flores.
CONTENIDO Página Resumen Introducción Capítulo I.- Generalidades. 4 I.1 Métodos de separación de mezclas vía destilación. 5 I.1.1 Procesos de separación. 5 I.1.2 Clasificación de las operaciones unitarias. 6 I.1.3 Operaciones untarías controladas por la transferencia de materia. 7 I.1.4 Destilación. 7 I.2 Destilación diferencial. 9 I.2.1 Destilación simple abierta diferencial. 10 I.2.2 Destilación por Rectificación. 12
I.2.3 Columna de platos para contacto vapor-liquido. 14
I.2.4 Tipos de platos. 14
I.2.5 Columnas de relleno frente a columnas de platos. 18
I.2.6 Métodos de separación de fases. 19
I.2.7 Equilibrio liquido-vapor de mezclas binarias. 20
1.3 Cálculos para la separación de las mezclas binarias via destilación
diferencial simple.
23
I.3.1 Ecuaciones que rigen la separación de las mezclas binarias vía destilación diferencial simple.
24
Capítulo II.- Planta piloto de destilación diferencial del Laboratorio de Operaciones Unitarias.
31
II.1 Diagrama de flujo. 32 II.2 Descripción del proceso utilizado. 33 II.2.1 Procedimiento de operación. 34 II.3 Propiedades de las sustancias utilizadas en el proceso metanol-agua. 37 II.3.1 Características físicas y químicas del agua. 37
II.3.2 Características físicas y químicas del metanol. 42
Capítulo III.-Desarrollo experimental. 49 III.1 Descripción de la mezcla a separar. 50 III.2 Condiciones de operación. 53 III.3 Datos experimentales. 53 III.4 Cálculos de la práctica de destilación diferencial. 54 III.5 Análisis y discusión de resultados. 63
Página
Capítulo IV.- Diseño del simulador de destilación diferencial. 66 IV.1 Lenguaje de programación MICROSOFT VISUAL BASIC 2010. 67 IV.1.1 Introducción a Microsoft Visual Basic 2010. 67 IV.2 Lenguajes de programación. 74 IV.3 Aplicación en destilación diferencial. 76 IV.3.1 Codificación del programa de destilación diferencial. 78 IV.4 Ejemplo del programa de destilación diferencial. 87 Capítulo V.- Análisis de los resultados. 91 V.1 Reportes del simulador de destilación diferencial simple. 92 V.2 Recomendaciones. 133 V.3 Conclusiones. 135 Anexos. 136
A Diagramas de Equilibrio Metanol-Agua a 585 y 760 mmHg 137 B Manual de Operación del Simulador de Destilación Diferencial 150
Referencias bibliográficas 161
Índice de Figuras: Número Nombre Página
I.1 Secuencia de Procesos (Introducción a las Operaciones de
Separación, Marcilla Gomis, 1998).
5
I.2 Recipiente de destilado por lotes (Introducción a las Operaciones
de Separación, Marcilla Gomis, 1998).
10
I.3 Proceso de destilación (Introducción a las Operaciones de
Separación, Marcilla Gomis, 1998).
11
I.4 a) Destilación simple; b) Rectificación (Introducción a las
Operaciones de Separación, Marcilla Gomis, 1998).
13
I.5 Válvulas representativas, a) Glitsch tipo A-1, b) Koch tipo A y c)
Koch tipo T (Introducción a las Operaciones de Separación,
Marcilla Gomis, 1998).
15
I.6 Plato perforado (Introducción a las Operaciones de Separación, Marcilla Gomis, 1998).
16
I.7 Algunas caperuzas de borboteo (Introducción a las Operaciones de Separación, Marcilla Gomis, 1998).
18
I.8 Gráfica (x vs y) Isidoro Martínez. Termodinámica básica y aplicada, 1992).
22
I.9 Gráfica (t vs x,y) Isidoro Martínez. Termodinámica básica y aplicada, 1992
22
I.10 Destilación simple en un destilador intermitente (Introducción a las Operaciones de Separación, Marcilla Gomis, 1998).
23
II.1 Diagrama del proceso de destilación diferencial. 32 II.2 Equipo de destilación diferencial instalado en el Laboratorio de
Operaciones Unitarias (18-Agosto-2014). 36
II.3 Molécula de agua (Agua, Campbell, Marzo 2007). 37 II.4 Acción capilar del agua y el mercurio (Propiedades Físicas y
Químicas del agua, Junio 2013). 39
II.5 Metanol Propiedades y características del Metanol (Agosto 2005). 42 III.1 Gráfica temperatura vs fracciones molares del líquido y gas. 65 IV.1 Principales etapas que se encuentran involucradas durante el
desarrollo de aplicaciones (Juan Carlos Casale. (2012). Introducción a la programación. Argentina: Redusers).
70
IV.2 Etapas principales a seguir para el proyecto de Destilación Diferencial (Juan Carlos Casale. (2012). Introducción a la programación. Argentina: Redusers).
76
IV.3 Ventana principal con los datos experimentales ingresados. 88 IV.4 Resultado de los cálculos. 89 V.1 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial
(Reporte Manual). 95
V.2 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 1).
98
Índice de Figuras:
Número Nombre Página
V.3 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 2).
101
V.4 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial
(Reporte 3 y 4).
104
V.5 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial
(Reporte 5).
107
V.6 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial
(Reporte 6).
110
V.7 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial
(Reporte 7).
113
V.8 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial
(Reporte 8).
116
V.9 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial
(Reporte 9).
119
V.10 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial
(Reporte 10).
122
V.11 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 11).
125
V.12 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 12).
128
Índice de Tablas: Número Nombre Página
I.1 Sistema metanol-agua a 760 mmHg (Termodinámica básica y
aplicada, Isidoro Martínez, 1992).
21
II.1 Equipo y accesorios utilizados (Manual del laboratorio de operaciones de separación III, IPN-ESIQIE, Marzo 2011).
33
II.2 Observaciones importantes para el uso del equipo de destilación diferencial (Manual del laboratorio de operaciones de separación III, IPN-ESIQIE, Marzo 2011).
33
II.3 Arranque del equipo de destilación diferencial (Manual del laboratorio de operaciones de separación III, IPN-ESIQIE, Marzo 2011).
34
II.4 Paro del equipo de destilación diferencial (Manual del laboratorio de operaciones de separación III, IPN-ESIQIE, Marzo 2011).
35
II.5 Características físicas y químicas del agua (Propiedades Físicas y Químicas del agua. 3-Mayo-2014).
41
II.6 Propiedades físicas más relevantes del metanol (Propiedades y características del Metanol. 3-Jul-2014).
43
II.7 Propiedades físicas para mezclas metanol-agua (Metanol. 22-Ago-
2014).
44
III.1 Ficha técnica del Metanol (Propiedades y características del Metanol. 3-Jul-2014).
50
III.2 Ficha técnica resumida del Agua (Propiedades Físicas y Químicas del agua. 3-Mayo-2014).
51
III.3 Datos experimentales. 53 III.4 Datos Adicionales. 54
III.5 Datos tomados de la grafica de equilibrio de Metanol-Agua (Temperatura vs x,y), ver anexo C.
57
III.6 Características del tanque de condensado. 60 III.7 Resultados de la práctica de destilación diferencial. 62 III.8 Resultados Generales de la práctica de destilación diferencial. 62 IV.1 Clasificación y detalle sobre los distintos lenguajes de
programación (Juan Carlos Casale. (2012). Introducción a la programación. Argentina: Redusers).
74
IV.2 Datos experimentales (Se usaran los datos experimentales y la tabla de resultados del subcapitulo III.3).
87
IV.3 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial. 90 V.1 Consideraciones a tener en cuenta para el programa de
destilación diferencial. 92
V.2 Datos experimentales (Reporte: Manual). 93
Índice de Tablas: Número Nombre Página
V.3 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: Manual). 94
V.4 Datos experimentales (Reporte: 1). 96 V.5 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 1). 97
V.6 Datos experimentales (Reporte: 2). 99 V.7 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 2). 100
V.8 Datos experimentales (Reporte: 3 y 4). 102 V.9 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 3 y 4). 103
V.10 Datos experimentales (Reporte: 5). 105 V.11 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 5). 106
V.12 Datos experimentales (Reporte: 6). 108 V.13 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 6). 109
V.14 Datos experimentales (Reporte: 7). 111 V.15 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 7). 112
V.16 Datos experimentales (Reporte: 8). 114 V.17 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 8). 115
V.18 Datos experimentales (Reporte: 9). 117 V.19 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 9). 118
V.20 Datos experimentales (Reporte: 10). 120 V.21 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 10). 121
V.22 Datos experimentales (Reporte: 11). 123 V.23 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 11). 124
V.24 Datos experimentales (Reporte: 12). 126 V.25 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 12). 127
V.26 Comparativa de los distintos reportes de la práctica de destilación diferencial.
129
V.27 Condiciones de operación con las cuales trabaja el simulador de destilación diferencial.
133
V.28 Consideraciones en el programa de destilación diferencial. 134
DISEÑO DE UN SISTEMA INFORMÁTICO PARA SIMULAR LA OPERACIÓN DE UN DESTILADOR DIFERENCIAL
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RESUMEN.
Aquí se presenta el proyecto para el diseño de un sistema informativo para simular
la operación de un destilador diferencial, equipo que se encuentra instalado en la
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas en el Laboratorio
de Operaciones Unitarias en la Unidad Profesional Zacatenco del Instituto
Politécnico Nacional.
Para cumplir con el objetivo de la tesis se desarrolló un plan de trabajo en el cual
se investigó en bibliografía referente a los temas en artículos científicos, libros,
tesis y videos especializados, primeramente al destilado diferencial y al programa
elegido usando el Software de Visual Basic 2010 el cual nos da una interfaz
usuario máquina atractiva, instintiva y familiar.
Para ir comprendiendo el fenómeno de la destilación en el Capítulo I se exponen
los antecedentes de la destilación, los distintos métodos de separación de mezclas
vía destilación y las ecuaciones que rigen la separación de las mezclas binarias en
la destilación diferencial las cuales serán la base de los cálculos de la práctica en
el laboratorio y el desarrollo del simulador.
Una vez entendiendo lo que engloba la destilación diferencial es necesario saber
que características fisicoquímicas tienen el metanol y el agua ya que es la mezcla
en estudio, otra cosa de gran importancia es mostrar el equipo que usaremos, la
manera en la que opera para arrancar (o iniciar su funcionamiento), y como
pararlo, siguiendo un procedimiento que nos asegure un buen funcionamiento
obteniendo así datos confiables para los cálculos, esta información se muestra en
el Capítulo II.
En el Capítulo III se presenta el procedimiento para operar el equipo de destilación
diferencial y la recolección de los datos necesarios para los cálculos de la práctica
del laboratorio y los datos a usar en el programa (simulador), esta parte es muy
importante porque será la base del programa en Visual Basic.
La parte esencial de la tesis se describe en el Capítulo IV, en ella se diseña el
simulador de destilación diferencial, pero antes de eso es necesario mostrar de
manera general el desarrollo de aplicaciones, sus tipos de, lenguaje de
programación Microsoft Visual Basic 2010, creación del proyecto aplicado a la
destilación diferencial lo que indicara cuales serán variables, constantes y
resultados esperados, teniendo como base los datos obtenidos en la
experimentación del equipo y los resultados calculados.
DISEÑO DE UN SISTEMA INFORMÁTICO PARA SIMULAR LA OPERACIÓN DE UN DESTILADOR DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 2
Una vez contrastando los resultados calculados de la parte experimental con los
arrojados por el programa, siguiendo las recomendaciones hechas para el uso del
programa se obtienen resultados muy similares entre sí, como veremos en el
Capítulo V.
La interfaz del programa de destilación diferencial es bastante amigable e intuitiva,
sólo basta tener los datos que se piden con sus respectivas unidades y tener en
cuenta sus características para su uso. Para una mayor comprensión se puede
consultar el anexo B.
Finalmente se exponen las conclusiones y recomendaciones que se obtienen de
este trabajo, que será presentado a los profesores que operan y experimentan en
el equipo de destilación diferencial para que cuenten con un apoyo que simplifique
los cálculos de la práctica prediciendo el comportamiento del sistema de
destilación diferencial en la separación de mezclas binarias.
DISEÑO DE UN SISTEMA INFORMÁTICO PARA SIMULAR LA OPERACIÓN DE UN DESTILADOR DIFERENCIAL
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INTRODUCCIÓN.
Actualmente en el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Escuela Superior
de Ingeniería Química e Industrias Extractivas se llevan a cabo prácticas de
destilación diferencial de una mezcla binaria, que es una de las operaciones de
separación más utilizadas en la industria química y cuyo principio de separación
se basa en la diferencia de volatilidad que presentan los componentes que
constituyen dicha mezcla.
De acuerdo al Modelo Educativo Institucional (MEI), se requiere mejorar la calidad
de la educación de una manera real centrándose en el aprendizaje del alumno lo
cual incluye la generación de nuevas prácticas de laboratorio para reforzar lo que
se aprende en la parte teórica de las unidades de aprendizaje.
En la presente tesis se desarrolla el diseño de un sistema informático para simular
la operación de un destilador diferencial capaz de predecir el comportamiento del
sistema de destilación diferencial en la separación de mezclas binarias.
En general el programa es un gran parámetro para un mejor análisis tanto de
datos, cálculos y resultados, dando una expectativa más amplia en la
experimentación y las conclusiones, además de simplificar los cálculos de la
práctica ahorrando tiempo y recursos.
El programa (simulador), es una herramienta innovadora producto de los
conocimientos de Ingeniería Química Industrial complementada con los
conocimientos de programación en Visual Basic, aplicados a un problema
específico y que sirve de base para un sinfín de proyectos en el laboratorio de
operaciones unitarias.
La presente aplicación será de gran ayuda para el docente y el alumno que podrán
corroborar los resultados calculados a partir de datos experimentales.
IPN-ESIQIE 4
Capítulo I
GG ee nn ee rr aa ll ii dd aa dd ee ss ..
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
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I.1 MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS VÍA DESTILACIÓN. I.1.1 Procesos de separación Los principios generales de las operaciones unitarias son controlados por la
transferencia de materia y/o por la transmisión de calor.
Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesos
químicos que se llevan a cabo en la industria diariamente, si no hubiera un punto
en común a todos ellos. Afortunadamente, esta conexión existe. Cualquier proceso
que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas que,
en algunos casos son específicas del proceso considerado, pero en otros, son
operaciones comunes e iguales para varios procesos. Generalmente un proceso
puede descomponerse en la siguiente secuencia:
Figura I.1- Secuencia de Procesos (Introducción a las Operaciones de
Separación, Marcilla Gomis, 1998).
Cada una de estas operaciones es una operación unitaria. Este concepto fue
introducido en 1915 por el profesor Little, del Massachussets Institute of
Technology (M.I.T.). La definición dada entonces, fue la siguiente: “... todo proceso
químico conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie
ordenada de lo que pudieran llamarse operaciones unitarias, como pulverización,
secado, cristalización, filtración, evaporación, destilación, etc. El número de estas
operaciones básicas no es muy grande, y generalmente sólo unas cuantas de
entre ellas intervienen en un proceso determinado.”
Con esta simplificación se ha reducido la complejidad del estudio de los procesos
industriales, pues del conjunto de todos los procesos químicos que pueden
imaginarse bastará con estudiar el grupo de las 25 ó 30 operaciones unitarias
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 6
existentes. Un proceso determinado será, por tanto, la combinación de las
operaciones unitarias.
I.1.2 Clasificación de las operaciones unitarias.
Cada operación unitaria tiene como objetivo el modificar las condiciones de una
determinada cantidad de materia en forma más útil a nuestros fines. Este cambio
puede hacerse principalmente por tres caminos:
1) Modificando su masa o composición (separación de fases, mezcla,...)
2) Modificando el nivel o calidad de la energía que posee (enfriamiento,
vaporización, aumento de presión, ...)
3) Modificando sus condiciones de movimiento (aumentando o disminuyendo
su velocidad o su dirección).
Estos tres son los únicos cambios posibles que un cuerpo puede sufrir. De
acuerdo con estas ideas, normalmente se clasifican las operaciones unitarias en
función de la propiedad materia, energía o cantidad de movimiento que se
transfiere en la operación o la que sea más relevante. Debe notarse que en
cualquier operación, por lo común se transferirá simultáneamente materia, energía
y cantidad de movimiento pues las dos últimas propiedades están asociadas a la
materia, por el hecho de existir. No obstante, la operación no vendrá controlada
necesariamente por las tres transferencias, sino sólo por una o, a lo sumo, por
dos. De acuerdo con el criterio de cuál es la transferencia más relevante, las
operaciones unitarias se clasifican en:
1) Operaciones de transferencia de materia
2) Operaciones de transmisión de energía
3) Operaciones de transmisión simultánea de materia y energía
4) Operaciones de transporte de cantidad de movimiento
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 7
I.1.3 Operaciones unitarias controladas por la transferencia de materia.
Cuando se ponen en contacto dos fases que no están en equilibrio desde el punto
de vista de un determinado componente, éste se transfiere de una fase a otra,
tendiendo al equilibrio. Aprovechando esta difusión entre fases se pueden diseñar
distintos tipos de aparatos que pongan en íntimo contacto dos fases distintas, con
el objetivo general de conseguir la separación de uno de los componentes de una
fase, mediante la acción de la otra.
I.1.4 Destilación.
La destilación es una operación unitaria que consiste en la separación de los
componentes de una mezcla líquida (en la que todos los compuestos son más o
menos volátiles) por evaporaciones y condensaciones sucesivas. La separación
se basa en la diferencia de volatilidades absolutas de los componentes, lo que
tiene como consecuencia la formación de un vapor de composición diferente a la
del líquido del que procede.
Lógicamente, cuanto mayor sea la diferencia de volatilidades mayor será la
separación que se puede conseguir. Para el cálculo de la composición del vapor
que se desprende se supondrá que éste se encuentra en equilibrio con la fase
líquida presente en cada instante.
Los distintos métodos empleados en la destilación se pueden clasificar del
siguiente modo:
1) Destilación simple:
• Abierta.
• Intermitente o diferencial.
• Continua.
• Cerrada o de equilibrio.
2) Destilación con enriquecimiento de vapor:
• Repetida.
• Condensación parcial.
• Rectificación.
• Continua.
• Intermitente.
3) Destilación con arrastre de vapor.
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
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La destilación simple se caracteriza porque no se establece ningún tipo de
contacto entre el vapor generado por el líquido que hierve y un líquido cualquiera,
de composición diferente a la del equilibrio; es decir, el vapor generado y el líquido
en ebullición están en equilibrio. Puede ser abierta o cerrada. En la destilación
simple cerrada o de equilibrio, también llamada destilación súbita o destilación
“flash”, el producto a destilar se calienta y luego se descarga en un recipiente a
presión muy reducida, donde experimenta una expansión súbita que conduce a la
formación de las dos fases, vapor y líquido, en equilibrio. En la destilación simple
abierta se carga una caldera, de forma intermitente o de forma continúa, y el
destilado se va recogiendo a la salida de un condensador. Obsérvese que,
mientras que en la destilación simple abierta continua y en la destilación simple
cerrada, la composición del líquido que hierve y la del destilado que se recoge (en
fase vapor o en fase líquida, tras su condensación), permanecen constantes con el
tiempo, en la destilación simple abierta diferencial, la composición del líquido
cambia de forma continúa y, en consecuencia, también lo hace la del vapor; por
tanto, el destilado que se va acumulando a la salida del condensador tendrá una
composición que será el resultado de la acumulación de los sucesivos destilados
de composición variable y, por tanto, no estará en equilibrio con el líquido que va
quedando en cada momento en la caldera.
En la destilación con enriquecimiento de vapor se consigue un vapor cuyo
contenido en los componentes más volátiles del sistema es superior al que
corresponde al equilibrio con el líquido en ebullición. En la destilación repetida esto
se consigue mediante sucesivas condensaciones y destilaciones del vapor que se
va generando. En la condensación parcial, el vapor generado en una destilación
se pone en contacto con una superficie líquida a temperatura constante (más fría),
durante el tiempo necesario para que alcance el equilibrio. En la rectificación, el
enriquecimiento del vapor se consigue a base de poner en contacto el vapor
generado en una caldera, que asciende por una torre, con un reflujo procedente
de devolver a la columna parte del destilado (líquido), que se recoge por la cabeza
de ésta. El enriquecimiento del vapor se produce debido a que la composición en
los componentes más volátiles del sistema es siempre superior a la del líquido en
equilibrio con el vapor.
Los problemas de destilación simple abierta continúa, destilación simple cerrada,
condensación repetida y condensación parcial se resuelven de forma similar, ya
que al encontrarse en equilibrio el destilado y el residuo, en definitiva, habrá que
realizar un cálculo de equilibrio líquido-vapor, donde además se tenga en cuenta
que se ha de cumplir el balance de materia. Por el contrario, en la destilación
simple abierta diferencial habrá que tener en cuenta el cambio de la composición
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
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con el tiempo, y en la rectificación el cambio de composición en las distintas zonas
de la columna.
I.2 DESTILACIÓN DIFERENCIAL.
Si durante un número infinito de evaporaciones instantáneas sucesivas de un
líquido, solo se evaporase instantáneamente una porción infinitesimal del líquido
cada vez, el resultado neto sería equivalente a una destilación diferencial o
sencilla.
En la práctica, esto sólo puede ser aproximado. Un lote de líquido se carga en una
caldera o destilador equipado con algún tipo de dispositivo de calentamiento; por
ejemplo, con una chaqueta de vapor, como en la figura 1.2. La carga se hierve
lentamente y los vapores se descargan en un condensador tan pronto como se
forman; aquí se licúan y el condensado (destilado), se almacena en el colector.
