Arras Vapor

5/24/2018 Arras Vapor

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LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE MASA II

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jp

HH

INTEGRANTES: CCALLA CRUZ PEDRO EDWIN TORRES BERROSPI ERICK

HURTADO FERNANDEZ EDGAR POMA ROMO JONATHANPROFESOR(ES):

ING. MONTALVO CELSO RAFAEL CHERO RIVAS

SECCION: A

LIMA-PER

2012CICLO: 2012 - II

28 DE SETIEMBRE

TRANSFERENCIA DE MASA

II

PI 147

PRACTICA DE LABORATORIO N 01:

DESTILACION POR ARRASTRE DE VAPOR


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NDICE

PG.

1. OBJETIVOS....32. FUNDAMENTOTEORICO. 33. EXPERIENCIAYDATOSEXPERIMENTALES..44. CALCULOSYRESULTADOS 65. DISCUSIONDERESULTADOS156. CONCLUSIONES157. BIBLIOGRAFIA.16


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DESTILACIONPORARRASTREDEVAPOR

1. OBJETIVOS.- Experimentar un modo diferente de operacin de destilacin, esta vez destilacin por arrastre

de vapor, conocer sus fundamentos y su modo de operacin.

- Analizar mediante datos experimentales, las variables o parmetros controlables, especficos einfluyentes en la operacin.

- Analizar tambin como estas variables se relacionan con la optimizacin y eficiencia de dichaoperacin y cuantificarlas en el momento dicha optimizacin sea la mxima.

- Realizar una simulacin en el software de diseo (Hysys) para comparar los clculosrealizados.

2. FUNDAMENTO TEORICO.2.1 Destilacin por arrastre de vapor de agua: Utilizada para

separar sustancias insolubles en agua y ligeramente voltiles de

otros productos no voltiles mezclados con ellas.

El arrastre en corriente de vapor hace posible la purificacin de

muchas sustancias de punto de ebullicin elevado mediante unadestilacin a baja temperatura. Es muy til para sustancias que

hierven por encima de 100C a la presin atmosfrica y se

descomponen en su punto de ebullicin o por debajo de este.

La inyeccin directa de vapor de agua recalentado reduce la

presin parcial de los componentes a destilar con lo que la

temperacin de vaporizacin puede ser inferior, esto es til

cuando determinados componentes de la mezcla son sensibles

al calor.

La composicin de vapor se puede calcular suponiendo que se puedan aplicar las leyes de los

gases. Como el nmero de moles de cada componente en el vapor es proporcional a su presin

parcial de vapor.

=

Los vapores saturados de los lquidos inmiscibles siguen la ley de Dalton sobre las presiones

parciales, que dice que: cuando dos o ms gases o vapores, que no reaccionan entre s, se

mezclan a temperatura constante, cada gas ejerce la misma presin que si estuvieran solo y la

suma de las presiones de cada uno, es igual a la presin total del sistema.


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Los aceites esenciales: son mezclas complejas de hidrocarburos, terpenos, alcoholes,

compuestos carbonilicos, aldehdos aromticos y fenoles se encuentran en hojas, cascaras o

semillas de algunas plantas.

En el vegetal, los aceites esenciales estn almacenados en glndulas, conductos, sacos, o

simplemente reservorios dentro del vegetal, por lo que es conveniente desmenuzar el material

para exponer esos reservorios a la accin de vapor de agua.

Propiedades del aceite esencial de cascara de naranja:los aceites esenciales provenientes de

frutos ctricos, contienes de 85% a 99% de componentes voltiles y de 1 a 15% de componentes

no voltiles. Los primeros son una mezcla de monoterpenos como el limoneno, sesquiterpenos y

sus derivados originados, incluyendo aldehdos

como el citral, cetona, acido, alcoholes como el

linalool, y esteres.

El principal componente de dicho aceite es el

limoneno, cuya estructura se observa. Dicho

compuesto puede llegar a abarcar hasta un 98% de

la composicin del aceite de naranja.

Diagrama de Hausbrand: Diagrama de presin de vapor til para la destilacin por arrastre. Se

grafic Ptotal - PH2O contra temperatura a tres presiones totales: 760, 300 y 70 mmHg

(curvas descendentes) a las cuales se les conoce como curvas de agua. A su vez grafic la presin

parcial (P) contra temperatura para diversos materiales a destilar (curvas ascendentes). Lainterseccin de la curva de agua con la del material a destilar nos proporciona la temperatura a la

cual se dar la destilacin por arrastre.

3. DATOS EXPERIMENTALES Y EXPERIENCIA.


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Se pesa 3 Litros de cascara de naranja madura, previamente lavada para retirar las impurezas, soncolocadas en un generador de vapor de acero inoxidable que contiene 15L de agua.

Se sella hermticamente y se arma el sistema como se muestraen la figura, se sella las uniones con agua para que no escape el

valor, principalmente la unin al condensador.

