Procesos II

de

Laboratorio de Ingeniería QuímicaFacultad de Química, UNAM

INTRODUCCIÓN

Los experimentos incluidos en este manual fueron elaborados por profesores delLaboratorio de Ingeniería Química y corresponden a tres etapas de mejoramientodentro del Laboratorio. En la primera de ellas se organizó el laboratorio, se diseñaronnuevas prácticas y se elaboraron los primeros manuales con una filosofía de Enseñanzaexperimental tradicional cuyos lineamientos llevaron a proporcionarle al alumno todala información teórica necesaria para que comprendiera el experimento y obtuvieralos cálculos con resultados finales que afirmara su trabajo experimental, un ejemplode esta etapa son los protocolos sobre secado que aquí se incluyen.

En una etapa intermedia, a través de la vida académica que se ha realizado, se sintióla necesidad de invitar a profesores de teoría que también son profesionales de laindustria, a participar como asesores del Laboratorio de Ingeniería Química es asícomo se da mayor importancia a la seguridad y al manejo de materiales y se hicieronlos inventarios de equipos como el de la columna de 20 platos de cobre así como losdiagramas de flujo de proceso y diagramas de tuberías e instrumentos con la simbologíay nomenclatura que se usa en Ingeniería de proyectos para familiarizar al alumno conla interpretación de estos diagramas, también se acordó disminuir o eliminar lainformación teórica para propiciar que el alumno lka buscara en la biblioteca, ejemplosde esta modalidad son destilación diferencial y destilación en torre de platos.

La última etapa corresponde a un proyecto institucional llamado Programa deReforma de la Enseñanza Experimental en la Facultad de Química, la filosofía deeste programa establece que el alumno debe descubrire el fenómeno y adquirir losconceptos al resolver un problema mediante la experimentación conducida por unmaterial escrito llamado guión, el cuál contiene la información necesaria para que elalumno la realice por sí mismo y el profesor sea un asesor; en este manual seincluye un guión titulado Destilación Contínua de una mezcla binaria aprobado porel comité de evaluación del programa antes mencionado.

Dentro de las diferentes tendencias con las que se elaboraron las prácticas yrespetando la idea original, en esta versión del Manual de prácticas de Procesos deSeparación II se presentan los protocolos, hasta donde es posible, en un mismoformato con las mejores sugerencias de cada tendencia, para una presentaciónhomóloga del manual.

Por otra parte cabe aclarar que temas como el de secado en el que se incluyen tresprácticas es porque se tienen los equipos y el material didáctico necesario para queel profesor elija cada semestre el que desea estudiar.

Es así que al implementar las correcciones sugeridas por el comité Editorial es elprimer paso en firme para continuar con las mejoras de este material escrito.

PROGRAMA DEL CURSOEXPERIMENTAL DE PROCESOS

DE SEPARACIÓN II

Experimento 1.TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA

Experimento 2.CURVAS DE SECADO

Experimento 3.SECADOR ROTATORIO

Experimento 4.SECADO POR ATOMIZACIÓN

Experimento 5.DESTILACIÓN DIFERENCIAL

Experimento 6.DESTILACIÓN EN TORRE DE PLATOSINTERMITENTE Y CONTÍNUA

Experimento 7.DESTILACIÓN CONTÍNUA DE UNA MEZCLA BINARIA

APÉNCIDES

Experimento 1.

TORRE DE ENFRIAMIENTODE AGUA

1. OBJETIVOS

a) Determinar el número de unidades de transferencia y la altura de la unidad detransferencia por integración de la ecuación de diseño.

b) Calcular el coeficiente global de transferencia de masa usando el método deCarey Williamson.

2. TEORÍA BÁSICA

Métodos de Carey - Williamson

Considerando una gotita de agua que cae por gravedad, a través de una corriente deaire que se mueve lentamente puede suponerse que la capa límite que rodea a lagotita esta saturada y a la misma temperatura del aire, las ecuaciones que se derivan deun análisis de esta consideración y de balances de materia en un equipo son:

∫ −=

G

1PL

H*H

dTCdV

G

Ka(1)

∫ −=

G

G

H*H

dHdV

G

Ka(2)

Ka = Coeficiente global de transferencia de masa.

L = Flujo másica del agua por unidad de superficie.

G = Flujo másico del aire por unidad de superficie.

dV = Diferencial de volumen.

CPL = Calor específico del agua.

dTi = Diferencial de temperatura de saturación.

H* = Entalpía de interfase.

HG = Entalpía del gas.

donde H* - HG representa la fuerza impulsora, que es la diferencia de entalpia

necesaria para que se efectúe la transferencia, y que, en un diagrama HG vs t

L está

representada por la separación entre la línea de saturación y la de operación.

Integrando (1) y (2).

∫ −==

Gi

it

tPL H*H

dtC

L

KaV 1

2

(3)

∫ −==

G

GH

HPL H*H

dHC

G

KaVy

2

1

(4)

El uso de una fuerza impulsora de entalpía, fue sugerida por primera vez porMerkel. Carey y Wellianson desarrollaron un método para la evaluación de la inte-gral, suponen que la diferencia de entalpía H* - H

G = ∆H varía en forma parabólica.

Los tres puntos fijos que definen la parábola son el fondo y el domo de la torre, ∆H1

y ∆H2, así como la parte intermedia de la torre ∆H

m la fuerza impulsora media

eficaz es f ∆Hm.

Simplificando la ecuación 3.

Hm

C)tt(

L

KaV PL12

∆ƒ−=

donde ƒ es el factor de corrección que se obtiene a partir del conocimiento de lasfuerzas impulsoras en los extremos de la torre, la fuerza impulsora media aritméticay la gráfica ∆H

m/∆H

1 vs ∆H

m/∆H

2 que aparece en el apéndice de torre de

enfriamiento.

3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1 MATERIAL REQUERIDO

1 Termómetro de bulbo seco

1 Termómetro de bulbo húmedo

1 Piceta

1 Cronómetro

1 Psicrómetro ó higrómetro digital

4 Fusibles (15 A)

3.2 SERVICIOS AUXILIARES

- Energía eléctrica

3.3 SUSTANCIAS O CORRIENTES DE PROCESO

- Agua caliente

- Aire ambiente

3.4. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

CLAVE EQUIPO CARACTERÍSTICAS

TA-861 Torre de enfriamiento Torre de enfriamiento de agua, marcaHilton, tipo tiro forzado, sus dimensionesson: Largo: 30 cm, ancho: 30 cm, altura:2.35 m. La altura de su empaque es: 1.27m. y está construído de aluminio espon-jado anodizado (deployé), con un totalde 57 rejillas y cinco secciones para tomade datos a lo largo de la torre.