El aparato es básicamente una réplica a gran escala del matraz y refrigerante de
destilación ordinario de laboratorio. La primera porción del destilado será la más
rica en la sustancia más volátil; conforme continúa la destilación el producto
evaporado se va empobreciendo. Por lo tanto, el destilado puede recolectarse en
varios lotes separados, llamados “fracciones”; se obtiene así una serie de
productos destilados de diferente pureza. Por ejemplo, si una mezcla ternaria
contiene una pequeña cantidad de una sustancia muy volátil A, una sustancia
principal de volatilidad intermedia B y una pequeña cantidad de C de baja
volatilidad, la primera fracción, que será pequeña, contendrá la mayor parte de A.
La segunda fracción contendrá la mayor parte de B razonablemente puro, aunque
contaminado con A y C; el residuo que queda en la caldera será principalmente C.
Aun cuando las tres fracciones contendrán las tres sustancias, se ha logrado cierta
separación.
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
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Figura I.2.- Recipiente de destilado por lotes (Introducción a las Operaciones
de Separación, Marcilla Gomis, 1998).
Si con una operación de este tipo se quieren lograr, aun cuando sea
aproximadamente, las características teóricas de una destilación diferencial, se
tendrá que proceder en forma infinitamente lenta, para que el vapor desprendido
del líquido esté en cualquier momento en equilibrio con dicho líquido. Debe
eliminarse todo arrastre y no debe existir enfriamiento ni condensación del vapor
antes de que entre en el condensador. No obstante que estas condiciones son
básicamente imposibles de lograr, es útil estudiar los resultados limitados que
produce una destilación diferencial como estándar para la comparación.
I.2.1 Destilación simple abierta diferencial.
La destilación simple abierta diferencial es una operación intermitente en la que la
mezcla a destilar se carga en la caldera, donde se suministra el calor necesario
para llevarla a su temperatura de burbuja. En ese instante comienza la ebullición,
que se mantiene mientras se va eliminando continuamente el vapor generado.
Este vapor se condensa en el exterior dando lugar al producto destilado. Conforme
transcurre el proceso se va modificando la composición del líquido, ya que se
eliminan preferentemente los componentes más volátiles, con lo cual va
aumentando, consiguientemente, la temperatura de burbuja de la mezcla.
Lógicamente, el vapor (siempre en equilibrio con el líquido en la caldera) también
cambiará continuamente su composición, empobreciéndose en el componente
más volátil. El calor debe suministrarse en la caldera de modo que en todo
instante el vapor generado esté en equilibrio con el líquido en la caldera. Debe por
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
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tanto compensar las pérdidas, el calor latente de vaporización y el calor sensible
del líquido. Lógicamente, en este proceso tampoco podrá haber reflujo (el vapor se
debe eliminar instantáneamente y separarse del líquido). Estas condiciones
pueden ser difíciles de conseguir en la práctica. El proceso se continúa hasta que
se alcanza la separación deseada.
La figura I.3 muestra un esquema de este tipo de proceso. Este tipo de destilación
se usa frecuentemente en trabajos de laboratorio y en plantas piloto. El destilado
puede recogerse en distintos recipientes, en función de su composición, lo que se
conoce como destilación fraccionada. También se utiliza con fines analíticos en
caracterización de fracciones de petróleo o distintos productos (por ejemplo en
algunas normas ASTM para la determinación de intervalos de destilación).
La destilación es la operación de separar mediante vaporización y condensación
en los diferentes componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases
licuados en una mezcla, aprovechando los distintos puntos de ebullición de cada
una de las sustancias ya que el punto de ebullición es una propiedad intensiva1 de
cada sustancia, es decir, no varia en función de la masa o el volumen, aunque si
en función de la presión.
Figura I.3- Proceso de destilación (Introducción a las Operaciones de
Separación, Marcilla Gomis, 1998).
En la práctica, la destilación puede llevarse a cabo según dos métodos
principalmente, el primer método se basa en la producción de vapor mediante la
1 En física y química, las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o
del tamaño de un cuerpo, por lo que el valor permanece inalterable al subdividir el sistema inicial en varios subsistemas, por este motivo no son propiedades aditivas.
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
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ebullición de la mezcla liquida que se desea separar y condensación de los
vapores sin permitir que el líquido retorne al calderín, es decir no hay reflujo, el
segundo método se basa en el retorno de una parte del condensado a la columna,
en unas condiciones tales que el líquido que retorna se pone en intimo contacto
con los vapores que ascienden hacia el condensador.
La destilación fraccionada es una variante de la destilación simple que se emplea
principalmente cuando es necesario separar líquidos con puntos de ebullición
cercanos.
I.2.2 Destilación por Rectificación.
La destilación es una operación unitaria que consiste en separar dos o más
componentes de una mezcla líquida (en la que todos los componentes son más o
menos volátiles), aprovechando la diferencia de volatilidades de los componentes
que forman la mezcla. Se consigue seleccionando la temperatura y presión de tal
manera, que la fase líquida y vapor que se forman tengan concentraciones
relativas diferentes. Cuanto mayor sea la diferencia de volatilidades entre los
componentes de la mezcla, mayor será la diferencia entre la composición del
líquido y del vapor que se generan. Así, la mezcla líquida a su punto de ebullición
desprenderá vapores más ricos en componentes volátiles. Los vapores se
condensarán aparte constituyendo el destilado. La destilación puede llevarse a
cabo de muchos modos distintos.
Hay dos tipos básicos de operación:
1) Destilación sin reflujo o destilación simple.
2) Destilación con reflujo o rectificación.
La destilación simple es la operación de hervir el líquido de un recipiente (la
caldera), condensándose aparte los vapores que constituirán el destilado,
quedando en la caldera el residuo (Figura I.4). Realmente no es una operación de
transferencia de materia, pues el líquido y el vapor que se genera están en
equilibrio. Se describe mejor como operación de transferencia de calor. La
destilación con reflujo o rectificación se lleva a cabo en una columna, donde el
vapor que abandona la cabeza de la columna se condensa, y una fracción del
líquido condensado se devuelve a la columna, lo que constituye el reflujo; el resto
se retira como producto destilado (Figura I.4-1b). En el interior de la columna se
ponen en contacto el vapor ascendente con el líquido descendente. En un nivel
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 13
dado de la columna estas dos corrientes se ponen en contacto entre sí, por lo que
hay una transferencia de materia: pasan los componentes más volátiles del líquido
al vapor, y los componentes menos volátiles del vapor al líquido, con lo que el
vapor se enriquece en componentes volátiles a medida que asciende por la
columna.
Los distintos tipos de destilación se suelen llevar a cabo en columnas de
destilación. Para asegurar un adecuado contacto entre el vapor y el líquido
(esencial en la transferencia de materia), se han diseñado varios dispositivos de
laboratorio o industriales, basados principalmente en dos criterios distintos: las
columnas de contacto continúo entre el vapor y el líquido, o columnas de relleno, y
las columnas de contacto por etapas, o columnas de platos o pisos. Las columnas
de relleno están llenas de elementos sólidos pequeños, inertes a las fases
circulantes, distribuidos al azar u ordenadamente.
Figura I.4 - a) Destilación simple; b) Rectificación (Introducción a las
Operaciones de Separación, Marcilla Gomis, 1998).
La corriente de líquido se dispersa resbalando por su superficie, poniéndose en
contacto íntimo con el vapor que circula en sentido contrario. En una sección
determinada de la columna el líquido descendente y el vapor ascendente no
estarán en equilibrio, por lo que se transferirán los componentes menos volátiles y
más volátiles, en sentidos opuestos. Pero como el tiempo de contacto en cada
sección de columna es muy corto, no se llega al equilibrio en ningún punto. La
fuerza impulsora actúa a lo largo de toda la columna. Las columnas de platos
poseen unas superficies planas (pisos), en el interior que dividen la columna en
una serie de etapas las cuales tienen por objeto retener una cierta cantidad de
líquido en su superficie, a través de la cual se hace burbujear el vapor que
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 14
asciende de la caldera, consiguiéndose así un buen contacto entre el vapor y el
líquido. El líquido de un plato cae al plato siguiente por un rebosadero situado en
el extremo del piso. El vapor que llega a un plato por debajo, y el líquido que le
llega por encima, no están en equilibrio. En el plato tiene lugar la mezcla de ambas
corrientes, produciéndose allí la transferencia de materia. La fuerza impulsora es
la diferencia de composiciones entre las corrientes que llegan al plato y las
correspondientes de equilibrio. En los platos de las columnas normalmente no se
llega a alcanzar el equilibrio entre el líquido y el vapor que abandonan el plato. Un
plato ideal o teórico sería el que este en equilibrio.
A nivel industrial la destilación es una operación con innumerables aplicaciones,
especialmente en la separación de componentes del petróleo, recuperación de
disolventes, fabricación de licores, etc.
I.2.3 Columnas de platos para contacto vapor-líquido
El equipo para separaciones en múltiple etapa consiste frecuentemente en platos
horizontales de contacto entre las fases dispuestos en una columna vertical. El
líquido fluye a través del plato en flujo cruzado y el vapor asciende a través del
plato. El líquido que fluye se transfiere de un plato a otro a través de los tubos de
descenso (“downcomers”). Los procedimientos de diseño para el dimensionado de
columnas comienzan generalmente con una estimación del diámetro de la torre y
del espaciado entre los platos. Para este diámetro se calculan después la
capacidad, la caída de presión y el intervalo de operación de acuerdo con las
especificaciones del proceso, y se determinan después las dimensiones de los
accesorios de los platos en función del tipo de plato seleccionado.
I.2.4 Tipos de platos.
Los tipos de platos más comunes son:
1) Platos de válvula.
2) Platos perforados.
3) Platos de caperuzas de borboteo.
Platos de válvula.
Son platos con orificios de gran diámetro cubiertos por tapaderas móviles que se
elevan cuando el flujo de vapor aumenta. Como el área para el paso del vapor
varía en función de la velocidad del flujo, los platos de válvula pueden operar
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 15
eficazmente a velocidades bajas de vapor (las válvulas se cierran). En la (Figura
I.5), se muestran algunas válvulas típicas. Los detalles que las diferencian residen
en la caída de presión que originan, el tipo de contacto vapor-líquido que facilitan,
la calidad del cierre al paso del líquido que proporcionan.
Figura I.5 Válvulas representativas, a) Glitsch tipo A-1, b) Koch tipo A y c)
Koch tipo T (Introducción a las Operaciones de Separación, Marcilla Gomis,
1998).
Platos perforados.
Los platos perforados más ampliamente utilizados tienen placas con orificios,
circulando el líquido con flujo cruzado a través del plato. Sin embargo, también se
utilizan platos de “lluvia” con flujo en contracorriente y sin tubos de descenso, en
los que el líquido y el vapor fluyen a través de los mismos orificios. Existen diseños
híbridos de platos perforados y de válvulas, combinando las ventajas de la baja
caída de presión y bajo coste de los platos perforados con el amplio intervalo de
operación de los platos de válvula.
Tanto en los platos perforados como en los de válvula el contacto se produce
entre el vapor que asciende a través de los orificios y la masa de líquido que se
mueve a través del plato. En la figura I.6 se observa que el líquido baja por el tubo
de descenso alcanzando el plato en el punto A. Aunque no se representa el
vertedero de entrada, éste se utiliza frecuentemente para evitar el flujo ascendente
de vapor a través del tubo de bajada del líquido. En el intervalo comprendido entre
A y B se representa líquido claro de altura hli, debido a que habitualmente no hay
orificios en esta parte del plato. Desde B hasta C es la llamada parte activa, con
una elevada aireación y una altura de espuma hf. La altura de líquido hl en el
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 16
manómetro de la derecha puede considerarse como la carga de líquido claro
sedimentado de densidad ρi. La espuma comienza a colapsar en C, ya que no hay
perforaciones desde C hasta D. La altura de líquido a la salida es hlo y el
gradiente hidráulico es (hli - hlo) (que en este caso es prácticamente cero)
(gradiente hidráulico es la diferencia de nivel del líquido necesario para que el
líquido fluya a través del plato).
Figura I.6 Plato perforado (Introducción a las Operaciones de Separación,
Marcilla Gomis, 1998).
Los diámetros de los orificios están generalmente comprendidos entre 0.3 y 1.3
cm, siendo preferidos los más grandes cuando existe la posibilidad de
ensuciamiento. Un área grande de orificios contribuye al goteo, mientras que un
área de orificios pequeña aumenta la estabilidad del plato pero incrementa
también la posibilidad de arrastre e inundación, así como la caída de presión. Con
frecuencia el tamaño de los orificios y su espaciado son diferentes en las distintas
secciones de la columna con el fin de acomodarse a las variaciones de flujo. Otra
práctica frecuente es dejar sin construir algunos orificios con el fin de flexibilizar el
posible aumento futuro de la carga de vapor.
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 17
Platos de caperuza de borboteo.
Una caperuza de borboteo consta de un tubo ascendente sujeto al plato mediante
soldadura, tornillos, etc., y una caperuza sujeta al tubo ascendente o al plato.
Aunque la mayor parte de las caperuzas tienen ranuras (de 0.30 a 0.95 cm de
ancho y 1.3 a 3.81 cm de longitud), algunas no las presentan, saliendo el vapor de
la caperuza por debajo del reborde inferior que está a una distancia inferior a 3.81
cm del plato. El tamaño de las caperuzas comerciales está comprendido entre
2.54 y 15 cm de diámetro. Generalmente están dispuestas sobre el plato en los
vértices de triángulos equiláteros formando filas orientadas en dirección
perpendicular al flujo. Con estos datos se quiere poner de manifiesto el hecho de
que a la hora de diseñar cualquier dispositivo, nada se deja al azar sino que todo
detalle es el resultado de estudios teóricos y experimentales conducentes al buen
funcionamiento del equipo. La figura I.7 muestra algunas caperuzas de borboteo
típicas. Los detalles que las diferencian residen en el modo en que se dispersa el
vapor o el camino que sigue el líquido.
Las únicas ventajas de los platos de caperuzas de borboteo son:
1) No permiten el goteo si están adecuadamente unidos a la torre.
2) Hay una gran abundancia de material publicado y de experiencia de los
usuarios.
Las desventajas son:
1) Generan elevadas caídas de presión.
2) Las eficacias de etapa son de un 10-20% inferiores que en platos
perforados o de válvula.
3) Estos platos son más caros que los platos perforados y que los de válvula.
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 18
Figura I.7 Algunas caperuzas de borboteo (Introducción a las Operaciones
de Separación, Marcilla Gomis, 1998).
I.2.5 Columnas de relleno frente a columnas de platos.
La diferencia de costes entre las columnas de platos y de relleno no es demasiado
grande, aunque el relleno es más caro que los platos. Por otra parte, la diferencia
de altura de la columna no es generalmente significativa si las velocidades de flujo
son tales que las eficacias están próximas a su valor máximo.
Como regla aproximada, los platos se utilizan siempre en columnas de gran
diámetro y torres con más de 20 ó 30 etapas.
Condiciones que favorecen a las columnas de relleno:
1) Columnas de pequeño diámetro.
2) Medios corrosivos.
3) Destilaciones críticas a vacío, donde son imprescindibles caídas de
presión bajas.
4) Bajas retenciones de líquido (si el material es térmicamente
inestable).
Líquidos que forman espuma (debido a que en columnas de relleno la agitación es
menor).
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 19
Condiciones que favorecen a las columnas de platos:
1. Cargas variables de líquido y/o vapor.
2. Presiones superiores a la atmosférica.
3. Bajas velocidades de líquido.
4. Gran número de etapas y/o diámetro.
5. Elevados tiempos de residencia del líquido.
6. Posible ensuciamiento (las columnas de platos son más fáciles de
limpiar).
7. Esfuerzos térmicos o mecánicos (que pueden provocar la rotura del
relleno.
I.2.6 Métodos de separación de fases.
Los métodos de separación de fases de mezclas son aquellos procesos físicos por
los cuales se pueden separar los componentes de una mezcla. Por lo general el
método a utilizar se define de acuerdo al tipo de componentes de la mezcla y a
sus propiedades particulares, así como las diferencias más importantes entre las
fases.
La separación es la operación en la que una mezcla se somete a algún
tratamiento que la divide en al menos dos sustancias diferentes. En el proceso de
separación, las sustancias conservan su identidad, sin cambio alguno en sus
propiedades químicas.
Entre las propiedades físicas de las fases que se aprovechan para su separación,
se encuentra el punto de ebullición2, la solubilidad, la densidad y otras más.
2La definición formal de punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del líquido
iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra. Coloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso.
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 20
I.2.7 Equilibrio líquido-vapor de mezclas binarias.
Aplicando la regla de las fases a un sistema binario (2 componentes) en equilibrio
líquido-vapor (2 fases) el número de grados de libertad es 2. Es decir, si se fijan
los valores de dos cualesquiera de sus variables intensivas, las otras quedan
fijadas. Las variables que se suelen fijar son la composición del componente más
volátil (punto de ebullición más bajo) en la fase líquida y la presión o la
temperatura, es decir, en condiciones isobáricas o isotérmicas. Como la
destilación suele realizarse a presión constante, tiene más interés los datos de
equilibrio obtenidos en condiciones isobáricas.
Existen dos tipos de diagramas isobáricos para representar el equilibrio líquido-
vapor:
Diagramas 𝒙 − 𝒚, en los que se representa la fracción molar del componente más
volátil en la fase líquida, 𝒙, frente a la fracción molar del componente más volátil,
𝒚, en la fase vapor. Para la presión constante a la que estén determinados, nos
permite conocer la composición de la fase vapor en equilibrio con cada
composición de la fase líquida.
Diagramas 𝑻 − 𝒙, 𝒚, en la que se representa la temperatura de equilibrio frente a la
fracción molar del componente más volátil en cada una de las fases. En los
diagramas 𝑻 − 𝒙, 𝒚 aparecen dos curvas de temperatura-fracción molar, la
superior, curva de vapor saturado (𝑻 − 𝒚), indica la temperatura a la que empieza
a condensar un vapor a cada composición del mismo (temperatura de
rocío),mientras que la inferior (𝑻 − 𝒙), curva del líquido saturado, indica la
temperatura a la que entra en ebullición el líquido para cada composición
(temperatura de burbuja). Para cada valor posible de temperatura de equilibrio,
nos permite conocer las composiciones de las dos fases a dicha temperatura.
A continuación se muestran datos de equilibrio para el sistema metanol-agua junto
con los diagramas 𝒙 − 𝒚 y 𝑻 − 𝒙, 𝒚 a 760mmHg.
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 21
Tabla I.1 Sistema metanol-agua a 760 mmHg (Termodinámica básica y
aplicada, Isidoro Martínez, 1992).
No 𝑻 () 𝒙 𝒚
1 100 0 0
2 95.2 0.0293 0.1831
3 94.5 0.0346 0.2107
4 93.7 0.0406 0.2363
5 92.8 0.0422 0.2652
6 91.8 0.0557 0.2978
7 90.9 0.0644 0.3265
8 90 0.0737 0.3608
9 89.1 0.0838 0.3861
10 78.8 0.2801 0.6621
11 77.6 0.3212 0.6882
12 76.9 0.3435 0.7002
13 76.2 0.3664 0.7178
14 75.7 0.3909 0.7274
15 75.1 0.4141 0.7428
16 74.6 0.4391 0.7597
17 74 0.4637 0.7668
18 67.2 0.8457 0.936
19 66.6 0.8867 0.9632
20 65.7 0.9293 0.9771
21 64.6 1 1
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 22
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
y
x
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Tem
pe
ratu
ra °
C
x,y
Figura I.8 Gráfica (x vs y) Isidoro Martínez. Termodinámica básica y aplicada, 1992).
Figura I.9 Gráfica (t vs x,y) Isidoro Martínez. Termodinámica básica y aplicada, 1992).
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 23
1.3 CÁLCULO PARA LA SEPARACIÓN DE LAS MEZCLAS BINARIAS VÍA
DESTILACIÓN DIFERENCIAL SIMPLE.
Como ya se ha mencionado la destilación continua es un método
termodinámicamente eficiente para producir grandes cantidades de material de
composición constante. La destilación intermitente (batch o diferencial, figura I.10),
tiene varias ventajas cuando se requieren pequeñas cantidades de material o
composiciones variables de producto.
La destilación diferencial puede llevarse a cabo a presión constante (siendo éste el
caso más común), o a temperatura constante. La vaporización diferencial es una
operación por lotes en la cual la mezcla que va a ser destilada, se carga en un
alambique o destilador, el cual es calentado originando una masa diferencial de
vapor rica en el componente más volátil. Esta masa diferencial de vapor, es
continuamente transportada fuera del alambique y condensada para llevarla a su
depósito. Esto significa que la composición del líquido remanente y la del vapor
formado cambiarán con el tiempo. Se observará también un incremento gradual en
la temperatura de ebullición del líquido remanente y la composición del destilado
será intermedia entre la composición de la primera y la última gota formada.
Figura I.10 Destilación simple en un destilador intermitente (Introducción a
las Operaciones de Separación, Marcilla Gomis, 1998).
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 24
I.3.1 Ecuaciones que rigen la separación de las mezclas binarias vía
destilación diferencial simple.
