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UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
OPERACIONES UNITARIAS III
INFORME DE DESTILACION
AGUA-ETANOL
INTEGRANTES:
FUENTES VICTOR JOSE LUIS
TRUJILLO RODRIGUEZ JORGE IVAN
DOCENTE:
ALEAN VALLE JADER DARIO
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
FACULTAD DE INGENIERIA Y TECNOLOGIAS
INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
VALLEDUPAR/CESAR
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1. INTRODUCCION
La destilación es una operación de transferencia de masa esencial en la separación de
componentes dentro de una solución, aprovechando su distribución entre las fases
líquida y gaseosa. A diferencia de otros métodos de separación, como la absorción o la
desorción de gases, que requieren la adición de sustancias externas, la destilación
genera las fases necesarias a través de la evaporación o condensación de la mezcla
original. Este proceso permite la separación de mezclas en las que todos los
componentes poseen una volatilidad apreciable, siendo especialmente útil para obtener
productos con altos niveles de pureza mediante manipulaciones sucesivas de las fases
o mediante procesos de evaporación y condensación repetidos.
Entre las principales ventajas de la destilación se encuentran su capacidad para realizar
separaciones directas y su aplicabilidad sin la necesidad de introducir agentes externos
que generen subproductos adicionales. No obstante, esta técnica también presenta
limitaciones. Por ejemplo, en algunos casos, los cambios en la composición entre las
fases gaseosa y líquida son tan pequeños que el proceso puede no ser práctico, o incluso
no lograr la separación deseada. Estas limitaciones destacan la importancia de un
diseño adecuado del proceso y de la evaluación de las condiciones de operación.
A pesar de estas restricciones, la destilación sigue siendo una de las operaciones más
relevantes en la ingeniería de procesos, gracias a su capacidad para obtener productos
puros sin requerir procesamiento posterior. Por estas razones, se considera una de las
operaciones de transferencia de masa más importantes y ampliamente utilizadas en la
industria química y de procesos (Treybal, 1980).
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3. Marco teórico
3.1. Destilación
La destilación es una operación de transferencia de masa utilizada para separar
componentes de una mezcla líquida en función de sus diferentes volatilidades. Según
Treybal (1980), este proceso se basa en la distribución de las sustancias entre las fases
líquida y gaseosa, generadas mediante la evaporación o condensación de la mezcla
original. La eficacia de la separación depende del grado de volatilidad relativa de los
componentes en condiciones específicas, y el objetivo es obtener un producto más
concentrado en uno de los componentes de la mezcla inicial.
La destilación es ampliamente utilizada en la industria química, petroquímica y
alimentaria, debido a su capacidad para obtener productos puros mediante
manipulaciones sucesivas de las fases. Sin embargo, tiene limitaciones, como la poca
eficiencia en mezclas donde las diferencias en la composición entre las fases son
pequeñas, lo que exige un diseño adecuado y el uso de estrategias complementarias
para mejorar el rendimiento (Treybal, 1980).
3.2. Tipos de Destilación
De acuerdo con Treybal (1980), los principales tipos de destilación se clasifican en
función del diseño y las condiciones de operación del proceso:
Destilación Simple : Consiste en una sola etapa de vaporización y condensación. Se
utiliza cuando los componentes tienen diferencias significativas en sus puntos de
ebullición.
Destilación Fraccionada : Involucra múltiples etapas de equilibrio líquido-vapor en
una columna de platos o relleno. Este método permite separar mezclas con diferencias
más sutiles en la volatilidad de los componentes, mediante la realización de múltiples
ciclos de evaporación y condensación.
Destilación al Vacío : Se lleva a cabo a presiones reducidas para disminuir los puntos
de ebullición de los componentes y evitar la descomposición térmica en mezclas
sensibles al calor.
Destilación Azeotrópica y Extractiva : Estos métodos son útiles para superar las
limitaciones de las mezclas azeotrópicas, en las que los componentes tienen puntos de
ebullición similares, utilizando agentes externos como disolventes.
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3.3. Separación de Etanol y Agua
La mezcla etanol-agua es un sistema binario común en el que la destilación es la
principal técnica de separación, debido a la volatilidad relativa de los dos componentes.
Sin embargo, el sistema presenta un azeótropo a aproximadamente el 95% de etanol en
peso, lo que limita la separación mediante destilación convencional. Según Treybal
(1980), para alcanzar niveles de pureza más altos, es necesario aplicar métodos
complementarios, como la destilación azeotrópica o extractiva, o integrar etapas
adicionales de separación.
El método de McCabe-Thiele es una herramienta gráfica que facilita el diseño de
columnas de destilación, al permitir determinar el número de platos teóricos requeridos
para una separación específica. Esta metodología considera la relación de reflujo, la
composición de las corrientes de entrada y salida, y el equilibrio líquido-vapor del
sistema.