BA-861 Ventilador de aire Ventilador de aire centrífugo, de una solaetapa y de 3 HP, con persiana para controlde aire en la entrada y una capacidad de430 metros cúbicos por hora a 18 gradoscentígrados.

CC-861 Calentador de agua Cuatro calentadores de agua tipo resis-tencia, con una capacidad decalentamiento de 2.5 Kj/s.

DP-01 Placa de orificio Provoca la caída de presión del aireentrante.

FI-02 Convertidor del DP-01 Manómetro diferencial con capaci-dad de medida de 0-470 m3/h a28 ºC y 1.15 Kg/m3.

FB-861 Tanque de alimentación Alimentación de agua por gravedad,con una capacidad de suministro de5.8 LPM de agua limpia.

FI-01 Rotámetro Rotámetro para flujo de agua conindicador de altura del flotador; inter-valo de 0-28 y capacidad de 5.19 LPM.

HI-01 Cañón psicrométrico Constituído por: T1S-06, T1H-06 ytrampa húmeda.

T1-03 Termómetro para medir la Termómetro bimetálico de carátula contemperatura del agua de entrada. intérvalo de 0-160 grados centígrados.

T1-04 Termómetro para medir la Termómetro bimetálico de carátula contemperatura del agua de salida. intérvalo de 0-200 grados centígrados.

T1S-01 Termómetro de mercurio para Termómetro de mercurio con unmedir t.b.s. del aire de entrada. intérvalo de 0-50 grados centígrados.

T1H-01 Termómetro de mercurio para Termómetro de mercurio con unmedir la t.b.h. del aire de entrada. intérvalo de 0-50 grados centígrados.

T1S-02 Termómetro de mercurio para Termómetro de mercurio con unmedir la t.b.s. del aire de salida. intérvalo de 0-50 grados centígrados.

T1H-02 Termómetro de mercurio para Termómetro de mercurio con unmedir la t.b.h. del aire de salida. intérvalo de 0-50 grados centígrados.

T1-05 Termómetro para medir la Termómetro de mercurio con untemperatura del agua en las intérvalo de 0-50 grados centígrados.secciones de la torre.

T1S-06 Termómetro del psicrómetro. Termómetro de mercurio con un rangode 0-50 grados centígrados.

T1B-06 Termómetro del psicrómetro. Termómetro de mercurio con un rangode 0-50 grados centígrados.

3.5 DIAGRAMA DE FLUJO

3.6 TÉCNICA DE OPERACIÓN

1. Conecte los interruptores de sumunistro de energía eléctrica colocados en laparte posterior del equipo.

2. Alinie el suministro de agua desde la red general que surte al laboratorio hasta laválvula de entrada al equipo.

3. Alimente agua al tanque FB-861 y verifique que está lleno, por el flujo del tubode control de nivel, cuide que el derrame sea mínimo para evitar desperdicio.

4. Purgue la línea de alimentación de agua para eliminar burbujas de aire quepuedan causar variación de flujo.

5. Alimente agua a la torre TA-861 hasta que el rotámetro F1-01 marque la lecturadeseada, (se recomienda una lectura inicial de 12 cm en el rotámetro).

6. Encienda el número necesario de resistencias del calentador eléctrico de agua CC-861para obtener una temperatura de entrada medida en T1-63, no mayor de 48 oC.

7. Accione el arrancador del soplador centrífugo de aire BA-861 y controle el flujo,hasta obtener el deseado por medio de la persiana del ventilador. (Se recomiendausar flujos entre 200 m3/hr. y 340 m3/hr.

8. Permita dejar que la torre alcance una condición estable, lo que se logra en 20min aproximadamente.

9. Registre los siguientes datos:

a) Temperatura de bulbo seco y húmedo del aire a la entrada de la torre.

b) Temperatura del bulbo seco y húmedo a la salida de la torre.

c) Flujo de agua (convierta la lectura del rotámetro a 1/min de acuerdo a la tablaubicada debajo del mismo).

d) Flujo de aire (corrija por densidad, presión y temperatura).

e) Temperatura de entrada del agua en T1-03 y de salida en T1-04.

10. Repita la operación 2 ó 3 veces más, variando los flujos de aire y agua, cuide quela temperatura de entrada del agua no rebase los 48 oC.

- Una vez terminadas las corridas.

11. Apague las resistencias del calentador de agua CC-861.

12. Apague el soplador de aire centrífujo BA-861.

13. Coloque en off los interruptores de suministro de energía eléctrica del equipo.

14. Espere a que la temperatura del agua disminuya hasta la ambiente y entoncessuspenda el suministro de agua a la torre.

15. Descargue la torre mediante la válvula de drenaje.

4. FORMATO PARA LA INFORMACIÓN EXPERIMENTAL

FECHA: ______________________ O B S E R V A C I O N E S :______________________________________

GRUPO: ___________________________________________________________________________

adirroC.oN

edojulF.nim/1auga

L

edojulFmeria 3 rh/G

.pmeTaugaedadartne

o LtC1

ed.pmeTadilasauga

o LtC2

.pmeT,ocesoblub

adartneeria o GtC

1

oblub.pmeTodemúh

eriaadartneo HBtC

1

.pmeTocesobluberiaadilas

o GtC2

oblub.pmeTodemúheriaadilas

o HBtC2

LENEAUGAEDNÓICALUMUCAEDOPMEIT.ROTPECEREUQNAT

GES-

PROFESOR: ___________________ ______________________________________

5. CONTENIDO DEL INFORME DE LA PRÁCTICA

a) Título

b) Objetivos

c) Descripción del proceso

d) Representación del proceso en un diagrama de flujo simplificado

e) Desarrollo de cálculos con resultados de:

- Agua evaporada y transferida al aire indicando pérdidas por arrastre.

- Energía transferida al aire y pérdidas de energía.