La relación de la masa alimentada a la masa residual es una función de las
composiciones de la alimentación y residuo, ya que en una diferencial de tiempo
(𝒅𝜽) la masa diferencial de vapor es formada a partir de la pérdida de otra masa
diferencial de líquido. Esta relación fue estudiada por Lord Rayleigh de acuerdo al
siguiente desarrollo (Manual del profesor laboratorio de operaciones de
separación III, IPN-ESIQIE, Marzo 2011):
𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑑𝜃:
𝐿 = 𝑑𝐷 + 𝐿 − 𝑑𝐿 𝑑𝐷 = 𝑑𝐿 → (1)
𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑚á𝑠 𝑣𝑜𝑙á𝑡𝑖𝑙:
𝐿𝑥 = 𝑦𝑑𝐷 + (𝑥 − 𝑑𝑥) 𝐿 − 𝑑𝐿 𝐿𝑥 = 𝑦𝑑𝐷 + 𝐿𝑥 − 𝐿𝑑𝑥 − 𝑥𝑑𝐿 + 𝑑𝐿𝑑𝑥
𝑦𝑑𝐷 = 𝐿𝑑𝑥 + 𝑥𝑑𝐿 − 𝑑𝐿𝑑𝑥
𝑠𝑢𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜 1 , 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟:
𝑦𝑑𝐿 = 𝐿𝑑𝑥 + 𝑥𝑑𝐿 − 𝑑𝐿𝑑𝑥
𝑦𝑑𝐿 = 𝐿𝑑𝑥 + 𝑥𝑑𝐿 − 0 0 = 𝑦 − 𝑥 𝑑𝐿 − 𝐿𝑑𝑥
𝐿𝑑𝑥 = 𝑦 − 𝑥 𝑑𝐿 → (2)
𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 2 , 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
𝑑𝑥
(𝑦 − 𝑥)=
𝑑𝐿
𝐿→ (3)
𝑊
𝐹
𝑥𝑊
𝑧𝐹
𝑆𝑖 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑚𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑠 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙 3 , 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
𝑑𝑥
(𝑦 − 𝑥)=
𝑑𝐿
𝐿→ (4)
𝐹
𝑊
𝑧𝐹
𝑥𝑊
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 25
𝑆𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 4 , 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑒𝑟𝑑𝑜 𝑎 𝑠𝑢𝑠 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒𝑠:
𝑐𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜𝐿 = 𝐹 ∴ 𝑥 = 𝑥𝐹 𝑐𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜𝐿 = 𝑊 ∴ 𝑥 = 𝑥𝑊
𝑆𝑒 𝑜𝑏𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛:
ln𝐹
𝑊=
𝑑𝑥
(𝑦 − 𝑥)→ (5)
𝑥𝐹
𝑥𝑊
La ecuación anterior es conocida como la ecuación de Rayleigh, esta ecuación
puede ser integrada cuando se conoce la funcionalidad de (𝒚) con respecto a (𝒙).
Para soluciones ideales, cuyo comportamiento se adapta a las leyes de Raoult y
Dalton, puede establecerse la correlación de (𝒚) con respecto a (𝒙) por medio de
la volatilidad relativa (𝜶), que en muchos casos, es aproximadamente constante
dentro de un intervalo razonable de temperaturas.
𝑦 =𝛼𝑥
1 + (𝛼 − 1)𝑥→ 6
𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 6 , 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 5 , 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
ln𝐹
𝑊=
𝑑𝑥
𝛼𝑥
1+(𝛼−1)𝑥− 𝑥
→ (7)𝑥𝐹
𝑥𝑊
𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑎𝑛𝑎𝑙í𝑡𝑖𝑐𝑎, 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
𝛼𝑥
1 + (𝛼 − 1)𝑥− 𝑥 =
𝛼𝑥 − 𝑥 − (𝛼 − 1)𝑥2
1 + (𝛼 − 1)𝑥
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 x, 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎:
𝛼𝑥
1 + (𝛼 − 1)𝑥− 𝑥 =
𝛼 − 1 𝑥 − (𝛼 − 1)𝑥2
1 + (𝛼 − 1)𝑥
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 26
𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 7 , 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
ln𝐹
𝑊=
𝑑𝑥
𝛼−1 𝑥−(𝛼−1)𝑥2
1+(𝛼−1)𝑥
𝑥𝐹
𝑥𝑊
ln𝐹
𝑊=
1 + (𝛼 − 1)𝑥 𝑑𝑥
𝛼 − 1 𝑥 − (𝛼 − 1)𝑥2
𝑥𝐹
𝑥𝑊
𝑆𝑖 𝑙𝑙𝑎𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠 𝛼 − 1 = 𝑐 , 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑜:
ln𝐹
𝑊=
1 + 𝑐𝑥 𝑑𝑥
𝑐𝑥 − 𝑐𝑥2
𝑥𝐹
𝑥𝑊
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎𝑛𝑑𝑜:
ln𝐹
𝑊=
1 + 𝑐𝑥 𝑑𝑥
𝑐𝑥(1 − 𝑥)
𝑥𝐹
𝑥𝑊
𝑆𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑚é𝑡𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠, 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
1 + 𝑐𝑥
𝑐𝑥(1 − 𝑥)=
𝐴
𝑐𝑥+
𝐵
(1 − 𝑥)→ (8)
1 + 𝑐𝑥 =𝐴(𝑐𝑥) 1 − 𝑥
𝑐𝑥+
𝐵(𝑐𝑥) 1 − 𝑥
(1 − 𝑥)
1 + 𝑐𝑥 = 𝐴 1 − 𝑥 + 𝐵(𝑐𝑥)
1 + 𝑐𝑥 = 𝐴 − 𝐴𝑥 + 𝐵(𝑐𝑥) 1 + 𝑐𝑥 = 𝐴 + 𝑥(−𝐴 + 𝐵𝑐)
𝐷𝑒 𝑎𝑞𝑢í 𝑝𝑜𝑑𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑟𝑞𝑢𝑒:
𝐴 = 1
𝐴 + 𝐵𝑐 = 𝑐
𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 A, 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
−1 + 𝐵𝑐 = 𝑐 ∴ 𝐵 =𝑐 + 1
𝑐
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 27
𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑥𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 8 , 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
1 + 𝑐𝑥
𝑐𝑥(1 − 𝑥)=
1
𝑐𝑥+
𝑐 + 1
𝑐(1 − 𝑥)
𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑖𝑚𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙, 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎:
ln𝐹
𝑊=
1
𝑐𝑥+
𝑐 + 1
𝑐(1 − 𝑥) 𝑑𝑥
𝑥𝐹
𝑥𝑊
ln𝐹
𝑊=
1
𝑐𝑥 𝑑𝑥
𝑥𝐹
𝑥𝑊
+ 𝑐 + 1
𝑐(1 − 𝑥) 𝑑𝑥
𝑥𝐹
𝑥𝑊
ln𝐹
𝑊=
1
𝑐
𝑑𝑥
𝑥
𝑥𝐹
𝑥𝑊
+ 𝑐 + 1
𝑐
𝑑𝑥
1 − 𝑥
𝑥𝐹
𝑥𝑊
𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙𝑒𝑠, 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
ln𝐹
𝑊=
1
𝑐 ln 𝑥
wx
xF +
𝑐 + 1
𝑐 ln(1 − 𝑥)
wx
xF
ln𝐹
𝑊=
1
𝑐 ln 𝑥𝐹 − ln 𝑥𝑊 −
𝑐 + 1
𝑐 ln(1 − 𝑥𝐹) − ln(1 − 𝑥𝑊)
𝐼𝑛𝑣𝑖𝑟𝑡𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑒𝑙 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑜 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙, 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
ln𝐹
𝑊=
1
𝑐 ln 𝑥𝐹 − ln 𝑥𝑊 −
𝑐 + 1
𝑐 − ln(1 − 𝑥𝑊) + ln(1 − 𝑥𝐹)
ln𝐹
𝑊=
1
𝑐 ln 𝑥𝐹 − ln 𝑥𝑊 +
𝑐 + 1
𝑐 ln(1 − 𝑥𝑊) + ln(1 − 𝑥𝐹)
𝑈𝑠𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑜𝑠:
ln 𝐴 + ln 𝐵 = ln 𝐴
𝐵
ln𝐹
𝑊=
1
𝑐 ln
𝑥𝐹
𝑥𝑊 +
𝑐 + 1
𝑐 ln
1 − 𝑥𝑊
1 − 𝑥𝐹
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 28
𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 c 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟, 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎:
ln𝐹
𝑊=
1
𝛼 − 1 ln
𝑥𝐹
𝑥𝑊 +
𝛼 − 1 + 1
𝛼 − 1 ln
1 − 𝑥𝑊
1 − 𝑥𝐹
ln𝐹
𝑊=
1
𝛼 − 1 ln
𝑥𝐹
𝑥𝑊 +
𝛼
𝛼 − 1 ln
1 − 𝑥𝑊
1 − 𝑥𝐹
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟, 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
ln𝐹
𝑊=
1
𝛼 − 1 ln
𝑥𝐹
𝑥𝑊 + 𝛼 ln
1 − 𝑥𝑊
1 − 𝑥𝐹
𝑈𝑠𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑜𝑠:
𝑛 ln 𝐵 = ln 𝐵𝑛
ln𝐹
𝑊=
1
𝛼 − 1 ln
𝑥𝐹
𝑥𝑊 + ln
1 − 𝑥𝑊
1 − 𝑥𝐹 𝛼
𝑈𝑠𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑜𝑠:
ln 𝐴 + ln 𝐵 = ln 𝐴 ∗ 𝐵
ln𝐹
𝑊=
1
𝛼 − 1 ln
𝑥𝐹
𝑥𝑊
1 − 𝑥𝑊
1 − 𝑥𝐹 𝛼
ln𝐹
𝑊= ln
𝑥𝐹
𝑥𝑊
1 − 𝑥𝑊
1 − 𝑥𝐹 𝛼
1
𝛼−1
𝑆𝑎𝑐𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑎 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟, 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
𝑒ln𝐹
𝑊 = 𝑒ln
𝑥𝐹𝑥𝑊
1−𝑥𝑊1−𝑥𝐹
𝛼
1
𝛼−1
𝐹
𝑊=
𝑥𝐹
𝑥𝑊
1 − 𝑥𝑊
1 − 𝑥𝐹 𝛼
1
𝛼−1
→ (9)
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 29
𝑂 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎:
𝐹
𝑊=
𝑥𝐹
𝑥𝑊
1 − 𝑥𝑊
1 − 𝑥𝐹 𝛼
𝛼−1
→ (10)
La ecuación (𝟏𝟎) es la ecuación de Rayleigh simplificada para el caso de
soluciones ideales-gases ideales, con volatilidad relativa constante. Por otro lado,
si la volatilidad relativa no es constante, la ecuación anterior no es válida y debe
utilizarse la forma integral de la ecuación de Rayleigh, por medio de integración
numérica.
Por medio de un balance de materia se podría determinar la relación 𝑭
𝑾 de
acuerdo a lo siguiente:
𝐹 = 𝐷 + 𝑊 → (11)
𝐷𝑖𝑣𝑖𝑑𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 "𝐹", 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎: 𝐹
𝐹=
𝐷
𝐹+
𝑊
𝐹→ (12)
𝑄𝑢𝑒 𝑝𝑢𝑒𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑟𝑖𝑏𝑖𝑟𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑜:
𝐷
𝐹= 1 −
𝑊
𝐹→ (13)
𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑢𝑛 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑚á𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙, 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎:
𝐹𝑧𝐹 = 𝐷𝑦𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚 + 𝑊𝑥𝑊 → (14)
Siendo 𝒚𝑫𝒑𝒓𝒐𝒎, la composición promedio del destilado, que es ordinariamente
obtenida por el análisis de una muestra al finalizar el experimento. De la ecuación
(13) se obtiene:
𝐷
𝐹=
𝑧𝐹 − 𝑥𝑊
𝑦𝐷 − 𝑥𝑊→ (15)
La destilación diferencial es usada principalmente en el laboratorio así como en las
plantas piloto donde se requiere una concentración determinada, bien sea en el
destilado o en el residuo. También, en la industria-petrolera, es usada la
vaporización diferencial de multicomponentes.
CAPÍTULO - I GENERALIDADES
IPN-ESIQIE 30
La condensación diferencial es el proceso inverso a la vaporización diferencial. En
este proceso se concentra el componente más volátil por enfriamiento gradual de
un “batch” de vapor y el líquido formado es continuamente eliminado. Esta
destilación tiene poco uso comercial.
IPN-ESIQIE 31
Capítulo II
PP ll aa nn tt aa pp ii ll oo tt oo dd ee
dd ee ss tt ii ll aa cc ii óó nn
dd ii ff ee rr ee nn cc ii aa ll dd ee ll
ll aa bb oo rr aa tt oo rr ii oo dd ee
oo pp ee rr aa cc ii oo nn ee ss
uu nn ii tt aa rr ii aa ss ..
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 32
II.1 DIAGRAMA DE FLUJO
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 33
II.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO UTILIZADO.
Tabla II.1 Equipo y accesorios utilizados (Manual del laboratorio de operaciones de
separación III, IPN-ESIQIE, Marzo 2011).
Tabla II.2 Observaciones importantes para el uso del equipo de destilación
diferencial (Manual del laboratorio de operaciones de separación III, IPN-ESIQIE,
Marzo 2011).
CLAVE EQUIPO DA-101 Destilador con chaqueta de calentamiento, nivel de tubo de
vidrio y válvula de seguridad FB-101 Tanque de almacenamiento de la mezcla inicial con nivel de
tubo de vidrio FB-102 Tanques receptores de producto destilado con indicadores
de nivel FB-104 Tanque receptor del residuo con nivel de tubo de vidrio GA-101 Motor bomba para la alimentación de la mezcla inicial GA-102 Motor bomba para envió de residuo a DA-101 y FB-104 EA-103 Enfriador de serpentín para los condensados obtenidos de
los vapores producidos EA-104 Enfriador de serpentín para los condensados obtenidos de
los vapores producidos EA-105 Enfriador de serpentín para el condensado de vapor de
calentamiento EA-106 Enfriador de serpentín para el residuo FB-105 Tanque de condensado de vapor de calentamiento, con
nivel de tubo de vidrio PI-101 Manómetro para medir la presión del destilador FI-101 Rotámetro para medir la carga inicial a DA-101
PCV-101 Válvula reductora de presión de vapor de calentamiento
NOTA: 1.- La operación de la columna se efectuara a presión constante, desde una
temperatura inicial de ebullición 𝒙𝑭, hasta una temperatura de ebullición a 𝒙𝑾.
2.- Una vez alcanzada la temperatura final planeada, se obtienen muestras del destilado, residuo, midiendo la densidad de la muestra con objeto de determinar su composición. (En el anexo E se tienen las graficas que correlacionan las propiedades antes mencionadas con la composición en fracción peso de la mezcla Metanol-Agua).
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 34
II.2.1 Procedimiento de operación:
Tabla II.3 Arranque del equipo de destilación diferencial (Manual del
laboratorio de operaciones de separación III, IPN-ESIQIE, Marzo 2011).
Número Descripción
1.- Abrir la válvula de salida del condensador para vaciar la posible
acumulación de condensado en usos anteriores.
2.- Cerrar todas las válvulas del aparato.
3.- Abrir las válvulas para el paso de la alimentación al destilador.
4..- Abrir la válvula de venteo para purgar el aire en el condensador.
5.- Activar la bomba de alimentación y tomar muestra.
6.- Llenar aproximadamente las tres cuartas partes del destilador,
desconectar el motor de la bomba y anotar la altura del nivel del
destilador, así como la temperatura inicial de alimentación.
7.- Cerrar las válvulas de alimentación.
8.- Abrir la válvula general de agua de enfriamiento.
9.- Abrir la válvula del condensado de vapor de calentamiento.
10.- Abrir la válvula general de vapor de calentamiento y la válvula de agua
al enfriador de condensado del vapor de calentamiento.
11.- Abrir la válvula de vapor de calentamiento al destilador, purgando el
condensado retenido en la chaqueta de calentamiento y regular la
presión necesaria del vapor con la válvula PCV-101.
12.- Una vez que los vapores de destilado salgan por la válvula de venteo
cerrar dicha válvula.
13.- Abrir la válvula del agua de enfriamiento al condensador y enfriador que
se vaya a operar.
14.- Tomar los datos de temperatura:
De la mezcla y de los vapores de destilados cuando se inicia la
ebullición.
Del vapor de calentamiento durante la destilación (debe ser constante).
15.- Abrir la válvula para el paso del producto destilado al enfriador y al
tanque de almacenamiento.
16.- Abrir las válvulas de salida del residuo del destilador, de agua al
enfriador y al tanque de recepción.
17.- La cantidad de condensado recolectado puede reprocesarse
nuevamente enviando este al hervidor previamente descargado para
empezar una segunda destilación y obtener un destilado de mayor
concentración.
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 35
Tabla II.4 Paro del equipo de destilación diferencial (Manual del laboratorio
de operaciones de separación III, IPN-ESIQIE, Marzo 2011).
Número Descripción
1.- Antes de cerrar la válvula general de vapor de calentamiento, tomar los
siguientes datos de operación:
TI-102
TI-103
TI-104
2.- Cerrar la válvula de paso de vapor de calentamiento al destilador.
3.-
Cerrar la válvula de condensado de vapor de calentamiento al tanque
de recepción y anotar la altura del nivel del tanque.
4.- Abrir las válvulas de salida del residuo del destilador, de agua al
enfriador y al tanque de recepción.
5.- Operar la bomba de residuo.
6.- Desconectar el motor de la bomba después de que salga todo el
residuo.
7.- Dejar enfriar y que termine de condensarse el destilado por lapsos de
10 a 15 minutos.
8.- Medir la altura del nivel del tanque de residuo y del destilado, así como
obtener muestras de estos.
9.- Cerrar la válvula general de agua de enfriamiento.
10.- Una vez medidos y verificados los niveles de los tanques de destilado y
residuo, abrir la válvula de drenaje de los tanques antes mencionados.
11.- Una vez drenados cerrar las válvulas.
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 36
Figura II.2- Equipo de destilación diferencial instalado en el Laboratorio de
Operaciones Unitarias (18-Agosto-2014).
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 37
II.3 PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS UTILIZADAS EN EL PROCESO
METANOL-AGUA.
II.3.1 Características físicas y químicas del agua:
El agua es una sustancia que químicamente se formula como 𝐻2O, es decir, que
una molécula de agua se compone de dos átomos de hidrogeno enlazados en
forma covalente1 a un átomo de oxigeno.
Características Fisicoquímicas:
Fue Henry Cavendish quien descubrió en 1781 que el agua es una sustancia
compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la Antigüedad. Los
resultados de dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de
Lavoisier, dando a conocer que el agua estaba formada por oxígeno e hidrógeno.
En 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista y geógrafo
alemán Alexander von Humboldt demostraron que el agua estaba formada por dos
volúmenes de hidrógeno por cada volumen de oxígeno 𝐻2O.
1 En un enlace covalente polar uno de los átomos ejerce una atracción mayor sobre los electrones de enlace
que otro. Esto depende de la electronegatividad de los átomos que se enlazan. Cuando la diferencia de electronegatividad entre los átomos de enlace está entre 0.5 y 2.0, la desigualdad con que se comparten los electrones no es tan grande como para que se produzca una transferencia completa de electrones; el átomo menos electronegativo aún tiene cierta atracción por los electrones compartidos. Los enlaces covalentes polares se llaman polares porque al compartir desigualmente los electrones se generan dos polos a través del enlace; un enlace covalente polar tiene polos positivo y negativo separados. El polo negativo está centrado sobre el átomo más electronegativo del enlace y el polo positivo está centrado sobre el átomo menos electronegativo del enlace.
Figura II.3 Molécula de agua (Agua, Campbell, Marzo 2007).
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 38
Las propiedades fisicoquímicas más notables del agua son:
El agua es líquida en condiciones normales de presión y temperatura. El color del
agua varía según su estado: como líquido, puede parecer incolora en pequeñas
cantidades, aunque en el espectrógrafo se prueba que tiene un ligero tono azul
verdoso. El agua bloquea solo ligeramente la radiación solar UV fuerte,
permitiendo que las plantas acuáticas absorban su energía, el hielo también tiende
al azul, y en estado gaseoso (vapor de agua) es incolora.
Ya que el oxígeno tiene una electronegatividad superior a la del hidrógeno, el agua
es una molécula polar. El oxígeno tiene una ligera carga negativa, mientras que
los átomos de hidrógenos tienen una carga ligeramente positiva del que resulta un
fuerte momento dipolar eléctrico. La interacción entre los diferentes dipolos
eléctricos de una molécula causa una atracción en red que explica el elevado
índice de tensión superficial del agua.
La fuerza de interacción de la tensión superficial2 del agua es la fuerza de Van Der
Waals entre moléculas de agua. La aparente elasticidad causada por la tensión
superficial explica la formación de ondas capilares. A presión constante, el índice
de tensión superficial del agua disminuye al aumentar su temperatura. También
tiene un alto valor adhesivo gracias a su naturaleza polar.
La capilaridad se refiere a la tendencia del agua a moverse por un tubo estrecho
en contra de la fuerza de la gravedad. Esta propiedad es aprovechada por todas
las plantas vasculares, como los árboles.
2 Se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su
superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido.
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 39
Figura II.4 Acción capilar del agua y el mercurio (Propiedades Físicas y
Químicas del agua, Junio 2013).
Otra fuerza muy importante que refuerza la unión entre moléculas de agua es
el enlace por puente de hidrógeno.
El punto de ebullición del agua (y de cualquier otro líquido) está directamente
relacionado con la presión atmosférica. Por ejemplo, en la cima del Everest, el
agua hierve a unos 68 °C, mientras que al nivel del mar este valor sube hasta
100 °C. Del mismo modo, el agua cercana a fuentes geotérmicas puede alcanzar
temperaturas de cientos de grados centígrados y seguir siendo líquida. Su
temperatura crítica es de 373,85 °C (647,14 K), su valor específico de fusión es de
0,334 kJ/g y su índice específico de vaporización es de 2,23kJ/g.