Se abre la vlvula de agua de enfriamiento al condensador, flujode agua a contracorriente al flujo de vapor.

Se enciende el switch que permite el paso de la corriente a laresistencia del generador de vapor.

Se caliente hasta ebullicin generndose de esta manera elvapor que se requiere para la operacin de destilacin por

arrastre de vapor.

Se llama el florentino hasta 100ml de agua destilada y escolocada en la parte inferior del condensador(a la salida del

condensado).

Se toma el tiempo inicial de operacin desde la cada de laprimera gota de condensado de ah aun intervalo de tiempo de

3min se recoge los datos de volumen de agua y el volumen del

aceite.

El proceso termina al observar que no se produce cambios enlos volmenes obtenidos.


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DATOS EXPERIMENTALES:

Para la fuente de energa

Consideraciones:

4. CALCULOS Y RESULTADOS.A partir de los datos anteriores calculamos las variables de proceso y sus diferentes cambios y

relaciones presentes:

Vaceite extraido= Vaceite acumulado(t=3min) Vagua sale acumulado= Vagua que sale(t=3min) [ ] ..(para

evaporacin)

Tiempo(min)

Vol. Agua que sale(mL)

Vol.Aceite(mL)

0 - -

3 12.0 1.0

6 63.5 7.0

9 116.0 27.0

12 112.0 37.015 116.0 47.0

18 114.0 55.0

21 112.0 64.0

24 111.0 69.0

27 113.0 72.0

30 110.0 74.0

33 111.0 75.0

36 110.5 76.0

39 110.5 76.0

42 108.5 76.5

TiempoInicio(min)

TiempoFinal(min)

55:53 01:37:53

3353 seg 5873 seg

Intensidad 22A

Voltaje 100V

Patm 760mmHg

TemperaturaDel agua 18C


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Donde:

- - - = S/.0.35 por KWh- Pequipo= V.I =100V x 2.2 A= 2200W=2.2KW- Los dems datos del aceite, estn como expresados como datos para el componente D-

limoneno, segn referencia bibliogrfica, y que dichos datos los presentamos ms

adelante.

Tabulando las formulas anteriores se tiene el siguiente cuadro:


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N t(min) Vaguasale(ml)

Vaceiteacumulado(ml)

Vagua saleacumulado

Vaceiteextraido(ml)

Energiaconsumida(KJ)

Moles deaceite

Moles deagua

Fraccinmolar delaceite

Costoacumulado(S/.)

0 0 0.0 0.0 0.0 0 0 0 0 0.0000 0.72

1 3 12.0 1.0 12.0 1.0 24.87 0.0062 0.6111 0.0100 0.76

2 6 63.5 7.0 75.5 6.0 130.03 0.0370 3.1944 0.0115 0.83

3 9 116.0 27.0 191.5 20.0 217.09 0.1233 5.3333 0.0226 0.954 12 112.0 37.0 303.5 10.0 230.65 0.0617 5.6667 0.0108 1.10

5 15 116.0 47.0 419.5 10.0 239.70 0.0617 5.8889 0.0104 1.29

6 18 114.0 55.0 533.5 8.0 239.70 0.0493 5.8889 0.0083 1.53

7 21 112.0 64.0 645.5 9.0 232.91 0.0555 5.7222 0.0096 1.80

8 24 111.0 69.0 756.5 5.0 239.70 0.0308 5.8889 0.0052 2.10

9 27 113.5 72.0 870.0 3.0 249.87 0.0185 6.1389 0.0030 2.45

10 30 110.0 74.0 980.0 2.0 244.22 0.0123 6.0000 0.0021 2.83

11 33 111.0 75.0 1091.0 1.0 248.74 0.0062 6.1111 0.0010 3.26

12 36 110.5 76.0 1201.5 1.0 247.61 0.0062 6.0833 0.0010 3.72

13 39 110.5 76.5 1312.0 0.5 248.74 0.0031 6.1111 0.0005 4.22

14 42 108.5 76.5 1420.5 0.0 245.35 0.0000 6.0278 0.0000 4.76


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Analizando el volumen de agua que se retira vs el tiempo en intervalos de 3 min

Analizando el volumen de aceite obtenido vs el tiempo el tiempo en intervalos de 3 min.

A partir de los datos anteriores tambin se puede obtener la cantidad de aceite extrado(en volumen) en cada intervalo de tiempo.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Volumendeagua(ml)

Tiempo (min)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Volumendeaceite(ml)

Tiempo (min)


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En trminos de potencia consumida podemos graficar la cantidad de volumen de aceiteextrado y su potencia requerida.