- Representación de la linea de operación en un diagrama Entalpia vsTemperatura para el sistema aire – agua.

- El coeficiente de transferencia de masa por el método de Carey – Williamson

- El número de unidades de transferencia y la altura de unidades de transferenciapor integración de la ecuación de diseño.

f) Análisis de resultados con base a la comparación de resultados experimentalescon predicciones teóricas y tendencias de resultados.

g) Conclusiones

h) Bibliografía

Nota: Consulte el apéndice de torre de enfriamiento.

6. CUESTIONARIO

1. ¿Cuáles son las partes principales de una torre de enfriamiento?

2. ¿Cómo se clasifican las torres de enfriamiento?

3. ¿Qué es el acercamiento y el rango en un proceso de enfriamiento de agua?

4. Existe una transferencia de energía y masa en la interfase aire-agua en una torrede enfriamiento, explica estos mecanismos.

5. ¿Qué porcentaje de agua evaporada y de agua de arrastre recomienda labibliografía para un buen funcionamiento de una torre de enfriamiento?

6. ¿De qué tipo es el equipo en el que se realiza este experimento?

7. NOMENCLATURA

tL= Temperatura del agua

tG= Temperatura de bulbo seco del aire

tBH

= Temperatura de bulbo húmedo del aire

H = Entalpía del aire

H* = Entalpía del aire en el equilibrio

Y = Humedad absoluta del aire

Gs= Gasto másico del aire seco

L = Gasto másico del agua

∆Hm = Fuerza impulsora media

∆H = Fuerza impulsora

Ka = Coeficiente global de la transferencia de masa

f = Factor de corrección

A = Área transversal de la torre

V = Volumen ocupado por el relleno por unidad de superficie

tLm

= temperatura media del agua

Hm = entalpía del aire en el equilibrio leída en la temperatura media del agua.

Hm = entalpía del aire en la línea de operación leída a la temperatura media del

agua.

Subíndices

1 Condiciones en la parte inferior de la torre.

2 Condiciones en la parte superior de la torre.

m Condiciones medias.

8. BIBLIOGRAFÍA

• Coulson J.M. y Richardson J.F.Chemical Engineering3a. Edición Pergamon PressVol. 1, 1977pp 379-384.

• Hewett G.A. y Hilton P.A.Torre de Enfriamiento de Agua(columna evaporadora)Notas de funcionamiento

• P.A. Hilton LTD EngineersHorsebride M:11, King’s SomborneInglaterrapp 7/4 -7/7

• Norman W.S.Absorption DistillationCooling Towers, 2da. EdiciónLongmans, Gran Bretaña1962, pp. 82-88

• González Herrera Ángel M. y Valiente Barderas AntonioPrácticas de Laboratorio de Transferencia de MasaSección de Impresiones de la F.Q.de la UNAM. 1985 PP 51.

Experimento 2.

CURVAS DE SECADO

1. OBJETIVOS

a) Secar un material sólido y obtener los diferentes periodos de secado encondiciones de operación constantes.

b) Determinar experimentalmente humedad, velocidad y tiempo crítico.

c) Analizar curvas características de secado en función del tiempo.

2. TEORÍA BÁSICA

La operación de secado consiste en la eliminación de un líquido contenido en unsólido, por medios térmicos. Los contenidos de humedad son generalmente bajosen comparación con la cantidad de sólido. El secado generalmente es la etapa finalde una serie de operaciones y el producto obtenido de un secador, quedafrecuentemente listo para el envasado final.

El contenido de humedad de una substancia seca varía de un producto a otro. Enalgunos casos el producto no contiene agua y se denomina "totalmente seco". Sinembargo, lo más frecuente es que el producto contenga algo de agua, por ejemplo,la sal de mesa seca contiene alrededor de 0.5% en peso de agua; el carbón seco:4%; la caseína seca del orden de 0.8% etc. El término secado es relativo y significasolamente que hay una reducción en el contenido de humedad desde un valorinicial hasta un final.

Velocidad de Secado

La capacidad de un secador térmico depende de la velocidad de transmisión decalor y de la velocidad de transferencia de masa. Puesto que la humedad tiene queevaporarse, hay que suministrar calor de secado a la zona de evaporación, quepuede estar en ó cerca de, la superficie del sólido o bien dentro del mismo,dependiendo del tipo de material y de las condiciones del proceso.

La humedad debe fluír a través del sólido como líquido o como vapor, y comovapor, desde la superficie del sólido hasta el seno de la cámara de secado.

Mecanismo del secado de sólidos

En la práctica del secado se encuentran dos clases de sólidos. Aunque muchossólidos se encuentran comprendidas entre estos dos extremos, es convenientesuponer que el sólido es POROSO o NO POROSO y en cualquier caso puede sertambién HIGROSCÓPICO o NO HIGROSCÓPICO.

Las características del secado de un sólido determinado pueden examinarse teniendoen cuenta la forma en que varía la velocidad de secado con las condiciones deoperación y lo que sucede en el interior del sólido durante el secado.

Curva de velocidad de secado

Para estudiar el mecanismo de secado en condiciones constantes, es convenienterepresentar la velocidad instantánea de secado en función de la humedad libreinstantánea, como lo indica la figura 1.

Figura 1.

Esta es una curva característica de secado que refleja el paso del sólido por distintosperíodos a medida que la humedad del sólido se reduce desde un valor inicialelevado Xi hasta el pequeño valor final, que puede incluso ser la humedad deequilibrio Xe.

Periodos de Secado. Análisis

De la figura 1, en el periodo I la velocidad de secado aumenta o disminuyerápidamente, desde un valor inicial. Su duración es relativamente corta y en algunosexperimentos no llega a observarse. En este periodo, se ajusta la temperatura delmaterial a las condiciones de secado.

La línea II representa el período de velocidad constante. Se caracteriza porque lavelocidad de secado es independiente de la humedad del sólido. Durante esteperíodo del sólido está tan húmedo que existe una película de agua contínua sobretoda la superficie de secado y el líquido se comporta como si el sólido no existiera.

Si el sólido no es poroso, el líquido evaporado en este período es esencialmente elque recubre la superficie del sólido. En un sólido poroso, la mayor parte del líquidoevaporado en el período de velocidad constante proviene del interior del mismo.