El agua es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado como el disolvente
universal, y afecta a muchos tipos de sustancias distintas. Las sustancias que se
mezclan y se disuelven bien en agua, como las sales, azúcares, ácidos, álcalis y
algunos gases (como el oxígeno o el dióxido de carbono, mediante carbonación),
son llamadas hidrófilas, mientras que las que no combinan bien con el agua,
como lípidos y grasas, se denominan sustancias hidrófobas. Todos los
componentes principales de las células de proteínas, ADN y polisacáridos se
disuelven en agua. Puede formar un azeótropo3 con muchos otros disolventes.
El agua es miscible4 con muchos líquidos, como el etanol, y en cualquier
proporción, formando un líquido homogéneo. Por otra parte,
3 Un Azeótropo (o mezcla azeotrópica) es una mezcla líquida de dos o más compuestos químicos que hierven
a temperatura constante y que se comportan como si estuviesen formadas por un solo componente.
4 Miscible: Que se puede mezclar, especialmente referido a líquidos solubles.
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 40
los aceites son inmiscibles con el agua, y forman capas de variable densidad
sobre la superficie del agua. Como cualquier gas, el vapor de agua es miscible
completamente con el aire.
El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente baja, pero ese valor
se incrementa significativamente con la disolución de una pequeña cantidad de
material iónico, como el cloruro de sodio.
El agua tiene el segundo índice más alto de capacidad calorífica5 específica (solo
por detrás del amoníaco), así como una elevada entalpía6 de vaporización
(40.65 kJ/mol); ambos factores se deben al enlace de hidrógeno entre moléculas.
Estas dos inusuales propiedades son las que hacen que el agua "modere" las
temperaturas terrestres, reconduciendo grandes variaciones de energía.
La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de
temperatura y presión. A la presión normal (1 𝑎𝑡𝑚ó𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎), el agua líquida tiene
una mínima densidad de(0.958 𝑘𝑔/𝑙) a los 100 °𝐶. Al bajar la temperatura,
aumenta la densidad (por ejemplo, a 90 °𝐶 tiene una densidad de 0.965 𝑘𝑔/𝑙) y
ese aumento es constante hasta llegar a los 3.8 °𝐶 donde alcanza una densidad
de 1 𝑘𝑔/𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜.
A partir de ese punto, al bajar la temperatura, la densidad comienza a disminuir,
aunque muy lentamente (casi nada en la práctica), hasta que a los 0 °𝐶 disminuye
hasta 0.999 𝑘𝑔/𝑙. Cuando pasa al estado sólido (a 0 °𝐶), ocurre una brusca
disminución de la densidad pasando de 0.999 𝑘𝑔/𝑙 a 0.917 𝑘𝑔/𝑙.
El agua puede descomponerse en partículas de hidrógeno y oxígeno mediante
electrolisis.
5 La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un
cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma más rigurosa, es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura.
6 Entalpía (agregar calor) es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H mayúscula, cuya
variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 41
Tabla II.5 Características físicas y químicas del agua (Propiedades Físicas y
Químicas del agua. 3-Mayo-2014).
EN CONCLUSIÓN:
• Presenta un punto de ebullición de 373 𝐾 100 a presión de 1 𝑎𝑡𝑚
• Tiene un punto de fusión de 273 𝐾 0 a presión de 1 atm.
• El agua pura no conduce la electricidad (agua pura quiere decir agua
destilada libre de sales y minerales).
• Es un líquido inodoro e insípido. Estas son las propiedades organolépticas,
es decir, las que se perciben con los órganos de los sentidos del ser
humano.
• Se presenta en la naturaleza de tres formas, que son: sólido, líquido o gas.
• Tiene una densidad máxima de 1 𝑔/𝑐𝑚3 a 277 𝐾 y presión 1 𝑎𝑡𝑚. Esto quiere
decir que por cada centímetro cúbico (𝑐𝑚3) hay 1 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 de agua.
• Tiene una tensión superficial, cuando la superficie de los líquidos se
comporta como una película capaz de alargarse y al mismo tiempo ofrecer
cierta resistencia al intentar romperla y esta propiedad ayuda a que algunas
cosas muy ligeras floten en la superficie del agua.
• Posee capilaridad, que es la propiedad de ascenso o descenso de un líquido
dentro de un tubo capilar.
• La capacidad calorífica es mayor que la de otros líquidos.
• El calor latente de fusión del hielo se define como la cantidad de calor que
necesita un gramo de hielo para pasar del estado sólido al líquido,
manteniendo la temperatura constante en el punto de fusión (273 𝐾).
• Calor latente de fusión del hielo a 0 °𝐶 es 80 𝑐𝑎𝑙/𝑔.
• Calor latente de evaporación del agua a 100 °𝐶 es 540 𝑐𝑎𝑙/𝑔.
• Se cristaliza esponjosa (nieve) .
• Tiene un estado de sobre enfriado, es decir, líquido a −25 .
• Ayuda a regular el calor de los animales.
• Tiene un elevado calor de vaporización y una elevada constante dieléctrica.
• Proporciona flexibilidad a los tejidos.
• Tiene una gran fuerza de cohesión entre sus moléculas, y la fuerza de
adhesión por los puentes de hidrógeno que son muy termo hábiles.
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 42
II.3.2 Características físicas y químicas del metanol:
El metanol, también llamado alcohol metílico, alcohol de madera, carbinol o
alcohol de quemar, es el primero de los alcoholes, su formula química es 𝐶𝐻3𝑂𝐻.
La estructura química del metanol es muy parecida a la del agua, con la diferencia
de que el ángulo del enlace 𝐶 − 𝑂 − 𝐻 en el metanol 108.9° es un poco mayor que
el del agua que es de 104.5°, porque el grupo metilo es mucho mayor que un
átomo de hidrogeno.
Características Fisicoquímicas:
Es un líquido incoloro, venenoso, con olor a etanol y cuando está puro puede tener
un olor repulsivo. Arde con flama no luminosa. Es utilizado industrialmente como
disolvente y como materia prima en la obtención de formaldehido, metil-ter-butil
éter, ésteres metílicos de ácidos orgánicos e inorgánicos. También es utilizado
como anticongelante en radiadores automovilísticos; en gasolinas y diesel; en la
extracción de aceites de animales y vegetales y agua de combustibles de
automóviles y aviones; en la desnaturalización de etanol; como agente suavizante
de plásticos de piroxilina7 y otros polímeros y como disolvente en la síntesis de
fármacos, pinturas y plásticos.
Durante mucho tiempo se obtuvo por destilación destructiva de madera a altas
temperaturas, en la actualidad se produce por hidrogenación catalítica de
monóxido de carbono a presiones y temperaturas altas, con catalizadores de
7La celulosa altamente nitrada se denomina piroxilina, un material que se disuelve en varios disolventes
orgánicos.
Figura II.5 Metanol Propiedades y características del Metanol (Agosto
2005).
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 43
cobre-óxido de cinc; por oxidación de hidrocarburos y como subproducto en la
síntesis de Fischer-Tropsch8.
En condiciones normales es un liquido incoloro, de escasa viscosidad y de olor y
sabor frutal penetrante, miscible en agua y con la mayoría de los solventes
orgánicos, muy toxico e inflamable. El olor es detectable a partir de las dos partes
por millón. Es considerado como un producto petroquímico básico, a partir del cual
se obtienen varios productos secundarios. Las propiedades físicas más relevantes
del metanol, en condiciones normales de presión y temperatura son las siguientes:
Tabla II.6 Propiedades físicas más relevantes del metanol (Propiedades y
características del Metanol. 3-Jul-2014).
PROPIEDAD VALOR
Peso molecular
32 𝑔
𝑚𝑜𝑙
Densidad
0.79 𝑘𝑔
𝑙
Punto de fusión −97
Punto de ebullición 65
De los puntos de ebullición y de fusión se deduce que el metanol es un líquido
volátil a temperatura y presión atmosférica, esto es destacable ya que tiene un
peso molecular similar al etano (30 𝑔/𝑚𝑜𝑙), y este es un gas en condiciones
normales.
La causa de la diferencia entre los puntos de ebullición entre los alcoholes y los
hidrocarburos de similares pesos moleculares es que las moléculas de los
primeros se atraen entre si con mayor fuerza. En el caso del metano estas fuerzas
son de puente de hidrógeno, por lo tanto esta diferencia es mas remarcada.
El metanol y el agua tienen propiedades semejantes debido a que ambos tienen
grupos hidroxilos que pueden formar puente de hidrogeno, el metanol forma
8 El proceso Fischer-Tropsch es un proceso químico para la producción de hidrocarburos líquidos (gasolina,
keroseno, gasoil y lubricantes) a partir de gas de síntesis (CO y H2). Fue inventado por los alemanes Franz Fischer y Hans Tropsch en los años 1920.
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 44
puente de hidrogeno con el agua y por lo tanto es miscible (soluble en todas las
proporciones), en este solvente, igualmente el metanol es muy buen solvente de
sustancias polares, teniendo la capacidad de disolver sustancias iónicas como el
cloruro de sodio en cantidades importantes.
De igual manera que el protón del hidroxilo del agua, el protón del hidroxilo del
metanol es débilmente acido, se puede decir que la acides del metanol es
equivalente a la del agua.
El metanol es considerado como un producto inflamable de primera categoría, ya
que puede emitir vapores que mezclados en proporciones adecuadas con el aire,
originan mezclas combustibles, el metanol es un combustible con un gran poder
calorífico que arde con una llama incolora cuyo punto de inflamación es de 12.2 °𝐶.
En la tabla a continuación se presentan algunos valores de propiedades físicas
para mezclas metanol-agua.
Tabla II.7 Propiedades físicas para mezclas metanol-agua (Metanol. 22-Ago-
2014).
Mezcla %
volumen de
Metanol
Densidad
(𝒈
𝒎𝒍) @ 𝟐𝟓°𝑪
Punto de
congelación
(°𝑪)
Punto de
ebullición
(°𝑪)
10 0.9836 -5 92.8
20 0.9695 -12 87.8
30 0.9572 -21 84.0
40 0.9423 -33 80.9
50 0.9259 -47 78.3
Solubilidad.
Miscible con agua, etanol, éter, benceno, cetonas y muchos otros disolventes
orgánicos. Disuelve una gran variedad de sales inorgánicas por ejemplo 43 % de
yoduro de sodio, 22 % de cloruro de calcio, 4 % de nitrato de plata, 3.2 % de
cloruro de amonio y 1.4 % de cloruro de sodio.
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 45
Propiedades químicas.
Este producto reacciona violentamente con bromo, hipoclorito de sodio, dietil-cinc,
disoluciones de compuestos de alquil-aluminio, trióxido de fósforo, cloruro
cianúrico, ácido nítrico, peróxido de hidrógeno, sodio, ter-butóxido de potasio y
perclorato de plomo. En general, es incompatible con ácidos, cloruros de ácido,
anhídridos, agentes oxidantes, agentes reductores y metales alcalinos.
MANEJO:
1. Equipo de protección personal:
El manejo de este producto debe hacerse en un lugar bien ventilado, utilizando
bata, lentes de seguridad y, si el uso es prolongado, guantes. No deben usarse
lentes de contacto al utilizar este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con
pipeta, utilizar propipetas, NUNCA ASPIRAR CON LA BOCA.
RIESGOS:
1. Riesgos de fuego y explosión:
Es un producto inflamable. Sus vapores pueden explotar si se prenden en un área
cerrada y pueden viajar a una fuente de ignición, prenderse y regresar al área
donde se produjeron en forma de fuego. Los contenedores pueden explotar.
2. Riesgos a la salud:
El envenenamiento puede efectuarse por ingestión, inhalación o absorción
cutánea. Y se debe, posiblemente, a su oxidación a ácido fórmico o formaldehido,
esta oxidación se sabe que puede ser inhibida por etanol, pues el etanol es
metabolizado de manera muy específica y desintoxica al organismo de metanol
por medio de la respiración. Después de la muerte, el efecto más grave de este
producto, es la ceguera permanente.
3. Inhalación:
La exposición a una concentración mayor de 200 𝑝𝑝𝑚 produce dolor de cabeza,
náusea, vómito e irritación de membranas mucosas. Concentraciones muy altas
pueden dañar el sistema nervioso central y causar problemas en la visión. Los
metabolitos de este producto (ácido fórmico y formaldehido) son metabolizados
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 46
lentamente por el organismo, por lo que los efectos del metanol son acumulativos
y una exposición constante aún a bajos niveles, puede causar muchos de los
efectos mencionados arriba. Estos efectos varían con cada individuo.
4. Contacto con ojos:
Tanto los vapores como el líquido son muy peligrosos, pues se ha observado que
el metanol tiene un efecto específico sobre el nervio óptico y la retina.
5. Contacto con la piel:
El contacto directo produce dermatitis y los efectos típicos (mencionados arriba),
de los vapores de metanol que se absorben por la piel.
6. Ingestión:
El envenenamiento por este medio se lleva a cabo frecuentemente por etanol
adulterado y sus efectos dependen de la cantidad ingerida, pues, como se
mencionó arriba, el etanol afecta el metabolismo del metanol. Generalmente una
dosis de 25 𝑎 100 𝑚𝑙 resulta fatal. Al principio seproduce una narcosis similar a la
producida por el etanol, pero después de 10 𝑎 15 horas se presentan daños mas
graves sobre el sistema nervioso central, específicamente sobre el nervio óptico y
finalmente, se presentan los efectos agudos ya mencionados.
7. Carcinogenicidad:
No se ha observado un incremento en los casos de cáncer en trabajadores
expuestos a metanol, en estudios epidemiológicos.
8. Mutagenicidad:
Resultó ser no mutagénico en estudios con Salmonella typhimuriumun y no indujo
el intercambio de cromátida hermana.
9. Peligros reproductivos:
En estudios con concentraciones altas de vapor (10000 𝑝𝑝𝑚) se incrementan las
malformaciones congénitas las cuales incluyen órganos urinarios y
cardiovasculares. A concentraciones de 5000 𝑝𝑝𝑚 no se observaron estos efectos.
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 47
ACCIONES DE EMERGENCIA:
1. Primeros auxilios:
Inhalación: Mover a la víctima a un área bien ventilada y mantenerla abrigada. Si
no respira, dar respiración artificial y oxígeno.
2. Ojos:
Lavarlos con agua o disolución salina neutra en forma abundante, asegurándose
de abrir los párpados con los dedos.
3. Piel:
Lavar la zona dañada inmediatamente con agua y jabón. En caso necesario, quitar
la ropa contaminada para evitar riesgos de inflamabilidad.
4. Ingestión:
No inducir el vómito. Pueden utilizarse de 5 𝑎 10 𝑔 de bicarbonato de sodio para
contrarrestar la acidosis provocada por este producto y en algunos casos, se ha
informado de hemodiálisis como método efectivo para este tipo de
envenenamiento.
En todos los casos de exposición, el paciente debe ser transportado al
hospital tan pronto como sea posible.
1. Control de fuego:
Usar agua en forma de neblina, pues los chorros de agua pueden ser inefectivos.
Enfriar todos los contenedores involucrados con agua. El agua debe aplicarse
desde distancias seguras. En caso de fuegos pequeños puede utilizarse
extinguidores de espuma, polvo químico seco y dióxido de carbono.
2. Fugas y derrames:
Utilizar el equipo de seguridad mínimo (bata, lentes de seguridad y guantes) y,
dependiendo de la magnitud del siniestro, utilizar equipo de protección completa y
de respiración autónoma.
CAPÍTULO-II PLANTA PILOTO DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 48
Alejar cualquier fuente de ignición del derrame y evitar que llegue a fuentes de
agua y drenajes. Para ello construir diques con tierra, bolsas de arena o espuma
de poliuretano, o bien, construir una fosa. Para bajar los vapores generados, utilice
agua en forma de roció y almacene el líquido.
Si el derrame es al agua, airear y evitar el movimiento del agua mediante barreras
naturales o bombas para controlar derrames y succionar el material contaminado.
El material utilizado para absorber puede quemarse.
El material utilizado para absorber el derrame y el agua contaminada debe de
almacenarse en lugares seguros y desecharlo posteriormente de manera
adecuada.
En el caso de derrames pequeños, el líquido puede absorberse con papel y
llevarse a un área segura para su incineración o evaporación, después lavar el
área con agua.
3. Desechos:
En el caso de cantidades pequeñas, puede dejarse evaporar o incinerarse en
áreas seguras. Para volúmenes grandes, se recomienda la incineración controlada
junto con otros materiales inflamables.
ALMACENAMIENTO:
El metanol debe almacenarse en recipientes de acero al carbón, rodeado de un
dique y con sistema de extinguidores de fuego a base de polvo químico seco o
dióxido de carbono, cuando se trata de cantidades grandes. En el caso de
cantidades pequeñas, puede manejarse en recipientes de vidrio.
En todos los casos debe mantenerse alejado de fuentes de ignición y
protegido de la luz directa del sol.
IPN-ESIQIE 49
Capítulo III
DD ee ss aa rr rr oo ll ll oo
ee xx pp ee rr ii mm ee nn tt aa ll ..
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 50
III.1 DESCRIPCIÓN DE LA MEZCLA A SEPARAR.
Tabla III.1 Ficha técnica del Metanol (Propiedades y características del
Metanol. 3-Jul-2014).
NOMBRE Metanol
Representación molecular del metanol.
GENERAL
Otros nombres Carbinol
Alcohol metílico
Alcohol de madera
Espíritu de madera.
Fórmula semidesarrollada CH3-OH
Fórmula molecular CH4O
PROPIEDADES FÍSICAS
Apariencia Incoloro
Densidad 791,8 kg/m3; 0.7918 g/cm3
Masa molar 32,04 g/mol
Punto de fusión 176 K (-97 °C)
Punto de ebullición 337,8 K (65 °C)
Presión crítica 81±1 atm
Viscosidad 0,59 mPa/s a 20 °C.
PROPIEDADES QUÍMICAS
Acidez ~ 15,5 pKa
Solubilidad en agua totalmente miscible.
Producto de solubilidad n/d
Momento dipolar 1,69 D
TERMOQUÍMICA
ΔfH0gas -205 kJ/mol -48.995 kcal/mol
ΔfH0líquido -238.4 kJ/mol -56.977 kcal/mol
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 51
Continuación de la Tabla III.1
TERMOQUÍMICA
Peligrosidad
Punto de
inflamabilidad
285 K (12 °C)
Temperatura de
autoignición
658 K (385 °C)
RIESGOS
Ingestión Puede producir ceguera, sordera y muerte
Inhalación Por evaporación de esta sustancia a 20 °C, puede
alcanzarse bastante rápidamente una concentración
nociva en el aire.
Piel Puede producir dermatitis.
Ojos Irritación.
Valores en el SI y en condiciones estándar
(25 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
Tabla III.2 Ficha técnica resumida del Agua (Propiedades Físicas y Químicas
del agua. 3-Mayo-2014).
NOMBRE AGUA
Representación molecular del agua.
GENERAL
Otros nombres Hidróxido de hidrógeno
Hidrato
Ácido hídrico
Óxido de dihidrógeno
Dihidruro de oxígeno
Ácido hidroxílico
Hidróxido de hidronio
Ácido hidróxico
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 52
Continuación de la Tabla III.2
GENERAL
Otros nombres Ácido oxhídrico
Agua destilada
Fórmula semidesarrollada HOH
Fórmula molecular H2O
PROPIEDADES FÍSICAS
Apariencia Incoloro
Densidad 1000 kg/m3; 1 g/cm3
Masa molar 18,01528 g/mol
Punto de fusión 0 °C (273 K)
Punto de ebullición 100 °C (373 K)
Temperatura crítica 374 °C (647 K)
Presión crítica 217.7 atm
Presión de vapor 1 atm (100 °C)
0,0231 atm (20 °C)
0,00603 atm (0 °C)
Estructura cristalina Hexagonal (véase hielo)
Viscosidad 1 cP (20 °C)
Índice de refracción (nD) 1,333
Constante dieléctrica 78.5
PROPIEDADES QUÍMICAS
acidez 15,74 pka
Solubilidad en el agua 100 %
Momento dipolar 1,85 D
TERMOQUÍMICA
ΔfH0 gas -241,83 kJ/mol -57.797 kcal/mol
ΔfH0 líquido -285,83 kJ/mol -68.313 kcal/mol
ΔfH0 sólido -291,83 kJ/mol -69.747 kcal/mol
Capacidad calorífica 1 kcal/kg
RIESGOS PRINCIPALES
Ingestión Necesaria para la vida, su consumo
excesivo puede producir dolores de
cabeza, confusión y calambres.
Inhalación No es toxica, puede disolver el
surfactante de los pulmones, la
sofocación en el agua se denomina
ahogo.
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 53
Continuación de la Tabla III.2
RIESGOS PRINCIPALES
Piel La inmersión prolongada puede causar
descamación.
Ojos No es peligrosa, a no ser que tenga
cloro, con el cual los ojos se irritan
Valores en el SI y en condiciones estándar
(25 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
III.2 CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Lugar
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias
Extractivas
Laboratorio de Operaciones Unitarias
Equipo Destilador Diferencial
Temperatura ambiente 20 °C
Presión Atmosférica 585 mmHg
III.3 DATOS EXPERIMENTALES1
Tabla III.3 Datos experimentales.
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.956 23 ZF=0.1438
Destilado 0.941 32 yD=0.2093
Residuo 0.962 20.5 xW=0.1266
1 NOTA: El desarrollo de cálculos y las condiciones de operación en la experimentación del equipo
de destilación diferencial, así como los datos adicionales, son la base para realizar el programa de Destilación Diferencial usando Visual Basic 2010, apoyado con la figura 2 del capitulo IV.
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 54
Continuación de Tabla III.3.
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación 46 41
Destilado 6 16
Residuo 12 25
Condensado de vapor 7
Temperatura de
condensado
29 °C
Presión de
operación 0.6
𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Tabla III.4 Datos Adicionales.