Por ltimo para comprobar la factibilidad de la operacin realizamos una grafica que nospermita saber la cantidad de aceite necesaria para justificar los costos en que se incurren:

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Vaceite(ml)

t(min)

Vaceite extraido(ml)

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150 200 250 300

Vaceiteextraido(

ml)

Potencia consumida(KJ)

Potencia consumida


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0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00

Vaceiteextraidoacumulado(ml)

Costo acumulado(S/.)

GRAFICA DE COSTO EN FUNCION DEL ACEITE

EXTRAIDO


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Tambin podemos realizar otros tipos de clculos a partir de datos del simulador AspenOneHysys:

Calculo de la presin de vapor para el D-limoneno mediante AspenOne hysys:


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Completando la tabla de resultados para el diagrama de Hausbrand:

Clculos de la presin de vapor del agua de la ec de antoine:

P =mmHg T = C

Datos para D-Limoneno

Formula Peso Mol. Densidad T ebull T fusin

C10H16 136.21g/mol 0.84g/ml 178C

-

75C

Destilacin de D-Limoneno por arrastre de vapor

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100 120 140

Presiondeva

pormmHg

T (C)

Pt-Pagua

TCPaceite P agua

Pt -Pagua

(mmHg) (mmHg) (mmHg)

0 0.3242 4.45 755.5510 0.7325 9.04 750.96

29 2.5391 29.87 730.13

48 7.4503 83.65 676.35

67 19.0606 205.08 554.92

86 43.5167 450.91 309.09

105 90.3097 905.94 -

124 172.9035 1687.76 -

compuesto A B C

Agua 7.94915 1657.46 227.06


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La interseccin ocurre a la temperatura T=96.68C:

La relacin de D-limoneno/agua ser:D-limoneno/agua=Paceite/Pagua =0.13 moles de D-limoneno/mol de agua

De la misma forma, hallamos la relacin molar entre el D- limoneno y el agua, segn los datos

experimentales:

- Para ello se utiliza la tabla anterior y sumamos los moles totales, hasta en el momento enque las variaciones diferenciales son prcticamente cero, es decir variables constantes:

D-limoneno/agua= / =0.4718 moles de D-limoneno/74.67molde agua

D-limoneno/agua =0.0063 mol D-limoneno/mol agua Calculo de energas involucradas en la operacinEnerga total entregada:

Etotal = 2200W x (Tiempo total de operacin)=2200x5873seg=12920.6KJ

Energa consumida:

Qlatente

= m.L=Densidad.Volumen.L =(1g/ml).(1420.5ml).(540cal/g)=767070cal.(1J/0.2388cal)

Qlatente = 3212.186KJ

Qsensible = m.C.T = Densidad.volumen.C. T

= (1g/ml). (15000ml). (1cal/g.K)(373.15K-291.15K) = 1230000cal

Qsensible = 5150.753KJ

Qperdido = Etotal - QlatenteQsensible = 4557.661KJ

Paceite 87.57mmHgPagua 672.43mmHg


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5. DISCUSION DE RESULTADOS.- A partir de la grfica Vagua vs. Tiempo, podemos observar que, a medida que transcurre tiempo

de operacin, al pendiente de la curva aumenta rpidamente, significado que la velocidad deformacin de vapor de ambos compuestos (agua y aceite) es mxima, luego de cierto

tiempo(10min aprox.), se la curva empieza a declinar muy lentamente(casi constante), lo cual

significa que la velocidad de formacin de vapor es menor.

- De la misma forma sucede con la grfica Vaceite vs. Tiempo, donde podemos decir que a partirde 35 min. El volumen obtenido de aceite es casi despreciable (la generacin de vapor de aceite

casi nula).Pero antes de ello la obtencin de ello era mayor.

- Analizando la grfica Potencia consumida por el vapor de agua que arrastra aceite (solo esecaso), se nota cierta relacin directa entre la cantidad de aceite extrado y la potencia consumida,por ende se dice que a mayor cantidad de aceite extrado en cierto intervalo de tiempo, mayor

ser el calor de arrastre que se necesite y este proviene de agua.

- El punto anterior se puede verificar, analizando los clculos de energa involucrada en laoperacin.

- A manera de evaluacin se ve tambin como la energa involucrada y consumida en la operacin,significa un gasto a nivel econmico, y este nos indica en la grfica, que durante un intervalo de

tiempo se est gastando ms dinero a cambio de obtener ms aceite, pero en un momento dado,

ya no se puede obtener ms aceite, pero sin embargo sigue generando un costo. La curva en el ejede la abscisa empieza en un cierto valor de costo, debido a que antes de obtener aceite, se ha

necesitado energa para calentar el agua en estado lquido y llevarlo a punto de ebullicin.

- En la ltima parte de los clculos podemos ver como a decrecido la temperatura de ebullicin delcomponente principal del aceite de naranja desde 178C, hasta una aproximado de 97 C,

corroborando as e porqu se realiza este tipo de destilacin y no los otros ya conocidos, ello se

permiti debido a un gran aporte de presin de vapor del agua en el sistema, que hizo que la

presin de vapor de ebullicin del aceite disminuyera de 760 mmHg hasta 87mmHg aprox.