La línea III representa el período de velocidad decreciente y humedad crítica. aldisminuir la humedad del sólido se alcanza un cierto valor para el cual termina lavelocidad constante y comienza a disminuir la velocidad de secado.

El punto en que termina el periodo de velocidad constante, representado por C, enla misma figura, se llama Punto Crítico. Este punto marca el instante en que ellíquido que está sobre la superficie es insuficiente para mantener una películacontínua que cubra toda el área de secado.

Para sólidos no porosos, el punto crítico aparece aproximadamente, cuando seevapora la humedad superficial; en cambio para sólidos porosos el punto crítico sealcanza cuando la velocidad de flujo de la humedad hacia la superficie no es capazde igualar la velocidad de evaporación. Al valor de la humedad y de la velocidadque determina el punto C se les llama "Críticos", Xc, Wc.

Si la humedad inicial del sólido es inferior a la humedad crítica, no aparece elperiodo de velocidad constante.

La humedad crítica varía con el espesor del material y con la velocidad de secado ypor consiguiente, no es una propiedad del material.

El periodo que sigue al punto crítico se llama velocidad decreciente. Es evidenteque la forma de la curva de velocidad de secado varía con el tipo de material, elespesor y las variables presión y temperatura.

Cálculo del tiempo de secado

El peso del material a secar puede medirse en función del tiempo, en condicionesde presión y temperatura constantes. A partir de esos datos se obtiene la gráficasiguiente: figura 2.

Figura 2.

En los cálculos de secado debe tomarse en consideración las secciones mayores dela curva anterior, ya que los factores de control difieren junto con las diferentesporciones de la curva.

La velocidad de secado se define como:

θ−=

ddX

Am

W (1)

Donde: W = velocidad de secado, kg/hr m2

m = masa de sólido seco, kg

A = área de la superficie expuesta, m2

X = humedad, kg h O

kg sólido o2

sec

θ = tiempo, hr

La ecuación puede arreglarse para obtener el tiempo de secado y queda:

dmA

dXW

θ = − (2)

Integrando:

∫ ∫θ

−=θ

0

X

X

f

i W

dX

A

md (3)

Donde: Xi = humedad inicial.

Xf = humedad final.

Como se puede observar. en la figura 1 hay un periodo en que la velocidad desecado W es constante, siendo el mismo periodo que el de la figura 2, en que -dX/dθes constante.

Si el sólido se seca durante este periodo, Xi y Xf son mayores que Xc, entonces W= constante y el valor que le corresponde es el de la velocidad crítica Wc, por loque al integrar la ecuación 3 se tiene:

( )AW

XXm fi −=θ (4)

Tiempo de secado en periodo de velocidad decreciente

Si Xf es menor que Xc el secado se efectúa a velocidad variable, por lo que laecuación 3 se puede resolver de la siguiente forma:

a) Caso general. La ecuación 3 se integra gráficamente a fin de determinar el áreabajo la curva con 1 / W como ordenada y X como abscisa, datos que se puedenobtener a partir de la figura 1.

b) Para el caso en que W varía linealmente con X, se toma la ecuación de unarecta.

W = mX + b (5)

Donde: m = pendiente de la porción lineal de la curva.

b = constante.

Pero: Wi = mXi + b (6)

y Wf = mXf + b (7)

Teniendo que:

( )( )

( )lm

fi

f

i

fi

fi

WA

XXm

W

WIn

WWA

XXm −=−−=θ (9)

f

i

film

W

WIn

WWW

−=(10)

Si tomamos toda la zona decreciente como una recta, se tiene:

( ) ( )

ef

ei

c

ec

XX

XXIn

W

XX

A

m

−−−=θ (11)

Ya que:

( ) ( )eiec

cei XX

XX

WXXmW −

−=−= (12)

( )ciec

ci XX

XX

WW −

−= (13)

( )efec

cf XX

XX

WW −

−= (14)

Para dibujar las figuras 1 y 2, es necesario determinar y tabular:

(15)

θ∆

∆=A

XmW (15)

opmeiT.rh

osePlatot

dademuHX

dadicoleVodacesed

W



• charolas

• cuchara de albañil

• espátula

• probeta de un litro

• guantes de asbesto

• cronómetro

• balanza de humedad

• balanza granataria


• Energía eléctrica

• Vapor

• Vacío


Arena de malla 40

3.4 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Figura 3.

CLAVE EQUIPO CARACTERÍSTICAS

DR- 500 Secador Servicio:Secado de sólidos.Tipo: Charolas al vacioNúmero de charolas: 5Capacidad:Operación: Manual con cierre herméticoMaterial de construcción: fierro fundido.Marca Devine

EA - 500 Intercambiador Servicio: Condensa vaporizacionesde calor Carga Térmica:

Area de transferencia de calor:Tipo :Doble tuboMaterial de construcción: Fierro fundido

PV _ 500 Bomba de vacio Servicio: Vacio en secadorTipo: Desplazamiento centrífugoCapacidad:Presión de operaciónAccionador: Motor eléctricoTipo: Inducción jaula de ardillaPotencia:1/4 HpVelocidad de giro 1750 RPM

Equipos disponibles:

a) Secador de charolas a vacío Devine

b) Secador de charolas Armfield.

Importancia del secador de charolas que opera con vacío

Algunos materiales no se pueden secar en forma satisfactoria dentro de aire apresión atmosférica normal, en virtud de que se deterioran a las temperaturas quese necesitan obtener para llegar a una proporción razonable de secado; o bien, porotra parte, porque son capaces de reaccionar con el oxígeno del aire. Este esfundamentalmente un método de secado muy caro que se puede aplicar solamentea productos de gran precio unitario.

Bomba Nash

La bomba de vacío representada en la figura 3, es una bomba de tipo desplazamientocentrífugo que consiste en un rotor redondo con múltiples aspas curvadas hacia adelante,dispuestas entre bridas que giran alrededor de un eje hueco que presenta cuatro orificiosdispuestos en los cuatro cuadrantes, dos de los cuales funcionan como orificios deadmisión y los otros dos como de descarga; los orificios comunican por el citado eje conlas correspondientes tuberías de aspiración y de impulsión.

