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RECUPERACION DE ETANOL POR MEDIO DE DESTILACION DIFERENCIAL A PARTIR DEUNA MEZCLA ETANOL-AGUA A BAJA CONCENTRACION

Didier Rodríguez

Departamento de Ingeniería Química, Operaciones de Transferencia de Masa II; Universidad de Pamplona,Colombia septiembre de 2015.

RESUMEN

En el presente informe se realiza un análisis del proceso de destilación diferencial aplicado a una mezcla diluidade Etanol en agua, para lo cual se utilizó una solución de etanol al 20%. La efectividad del proceso fue analizadade acuerdo a la cantidad y la concentración del etanol destilado. La concentración del destilado fue deducida apartir de su densidad medida por medio de un picnómetro. Previo a la destilación, se midió la densidad deletanol a diferentes concentraciones para obtener una curva de densidad de etanol versus concentración. Lacomposición del destilado compuesto y de los fondos o residuo, fue determinada mediante las ecuaciones deRayleigh.

Palabras: destilación diferencial, ecuación de Rayleigh, densidad, etanol.

ABSTRACT

In this report an analysis of differential distillation process applied to a diluted mixture of ethanol in water, towhich a solution of ethanol was used to 20%, is performed. The effectiveness of the process was analyzedaccording to the amount and concentration of the distilled ethanol. The concentration of the distillate wasdeduced from the density measured by a pycnometer. Prior to distillation, the density of ethanol was measuredat different concentrations to obtain a curve of density versus ethanol concentration. The composition of thecompound and funds distillate or residue, was determined by the equations of Rayleigh.

Keywords: differential distillation, Rayleigh equation, density, ethanol.

1. INTRODUCCIÓN

La separación y purificación de líquidos pordestilación constituye una de las principalestécnicas para purificar líquidos volátiles haciendouso de la diferencia entre los puntos de ebulliciónde las sustancias que constituyen una mezcla.Hay dos fases involucradas en el proceso, que son lavaporización (transformación del líquido en vapor) yla condensación (transformación del vapor enliquido); dichas etapas se logran suministrandocalor a la mezcla, pero como es una mezcla dediferentes líquidos, el de menor punto de ebulliciónse vaporiza en primer lugar y luego se produce la

condensación de ese vapor al ponerlo en contactocon una superficie fría. La elección del tipo dedestilación a realizar se hace de acuerdo con laspropiedades del líquido que se pretenda purificar yde las impurezas que lo contaminan.Si durante un número infinito de vaporizacionesinstantáneas sucesivas de un líquido, solo seevaporase instantáneamente una fraccióninfinitesimal del líquido cada vez, el resultado netosería diferente a una destilación diferencial osencilla.[1]Se Supone que en cualquier momento durante eldesarrollo de la destilación hay L moles de líquidoen el destilador con una composición x fracción

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Mol de A y que se evapora una cantidad dD molesdel destilado, de composición y* fracción mol enequilibrio con el líquido.[1]

Balance de materia:0 − = (1)− = (2)

Balance de Masa por componentes:− ( ) = ( ) (3)−( + ) = ( + ) (4)

Tomando Vdy = 0−( + ) = (5)

Al reemplazar (2) en (5)+ = (6)

Al reordenar: = −= ( − ) (7)

Ecuación de Rayleigh

= = ( − )De donde y se obtiene del equilibrio liquido vapor(x,y).

2. MATERIALES Y METODOS

2.1 Densidad contra Concentración

Para el diseño de la curva de densidad contraconcentración, se utilizó etanol al 70% y aguadestilada suministrados por el laboratorio dequímica, una balanza analítica, un picnómetro de 5ml y una probeta graduada a 100 ml.

2.2 Destilación Diferencial

Se destiló una mezcla etanol agua al 20% deconcentración. Para este proceso fue necesarioarmar un montaje como el de la figura 1, con unmechero bunsen, soporte con malla y pinza, dossoportes universales, un balón condesprendimiento lateral, un refrigerante conentrada y salida de agua, un matraz que sirvió comocolector, y un termómetro.

Figura 1. Montaje de destilación diferencial

3. Procedimiento

3.1 Densidad contra Concentración

El procedimiento para lograr una curva derelaciones entre la densidad y la concentración, selogró midiendo la densidad de diferentesdiluciones de etanol en agua. Inicialmente se midióla densidad de la solución al 70%, seguido,tomando 30 ml de solución se aforó a 35 ml conagua destilada para obtener una solución al 60%de la cual se tomaron 5 ml para medir la densidad.La solución siguió diluyéndose hasta conseguir unasolución al 20 %.El picnómetro utilizado fue el mismo y lasmediciones fueron registradas en la tabla 1.

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Tabla No. 1- densidades de una solución etanol agua a diferentesconcentraciones.

concentración% V/V

densidadg/ml

70% 0,864160% 0,886150% 0,902540% 0,920430% 0,926320% 0,9420

3.2 Destilación Diferencial

Se tomaron 100 ml de solución de etanol al 20 %,luego se vertieron en el balón con desprendimientolateral y se adicionaron las perlas de ebullición. Searmó el montaje de destilación fraccionada y secomenzó la destilación.Se registró la primera gota recolectada a unatemperatura de 76°C para un tiempo de 7 minutos56 segundos.

El proceso de destilación continúo a unatemperatura de 84 °C por casi 30 minutos,obteniendo un volumen recuperado de 24,7mililitros.

Se midió la densidad del etanol recuperado,registrando 0,8518 g / ml.

4. Cálculos y Análisis de Resultados

Se tomaron 100 ml de una solución compuesta enun 20% de etanol y un 80 % de agua en relaciónV/V.La destilación diferencial se realizó a presiónatmosférica de 577.30233 mmhg y se logrórecuperar 24,7 ml de destilado con una densidad de0,7918 g / ml.Se necesita calcular la composición del destiladocompuesto y del residuo o fondos.

L = 100 ml sln = 4,7869 moles de sln

Para hallar la composición molar se extrae elvolumen de componente puro y se divide en el totalde las moles de la solución.

Agua = 80 ml

80 ∗ 1 ∗ 118 = ,Etanol = 20 ml20 ∗ 0,789 ∗ 146,07= ,Se tiene que la solución inicial tiene 4,4444 molesde agua y 0,3425 moles de etanol

En total 4,7869 moles en la solución.0,34254,7869 = 1 = 0,07155 ( ) = , ( ) = ,

La cantidad de líquido destilado, fue de 24,7 ml deetanol con una densidad de 0,8518 g / ml.Para conocer cuál es el porcentaje V/Vcorrespondiente a esta densidad, es necesarioestablecer una ecuación que relacione estas doscantidades, para lo cual se gráfica y se deduce latendencia de la densidad.La línea de tendencia de densidad vs concentraciónse muestra en la figura 2.Figura 2. Línea de tendencia de densidad vs concentración atemperatura ambiente

Dens

idad

g/m

l

Concentracion V/V