Componente 𝑪𝒑 (
𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈) 𝝀(
𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈) 𝑷𝑴 (
𝒌𝒈
𝒌𝒎𝒐𝒍)
Metanol (A) 0.605 262.2 32
Agua (B) 1 539.4 18
III.4 CÁLCULOS DE LA PRÁCTICA DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL.
Secuencia de cálculos:
1).-Expresar un balance de materia con los datos experimentales, aplicando las
ecuaciones (11) y (13).
Fracción mol de metanol
𝑥 = 𝑥𝐴
𝑃𝑀𝐴
𝑥𝐴
𝑃𝑀𝐴 +
(1−𝑥𝐴 )
𝑃𝑀𝐵
𝑥𝐴 =
0.23
32
0.23
32 +
(1−0.23)
18
= 𝟎.𝟏𝟒𝟑𝟖
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 55
𝑍𝐹 =
0.23
32
0.23
32 +
(1−0.23)
18
= 𝟎.𝟏𝟒𝟑𝟖
𝑦𝐷 =
0.32
32
0.32
32 +
(1−0.32)
18
= 𝟎.𝟐𝟎𝟗𝟑
𝑥𝑊 =
0.205
32
0.205
32 +
(1−0.205)
18
= 𝟎.𝟏𝟐𝟔𝟔
𝐹 = 𝐷 +𝑊 = 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙 → 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (11).
𝜌𝐹 = 0.956 𝑔
𝑚3=𝑘𝑔
𝐿𝑡
Flujos a peso:
𝐹 = 41 𝐿𝑡 0.956 𝑘𝑔
𝐿𝑡 = 𝟑𝟗.𝟏𝟗𝟔 𝒌𝒈
𝐷 = 16 𝐿𝑡 0.941 𝑘𝑔
𝐿𝑡 = 𝟏𝟓.𝟎𝟓𝟔 𝒌𝒈
𝑊 = 25 𝐿𝑡 0.962 𝑘𝑔
𝐿𝑡 = 𝟐𝟒.𝟎𝟓 𝒌𝒈
Flujos a moles:
𝑀 =𝑀𝑎𝑠𝑎
𝑥𝐴 𝑃𝑀𝐴 + 1− 𝑥𝐴 𝑃𝑀𝐵= 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
𝐹 =39.196
0.1438 32 + 1− 0.1438 18= 𝟏.𝟗𝟓𝟖𝟓 𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
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𝐷 =15.056
0.2093 32 + 1− 0.2093 18= 𝟎.𝟕𝟏𝟗𝟑 𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
𝑊 =24.05
0.1266 32 + 1− 0.1266 18= 𝟏.𝟐𝟏𝟔𝟑 𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
Balance de Materia:
𝐹 = 𝐷 +𝑊 = 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙 → 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (11)
𝐹 = 0.7193 + 1.2163 = 𝟏.𝟗𝟑𝟓𝟔 𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
𝐹 = 𝟏.𝟗𝟑𝟓𝟔 𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍 ≈ 𝟏.𝟗𝟓𝟖𝟓 𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
Balance de Materia usando las fracciones molares:
𝐹 ∗ 𝑧𝐹 = 𝐷 ∗ 𝑦𝐷 + 𝑊 ∗ 𝑥𝑊 → 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (13)
1.9585 ∗ 0.1438 = 0.7193 ∗ 0.2093 + 1.2163 ∗ 0.1266
𝟎.𝟐𝟖𝟏𝟔 ≈ 𝟎.𝟑𝟎𝟒𝟓
2).- Aplicando la ecuación (14) encontrar la relación (D/F) para compararlo con el
valor resultante de la ecuación (12)
𝐷
𝐹=𝑧𝐹 − 𝑥𝑊𝑦𝐷 − 𝑥𝑊
→ 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (14)
𝐷
𝐹=
0.1438 − 0.1266
0.2093 − 0.1266= 𝟎.𝟐𝟎𝟕𝟗 (𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜)
𝐷
𝐹= 1 −
𝑊
𝐹 → 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (12)
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 57
𝐷
𝐹= 1−
1.2163
1.9585= 𝟎.𝟑𝟕𝟖𝟗 (𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙)
%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0.3789 − 0.2079
0.3789 100 = 𝟒𝟓%
3).- Aplicando la ecuación (10), calcular la relación (F/W) con las concentraciones
de equilibrio obtenidos a partir del diagrama de puntos de ebullición con ayuda de
las temperaturas inicial y final de la destilación. Considerar "𝛼" como un valor
promedio entre estas temperaturas.
𝐹
𝑊=
𝑧𝐹𝑥𝑊
1 − 𝑥𝑊1 − 𝑧𝐹
𝛼
𝛼−1
𝐹
𝑊=
𝑧𝐹𝑥𝑊
1− 𝑥𝑊1 − 𝑧𝐹
𝛼
1
𝛼−1
→ 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (10)
Tabla III.5 Datos tomados de la grafica de equilibrio de Metanol-Agua, ver
figura III.1 pagina 65.
Datos tomados de la grafica de equilibrio de
Metanol-Agua (Temperatura vs x,y).
𝑥𝑊 = 0.1266 𝑦𝑊 = 0.345 𝑡𝑓 = 85.1
𝑍𝐹 = 0.1438 𝑦𝐹 = 0.371 𝑡𝑖 = 84.3
𝛼1 =𝑦𝐹(1− 𝑍𝐹)
𝑍𝐹(1− 𝑦𝐹)
𝛼2 =𝑦𝑊(1− 𝑥𝑊)
𝑥𝑊(1− 𝑦𝑊)
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 58
𝛼1 =0.371(1− 0.1438)
0.1438(1− 0.371)= 𝟑.𝟓𝟏
𝛼2 =0.345(1− 0.1266)
0.1266(1 − 0.345)= 𝟑.𝟔𝟑
𝛼𝑃𝑟𝑜𝑚 =𝛼1 + 𝛼2
2=
3.51 + 3.63
2= 𝟑.𝟓𝟕
𝐹
𝑊=
0.1438
0.1266
1 − 0.1266
1 − 0.1438
3.57
1
3.57−1
= 𝟏.𝟐𝟐𝟕
𝐹
𝑊= 𝟏.𝟐𝟐𝟕 (𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜)
4).- Comparar la relación (F/W) obtenida un paso anterior con la obtenida por
medio de la ecuación (12)
𝐷
𝐹= 1 −
𝑊
𝐹 → 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (12)
𝑊
𝐹= 1 −
𝐷
𝐹= 1 −
0.7193
1.9585= 𝟎.𝟔𝟑𝟐𝟕
𝑊
𝐹 −1
= 0.6327 −1
𝐹
𝑊= 𝟏.𝟓𝟖 (𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙)
%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 1.58 − 1.227
1.58 100 = 𝟐𝟐.𝟑%
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 59
5).- Determinar las perdidas de calor empleado
𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 = 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 − 𝑄𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑄𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝐷 ∗ 𝐻𝐷 + 𝑊 ∗ 𝐻𝑊 − 𝐹 ∗ 𝐻𝐹 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝐻𝐷 = 𝐶𝑝𝐴 ∗ 𝑦 ∗ 𝑃𝑀𝐴 + 𝐶𝑝𝐵 ∗ 1− 𝑦 ∗ 𝑃𝑀𝐵 ∗ 𝑇𝑃𝑟𝑜𝑚 − 0
+ 𝜆𝐴 ∗ 𝑦 ∗ 𝑃𝑀𝐴 + 𝜆𝐵 ∗ 1− 𝑦 ∗ 𝑃𝑀𝐵 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
𝑇𝑃𝑟𝑜𝑚 =𝑡𝑓 + 𝑡𝑖
2=
85.1 + 84.3
2= 𝟖𝟒.𝟕
𝐻𝐷 = 0.605 ∗ 0.2093 ∗ 32 + 1 ∗ 1 − 0.2093 ∗ 18 ∗ 84.7− 0
+ 262.2 ∗ 0.2093 ∗ 32 + 539.4 ∗ 0.7907 ∗ 18 =
𝐻𝐷 = 𝟏𝟎𝟗𝟖𝟏.𝟖𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
𝐻𝐹 = 𝐶𝑝𝐴 ∗ 𝑧 ∗ 𝑃𝑀𝐴 + 𝐶𝑝𝐵 ∗ 1 − 𝑧 ∗ 𝑃𝑀𝐵 ∗ 𝑇𝑎𝑚𝑏 − 0 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
𝐻𝐹 = 0.605 ∗ 0.1438 ∗ 32 + 1 ∗ 1− 0.1438 ∗ 18 ∗ 20 − 0 =
𝐻𝐹 = 𝟑𝟔𝟑.𝟗𝟏𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
𝐻𝑊 = 𝐶𝑝𝐴 ∗ 𝑥 ∗ 𝑃𝑀𝐴 + 𝐶𝑝𝐵 ∗ 1− 𝑥 ∗ 𝑃𝑀𝐵 ∗ 𝑡𝑊 − 0 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
𝐻𝑊 = 0.605 ∗ 0.1266 ∗ 32 + 1 ∗ 1− 0.1266 ∗ 18 ∗ 85.1− 0 =
𝐻𝑊 = 𝟏𝟓𝟒𝟔.𝟒𝟓𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
𝑄𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝐷 ∗ 𝐻𝐷 + 𝑊 ∗ 𝐻𝑊 − 𝐹 ∗ 𝐻𝐹 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 60
𝑄𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 0.7193 ∗ 10981.8 + 1.2163 ∗ 1546.45 − 1.9585 ∗ 363.91 =
𝑄𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 9780.16− 712.71 = 9067.44 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑄𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝟗𝟎𝟔𝟕.𝟒𝟒 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝑄𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 ∗ 𝜆𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝜋 ∗ 𝑟2 ∗ ∗ 𝜌@𝑡𝑐 = 𝑘𝑔
Para las propiedades del vapor, primero hay que obtener la presión absoluta,
queda:
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝑃𝑚𝑎𝑛 + 𝑃𝑎𝑡𝑚 = 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝑃𝑚𝑎𝑛 = 0.6 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝑃𝑎𝑡𝑚 = 585 𝑚𝑚𝐻𝑔 @ 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝑃𝑎𝑡𝑚 = 585 𝑚𝑚𝐻𝑔 0.0013
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
1 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 𝟎.𝟕𝟔𝟎𝟓
𝒌𝒈
𝒄𝒎𝟐
𝑃𝑎𝑏𝑠 = 0.6 + 0.7605 = 𝟏.𝟑𝟔𝟎𝟓 𝒌𝒈
𝒄𝒎𝟐 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝜆𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝟓𝟑𝟑.𝟗𝟔𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈=𝒄𝒂𝒍
𝒈
Tabla III.6 Características del tanque de condensado.
Tanque de Condensado de vapor
Diámetro (cm) Radio (cm) Altura (cm)
∅ = 38.5 𝑟 = 19.25 ∆𝑍 = 7
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 61
= 7 𝑐𝑚 1 𝑚
100 𝑐𝑚 = 𝟎.𝟎𝟕 𝒎
Nota el diámetro es constante por lo tanto el radio también lo es, queda la
ecuación así;
𝑟 = 19.25 𝑐𝑚 1 𝑚
100 𝑐𝑚 = 𝟎.𝟏𝟗𝟐𝟓 𝒎
𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑣 ∗ 𝜌@𝑡𝑐 = 𝑘𝑔
𝑣 = 𝜋 ∗ 𝑟2 ∗ = 𝑚3
La densidad se toma a la temperatura de salida del tanque de vapor condensado.
𝑡𝑐 = 29 ∴ 𝜌@𝑡𝑐 = 996.041𝑘𝑔
𝑚3
𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝜋 ∗ 𝑟2 ∗ ∗ 𝜌@𝑡𝑐 = 𝑘𝑔
𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝜋 ∗ (0.1925 𝑚)2 ∗ ∗ 𝜌@𝑡𝑐 = 𝑘𝑔
𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝜋 ∗ 0.037056 𝑚2 ∗ ∗ 𝜌@𝑡𝑐 = 𝑘𝑔
𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 0.116416 𝑚2 ∗ ∗ 𝜌@𝑡𝑐 = 𝑘𝑔
𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 0.116416 𝑚2 ∗ 0.07 𝑚 ∗ 996.041 𝑘𝑔
𝑚3= 𝟖.𝟏𝟏𝟔𝟖 𝒌𝒈
De la misma forma obtendremos el Calor de vapor:
𝑄𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 ∗ 𝜆𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑄𝑉 = 8.1168 ∗ 533.96 = 𝟒𝟑𝟑𝟒.𝟎𝟖 𝒌𝒄𝒂𝒍
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 62
Ahora el Calor perdido:
𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 = 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 − 𝑄𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 = 9067.44− 4334.08 = 𝟒𝟕𝟑𝟑.𝟑𝟔 𝒌𝒄𝒂𝒍
Tabla III.7 Resultados de la práctica de destilación diferencial.
Experimental Teórico %Error
(𝑫/𝑭) 0.3789 0.2079 45
(𝑭/𝑾) 1.58 1.227 22.3
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 9067.44
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 4733.36
Tabla III.8 Resultados Generales de la práctica de destilación diferencial.
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.1438 𝑭 39.196 𝑭 1.9585
𝒚𝑫 0.2093 𝑫 15.056 𝑫 0.7193
𝒙𝑾 0.1266 𝑾 24.05 𝑾 1.2163
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭 1.9356 0.2816 0.3045
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.2079 𝜶𝟏 3.51 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
1.227
𝜶𝟐 3.63
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
3.57
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.3789
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
84.7 𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
1.58
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 45 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾) 22.3
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 63
Continuación Tabla III.8
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
10981.8
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
363.91
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1546.45
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 8.1168
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 4334.08
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 9067.44
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 4733.36
III.5 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS.
Dentro de la práctica se llevo a cabo la operación del equipo de destilación
diferencial separando la mezcla de metanol-agua ayudándonos de sus distintas
volatilidades así separando el metanol del agua, se mantuvo la presión constante
que es una de las variables que se pueden controlar, los datos arrojados por los
cálculos son los siguientes:
Primeramente se logra la destilación y se separa el flujo alimentado en flujo de
destilado y flujo de residuo como se observa en el cambio de composición en la
fracción mol de metanol, en un principio zF= 0.1438 posteriormente el destilado se
enriquecerá más en metanol yD=0.2093 y el residuo contendrá poco metanol
xW= 0.1266 y al aplicar la ecuación 11 vemos un valor practico (Fprac=1.9356
kgmol), menor al valor teórico del flujo de alimentación (Fteó=1.9585 kgmol), de la
misma forma utilizando la ecuación 13 se repite el mismo fenómeno, aunque en el
balance de materia existe una pequeña variación el resultado es aceptable, ya sea
por algún factor que influya directamente como puede ser que no todo el flujo
alimentado sale del equipo y se haya alojado en las tuberías, la bomba,
enfriadores o condensadores; una lectura errónea en el densímetro, en la altura de
los tanques, el no enfriar las muestras a la temperatura deseada o el no tomar las
alturas mínimas para las gráficas de destilado y de residuo.
CAPÍTULO – III DESARROLLO EXPERIMENTAL
IPN-ESIQIE 64
Por otro lado la relación de la alimentación entre el residuo (F/W), teórico y
experimental es mayor el (F/W)experimental= 1.58 > (F/W)teórico= 1.227 con un
porciento de error del 22.3% aunque es algo grande nos indica que si existe una
destilación dentro del equipo y que el componente mas volátil en este caso el
metanol se separa del agua no en su totalidad, pero el destilado se enriquece en
metanol no así el residuo que es más rico en agua. Con respecto al calor
suministrado o del proceso es grande Qproceso=9067.44 kcal, como es grande las
perdidas de calor Qperdido=4733.36 kcal un 52.2% que se transfiere a los
alrededores, normal que no toda la energía se use a un 100%, esto se podría
deber a que el enchaquetado del equipo y de la tubería no están en la mejor forma
posible y aun con un correcto enchaquetado siempre habrá perdidas de alguna
manera.
Por lo tanto podemos concluir que el equipo trabaja bien, que se cumplió con el
objetivo que era la destilación de la mezcla metanol-agua.
Por otro lado estos resultados serán de gran importancia ya que de ello partiremos
para iniciar con el modelado del programa en Visual Basic 2010 “Destilación
diferencial de una mezcla binaria”.
CAPITULO – III SEPARACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS
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Figura III.1 Gráfica temperatura vs fracciones molares del líquido y gas.
58
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
92
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Metanol-Agua @ P=585 mmHg
yw=0.345
tf=85.1 °C
T ( °C )
x,y
ti=84.2°C
xw=0.126 zF=0.143 yF=0.371 x,y
IPN-ESIQIE 66
CC aa pp íí tt uu ll oo II VV ::
DD ii ss ee ññ oo dd ee ll ss ii mm uu ll aa dd oo rr dd ee
DD ee ss tt ii ll aa cc ii óó nn DD ii ff ee rr ee nn cc ii aa ll
cc oo nn ee ll ss oo ff tt ww aa rr ee "" VV ii ss uu aa ll
BB aa ss ii cc -- 22 00 11 00 ""
Capítulo IV
DD ii ss ee ññ oo dd ee ll
ss ii mm uu ll aa dd oo rr dd ee
dd ee ss tt ii ll aa cc ii óó nn
dd ii ff ee rr ee nn cc ii aa ll ..
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 67
IV.1 LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN MICROSOFT VISUAL BASIC 2010.
IV.1.1 Introducción a Microsoft Visual Basic 2010.
a) Desarrollo de aplicaciones:
En el mundo actual, todos los días se cuenta con distintos desarrollos de
aplicaciones, como, por ejemplo, el programa que controla nuestro teléfono móvil.
A su vez, se cuenta con programas que, en tiempo real, permiten traducir
diferentes idiomas, conectarse a Internet, jugar, llevar un listado de lo que se
adquiere en el supermercado registrando su código de barras y estimando el costo
total, y muchas alternativas más.
Se puede notar que algunas aplicaciones son más básicas, y otras, más
complejas. Si bien es posible considerar el teléfono móvil como un aparato
complejo, el desarrollo de aplicaciones también impacta en otros elementos de
uso cotidiano, tales como las refrigeradores inteligentes, el programa del
microondas, las alarmas, y otros. El mundo en su totalidad se rige por programas
desarrollados mediante algún lenguaje de programación. Todos los elementos
electrónicos, en menor o mayor grado, contienen aplicaciones específicas para
cumplir su misión.
Una definición que se puede encontrar en primera instancia sobre el desarrollo de
una aplicación es: confeccionar, probar y buscar errores de un programa
informático. Dicho programa va a soluciona una situación o problema comúnmente
llamado “modelo de negocio”, que puede ser, por ejemplo, cuando alguna
empresa necesita llevar un inventario de productos. Para poder confeccionar un
programa informático, se precisa emplear un lenguaje de programación que nos
permita realizar la prueba o búsqueda de errores.
b) Propósitos para aprender a desarrollar:
Cuando se tiene que aprender a desarrollar y programar aplicaciones o sistemas,
lo hacemos para cubrir determinadas necesidades, ya sean personales o de
terceros, y así obtener un ingreso económico a cambio del trabajo.
Uno de los pasos fundamentales que debemos efectuar antes de comenzar es
aprender la programación lógica. Esto es importante porque, si bien los lenguajes
de programación tienen sus particularidades, las soluciones lógicas son
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 68
analizadas de un solo modo. De esta manera, conocer este tema claramente nos
permitirá migrar a todos los lenguajes que se pueden
.
c) Desarrollo de aplicaciones:
Aprender a desarrollar aplicaciones nos ofrece muchas posibilidades, ya que
podremos realizar programas en cualquier plataforma, ya sea para la Web,
Windows, Linux o Macintosh; incluso, para móviles, televisión inteligente, etc. El
propósito principal es tener la base lógica de programación, y luego elegir cuál es
el lenguaje en el que deseamos poner nuestro mayor esfuerzo. Puede ser el que
esté latente en el mercado, uno específico de un área (como para los trabajos
científicos), o simplemente, aquel en el que se sienta más cómodo alguien para
trabajar.
Al adquirir estos conocimientos, podremos tomar cualquier modelo de negocio o
problema funcional de una organización, y resolverlo mediante la programación de
una aplicación.
En resumen, a la hora de desarrollar una aplicación que resuelva un modelo de
negocio o problema, ya sea personal o empresarial, se debe tener presentes las
metas, evaluar si el alcance del desarrollo es a corto o largo plazo, y establecer
claramente cuáles serán los objetivos a seguir.
El desarrollo de las aplicaciones nos servirá para crear o modificar aquellos
programas que permitirán realizar una o varias actividades. Para posteriormente
conocer como debería conformarse un equipo de desarrollo, en función del
planteo de soluciones a problemas, metas y objetivos.
d) Tipos de aplicaciones:
En el mercado informático actual, nos encontramos con diferentes soportes de
hardware que albergan variados tipos de aplicaciones, ya sea exclusiva de
Internet, del sistema operativo o de un aplicativo en particular. Así como antes
comenzamos a formar el concepto de desarrollo de una aplicación, ahora vamos a
reforzarlo haciendo un repaso de las aplicaciones existentes, de modo de tener
una idea gráfica de qué podemos considerar para este trabajo.
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 69
e) Aplicaciones de escritorio:
Las aplicaciones de escritorio son aquellas que funcionan sobre un sistema
operativo de PC (computadora personal) o notebook. Los desarrollos en este
ámbito también son enormes, y se pueden encontrar con algunos muy costosos,
utilizados por grandes empresas; y con otros gratuitos y útiles que pueden servir
para diferentes tareas.
f) Interpretación de las aplicaciones:
El funcionamiento interno de un programa y los aspectos más importantes que se
debe tener en cuenta, para así conocer el trasfondo de lo que se va a desarrollar,
son los siguientes.