El rotor gira dentro de una caja de sección elíptica y no toca a la superficie interna enningún punto. El cierre hidráulico se mantiene mediante un líquido que gira arrastradopor las aspas, adaptándose a la forma geométrica de la caja a causa de la fuerza centrífuga,por lo cual se separa y se acerca dos veces al eje durante una revolución completa.

Fig 3.Sección transversal de una bomba de vacío.

Este movimiento del líquido actúa a modo de pistón en los espacios libres entre lasaspas, provocando la aspiración del gas y descargándolo en el cuarto de revoluciónsiguiente a una presión mayor.

Todos los cierres de esta bomba son seguros, eliminándose en ella, practicamente,todo rozamiento entre metales. El aparato puede trabajar sin dificultad con gaseshúmedos o que arrastren salpicaduras de líquido.

A la bomba se le agrega una pequeña cantidad de líquido contínuamente paracompensar el calentamiento producido por el calor de compresión. El residuo sedescarga de la bomba en el aire y es retirado por un simple deflector separador.

3.6 TÉCNICA DE OPERACIÓN PARA SECADOR DE CHAROLAS AVACÍO

1) Abra el secador y conecte la línea de vapor. La presión del vapor no debeexceder de 2.0 kg/cm2 pues de otro modo el equipo no resiste.

2) Coloque el material a secar en las charolas que se tienen expresamente paraese fin. Se debe saber la cantidad de sólido seco del cual se parte y la cantidadde agua por agregar, pues de esta manera se conoce la humedad inicial de lasmuestras.

3) Determine el área de transferencia, que en este caso es la superficie de lamuestra que se encuentra expuesta al aire.

4) Coloque las muestras dentro del secador. Cierre y aplique vacío accionando labomba Nash.

5) Anote el tiempo de entrada y cada 10 min. rompa el vacío, abra el secador ypase las charolas con las muestras.

6) Durante la operación alimente agua al cambiador de calor. El condensado se

puede extraer de tiempo en tiempo.

4. FORMATO DE LA INFORMACIÓN EXPERIMENTAL SECADOR DE CHAROLAS A VACÍO

GRUPO: ____________________________________________________ ___FECHA: ____________________________________________________________PROFESOR: _________________________________________________OBSERVACIONES: _______________________________________________________________________________________________________________________

ANERA:LAIRETAM :LAIRETAMORTO

gk=acesaneraasam gk=oceslosasam

Hasam2

gk=cidaO Hasam2

gk=cidaO

salorahcm=ogralm=ohcna

m=ogralm=ohcna

m=odacesedaerá 2 m=aerá 2

opmeit.nim

asamgk

opmeit.nim

asamgk

5.CONTENIDO DEL INFORME DE LA PRACTICA

a) Título

b) Objetivo


d) Representación del proceso en un diagrama de flujo

e) Formato con los datos experimentales

f) Desarrollo de cálculos con:

• Una gráfica de humedad vs tiempo.

• Una gráfica de velocidad de secado vs tiempo

• Una gráfica de velocidad de secado vs humedad

• Determinación de la humedad crítica y la humedad de equilibrio

• Predicción del tiempo de secado cuando xi > x

f > x

c y cuando x

e < x

f <x

c

g) Análisis y tendencias de resultados.

h) Conclusiones y recomendaciones

i) bibliografía

6. CUESTIONARIO

1. Defina la operación unitaria de secado.

2. ¿En el secado, hay transferencia de calor y de masa simultáneo?Si lo hay ¿cómo ocurre?

3. Mencione algunas razones para aplicar la operación de secado.

4. Enuncie las formas de expresar el contenido de humedad de un sólido.

5. ¿Qué es la humedad de equilibrio, la humedad libre y la humedad crítica?

6. ¿Cómo obtendría gráficamente la humedad crítica y la humedad de equilibrio?

7. ¿De qué depende la humedad crítica en una operación de secado?

8. ¿Qué tipos de curvas se obtienen de una operación de secado?

9. ¿Qué periodos de secado se observan en una curva de secado?

10. Dependiendo de las condiciones de operación del secado, ¿Qué ecuacionesutilizaría para determinar el tiempo de secado?

11. Describa algunos tipos de secadores y cómo se clasifican.

12. ¿Cómo opera el secador que se usará en la práctica?

13. ¿Cómo funciona una bomba Nash o de vacío?

14. Describa la forma como utilizará el equipo de secado en la práctica.

7. NOMENCLATURA

W=Velocidad de secado

M= masa del sólido seco

X = humedad del sólido

θ = tiempo

A= área de secado

8. BIBLIOGRAFÍA

• Joaquín Ocon García, Gabriel Tojo BarreiroProblemas de Ingeniería QuímicaOperaciones BásicasAguilar S.A. de ediciones1990

Experimento 3.

SECADOR ROTATORIO

1. OBJETIVOS

a) Determinar el balance de materia y energía en un secador rotatorio.

b) Calcular el coeficiente volumétrico de calor experimental.

c) Comparar el coeficiente volumétrico de calor experimental con el obtenido pormedio de correlaciones.

2. TEORÍA BÁSICA

Los secadores rotatorios son muy usados para el secado de materiales granulados opolvos, ya que sus ventajas son mayores si los comparamos con otro tipo desecadores, en lo referente al costo de operación, versatilidad y facilidad de manejo.

El secador consiste de un tambor que gira sobre su eje central por el que circula elmaterial a secar. Por el interior del tambor se introduce una corriente de aire calienteque será simultáneamente el medio de transmisión de calor y vehículo para eltransporte de humedad.

Existen algunos tipos, en los cuales el calentamiento se provee por medio de unacamisa exterior al tambor, por la cual se hace circular el vapor o algún otro mediode calentamiento. Estos últimos secadores favorecen el sobrecalentamiento quepuede afectar al material a secar, si éste no es estable a temperaturas mayores quela del secado.

Por el interior del tambor puede hacerse circular aire o gases de combustión ya seaen paralelo o a contracorriente con el flujo del material que se quiere secar.

El sólido se transporta de un extremo a otro del tambor mediante un pequeñodesnivel del cilindro que desplaza al producto por deslizamiento sobre la superficieinterior del tambor.

Los secadores también están provistos de unas aletas interiores que levantan elmaterial y lo dejan caer por gravedad al girar el tambor. Parte del material, los finos,son arrastrados por la corriente de aire de la que se eliminan mediante un separadorciclónico que se encuentra a la salida del aire.