La separación del etanol y el agua es especialmente relevante en la industria, por
ejemplo, en la producción de biocombustibles y alcoholes industriales, donde es
fundamental obtener un destilado con alta concentración de etanol para garantizar su
calidad y funcionalidad en aplicaciones específicas.
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Como tenemos ya los compuestos en masa pasamos a moles con el peso
molecular.
3
2
2
2
IMAGEN
Balance general
Balance por especie (OH)
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C =
C = 275. 75 𝑚𝑜𝑙
D = ( 290. 7 − 275 , 75 )
D = 14. 95 𝑚𝑜𝑙
Condición de entrada de la alimentación (q)
Donde,
- HV : entalpía de alimentación al punto de rocío
- hF : entalpía de alimentación en condiciones de entrada
- hL: entalpía de alimentación al punto de burbuja
Para calcular la entalpia de alimentación se considera una temperatura de 25°c
Para poder determinar el valor de Hv debemos buscar la temperatura de burbuja
en el compuesto de alimentación.
Tº DE EBULLICION DEL ETANOL = 78 ºC
Tº DE EBULLCION DEL AGUA = 100 ºC
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Y1 + Y2 = 0 , 3552 + 0 , 51 = 𝟎. 𝟖𝟔𝟓𝟐
La regla dice que si la suma de las fracciones es menor a 1 entonces se debe tomar
una temperatura promedio mayor. (95°C)
P saturacion = 10
(Ai−
b
T+Ci
)
Ps 1 = 10
( 8. 1122 −
- 854
96 + 226. 148
)
( 7. 96681 −
- 210
96 + 228
)
Calcular la constante de equilibrio usando la ley de raout
Ki =
pi
p
Calcular la fracción molar yi a partir de la definición ki
Ki ∗ Xi = Yi
Y1 = 1. 9360 ∗ 0. 236 = 0. 4568
Y2 = 0. 8654 ∗ 0. 764 = 0. 6611
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Y1 + Y2 = 0. 4568 + 0. 6611
Y1 + Y2 = 1. 11
X0 = 89 Y0 = 0.
X =? Y = 1
X1 = 96 Y1 = 1. 11
x − 89
1. 11 − O. 8652
X = 92. 85 ºC
se halla Hv con la entalpia de vaporización y la fracción molar
CH3CH2OH = 38. 4
Kj
mol
Kj
mol
H2O = 44
Kj
mol
Kj
mol
Hv = 42. 7492
kj
mol
Calculamos la entalpia de vaporización al punto de burbuja
hl = (Cp OH ∗ Tf ∗ X mol) + (Cp H2O ∗ Tf ∗ X mol)
hl = ( 0. 111
Kj
mol
∗ 92 .85ºC ∗ 0. 236 mol ) + ( 0. 232 (
KJ
mol
) ∗ 92 .85ºC ∗ 0. 764 mol)
Ahora determinamos la condición de la alimentación remplazamos
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YA = 0. 822 ∗ ( 0. 5 ) + 0. 15
YA = 0. 561
(XA= 0. 5 , YA=0. 561 )
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ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS DE LA GRAFICA
El diseño de la columna de destilación, con 12 platos reales y una etapa de alimentación
en el décimo plato, permitió un balance efectivo entre el enriquecimiento del destilado
y la purificación del residuo. Este posicionamiento optimizó la transferencia de masa
y energía, logrando una operación eficiente para la separación de la mezcla. El
parámetro de alimentación indicó una entrada predominantemente líquida, con una
pequeña fracción en estado de vapor, lo que influyó en la ubicación de la alimentación
en la sección de agotamiento, maximizando la eficiencia del proceso.
La mezcla inicial de etanol al 80%, diluida con agua, fue separada hasta alcanzar un
destilado con un 90% de pureza y un residuo con un 20% de etanol, confirmando la
efectividad del diseño. A través del diagrama de McCabe-Thiele, se validó el número
de platos requeridos y las líneas operativas, aunque se observaron pequeñas
desviaciones atribuibles a no idealidades del sistema o a la metodología experimental.
El ajuste de condiciones como la relación de reflujo podría mejorar aún más la pureza
del destilado.
En términos de eficiencia, el proceso demostró ser adecuado para una separación
convencional de etanol y agua, aunque las concentraciones mayores de etanol están
limitadas por el carácter azeotrópico del sistema. Para superar estas limitaciones y
optimizar la operación, sería necesario incorporar métodos complementarios o ajustes
en el diseño y las condiciones operativas, lo que garantizaría una mayor pureza del
producto final y una mejor eficiencia energética.
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BIBLIOGRAFIA
- YouTube. (s. f.). https://m.youtube.com/watch?v=Vovr7Kg8aVo