- ¿Qué es un algoritmo?:
Si bien se encuentran múltiples definiciones de lo que es un algoritmo, se trabajara
con la genérica que toma la Real Academia Española, en la que se hace
referencia a un conjunto ordenado y finito de operaciones que permite hallar la
solución de un problema.
De esta manera, se puede definir el algoritmo como una serie de pasos ordenados
que deben seguirse para lograr, finalmente, la resolución de una situación o
problema. En el desarrollo, para poder ejecutar una aplicación, se tiene que
traducir esto a sentencias ordenadas de código que se ejecutan línea a línea.
- ¿Qué es un lenguaje de programación?:
La comunicación que se debe establecer, como desarrolladores, frente a un
hardware, para lograr que este ejecute las tareas o procesos que se desean. Se
necesita como herramienta primordial un lenguaje de programación.
En distintos escritos se consideran lenguajes de bajo nivel a algunos como:
FORTRAN, ASSEMBLER y C. Como lenguajes de alto nivel se puede mencionar:
Visual Basic, Visual C++ y Python. Si bien se pueden encontrar categorizaciones
más finas al respecto, que describan diferentes tipos de lenguajes, hay que
recordar que, en términos generales, siempre se habla de lenguajes de alto nivel
y de bajo nivel.
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 70
- Diagrama de flujo:
Los diagramas de flujo son descripciones gráficas de algoritmos que usan
símbolos conectados mediante flechas para indicar la secuencia de instrucciones.
Este tipo de diagramas se utilizan para representar algoritmos pequeños. Su
construcción es laboriosa y son medianamente fáciles de leer para personas que
no están involucradas en la programación.
Figura IV.1 Principales etapas que se encuentran involucradas durante el
desarrollo de aplicaciones (Juan Carlos Casale. (2012). Introducción a la
programación. Argentina: Redusers).
En el proceso que se observa en el gráfico de la Figura IV.1, puede suceder que
haya necesidad de retroceder y volver a analizar o replantear algunas de las
acciones.
Los siguientes aspectos son pasos que se siguen en el desarrollo de un programa
para resolver una situación:
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 71
1) Analizar el problema que vamos a resolver.
2) Diseñar una solución.
3) Traducir la solución a pseudocódigo.
4) Implementar en un lenguaje de programación todo lo analizado.
5) Compilar el programa.
6) Realizar pruebas de ejecución.
7) Corregir los errores que haya.
g) Metodologías de desarrollo:
A la hora de conceptualizar una metodología, resalta el hecho de que existe una
amplia variedad de enfoques a los que se pueden recurrir. Para obtener una
definición clara y asegurarse de no dejar de lado ninguna cuestión importante, es
necesario crear un significado propio. Para eso, se seleccionan los conceptos
fundamentales que involucran a una metodología y analizan sus funciones:
1. Metodología: conjunto de procedimientos, técnicas, herramientas y soporte
documental que utilizan los desarrolladores a la hora de tomar las
decisiones sobre el software a realizar.
2. Tarea: actividades elementales en las que se dividen los procesos.
3. Procedimiento: forma que se define para ejecutar la tarea.
4. Técnica: herramienta utilizada para aplicar un procedimiento; es posible
usar una o varias.
5. Herramienta: para realizar una técnica, podemos apoyarnos en las
herramientas de software que automatizan su aplicación.
6. Producto: resultado de cada etapa.
Muchas veces se pone el énfasis en que las metodologías deben planificar,
controlar, capturar requisitos, realizar tareas de modelado, y promover la etapa de
análisis y diseño antes de proceder a la construcción del software. Pero también
es importante manejar a detalle la documentación utilizada en cada una de las
etapas. Este tipo de metodología se denomina tradicional o pesada.
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
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h) La lógica de un humano y de una máquina:
El pensamiento lógico en los humanos es interpretado como el orden que este
debe tener, indicando las operaciones de entendimiento en su movimiento hacia
un objetivo. Anteriormente se vio que el algoritmo es un conjunto finito ordenado
de pasos que nos lleva a la solución de un problema u objetivo. Y entenderemos
que esto no difiere mucho del proceso lógico de una computadora.
La historia de la lógica para la computación comienza con la Revolución Digital,
que se inició con la invención de la computadora digital y el acceso universal a las
redes. Alan Turing fue quien unió la lógica y la computación, antes de que
cualquier computadora fuese inventada.
El fue matemático y lógico, pionero en la teoría de la computación, y contribuyó
con importantes análisis lógicos sobre los procesos computacionales. Las
especificaciones para la computadora abstracta que él ideó, llamada la máquina
de Turing, resultó ser una de sus contribuciones más relevantes a la teoría de la
computación. Además, probó la posibilidad de construir una máquina universal
que hiciera el trabajo de cualquiera diseñada para resolver problemas específicos,
gracias a una programación adecuada. La máquina propuesta por Turing es un
dispositivo relativamente simple, pero capaz de efectuar cualquier operación
matemática. De esta forma, sería capaz de hacer todo aquello que fuera posible
para el cerebro humano, incluyendo la capacidad de tener conciencia de sí
mismo.
En programación, el lenguaje artificial e informal, pseudocódigo, es útil para
desarrolladores en la confección de algoritmos, pero este no es un lenguaje de
programación. El pseudocódigo describe algoritmos que se pueden utilizar como
una mezcla del lenguaje común (protocolo humano) con instrucciones de
programación. Su objetivo principal es que el desarrollador se centre en la
solución lógica y, luego, tenga prioridad en la sintaxis de un lenguaje de
programación por utilizar.
i) Lenguajes de programación:
Los lenguajes de programación son definidos como un idioma artificial diseñado
para expresar cómputos que pueden ser llevados a cabo por equipos electrónicos,
tales como computadoras, tablets, smartphones, etc. El uso de este lenguaje
máquina, nos permite crear programas o aplicaciones que controlan el
comportamiento físico y lógico de un dispositivo electrónico (expresado en
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 73
algoritmos de precisión) y, además, establecer la comunicación humano-máquina.
Su escritura está formada por un conjunto de símbolos, reglas sintácticas y
semánticas que definen la estructura y el significado de sus elementos y
expresiones, al igual que las reglas ortográficas lo hacen con el lenguaje humano.
Por último, debe tenerse en cuenta el proceso de programación por el cual se
escribe, prueba, depura, compila y mantiene el código fuente de un programa
informático, al que se llamará desarrollo.
j) Tipos de lenguajes:
Existen lenguajes sólidos, duros, visuales, amigables y específicos en la
programación de código fuente. En la Tabla IV.1, se pueden observar la variedad
que hay y cuáles son sus diferencias.
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
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IV.2 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN.
Tabla IV.1 Clasificación y detalle sobre los distintos lenguajes de programación
(Juan Carlos Casale. (2012). Introducción a la programación. Argentina:
Redusers).
TIPO: DESCRIPCIÓN:
Lenguaje
máquina.
Tanto las invocaciones a memoria como los procesos
aritmético-lógicos son posiciones literales de conmutadores
físicos del hardware en su representación booleana. Estos
lenguajes son literales de tareas.
Lenguaje objeto.
Lenguaje o juego de instrucciones codificado al cual es
traducido un lenguaje fuente por medio de un compilador. Es un
lenguaje máquina directamente comprensible por una
computadora.
Lenguajes de bajo
nivel.
Ensamblan los grupos de conmutadores necesarios para
expresar una mínima lógica aritmética, y están íntimamente
vinculados al hardware. Estos lenguajes están orientados a
procesos, y el diseño de la arquitectura de hardware
determinará la cantidad de instrucciones.
Lenguajes de
medio nivel.
Basándose en los juegos de instrucciones disponibles (chipset),
permiten el uso defunciones a nivel aritmético, pero a nivel
lógico, dependen de literales en ensamblador.
Estos lenguajes están orientados a procedimientos. Ejemplos: C
y Basic.
Lenguajes de alto
nivel.
Le permiten al programador tener una máxima flexibilidad a la
hora de abstraerse o ser literal, y ofrecen un camino
bidireccional entre el lenguaje máquina y una expresión casi
oral entre la escritura del programa y su posterior compilación.
Estos lenguajes están orientados a objetos, que a su vez, se
componen de propiedades cuya naturaleza emerge de
procedimientos. Ejemplos: C++, Fortran, Cobol y Lisp.
Lenguajes de
aplicaciones.
No permiten una bidireccionalidad conceptual entre el lenguaje
máquina y los lenguajes de alto nivel, ni tampoco la literalidad a
la hora de invocar conceptos lógicos. Se basan en librerías
creadas en lenguajes de alto nivel. Pueden permitir la creación
de nuevas librerías, pero propietarias y dependientes de las
suministradas por la aplicación. Están orientados a eventos que
surgen cuando las propiedades de un objeto interactúan con
otro. Ejemplo: Visual Basic para aplicaciones.
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 75
Tabla IV.1 (Continuación).
TIPO: DESCRIPCIÓN:
Lenguajes de
redes.
Se basan en un convenio de instrucciones independientes de la
máquina y dependientes de la red a la que están orientadas. Se
dividen en descriptivos (HTML, XML, VML) y cliente-servidor
(Java, PHP) y de script.
Esta tabla da detalle sobre los tipos de lenguajes de programación que se pueden
encontrar en el mercado informático. Frente a esto, es importante tener en cuenta
que, en general, se habla de lenguajes de alto nivel y de bajo nivel, agrupando
en ellos todos los tipos que vimos antes. Para comprender mejor este punto, se
puede generalizar estos conceptos diciendo que el lenguaje de bajo nivel es el
que más se asemeja al lenguaje máquina (por ejemplo: lenguaje Assembler), en
tanto que el de alto nivel se asemeja al lenguaje humano y, por medios visuales,
permite crear nuevos desarrollos (por ejemplo: Visual Basic).
k) Lenguaje de programación MICROSOFT VISUAL BASIC:
En esta parte se aplican los conocimientos vistos, plasmándolos en el lenguaje de
programación Visual Basic. Se utilizara el entorno de desarrollo IDE (Integrated
Development Environment) de Visual Studio 2010 versión Visual Basic Express.
- Creación del proyecto:
Para comenzar a utilizar el lenguaje de programación, debe conocerse que es un
proyecto o solución en Visual Basic. Un proyecto está compuesto por un conjunto
de carpetas y archivos que nos permitirán armar una aplicación, en donde se
almacenan códigos fuente, librerías, interfaces, etc. Para crear el proyecto de
Destilación Diferencial debe considerarse la figura IV.2, que se tomaran como
etapas principales para todos los pasos que presentan en el programa ya
terminado de Destilación Diferencial.
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 76
IV.3 APLICACIÓN EN DESTILACIÓN DIFERENCIAL.
Como todo proyecto hay que desglosar el todo que se nombra “Programa de
Destilación Diferencial”, en varios subprogramas que al final integraran y en cada
uno de ellos se examinara con detalle los resultados, previamente calculados para
que no haya error y si ese fuera el caso poder corregirlo de inmediato, a primera
vista el lenguaje es abstracto en la decodificación para poder entenderlo o para
guiarse nos servimos del mismo programa VB2010 para poner anotaciones y
saber como esta estructurado de manera general el programa, es importante
tenerlo en cuenta para posibles mejoras del programa o quizá usarlo como base
para otras operaciones unitarias dentro del laboratorio como podrían ser
Evaporación, Secado, Absorción etcétera, solo por poner algunos ejemplos ya que
como Ingeniero Químico industrial el programar es un plus si hay que hacer
cálculos repetitivos, extensos y delicados.
Figura IV.2 Etapas principales a seguir para el proyecto de Destilación
Diferencial (Juan Carlos Casale. (2012). Introducción a la programación.
Argentina: Redusers).
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 77
1) Inicia programa: se ejecuta el programa de destilación diferencial en
Visual Basic 2010.
2) Ventana de bienvenida: una vez ejecutado el programa despliega una
ventana inicial o de bienvenida la cual contiene los datos principales del
proyecto y un botón (Siguiente), que abre la ventana principal o de datos de
entrada.
3) Datos de entrada: es la ventana principal donde se harán todos los
cálculos previamente ingresados los datos de la experimentación
(rectángulos más claros o TextBox de entrada), los datos que se usaran
son: densidad y altura de la Alimentación, Destilado y Residuo, la
temperatura ambiente, presión de operación y del tanque de condensado
de vapor su altura y la temperatura a la que sale el vapor condensado, cada
dato con sus unidades correspondientes.
4) Gráficas: muestra las distintas gráficas que rigen esta operación unitaria
estas son; entalpia contra las fracciones molares liquidas y de vapor (H
vsx,y), temperatura contra fracciones molares del liquido y vapor (T vs x,y),
por ultimo y la fracción molar liquida contra la fracción molar vapor (x vs y),
cada gráfica puede ser visualizada e impresa usando el botón (Imprimir).
5) Datos de salida: una vez ingresados los datos y presionando el botón
(OK), se hacen los cálculos debidos y todos los rectángulos vacios
(rectángulos mas obscuros o TextBox de salida), son llenados con el
resultado calculado en sus unidades correspondientes.
6) Imprimir: busca el periférico de impresión y manda el archivo o ventana
principal ya con los campos contestados (TextBox de entrada y salida), a
una pre-visualización del archivo a imprimir y se imprime tal y como se
muestra en el monitor (esto mismo pasa para las gráficas).
7) Limpiar datos de salida: hace una limpieza completa de los rectángulos
(TextBox de entrada y salida), para un nuevo cálculo.
8) Termina programa: una vez que ya no se usara más el programa de
destilación diferencial se cierra directamente de la (x), que se encuentra en
la parte superior derecha teniendo de frente el monitor.
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 78
IV.3.1 Codificación del Programa de Destilación Diferencial.
1.- Decodificación del Simulador de Destilación Diferencial (Lenguaje Visual
Basic 2010).
Public Class Form1
Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button1.Click
'variables a usar
Dim pm1, pm2, dn1, dn2, dn3, an1, an2, an3, pp1, pp2, pp3, vo1, vo2 As
Double
Dim vo3, z, y, x, fk, dk, wk, fm, dm, wm As Double
pm1 = 32
pm2 = 18
dn1 = tx32.Text
dn2 = tx33.Text
dn3 = tx34.Text
an1 = tx35.Text
an2 = tx36.Text
an3 = tx37.Text
'por ciento peso de metanol
pp1 = (-485.1 * (dn1 ^ 2)) + (380 * dn1) + 104
pp2 = (-485.1 * (dn2 ^ 2)) + (380 * dn2) + 104
pp3 = (-485.1 * (dn3 ^ 2)) + (380 * dn3) + 104
tx38.Text = pp1
tx39.Text = pp2
tx40.Text = pp3
'volumen en tanque destilado
vo2 = ((an2 + 3.012) / 0.522)
'volumen en tanque de residuo
vo3 = (0.015 * (an3 ^ 2)) + (1.475 * an3) + 6.545
'volumen total
vo1 = (vo2 + vo3)
tx41.Text = vo1
tx42.Text = vo2
tx43.Text = vo3
'fracción mol
Dim m1, m2, m3 As Double
m1 = (pp1 / 100)
m2 = (pp2 / 100)
m3 = (pp3 / 100)
z = ((m1 / pm1) / ((m1 / pm1) + ((1 - m1) / pm2)))
y = ((m2 / pm1) / ((m2 / pm1) + ((1 - m2) / pm2)))
x = ((m3 / pm1) / ((m3 / pm1) + ((1 - m3) / pm2)))
tx44.Text = z
tx45.Text = y
tx46.Text = x
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
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'flujos en kg
fk = (vo1 * dn1)
dk = (vo2 * dn2)
wk = (vo3 * dn3)
tx47.Text = fk
tx48.Text = dk
tx49.Text = wk
'flujos en kmol
fm = (fk / ((z * pm1) + ((1 - z) * pm2)))
dm = (dk / ((y * pm1) + ((1 - y) * pm2)))
wm = (wk / ((x * pm1) + ((1 - x) * pm2)))
tx50.Text = fm
tx51.Text = dm
tx52.Text = wm
'balance de materia
Dim fm1, fm2, fm3 As Double
fm1 = (dm + wm)
fm2 = (fm * z)
fm3 = (dm * y) + (wm * x)
tx57.Text = fm1
tx58.Text = fm2
tx59.Text = fm3
'relación (D/F)
Dim df1, df2, er1 As Double
df1 = ((z - x) / (y - x))
df2 = (1 - (wm / fm))
'por ciento de error
er1 = (((df2 - df1) / df2) * 100)
tx61.Text = df1
tx62.Text = df2
tx64.Text = er1
Dim y1, x1, tw, tf, tp As Double
'usamos ecuacion Polinómica de orden 6
'para las temperaturas
tw = -64.88 * x ^ 6 + 223 * x ^ 5 - 289.9 * x ^ 4 + 162.2 * x ^ 3 - 8.098 *
x ^ 2 - 56.6 * x + 92.11
tf = -64.88 * z ^ 6 + 223 * z ^ 5 - 289.9 * z ^ 4 + 162.2 * z ^ 3 - 8.098 *
z ^ 2 - 56.6 * z + 92.11
tx55.Text = tw
tx56.Text = tf
'temperatura promedio
tp = (tw + tf) / 2
tx60.Text = tp
'usamos una ecuación Polinómica de orden 4
'es necesario igualar la temperatura obtenida con la nueva ecuación
'para las fracciones de vapor
'para yw
Dim a4 As Double
y1 = 1
Do Until tw <= a4
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
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a4 = -41.36 * y1 ^ 4 + 64.53 * y1 ^ 3 - 47.69 * y1 ^ 2 - 9.508 * y1 +
91.99
y1 = y1 - 0.0001
tx53.Text = y1
Loop
'para yf
Dim a5 As Double
x1 = 1
Do Until tf <= a5
a5 = -41.36 * x1 ^ 4 + 64.53 * x1 ^ 3 - 47.69 * x1 ^ 2 - 9.508 * x1 +
91.99
x1 = x1 - 0.0001
tx54.Text = x1
Loop
'cálculo de α (alfa) promedio
Dim a1, a2, a3 As Double
a1 = x1 * (1 - z) / (z * (1 - x1))
a2 = y1 * (1 - x) / (x * (1 - y1))
a3 = ((a1 + a2) / 2)
tx69.Text = a1
tx70.Text = a2
tx71.Text = a3
'relación (F/W)
Dim fw1, fw2, er2 As Double
fw1 = ((((z / x) * ((1 - x) / (1 - z))) ^ a3) ^ (1 / (a3 - 1)))
fw2 = (1 / (1 - (dm / fm)))
'por ciento de error
er2 = (((fw2 - fw1) / fw2) * 100)
tx65.Text = fw1
tx66.Text = fw2
tx68.Text = er2
Dim cp1, cp2, la1, la2, la3, al, al2, d, ta, wv, hf, hd, hw, qpr, qv, qpe,
pop, pv, tc1 As Double
cp1 = 0.605
cp2 = 1
la1 = 262.2
la2 = 539.4
al = tx7.Text
ta = tx11.Text
'temperatura de condensado de vapor
tc1 = tx90.Text
'altura de (cm) a (m)
al2 = (al / 100)
'cálculo de entalpias
hd = (((cp1 * y * pm1) + (cp2 * (1 - y) * pm2)) * (tp - 0)) + ((la1 * y *
pm1) + (la2 * (1 - y) * pm2))
hf = ((cp1 * z * pm1) + (cp2 * (1 - z) * pm2)) * (ta - 0)
hw = ((cp1 * x * pm1) + (cp2 * (1 - x) * pm2)) * (tw - 0)
tx22.Text = hf
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tx23.Text = hd
tx24.Text = hw
'presión absoluta de vapor
pop = tx80.Text
pv = pop + 0.7605
'densidad usando regresión Polinómica
d = -0.004 * tc1 ^ 2 - 0.055 * tc1 + 1001
'calor latente usando regresión polinómica
la3 = 0.063 * pv ^ 4 - 1.117 * pv ^ 3 + 7.559 * pv ^ 2 - 29.53 * pv + 562.8
tx8.Text = pv
tx9.Text = la3
tx10.Text = d
'calor de proceso
qpr = (((dm * hd) + (wm * hw)) - (fm * hf))
tx19.Text = qpr
'calor de vapor
wv = (0.116416 * al2 * d)
qv = (wv * la3)
tx18.Text = wv
tx20.Text = qv
'calor perdido
qpe = (qpr - qv)
tx21.Text = qpe
End Sub
Private Sub imprimir()
Try
Cursor.Current = Cursors.WaitCursor
With Me.PrintForm1
.PrintAction = Printing.PrintAction.PrintToPreview
.PrinterSettings.DefaultPageSettings.Landscape = True
.Print(Me, PowerPacks.Printing.PrintForm.PrintOption.ClientAreaOnly)
End With
Cursor.Current = Cursors.Default
Catch ex As Exception
Cursor.Current = Cursors.Default
MsgBox(ex.ToString, MsgBoxStyle.Critical, "Error al tratar de Imprimir")
End Try
End Sub
Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button2.Click
'llamar a la funcion imprimir
Call imprimir()
End Sub
Private Sub Button3_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button3.Click
'De esta forma llamamos al Modulo o Module1 que limpia toda la Form de los
TextBox
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
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limpiarCampos(Me)
End Sub
Private Sub Button4_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button4.Click
'Vamos a la ventana de gráficas
Me.Visible = False
Form3.Visible = True
Me.Close()
End Sub
End Class
2.- Decodificación de las órdenes secundarias a ejecutar en el programa
Destilación Diferencial.
a) Ventana de bienvenida a ventana principal.
PublicClassForm2
PrivateSub Button1_Click(ByValsenderAsSystem.Object, ByVal e AsSystem.EventArgs)
Handles Button1.Click
Me.Visible = False
Form1.Visible = True
Me.Close()
EndSub
EndClass
b) Limpiar todas las cajas de texto, datos y soluciones (TextBox).