Las variables que afectan al secado en un secador de este tipo son: temperatura;humedad y velocidad del aire; permanencia del material dentro del secador, quedependerá de la rapidez de giro del cilindro y de la inclinación del mismo; númerode aletas que tenga el tambor y de las características particulares del material asecar, tamaño, porosidad, densidad, etc.

En los secadores rotatorios, el secado se lleva a cabo en el período a velocidadconstante y la temperatura de secado es la temperatura de saturación adiabáticadel aire entrante. En el sistema que se usa en la práctica, aire-agua, esta temperaturaes la de bulbo húmedo.

Con el objeto de facilitar su estudio, los secadores rotatorios se dividen en tresetapas. En la primera, el sólido se calienta hasta la temperatura de bulbo húmedo.No hay secado, sólo precalentamiento.

En la segunda etapa se evapora toda la humedad de los sólidos a una temperaturaconstante igual a la del bulbo húmedo del aire entrante.

En la tercera etapa se recalientan los sólidos, dicha etapa puede existir o no.

Figura No. 2

BALANCES

Figura No. 3

AireAire

Aire

Longitud

t4

t5

T2

T1

IIIIIISólidosSólidos

Sólido

th

( ) ( )

)7(TVUQ

:escalordeciatransferendegeneralecuaciónLa

.mezcladecalorHm

C0,referenciadeatemperaturt

CkgKcal

aguadelcaloríficacapacidadCp

CkgKcal

sólidodelcaloríficacapacidadC

:Donde

H)tt()XCpCp(H

Q)HH(G)HH(S

perdidocalorQ

osecairekgKcal

airedelentalpíaH

osecsólidokgKcal

sólidodelentalpíaH

:Donde

)3(QHGHSHGHS:energíadeBalance

)2(YYGXXS

hrsecoairekg

Gsecoairekg

OHkgY

hrsecosólidokg

Ssecosólidokg

OHkgX

:Donde

)1(YGXSYGXS:aguadeBalances

lma

o0

oagua

oPs

m011aguas1

p15521s

p

5

1

p5s2s4s1s

35s21s

s2

3

s2

1

5s2s3s1s

∆=

=∆=

=

=

∆+−+=

+−=−

=

=

=

++=+

−=−

==

==

+=+

Donde:

Q = calor utilizado para secar, hr

Kcal

V = volumen del secador, m3

Ua = coeficiente volumétrico de transferencia de calor, Chm

Kcalo3

∆Tlm = diferencia de temperatura logarítmica.

( ) ( ))8(

tt

ttIn

ttttT

25

14

2514lm

−−

−−−=∆

Si suponemos que el secado se lleva a cabo a la temperatura de bulbo húmedo delaire, se tiene:Calor de precalentamiento: Q

p = Ss (C

ps + C

pH2OX

1) (t

th - t

1) (9)

Calor de evaporación: QE = S

S (X

1 - X

2) λ

th (10)

Calor de sobrecalentamiento:Q

S = Gs {(C

ps + Cp

H2O X

2) (t

2 - t

th)} (11)

Q = Qp + Q

E + Q

S(12)

Donde:

Q = calor total, hr

Kcal

th = temperatura de bulbo húmedo correspondiente a t4 y t

5 respectivamente

Correlaciones

Si no se cuenta con un secador para efectuar la experimentación, el cálculo delcoeficiente volumétrico se puede efectuar utilizando la correlación de Friedman yMarshall. Chem. Eng. Prog. 45(8) 482 (1949).

D

G57Ua

16.0S= (13)

Donde: Gs = masa velocidad del aire, hrm

kg2

D = diámetro, mLa ecuación anterior se utiliza para valores de 100 a 50,000 kg/m2 hr y secadores demás de 1.0 m de diámetro.

Para secadores pequeños, 25 a 70 cm de diámetro, la correlación se convierte en:

)inglesasunidades(D

G10Ua

16.0S= (14)

El diámetro del secador se calcula si se conoce la velocidad, que ha de fijarse deacuerdo a las partículas del sólido.

2/1

SG

G4D

π

= (15)



- Psicrómetro

- Cronómetro

- Termómetro de mercurio

- Recipiente para producto seco

- Balanza con pesas

- Cuchara de albañil

- Espátula

- Balanza de humedad

- Charola de aluminio para muestra

- Probeta de un litro


- Corriente eléctrica

- Vapor

- Aire comprimido


- Arena malla 40

- Aire ambiente filtrado y precalentado.

3.4. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Clave Equipo Características

DR - 360 Secador de sólidos. Servicio: Secar arena

Tipo: Rotatorio con MartillosCapacidad:0.5 Kg/ minLongitud:1.20Diámetro: 0.30 mMaterial de construcción: Acero inoxidableAccionador: Motorreductor con potencia de 1 HP

EA -310 Banco de calentamiento Servicio: calentamiento de aire ambiente.de tubos aletados No. de bancos: dos

No. de tubos:32Tipo de tubo:Con aleta transversalDiámetro del tubo:1 1/4No. de horquillas:Material de construcción:acero al carbon

FC - 370 Ventilador Servicio:Transporte sólido – aire caliente.Tipo: AxialVelocidad de operación: 20.43 m/sMaterial de construcción:

FB - 340 Tolva Servicio: Alimentación de sólido húmedoCapacidad total:Longitud parte superior: 0.30 mLado parte superior: .0.40mLongitud inferior del cono:0.25Diámetro inferior del cono:0.15Material de construcción:acero inoxidable

CB - 350 Transportador Helicoidal Servicio: Alimentación de sólidos al secador.de sólidos con Longitud: 0.33 msistema neumático Material de construcción del

gusano:acero inoxidableAccionador: Turbina motriz neumática

SC - 390 Separador ciclónico Servicio: Separa sólidos finosDiámetro del cilindro: 0.26 mLongitud del cilindro: 1.16 mDiámetro inferior del cono: 0.054 mLongitud del cono: 0.52 mMaterial de construcción: acero al carbón

FC - 300 Filtro de succión de aire Servicio: Retención de sólidosTipo. Placa FiltranteMaterial de construcción: Fibra de vidrio.Largo:0.60 mAncho: 0.30 mEspesor: ½”

TB - 330 Turbina Motriz Servicio: Accionador delTransportador Helicoidal

DF - 320 Ducto alimentación de aire Servicio: Suministro de aire ambiental

FB - 400 Recipiente colector Servicio: Colector de sólidos finos

FB – 380 Recipiente colector Servicio: Colector de sólido secoCapacidad: 2.5 KgDiámetro: 0.20 mLongitud: 0.21 mMaterial de construcción: PVC


1) Active el ventilador del equipo.