6. CONCLUSIONES.- La cantidad de aceite extrado es mxima en un tiempo aproximado de 10 min., luego de ello

empieza a decrecer, llegando a un punto en que ya no se puede extraer mas aceite, o caso

contrario es despreciable y es a 35 min aprox.

- El costo de operacin para obtener una cantidad de aceite mxima de 76 ml, por cada 3Kg. Denaranja utilizada es S/.4.25, si intentamos obtener ms aceite continuando la operacin, solo

gastaremos ms dinero, sin obtener mas producto.


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- Por ltimo podemos ver que no toda la energa entregada por el equipo no se transforma en calorutilizado por el agua, deben existir otros factores que deben utilizar algo de dicha energa, a parte

tambin se considera prdida de calor a travs de las paredes del equipo.

7. BIBLIOGRAFIA.- Robert A. Treybal, Operaciones de Transferencia de Masa; 2da Edicin.- Mc.CabeThiele, Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica, 4ta Edicin.- http://books.google.com.pe/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA117&lpg=PA117&dq=Utiliza

da+para+separar+sustancias+insolubles+en+agua+y+ligeramente+vol%C3%A1tiles+de+otro

s+productos+no+vol%C3%A1tiles+mezclados+con+ellas.&source=bl&ots=tg1TKJoU3o&si

g=FKY901vcQw5Wm65

- http://www.slideshare.net/RRALO/extraccion-por-arrastre-con-vapor.
http://books.google.com.pe/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA117&lpg=PA117&dq=Utilizada+para+separar+sustancias+insolubles+en+agua+y+ligeramente+vol%C3%A1tiles+de+otros+productos+no+vol%C3%A1tiles+mezclados+con+ellas.&source=bl&ots=tg1TKJoU3o&sig=FKY901vcQw5Wm65http://books.google.com.pe/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA117&lpg=PA117&dq=Utilizada+para+separar+sustancias+insolubles+en+agua+y+ligeramente+vol%C3%A1tiles+de+otros+productos+no+vol%C3%A1tiles+mezclados+con+ellas.&source=bl&ots=tg1TKJoU3o&sig=FKY901vcQw5Wm65http://books.google.com.pe/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA117&lpg=PA117&dq=Utilizada+para+separar+sustancias+insolubles+en+agua+y+ligeramente+vol%C3%A1tiles+de+otros+productos+no+vol%C3%A1tiles+mezclados+con+ellas.&source=bl&ots=tg1TKJoU3o&sig=FKY901vcQw5Wm65http://books.google.com.pe/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA117&lpg=PA117&dq=Utilizada+para+separar+sustancias+insolubles+en+agua+y+ligeramente+vol%C3%A1tiles+de+otros+productos+no+vol%C3%A1tiles+mezclados+con+ellas.&source=bl&ots=tg1TKJoU3o&sig=FKY901vcQw5Wm65http://books.google.com.pe/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA117&lpg=PA117&dq=Utilizada+para+separar+sustancias+insolubles+en+agua+y+ligeramente+vol%C3%A1tiles+de+otros+productos+no+vol%C3%A1tiles+mezclados+con+ellas.&source=bl&ots=tg1TKJoU3o&sig=FKY901vcQw5Wm65http://books.google.com.pe/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA117&lpg=PA117&dq=Utilizada+para+separar+sustancias+insolubles+en+agua+y+ligeramente+vol%C3%A1tiles+de+otros+productos+no+vol%C3%A1tiles+mezclados+con+ellas.&source=bl&ots=tg1TKJoU3o&sig=FKY901vcQw5Wm65http://books.google.com.pe/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA117&lpg=PA117&dq=Utilizada+para+separar+sustancias+insolubles+en+agua+y+ligeramente+vol%C3%A1tiles+de+otros+productos+no+vol%C3%A1tiles+mezclados+con+ellas.&source=bl&ots=tg1TKJoU3o&sig=FKY901vcQw5Wm65http://books.google.com.pe/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA117&lpg=PA117&dq=Utilizada+para+separar+sustancias+insolubles+en+agua+y+ligeramente+vol%C3%A1tiles+de+otros+productos+no+vol%C3%A1tiles+mezclados+con+ellas.&source=bl&ots=tg1TKJoU3o&sig=FKY901vcQw5Wm65http://books.google.com.pe/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA117&lpg=PA117&dq=Utilizada+para+separar+sustancias+insolubles+en+agua+y+ligeramente+vol%C3%A1tiles+de+otros+productos+no+vol%C3%A1tiles+mezclados+con+ellas.&source=bl&ots=tg1TKJoU3o&sig=FKY901vcQw5Wm65


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