ModuleModule1
'Esta es la forma o el codigo necesario para borrar todos los TextBox en un
formulario
'y volver a usarlos colocando nuevos datos en los TextBox
SublimpiarCampos(ByVal formulario AsForm)
Dim Text AsObject
ForEach Text Informulario.Controls
IfTypeOf Text IsTextBoxThen
Dim txtTemp1 AsTextBox = CType(Text, TextBox)
txtTemp1.Clear()
EndIf
Next
EndSub
EndModule
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 83
c) Imprimir la ventana principal.
PrivateSubimprimir()
Try
Cursor.Current = Cursors.WaitCursor
WithMe.PrintForm1
.PrintAction = Printing.PrintAction.PrintToPreview
.PrinterSettings.DefaultPageSettings.Landscape = True
.Print(Me, PowerPacks.Printing.PrintForm.PrintOption.ClientAreaOnly)
EndWith
Cursor.Current = Cursors.Default
Catch ex AsException
Cursor.Current = Cursors.Default
MsgBox(ex.ToString, MsgBoxStyle.Critical, "Error al tratar de Imprimir")
EndTry
EndSub
d) Ventana “Gráficas”.
Public Class Form3
Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button1.Click
'Vamos a la gráfica H vs x,y
Me.Visible = False
Form4.Visible = True
Me.Close()
End Sub
Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button2.Click
'Vamos a la gráfica T vs x,y
Me.Visible = False
Form5.Visible = True
Me.Close()
End Sub
Private Sub Button3_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button3.Click
'Vamos a la gráfica x vs y
Me.Visible = False
Form6.Visible = True
Me.Close()
End Sub
Private Sub Button4_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button4.Click
'Vamos a la ventana principal
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 84
Me.Visible = False
Form1.Visible = True
Me.Close()
End Sub
End Class
e) Impresión y regresar a ventana gráficas, para cada gráfica.
1) (H vs x,y)
Public Class Form4
Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button1.Click
'Regresamos a la ventana de gráficas
Me.Visible = False
Form3.Visible = True
Me.Close()
End Sub
Private Sub imprimir()
Try
Cursor.Current = Cursors.WaitCursor
With Me.PrintForm4
.PrintAction = Printing.PrintAction.PrintToPreview
.PrinterSettings.DefaultPageSettings.Landscape = True
.Print(Me, PowerPacks.Printing.PrintForm.PrintOption.ClientAreaOnly)
End With
Cursor.Current = Cursors.Default
Catch ex As Exception
Cursor.Current = Cursors.Default
MsgBox(ex.ToString, MsgBoxStyle.Critical, "Error al tratar de Imprimir")
End Try
End Sub
Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button2.Click
'llamar a la funcion imprimir
Call imprimir()
End Sub
End Class
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 85
2) (T vs x,y)
Public Class Form5
Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button1.Click
'Regresamos a la ventana de gráficas
Me.Visible = False
Form3.Visible = True
Me.Close()
End Sub
Private Sub imprimir()
Try
Cursor.Current = Cursors.WaitCursor
With Me.PrintForm5
.PrintAction = Printing.PrintAction.PrintToPreview
.PrinterSettings.DefaultPageSettings.Landscape = True
.Print(Me, PowerPacks.Printing.PrintForm.PrintOption.ClientAreaOnly)
End With
Cursor.Current = Cursors.Default
Catch ex As Exception
Cursor.Current = Cursors.Default
MsgBox(ex.ToString, MsgBoxStyle.Critical, "Error al tratar de Imprimir")
End Try
End Sub
Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button2.Click
'llamar a la funcion imprimir
Call imprimir()
End Sub
End Class
3) (x vs y)
Public Class Form6
Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button1.Click
'Regresamos a la ventana de gráficas
Me.Visible = False
Form3.Visible = True
Me.Close()
End Sub
Private Sub imprimir()
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 86
Try
Cursor.Current = Cursors.WaitCursor
With Me.PrintForm6
.PrintAction = Printing.PrintAction.PrintToPreview
.PrinterSettings.DefaultPageSettings.Landscape = True
.Print(Me, PowerPacks.Printing.PrintForm.PrintOption.ClientAreaOnly)
End With
Cursor.Current = Cursors.Default
Catch ex As Exception
Cursor.Current = Cursors.Default
MsgBox(ex.ToString, MsgBoxStyle.Critical, "Error al tratar de Imprimir")
End Try
End Sub
Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As
System.EventArgs) Handles Button2.Click
'llamar a la funcion imprimir
Call imprimir()
End Sub
End Class
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 87
IV.4 EJEMPLO DEL PROGRAMA DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL.
Tabla IV.2 Datos experimentales (Se usaran los datos experimentales y la
tabla de resultados del subcapitulo III.3).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.956 23 ZF=0.1438
Destilado 0.941 32 yD=0.2093
Residuo 0.962 20.5 xW=0.1266
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación 46 41
Destilado 6 16
Residuo 12 25
Condensado de vapor 7
Temperatura ambiente 20 °C
Temperatura de
condensado
29 °C
Presión de
operación 0.6
𝑘𝑔
𝑐𝑚2
A continuación ingresamos los datos experimentales en la ventana principal del
programa de destilación diferencial (figura IV.3).
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 88
Figura IV.3 Ventana principal con los datos experimentales ingresados.
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 89
Figura IV.4 Resultado de los cálculos.
CAPÍTULO - IV DISEÑO DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL
IPN-ESIQIE 90
Tabla IV.3 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial.
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.1438 𝑭 39.196 𝑭 1.9585
𝒚𝑫 0.2093 𝑫 15.056 𝑫 0.7193
𝒙𝑾 0.1266 𝑾 24.05 𝑾 1.2163
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭 1.9356 0.2816 0.3045
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.2079 𝜶𝟏 3.51 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
1.227
𝜶𝟐 3.63
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
3.57
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.3789
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
84.7 𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
1.58
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 45 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾) 22.3
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
10981.8
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
363.91
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1546.45
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 8.1168
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 4334.08
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 9067.44
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 4733.36
Para una mayor comprensión del uso del programa de destilación diferencial (ver
Anexo- B).
IPN-ESIQIE 91
Capítulo V
AA nn áá ll ii ss ii ss dd ee
ll oo ss rr ee ss uu ll tt aa dd oo ss ..
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 92
V.1 REPORTES DEL SIMULADOR DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL SIMPLE.
A continuación se compararan los resultados de las prácticas experimentales de
años pasados, en cada reporte hay una tabla de datos experimentales, tabla de
resultados y la captura de pantalla del programa de destilación diferencial con los
datos tomados de los reportes y su correspondiente solución para los cálculos que
se tratan en la practica, llevando una secuencia de los mismos con el numero de
la ecuación usada y que se entiende mejor usando el manual de operación del
programa ver anexo B, los reportes han sido proporcionados por el jefe de
academia del laboratorio de operaciones unitarias, cuando hacen falta datos en las
prácticas se toman las siguientes consideraciones:
Tabla V.1 Consideraciones a tener en cuenta para el programa de destilación
diferencial.
Temperatura ambiente 20 °C
Temperatura de condensado 20 °C
Presión de operación 0.5 kg/cm2
Altura mínima en tanque de destilado 8 cm
Altura mínima en tanque de residuo 6 cm
Al final del presente Capítulo se expone el análisis de los reportes el cual es un
complemento para las conclusiones finales y recomendaciones que se deben
tener en cuenta para el correcto uso del programa.
Se considera cada reporte analizado con un número ó nombre y contiene la
siguiente información:
a) Condiciones de operación.
b) Tabla de datos experimentales.
c) Tabla de resultados.
Con dicha información se ingresan los datos que necesita el programa de
destilación diferencial, una vez obtenidos los resultados de cada reporte,
analizarlos y contrastarlos, de esta forma observar sus diferencias y similitudes,
con los resultados que arroja cada reporte.
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 93
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: Manual
Fecha de entrega: Marzo 2011
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20
Presión Atmosférica (mmHg) 585
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.2 Datos experimentales (Reporte: Manual).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.925 40 ZF=0.2727
Destilado 0.915 44 yD=0.3151
Residuo 0.95 26 xW=0.1722
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación ---1 37
Destilado 9.5 22
Residuo 6.7 15
Condensado de vapor 2.3
Temperatura de
condensado
20 °C
Presión de
operación 0.7
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
1 La altura de nivel de alimentación no es importante, ya que el volumen en litros de la alimentación
es obtenida por la suma de las corrientes de Destilado y Residuo (así para el resto).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 94
Tabla V.3 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial2
(Reporte: Manual).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.2727 𝑭 𝑭 1.569
𝒚𝑫 0.3151 𝑫 𝑫 0.898
𝒙𝑾 0.1722 𝑾 𝑾 0.698
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.703 𝜶𝟏 3.48 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
2.25
𝜶𝟐 3.83
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
3.65
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.57
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
87 𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
2.23
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 18 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾) 0.88
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
10897.266
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
367.417
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1622.84
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 2.68
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 1429.24
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 10342.012
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 8912.76
2 Resultados recopilados en las prácticas, las partes en blanco no hay referencia (así para el resto).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 95
Figura V.1 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte: Manual).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 96
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 1
Fecha de entrega: 20-Abr-2009
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20 27
Presión Atmosférica (mmHg) 585 578
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.4 Datos experimentales (Reporte: 1).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.922 45 ZF=0.315
Destilado 0.89 60 yD=0.45
Residuo 0.928 42.5 xW=0.293
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación --- 41
Destilado 9 21.5
Residuo 19
Condensado de vapor 8.6
Temperatura de
condensado
30 °C
Presión de
operación 0.15
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 97
Tabla V.5 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 1).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.315 𝑭 𝑭 1.6849
𝒚𝑫 0.45 𝑫 𝑫 0.7944
𝒙𝑾 0.293 𝑾 𝑾 0.8904
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭 0.5307 0.6184
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.93 𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.85
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
3.7
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
1.07
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
81.6
𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.52
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 13 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾) -63
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
10508.12
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
497.19
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1378.82
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 10.23
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 5520.52
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 3235.29
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 98
Figura V.2 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 1).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 99
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 2
Fecha de entrega: 21-Abr-2009
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20
Presión Atmosférica (mmHg) 585 578
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.6 Datos experimentales (Reporte: 2).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.922 ZF=0.33
Destilado 0.89 yD=0.45
Residuo 0.928 xW=0.293
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación 46.1 41
Destilado 9 20
Residuo 30.2 21.5
Condensado de vapor 6.9
Temperatura de
condensado
27 °C
Presión de
operación 0.15
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 100
Tabla V.7 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 2).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.33 𝑭 37.80 𝑭 1.6701
𝒚𝑫 0.45 𝑫 17.8 𝑫 0.732
𝒙𝑾 0.293 𝑾 19.95 𝑾 0.9022
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭 0.5511 0.5937
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.2357 𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
1.1246
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
3.71
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.4598
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
86.5 𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
1.7802
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 48.7 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾) 36.8
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
10742.36
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1365.69
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1444.74
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 8.21
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 6886.0024
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 101
Figura V.3 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 2).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 102
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 3 y 4 son iguales
Fecha de entrega: Abril 2008
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20
Presión Atmosférica (mmHg) 585
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.8 Datos experimentales (Reporte: 3 y 4).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.941 ZF=0.24
Destilado 0.921 yD=0.341
Residuo 0.945 xW=0.21
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación 8.2 35
Destilado 4.4 13
Residuo 10.3 22
Condensado de vapor 13.8
Temperatura de
condensado
20 °C
Presión de
operación 0.5
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 103
Tabla V.9 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 3 y 4).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.24 𝑭 𝑭 1.415
𝒚𝑫 0.341 𝑫 𝑫 0.5459
𝒙𝑾 0.21 𝑾 𝑾 0.9896
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭 0.339 0.392
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.229 𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
1.203
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.3
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
3.8
𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
1.551
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 23.6 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾) 22.4
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
10550.5
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
366.62
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
124.30
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 16.065
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 8665.461
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 5319.76
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 104
Figura V.4 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 3 y 4).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 105
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 5
Fecha de entrega: 4-Dic-2008
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20
Presión Atmosférica (mmHg) 585
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.10 Datos experimentales (Reporte: 5).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.954 0.33 ZF=0.2169
Destilado 0.933 0.36 yD=0.2404
Residuo 0.962 0.20 xW=0.1233
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación --- 22.16
Destilado 1.3 2.956
Residuo 8.6 19.210
Condensado de vapor 6.2
Temperatura de
condensado
20 °C
Presión de
operación 0.5
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 106
Tabla V.11 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 5).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.2169 𝑭 21.1464 𝑭 1.0052
𝒚𝑫 0.2404 𝑫 2.757 𝑫 0.1291
𝒙𝑾 0.1233 𝑾 18.48 𝑾 0.9368
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.068 𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
1.437
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
3.56
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.7993
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) -1075 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾)
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
8438.65
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
356.59
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1454.202
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 7.406
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 3992.08
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 1897.84
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 107
Figura V.5 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 5).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 108
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 6
Fecha de entrega: 3-Dic-2008
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20 25
Presión Atmosférica (mmHg) 585
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.12 Datos experimentales (Reporte: 6).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.942 33 ZF=
Destilado 0.933 36 yD=
Residuo 0.963 20 xW=
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación --- 22.03
Destilado --- 2.95
Residuo 8.6 19.21
Condensado de vapor 2.5
Temperatura de
condensado
25 °C
Presión de
operación 0.5
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 109
Tabla V.13 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 6).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.2169 𝑭 21.023 𝑭 0.9993
𝒚𝑫 0.2403 𝑫 2.757 𝑫 0.1290
𝒙𝑾 0.1232 𝑾 18.48 𝑾 0.9368
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭 0.2168 0.1465
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾)
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
8098
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1235.39
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 11.9
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 6462.16
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 2202.71
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 110
Figura V.6 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 6).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 111
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 7
Fecha de entrega:
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20
Presión Atmosférica (mmHg) 585
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.14 Datos experimentales (Reporte: 7).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.941 24 ZF=
Destilado 0.921 34.1 yD=
Residuo 0.942 21.6 xW=
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación --- 33.39
Destilado 4.5 13
Residuo 10.5 22
Condensado de vapor 8.3
Temperatura de
condensado
30.5 °C
Presión de
operación 0.5
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 112
Tabla V.15 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 7).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 𝑭 𝑭 1.4709
𝒚𝑫 𝑫 𝑫 0.5255
𝒙𝑾 𝑾 𝑾 0.9857
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭 1.4709 0.3530 0.3924
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.1909 𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
1.18
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
4.31
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.3298
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
1.357
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 42 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾) 12.5
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
7770.04
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
367.68
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1468.24
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 9.619
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 5189.02
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 4989.58
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 199.43
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 113
Figura V.7 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 7).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 114
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 8
Fecha de entrega: Abril 2008
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20
Presión Atmosférica (mmHg) 585
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.16 Datos experimentales (Reporte: 8).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.940 ZF=0.24
Destilado 0.920 yD=0.3417
Residuo 0.942 xW=0.21
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación 8.2
Destilado 4.4
Residuo 10.3
Condensado de vapor 8.3
Temperatura de
condensado
25 °C
Presión de
operación 0.5
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 115
Tabla V.17 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 8).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.24 𝑭 𝑭 1.5348
𝒚𝑫 0.3417 𝑫 𝑫 0.5454
𝒙𝑾 0.21 𝑾 𝑾 0.9894
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭 1.4126
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.2277 𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
1.072
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
4.31
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.386
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
1.427
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 41 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾) 25
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
7770.04
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
367.68
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1468.24
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 9.61
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 5189
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 4989.58
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 199.5
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 116
Figura V.8 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 8).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 117
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 9
Fecha de entrega:
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20
Presión Atmosférica (mmHg) 585
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.18 Datos experimentales (Reporte: 9).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.954 33 ZF=0.2169
Destilado 0.932 36 yD=0.2404
Residuo 0.962 20 xW=0.1233
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación ---
Destilado --- 2.96
Residuo --- 19.21
Condensado de vapor 8.2
Temperatura de
condensado
25 °C
Presión de
operación 0.2
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 118
Tabla V.19 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 9).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.2169 𝑭 22.17 𝑭 1.0054
𝒚𝑫 0.2404 𝑫 2.75 𝑫 0.13
𝒙𝑾 0.1233 𝑾 18.48 𝑾 0.931
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
3.58
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.87
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
1.45
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾)
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
10038
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
363.08
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1454.21
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 7.40
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 3992.08
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 1698.26
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 119
Figura V.9 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 9).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 120
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 10
Fecha de entrega: 21-Oct-2008
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20
Presión Atmosférica (mmHg) 585 578
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.20 Datos experimentales (Reporte: 10).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.943 34 ZF=0.22
Destilado 0.912 51 yD=0.34
Residuo 0.950 31 xW=0.20
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación --- 31
Destilado 4.6 13.5
Residuo 7.8 17.5
Condensado de vapor 8.6
Temperatura de
condensado
25 °C
Presión de
operación 0.12
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 121
Tabla V.21 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 10).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.22 𝑭 29.233 𝑭 1.3825
𝒚𝑫 0.34 𝑫 12.312 𝑫 0.5302
𝒙𝑾 0.20 𝑾 16.625 𝑾 0.7983
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭 1.3285
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.0489 𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
3.199
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
3.86
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.399
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
1.664
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 87 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾) 92
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
6732.2
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
365.5
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1480.5
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈 10.15
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍 5481
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 4245
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 122
Figura V.10 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 10).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 123
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 11
Fecha de entrega:
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20
Presión Atmosférica (mmHg) 585
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.22 Datos experimentales (Reporte: 11).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.925 40 ZF=0.273
Destilado 0.89 53 yD=0.388
Residuo 0.95 26 xW=0.165
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación --- 34.2
Destilado 10.9 25.2
Residuo 3 9
Condensado de vapor 11
Temperatura de
condensado
--- °C
Presión de
operación 0.5
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 124
Tabla V.23 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 11).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.273 𝑭 33.301 𝑭 1.526
𝒚𝑫 0.388 𝑫 22.428 𝑫 0.9572
𝒙𝑾 0.165 𝑾 4.7708 𝑾 0.2349
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭 1.526 0.4165 0.4101
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.48 𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
1.45
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
3.75
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.724
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
1.92
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 33.7 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾) 24
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 125
Figura V.11 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 11).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 126
CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Número de reporte: 12
Fecha de entrega: 26-Abr-2007
EQUIPO DESTILADOR DIFERENCIAL
Temperatura ambiente (°C) 20 24
Presión Atmosférica (mmHg) 585
DATOS EXPERIMENTALES.
Tabla V.24 Datos experimentales (Reporte: 12).
Corriente Densidad
(𝒈
𝒄𝒎𝟑)
% Peso
de
Metanol
Fracción mol de
Metanol
Alimentación 0.930 38 ZF=0.256
Destilado 0.900 54 yD=0.397
Residuo 0.950 26 xW=0.167
Corriente Altura de
nivel (𝒄𝒎)
Volumen
(𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐𝒔)
Alimentación --- 48.25
Destilado 10 25.6
Residuo 10.5 22.9
Condensado de vapor 13.7
Temperatura de
condensado
25 °C
Presión de
operación 0.3
𝑘𝑔
𝑐𝑚 2
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 127
Tabla V.25 Resultados generales de la práctica de destilación diferencial
(Reporte: 12).
Fracción mol
de metanol
Flujos en peso
(kg)
Flujos en moles
(kgmol)
𝒁𝑭 0.256 𝑭 44.87 𝑭 2.07
𝒚𝑫 0.397 𝑫 23.11 𝑫 0.98
𝒙𝑾 0.167 𝑾 21.76 𝑾 1.07
Balance de materia
(Ecuación 11)
Balance de materia usando las fracciones mol
(Ecuación 13)
𝑭
Ecuación
14
Volatilidad
relativa
Ecuación
10
𝑫
𝑭 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
0.39 𝜶𝟏 𝑭
𝑾 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐
1.59
𝜶𝟐
Ecuación
12
𝜶𝑷𝒓𝒐𝒎
2.58
Ecuación
12
𝑫
𝑭 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
0.48
𝑻𝑷𝒓𝒐𝒎 ()
𝑭
𝑾 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
%𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑫/𝑭) 19 %𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓 (𝑭/𝑾)
𝑯𝑫 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
10287.5
𝑯𝑭 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
0
𝑯𝑾 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍
1337.1
𝑾𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒈
𝑸𝑽𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒌𝒄𝒂𝒍
𝑸𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍 11562.6
𝑸𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒌𝒄𝒂𝒍
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 128
Figura V.12 Captura de pantalla del programa de destilación diferencial (Reporte 12).
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 129
Ahora para los cálculos de las prácticas los cuales se revisaron 12 reportes más
uno que fue la base del programa de destilación diferencial, donde se encontraron
las siguientes diferencias:
Tabla V.26 Comparativa de los distintos reportes de la práctica de destilación
diferencial.
Número de
reporte
Temperatura
ambiente
(°C)
Presión
de
operación
(𝒌𝒈
𝒄𝒎𝟐)
Cálculos del
Volumen en los
tanques de
Alimentación,
Destilación y
Residuo
Cálculo
de la
volatilidad
relativa
Manual
20
0.7
Usando
gráfica
Altura vs Volumen
Usando grafica
Temperatura
Vs
Fracción mol de
liquido y vapor
1
27
0.15
Usando
gráfica
Altura vs Volumen
Presiones
parciales con
ecuación
De Antoine
2
20
0.15
Usando
gráfica
Altura vs Volumen
Presiones
parciales con
ecuación
De Antoine
3 y 4
20
No se uso
Formula de
volumen
integrando entre
limites
Se considera
como un
sistema ideal
por lo tanto
∝= 3.86
5
25
0.2
Formula de
volumen
integrando entre
limites
Presiones
parciales con
ecuación
De Antoine
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 130
Tabla V.26 (continuación).