2) Haga pasar vapor al calentador del equipo.

3) Coloque el recipiente de recolección del sólido seco.

4) Fije un gasto de aire con la compuerta totalmente abierta

5) Prepare el sólido. Pese de 10 -12 Kg de arena y agregue una cantidad conocidade agua, se recomienda una humedad inicial del sólido del 5% en peso.

6) Espere que el aire alcance una temperatura de 100 -120ºC.

7) Deposite el material húmedo en la tolva y alimente poco a poco con un flujo de+ 700 g/min aproximadamente.

8) Alimente el sólido al secador ajustando la válvula del aire de la turbina a 3.0 kg/cm2.

9) Espere aproximadamente 10 min a partir del momento en que aparezca elmaterial seco en el otro extremo del secador, con objeto de tener condicionesestables de operación.

10) Cada 10 minutos:

- Mida la temperatura del sólido a la salida.- Pese el sólido a la salida.- Tome una muestra de + 20g de sólido que sale del secador para medir su humedad.- Mida las temperaturas para el aire desde la entrada a la salida del equipo.


Corriente

Flujo de alimentación: __________ (Kg/Min.)

Tiempo de alimentación: __________ (Min.)Sólido Humedad inicial: __________ (Kg agua/Kg. S.S)

Humedad final: __________ (Kg agua/Kg. S.S)Temp. de la arena húmed __________ oCTemp. de bulbo seco: ambiente __________ oCTemp. de bulbo húmedo: ambiente __________ oCAireFlujo de entrada de aire __________ (m3/seg.)Velocidad con la compuerta totalmente abierta: 20.43 m/s

Grupo: _____________ Profesor: ___________ Fecha: ___________Observaciones:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

artseuM )niM(tt4

(o )Ct5

(o )CVET

(o )CsbT

(o )ChbT

(o )Ct2S

(o )CS

2

)niM/gK(

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

01

t4 (oC): Temperatura de aire a la entrada del tambor.

t5 (oC): Temperatura de aire a la salida del tambor.

TEV (oC): Temperatura de aire a la entrada del ventilador

Tbs (oC): Temperatura de bulbo seco del aire de salida ciclón.

Tbh (oC): Temperatura de bulbo húmedo del aire de salida del ciclón.

t2 (oC): Temperatura de salida del sólido seco.

S2 (Kg/Min): Flujo de salida de solido seco.

t (Min): Tiempo.


a) Título

b) Objetivo


d) Representación del proceso en un diagrama de flujo.

e) Formato con los resultados experimentales.

f) Desarrollo de los cálculos con :

• El balance de materia indicando el agua evaporada y transferida al aire.

• El balance de energía indicando las pérdidas de calor.

• El paso del aire por el secador representado en una carta psicrométrica.

• El coeficiente volumétrico de calor experimental y el coeficiente obtenidomediante correlaciones.

• La cantidad de vapor empleado en el calentamiento del aire.


h) Conclusiones y recomendaciones.

i) Bibliografía.

6. CUESTIONARIO

1. ¿Qué tipo de materiales se secan en los secadores rotatorios?

2. ¿Cómo opera un secador rotatorio y cuáles son sus partes fundamentales?

3. ¿Qué medios emplean estos secadores para llevar a cabo el secado?

4. ¿Qué variables afectan el secado en estos secadores?

5. ¿A qué temperatura se efectúa el secado en un secador rotatorio?

6. ¿En qué período se lleva a cabo el secado en estos secadores?

7. ¿En qué partes se divide el secador para su estudio y qué es lo que sucede encada una de ellas?

8. Aparte del secador rotatorio, enuncie otro tipo de secadores contínuos.

9. ¿De qué es función el coeficiente volumétrico global de calor en los secadoresrotatorios?

10. ¿Qué función tienen los martillos instalados en el secador que se va a usar en lapráctica?

11. ¿Cómo se podría varía el tiempo de residencia del material en el secador?

12. El ventilador que se encuentra instalado en el secador, ¿es de tiro inducido o detipo forzado?

13. Para secado a temperaturas altas, ¿utilizaría gases de vapor o de combustión?

7. NOMENCLATURA

X1 = Humedad en el sólido al inicio.

Y = Humedad en el aire ambiente.

SS = Sólido seco.

GS = Aire seco.

H1 = Entlapia del sólido a la entrada del secador.

H5 = Entalpía del aire a la salida del secador.

t4 = Temperatura del aire a la entrada del tambor.

t1 = temperatura del sólido húmedo.

t5 = temperatura del aire a la salida del tambor.

t2 = temperatura del sólido seco.

S2 = Flujo de salida del sólido seco.

S1 = Flujo de entrada del sólido seco.

8. BLIBLIOGRAFÍA

• Joaquín Ocon, Gabriel TojoProblemas de Ingeniería QuímicaTomo IIEditorioal Aguilar1990

• Robert E. TreybalMass Transfer OperationsMc Graw Hill1998

• J.M. Coulson, J.F. RichardsonChemical EngineeringTomo IIPergamon Press1998

• Prácticas de Laboratorio de Transferencia de Masa Sección de Impresiones de laFacultad de Química de la UNAM, pp. 93.

Experimento 4.SECADO POR ATOMIZACIÓN

1. OBJETIVOS

a) Comprender la base del funcionamiento de un secador de esprea aplicando losfundamentos teóricos a través del manejo del equipo.

b) Determinar las variables de las cuales dependen las características finales decalidad del producto secado, mediante el análisis de la operación.

2. TEORÍA BÁSICA

En un secador por atomización una solución líquida o una suspensión se dispersaen una corriente de gas caliente, en forma de un rocío de gotas muy finas; en estascondiciones se vaporiza rápidamente la humedad de las gotas, dejando partículasresiduales de sólido seco que se separan de la corriente gaseosa.