Número de
reporte
Temperatura
ambiente
(°C)
Presión
de
operación
(𝒌𝒈
𝒄𝒎𝟐)
Cálculos del
Volumen en los
tanques de
Alimentación,
Destilación y
Residuo
Cálculo
de la
volatilidad
relativa
6
25
No se uso
Formula de volumen
integrando entre
limites
No se uso
7
20
0.5
Usando
gráfica
Altura vs Volumen
No se uso
8
20
No se uso
Formula de volumen
integrando entre
limites
Presiones
parciales con
ecuación
De Antoine
9
20
0.2
Formula de volumen
integrando entre
limites
Presiones
parciales con
ecuación
De Antoine
10
20
0.12
Usando
gráfica
Altura vs Volumen
Presiones
Parciales con
ecuación
De Antoine
11
No se uso
0.5
Usando
gráfica
Altura vs Volumen
Presiones
parciales con
ecuación
De Antoine
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 131
Tabla V.26 (continuación).
Es importante mencionar que las diferencias entre el programa de destilación
diferencial y los resultados obtenidos en los reportes 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9 tienen algo
en común para el calculo del volumen en los tanques de Alimentación, Destilado y
Residuo es usada una formula de volumen integrando entre limites usando una
altura de los tanques muy pequeña y que no puede ser leída en el grafica de altura
vs volumen, así como errores en los cálculos además de estar incompletos,
marcando una mayor diferencia entre los resultados obtenidos por el programa de
destilación diferencial y los resultados de los reportes.
Mientras para los reportes número 1, 2, 10, 11, 12, 13 y Manual existe una gran
similitud con ligeras diferencias, esto se debe a la cantidad de decimas después
del punto, en los reportes se usan seis cifras después del punto y el programa
Visual Basic 2010 por defecto usa 4.94065645841246544E-324 a
1.79769313486231570E+308 para los valores positivos, algo más a resaltar es
Número de
reporte
Temperatura
ambiente
(°C)
Presión
de
operación
(𝒌𝒈
𝒄𝒎𝟐)
Cálculos del
Volumen en los
tanques de
Alimentación,
Destilación y
Residuo
Cálculo
de la
volatilidad
relativa
12
24
0.3
Usando
gráfica
Altura vs Volumen
Usando
grafica
Temperatura
Vs
Fracción mol
de
liquido y
vapor
13
(Usado para el
programa de
Destilación
Diferencial)
20
0.6
Usando
gráfica
Altura vs Volumen
Usando
grafica
Temperatura
Vs
Fracción mol
de
liquido y
vapor
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 132
que para los cálculos del volumen en las corrientes F, D y W se uso la gráfica
altura vs volumen y la volatilidad relativa se calculo usando yW e yF de la gráfica de
equilibrio de metanol-agua y la gráfica temperatura vs fracción mol del liquido y del
vapor para la temperatura promedio.
Por otro lado la diferencia entre el programa de destilación diferencial y los
reportes no es mayor a un 8% general. Con estas observaciones podemos
concluir que al tomar en cuenta las características del programa de destilación
diferencial arrojara resultados correctos y es confiable.
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 133
V.2 RECOMENDACIONES.
Es importante mencionar que características se debe de tener en cuenta para el
correcto uso del programa de destilación diferencial, como son las siguientes:
1. Se deben de tener los siguientes datos de la práctica del equipo, la
densidad de cada corriente y su altura correspondiente, así como su
temperatura ambiente y presión de operación, para el caso del tanque del
condensado su altura y temperatura a la que sale el agua condensada.
2. El programa por defecto trabaja usando las siguientes condiciones de
operación:
Tabla V.27 Condiciones de operación con las cuales trabaja el simulador de
destilación diferencial.
Mezcla. Metanol-Agua.
Ecuaciones. Se toman como una mezcla ideal.
Presión atmosférica. 585 mmHg.
Gráfica. % peso de metanol vs densidad @ 20 °C.
Gráfica. Altura de nivel vs Volumen (Tanque de destilado).
Gráfica. Altura de nivel vs Volumen (Tanque de residuo).
Gráfica. Temperatura vs fracción mol del liquido y vapor @
585 mmHg.
Entalpia de
alimentación.
HF @ Temperatura ambiente (dato experimental).
Entalpia de
destilado.
HD @ Temperatura promedio, usando la gráfica de
equilibrio metanol-agua (Temperatura vs x,y).
Entalpia de
Residuo.
HW @ Temperatura final, usando la gráfica de
equilibrio metanol-agua (Temperatura vs x,y).
Altura mínima en
tanque de destilado.
8 cm
Altura mínima en
tanque de residuo.
6 cm
Presión absoluta de
operación.
Intervalo de 0.6 a 6 kg/cm2
3. Las ecuaciones usadas en el programa específicamente para todas las
graficas se usaron regresiones lineales y regresiones polinómicas de orden
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 134
3, 4 y 6 las cuales se ajustan mejor a las graficas (dichas ecuaciones se
aprecian mejor en la decodificación del programa).
4. Para las entalpias es necesario saber correctamente a que temperatura se
realizara el cálculo como se ve en la tabla anterior, de lo contrario abra
errores en los cálculos.
5. cuando hacen falta datos en las prácticas se toman las siguientes
consideraciones:
Tabla V.28 Consideraciones en el programa de destilación diferencial.
Temperatura ambiente 20 °C
Temperatura de condensado 20 °C
Presión de operación 0.5 kg/cm2
Teniendo en cuenta las recomendaciones anteriormente explicadas podremos
hacer un correcto uso del programas y obtener resultados aceptables como se
vera a continuación.
Para el ejemplo del uso del programa de destilación diferencial se usaron los datos
experimentales y la tabla de resultados del Capitulo III.3, al confrontar los
resultados de ambos reportes el experimental y el arrojado por el programa tienen
grandes similitudes y ligeras diferencias esto se debe a la cantidad de decimas
después del punto, en los reportes se usan seis cifras después del punto y el
programa Visual Basic 2010 por defecto usa 4.94065645841246544E-324 a
1.79769313486231570E+308 para los valores positivos, algo más a resaltar es
que para los cálculos del volumen en las corrientes F, D y W se uso la gráfica
altura vs volumen y la volatilidad relativa se calculo usando yW e yF de la gráfica de
equilibrio de metanol-agua y la gráfica temperatura vs fracción mol del liquido y del
vapor para la temperatura promedio, por otro lado la diferencia entre el programa
de destilación diferencial y el reporte no es mayor a un 8% general lo cual nos
muestra que el programa de destilación diferencial es confiable, además de
ahorrarnos tiempo y recursos como son la electricidad, la generación de vapor en
las calderas y el suministro de agua a usar para los condensadores y enfriadores.
CAPÍTULO-V ANÁLISIS DE RESULTADOS
IPN-ESIQIE 135
V.3 CONCLUSIONES.
Con estas observaciones podemos concluir que al tomar en cuenta las
características del programa de destilación diferencial arrojara resultados
correctos, en general el programa es un gran parámetro para un mejor análisis
tanto de datos, cálculos y resultados en forma global dando una perspectiva más
amplia de la experimentación y la conclusión, además de un gran ahorro de
tiempo y recursos. Esto gracias a que podemos predecir los resultados, de esta
forma ver donde se presentan los errores, como pueden ser, en las lecturas de
nivel de los distintos tanques, lectura en el densímetro para cada corriente, lectura
de las distintas gráficas, lectura del manómetro, mala operación del equipo o
cálculos erróneos
Si se quiere ahondar en este tema cuando no se hace caso de las
recomendaciones nos arrojara datos erróneos el programa, bueno no totalmente,
simplemente el programa se ajustara a los datos introducidos para sus cálculos y
nos dará unos resultados que su lógica con la cual se hizo estarán bien pero
incorrectos, estos casos se han estudian en este Capítulo-V, donde aparecen 12
reportes más uno de donde parte el desarrollo del proyecto que seria el número
13, en algunos reportes no cumplen con la altura mínima de los tanques de
destilado y residuo, otros no tienen cuidado al usar las temperaturas para las
distintas entalpias, no usan la densidad correcta para calcular masa de vapor que
se condensa o no usan la presión absoluta para la correcta lambda del vapor para
el calculo de su masa de vapor, ahí es donde hay diferencias y esto lo muestra el
programa al hacer los cálculos y mostrar los resultados.
IPN-ESIQIE 136
ANEXOS.
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 137
Anexo A
DD ii aa gg rr aa mm aa dd ee
ee qq uu ii ll ii bb rr ii oo dd ee ll
ss ii ss tt ee mm aa
MM ee tt aa nn oo ll -- AA gg uu aa
yy EE tt aa nn oo ll -- AA gg uu aa
aa 55 88 55 mm mm HH gg
yy 77 66 00 mm mm HH gg ..
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 138
Diagrama y vs x de Metanol-Agua a 585 mmHg.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
yA
xA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 139
Diagrama T vs x,y de Metanol-Agua a 585 mmHg.
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Tem
pera
tura
°C
xA,yA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 140
Diagrama Hv vs yA / hL vs xA del sistema Metanol-Agua a 585 mmHg.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
hL
Hv
xA,yA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 141
Diagrama y vs x de Metanol-Agua a 760 mmHg.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
yA
xA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 142
Diagrama T vs x,y de Metanol-Agua a 760 mmHg.
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Tem
pera
tura
°C
xA,yA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 143
Diagrama Hv vs yA / hL vs xA del sistema Metanol-Agua a 760 mmHg.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
hL
H
v
xA,yA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 144
Diagrama y vs x de Etanol-Agua a 585 mmHg.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
yA
xA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 145
Diagrama T vs x,y de Etanol-Agua a 585 mmHg.
70
75
80
85
90
95
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Tem
pera
tua °
C
xA,yA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 146
Diagrama Hv vs yA / hL vs xA del sistema Etanol-Agua a 585 mmHg.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
hL
H
v
xA,yA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 147
Diagrama yA vs xA de Etanol-Agua a 760 mmHg.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
yA
xA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 148
Diagrama T vs x,y de Etanol-Agua a 760 mmHg.
75
80
85
90
95
100
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Tem
pera
tura
°C
xA,yA
ANEXO-A DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
IPN-ESIQIE 149
Diagrama Hv vs yA / hL vs xA del sistema Etanol-Agua a 760 mmHg.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
hL
Hv
xA,yA
IPN-ESIQIE 150
Anexo B
MM aa nn uu aa ll dd ee
oo pp ee rr aa cc ii óó nn dd ee ll
ss ii mm uu ll aa dd oo rr dd ee
dd ee ss tt ii ll aa cc ii óó nn
dd ii ff ee rr ee nn cc ii aa ll
ss ii mm pp ll ee ..
ANEXO-B MANUAL DE OPERACIÓN DEL SIMULADOR
IPN-ESIQIE 151
1.- Abrir el archivo ”Destilación Diferencial” y ejecutarlo. 2.- Una vez ejecutado el archivo aparecerá una ventana de bienvenida, la cual
muestra los datos generales del proyecto (figura 1).
Figura 1- Ventana de bienvenida.
Botón Descripción
INICIAR Pasa a la ventana principal donde se
ingresaran los datos y se mostraran los
resultados (figura 2).
ANEXO-B MANUAL DE OPERACIÓN DEL SIMULADOR
IPN-ESIQIE 152
3.- Ventana principal.
Figura 2- Ventana principal.
Botón Descripción Ejecuta y realiza los cálculos en el
programa.
Limpia completamente todos los
rectángulos (TextBox), donde se ingresan
los datos y se muestran los resultados,
para hacer un nuevo cálculo.
Muestra una pre-visualización de la
ventana principal a imprimir.
Muestra las gráficas características del
proceso de destilación Diferencial del
Metanol-Agua a 585 mmHg.
Termina el programa y cierra la
aplicación.
ANEXO-B MANUAL DE OPERACIÓN DEL SIMULADOR
IPN-ESIQIE 153
4.- Datos a ingresar.
Ventana principal. Descripción. Ventana principal.
a).- Ingresar los datos
experimentales en los rectángulos
más claros en la ventana principal,
con sus respectivas unidades
indicado entre paréntesis.
c).- Presionar “OK” para iniciar las
operaciones, al termino de los
cálculos mostrara todos rectángulos
ocupados (figura 3), con su
respectiva respuesta.
ANEXO-B MANUAL DE OPERACIÓN DEL SIMULADOR
IPN-ESIQIE 154
5.- Resultados obtenidos.
Figura 3- Ventana principal completa con datos y resultados.
a).- Los resultados obtenidos con el programa de destilación diferencial
son más comprensibles si apreciamos la tabla de ecuaciones utilizadas,
donde viene la descripción y el número correspondiente de la ecuación
de la ventana principal (Tabla I, pagina 159).
b).- Al presionar “IMPRIMIR” mostrara una pre-visualización del
documento a imprimir (figura 4).
c).- Al presionar “GRÁFICAS” mostrara una nueva ventana con las
gráficas características de Destilación Diferencial del Metanol-Agua a 585
mmHg (figura 5).
ANEXO-B MANUAL DE OPERACIÓN DEL SIMULADOR
IPN-ESIQIE 155
6.- Impresión del documento.
Figura 4- Ventana de pre-visualización de documento a imprimir.
Botón Descripción Reconoce el periférico de impresión y ejecuta la impresión
directamente.
Zoom (acerca o aleja), el documento a imprimir.
Cierra la pre-visualización del documento principal a imprimir.
ANEXO-B MANUAL DE OPERACIÓN DEL SIMULADOR
IPN-ESIQIE 156
7.- Ventana secundaria de gráficas.
Figura 5- Ventana de diagramas de equilibrio.
Botón Descripción Muestra cada una de las gráficas que
son:
H vs x,y (Figura 6).
T vs x,y (Figura 7).
x vs y (Figura 8).
Regresa a la ventana principal (figura 2),
con todos los rectángulos limpios
(TextBox), para un nuevo cálculo.
ANEXO-B MANUAL DE OPERACIÓN DEL SIMULADOR
IPN-ESIQIE 157
8.- Gráficas.
Figura 6- Gráfica HV vs yA y hL vs xA.
Figura 7- Gráfica T vs xA , yA.
ANEXO-B MANUAL DE OPERACIÓN DEL SIMULADOR
IPN-ESIQIE 158
Figura 8- Gráfica yA vs xA.
Botón Descripción Al presionar “IMPRIMIR” mostrara una
pre-visualización del documento a
imprimir y se usaran los mismos botones
que en la figura 4.
Regresa a la ventana gráficas (figura 5).
NOTA: Para las tres gráficas aplican los mismos botones.
ANEXO-B MANUAL DE OPERACIÓN DEL SIMULADOR
IPN-ESIQIE 159
TABLA DE ECUACIONES UTILIZADAS EN EL PROGRAMA DE DESTILACIÓN DIFERENCIAL.
DESCRIPCIÓN. ECUACIÓN. NÚMERO. Fracción mol de metanol.
𝑥 =
𝑥𝐴𝑃𝑀𝐴
𝑥𝐴𝑃𝑀𝐴
+(1 − 𝑥𝐴)𝑃𝑀𝐵
Flujos en peso. 𝑃𝑒𝑠𝑜 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ∗ 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝑘𝑔 Flujos en moles.
𝑀 =𝑀𝑎𝑠𝑎
𝑥𝐴 𝑃𝑀𝐴 + 1 − 𝑥𝐴 𝑃𝑀𝐵= 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
Balance de Materia. 𝑭 = 𝑫 + 𝑾 = 𝒌𝒈𝒎𝒐𝒍 11
Balance de Materia con
fracciones molares.
𝑭 ∗ 𝒛𝑭 = 𝑫 ∗ 𝒚𝑫 + 𝑾 ∗ 𝒙𝑾 13
Relación de destilado
entre
la alimentación.
𝑫
𝑭=
𝒛𝑭 − 𝒙𝑾
𝒚𝑫 − 𝒙𝑾
14
Relación de destilado
entre
la alimentación.
𝑫
𝑭= 𝟏 −
𝑾
𝑭
12
Porciento de error. %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟
𝐷
𝐹
Relación de la
alimentación
entre residuo.
𝑭
𝑾=
𝒛𝑭𝒙𝑾
𝟏 − 𝒙𝑾
𝟏 − 𝒛𝑭
𝜶
𝟏𝜶−𝟏
10
Volatilidad relativa 1. 𝛼1 =
𝑦𝐹(1 − 𝑍𝐹)
𝑍𝐹(1 − 𝑦𝐹)
Volatilidad relativa 2. 𝛼2 =
𝑦𝑊(1 − 𝑥𝑊)
𝑥𝑊(1 − 𝑦𝑊)
Volatilidad relativa promedio.
𝛼𝑃𝑟𝑜𝑚 =𝛼1 + 𝛼2
2
Relación de la
alimentación
entre residuo.
𝑾
𝑭= 𝟏 −
𝑫
𝑭 ;
𝑾
𝑭 −𝟏
=𝑭
𝑾
12
Porciento de error. %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟
𝐹
𝑊
Temperatura promedio.
𝑇𝑃𝑟𝑜𝑚 =𝑡𝑓 + 𝑡𝑖
2
Entalpia de alimentación. 𝐻𝐹 = 𝐶𝑝𝐴 ∗ 𝑧 ∗ 𝑃𝑀𝐴 + 𝐶𝑝𝐵 ∗ 1 − 𝑧 ∗ 𝑃𝑀𝐵 ∗ 𝑇𝑎𝑚𝑏 − 0
𝐻𝐹 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
ANEXO-B MANUAL DE OPERACIÓN DEL SIMULADOR
IPN-ESIQIE 160
DESCRIPCIÓN. ECUACIÓN. Entalpia de destilado. 𝐻𝐷 = 𝐶𝑝𝐴 ∗ 𝑦 ∗ 𝑃𝑀𝐴 + 𝐶𝑝𝐵 ∗ 1 − 𝑦 ∗ 𝑃𝑀𝐵 ∗ 𝑇𝑃𝑟𝑜𝑚 − 0
+ 𝜆𝐴 ∗ 𝑦 ∗ 𝑃𝑀𝐴 + 𝜆𝐵 ∗ 1 − 𝑦 ∗ 𝑃𝑀𝐵 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
Entalpia de residuo. 𝐻𝑊 = 𝐶𝑝𝐴 ∗ 𝑥 ∗ 𝑃𝑀𝐴 + 𝐶𝑝𝐵 ∗ 1 − 𝑥 ∗ 𝑃𝑀𝐵 ∗ 𝑡𝑊 − 0
= 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
Calor de proceso. 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝐷 ∗ 𝐻𝐷 + 𝑊 ∗ 𝐻𝑊 − 𝐹 ∗ 𝐻𝐹 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
Calor de vapor. 𝑄𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 ∗ 𝜆𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
Masa de vapor. 𝑊𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝜋 ∗ 𝑟2 ∗ ∗ 𝜌@𝑡𝑣 = 𝑘𝑔
Presión absoluta. 𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝑃𝑚𝑎𝑛 + 𝑃𝑎𝑡𝑚 =
𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Calor perdido. 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 = 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 − 𝑄𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑘𝑐𝑎𝑙
NOTA: Las ecuaciones en negritas son las enumeradas en la ventana principal (figura 2).
IPN-ESIQIE 161
Referencia bibliográfica.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
IPN-ESIQIE 162
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13. Johana Estrada Aguilar. (2012). Manual de Visual Basic. Argentina:
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Videos:
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2. Diana Carolina Gallo Lara. (2013). Tutorial Visual Basic .NET - Parte 2
(Curso VB.NET 2010 & 2012). 22/01/2013, Sitio web: https://www.youtube.com/watch?v=Nm9c_yet2Js&list=PLpOqH6AE0tNic0oQ_sqQLCNfaL5oEEBo6&index=2
3. Diana Carolina Gallo Lara. (2013). Tutorial Visual Basic .NET - Parte 3
(Curso VB.NET 2010 & 2012). 23/01/2013, Sitio web: https://www.youtube.com/watch?v=broPkjHSh0M&list=PLpOqH6AE0tNic0oQ_sqQLCNfaL5oEEBo6&index=3
4. Diana Carolina Gallo Lara. (2013). Tutorial Visual Basic .NET - Parte 4
(Curso VB.NET 2010 & 2012). 24/01/2013, Sitio web: https://www.youtube.com/watch?v=pNgqVoz5Dvg&index=4&list=PLpOqH6AE0tNic0oQ_sqQLCNfaL5oEEBo6
5. Diana Carolina Gallo Lara. (2013). Tutorial Visual Basic .NET - Parte 5
(Curso VB.NET 2010 & 2012). 25/01/2013, Sitio web: https://www.youtube.com/watch?v=GVfkJOxX-PY&index=5&list=PLpOqH6AE0tNic0oQ_sqQLCNfaL5oEEBo6
6. Diana Carolina Gallo Lara. (2013). Tutorial Visual Basic .NET - Parte 7
(Curso VB.NET 2010 & 2012). 28/01/2013, Sitio web: https://www.youtube.com/watch?v=6gQRuMHTFcw&index=7&list=PLpOqH6AE0tNic0oQ_sqQLCNfaL5oEEBo6
7. Diana Carolina Gallo Lara. (2013). Tutorial Visual Basic .NET - Parte 8 (Curso VB.NET 2010 & 2012). 29/01/2013, Sitio web: https://www.youtube.com/watch?v=rqxQ8u-m0rc&list=PLpOqH6AE0tNic0oQ_sqQLCNfaL5oEEBo6&index=8
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10. Diana Carolina Gallo Lara. (2013). Tutorial Visual Basic .NET - Parte 11
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(Curso VB.NET 2010 & 2012). 02/02/2013, Sitio web: https://www.youtube.com/watch?v=q1WlPxYF_qQ&list=PLpOqH6AE0tNic0oQ_sqQLCNfaL5oEEBo6&index=12
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