Las dimensiones de las gotas y su división no solo son elementos importantes parala consecución del secado, sino que también ejercen influencia sobre la granulacióny, por consiguiente, sobre las propiedades de los productos acabados, por ejemplo,ciertos productos, tales como alimentos o detergentes, adquieren una consistencia,densidad aparente y propiedades de flujo que son difíciles o imposibles de obteneren otro tipo de secadores. Esta ventaja, aunada al corto tiempo de secado debido ala gran superficie de transferencia y al hecho de que a partir de una solución, jarabeo pasta se obtiene un producto seco que está listo para el empaque, hace queestos secadores puedan cumplir las funciones de un evaporador, cristalizador,reductor de tamaño y clasificador.

Se han diferenciado tres clases de dispositivos de pulverización o atomatización:

Pulverizadores de fuerza centrífuga

Son discos de pulverización cuya velocidad de rotación está comprendida entre4,000 y 15,000 rpm, según la clase de producto y grado de pulverización deseado;sus diámetros van de 50 mm hasta 350 mm y pueden ser accionados por electricidado pequeñas turbinas de vapor.

Pulverizadores rápidos

Son atomizadores que funcionan a base de aire comprimido. En la esprea se pro-duce un movimiento tangencial de alta velocidad en el líquido que se va a pulverizar.La fuerza centrífuga resultante hace que el líquido genere remolinos alrededor de lacircunferencia del orificio de la tobera, el líquido gira entonces hacia afuera formandoun cono hueco, el cual se rompe finalmente dando orígen a gran número de gotitas.

Pulverizador bajo presión

Este aparato pulveriza por la sola presión del líquido obtenida con bombas depistón. La forma del chorro depende no solo de la presión, sino también del orificiode la tobera. Se emplean presiones de 30 a 70 atm y aberturas de toberas de 0.3 a4 mm de diámetro.

Superficie de transferencia

Suponiendo que las gotitas producidas por la pulverización de un litro de líquidotienen un diámetro uniforme, es posible estimar la superficie presentada a latransferencia mediante la ecuación siguiente:

d

000,6At =

Donde: At está expresada en m2/litro.

d = diámetro de la gota, micras

Ejemplo: para un diámetro de gota de 100 micras, se obtiene una superficie de 60m2/litro. Estos valores tan altos de área de transferencia explican los tiempos tancortos de secado necesarios, por lo general no sobrepasan los 30 segundos en total.Figura 1.

Etapas durante el secado

La solución, al entrar a la cámara de secado, tiene una temperatura t1, que va aincrementar al ponerse en contacto con el gas caliente, es decir, ganará un calorque necesita para estar en condiciones de perder humedad. Estas condiciones deequilibrio se alcanzan cuando la mezcla de solución - gas esten a la temperatura debulbo húmedo del aire, que corresponde a la temperatura de equilibrio del aire yagua, Este equilibrio se mantendrá constante durante la etapa de secado, evaporación.

Es posible que al terminar la evaporación, el sólido seco y la corriente de gas ahorahúmeda, permanezcan todavía en la cámara de secado, por lo que se sobrecalentarántanto como mayor sea el tiempo de residencia dentro del secador. La temperaturade sobrecalentamiento en estas condiciones, se aproxima a la temperatura de bulbohúmedo del aire a la salida del secador.

104

103

102

101

11 101 102 103 104

Áre

a es

pec

ífica

ae

ae = m /12600

Diámetro de la gota

BALANCES

Balance de agua: GsY

1 + S

SX

2 = G

sY

4 + S

SX

3(1)

Ordenando la ecuación 1: Gs(Y

4 - Y

1) = S

S (X

2 - X

3) (2)

( )14

32ss YY

XXSG

−−

= (3)

Balance de calor: GsH

1 + S

Sh

2 = G

sH

4 + S

Sh

3 + Q

p(4)

Donde: H1 = C

H1 (t

1 - t

0) + Y

1λ

t0(5)

H4 = C

H4(t

4 - t

0) + Y

4λ

t0(6)

h2 = C

p2 (t

2 - t

0) (7)

h3 = (C

p3 + C

pH2O X

3) (t

3 - t

0) (8)

Donde: Gs= gasto másico de aire seco,

hr

.S.Akg

Y1 = humedad del aire de entrada, .S.Akg

OHkg 2

Y4 = humedad del aire de salida, "

X2 = humedad del material a secar a la entrada, .S.Skg

OHkg 2

X3 = humedad del material a secar a la salida, "

L2 = gasto másico del material a secar a la entrada,

hr

mezclakg

S2 = gasto másico del sólido seco a la entrada,

hr

SSKg

S3 = gasto másico del sólido seco a la salida, "

H1 = entalpia del aire a la entrada, .S.Akg

Kcal

H4 = entalpia del aire a la salida, "

h2 = entalpia del material a secar a la entrada, kg

Kcal

h3 = entalpia del material a secar a la salida, "

t0 = temperatura de referencia, oC

t = temperatura, oCC

p2 = capacidad calorífica del material húmedo a t

2

Cp3

= capacidad calorífica del material seco a t3

CpH2O

= capacidad calorífica del agua a t3

Qp = calor perdido

∆Tlm = diferencia de temperaturas media logarítmica.U

v = coeficiente volumétrico de transferencia de calor.

V = volumen del secador, m3

Q = calor total transferido

Coeficiente de transferencia de calor

El calor transferido está dado por la siguiente ecuación:

Q = Uv V ∆Tlm

(9)

De esta ecuación, el calor transferido Q se evalúa por medio de la ecuación 4; elvolumen del secador V se determina a partir de las dimensiones del mismo y ladiferencia de temperatura media logarítmica ∆T

lm se determina considerando el

sistema en paralelo.



- Probeta de 2 litros.- Psicrómetro- Termómetro de mercurio- Frasco para producto- Martillo de hule

- Balanza granataria


- Energía eléctrica- Aire comprimido


- Leche

- Aire ambiente caliente y filtrado


CLAVE EQUIPO ESPECIFICACIONES

SC - 510 Secador Servicio: Secar la soluciónDiámetro del cilindro: 0.94 mLongitud: 1.57 mDiámetro del cono: 0.10 mAislamiento: lana de vidrioMaterial de construcción : Acero inoxidable.

Tc -550 Calentador eléctrico Servicio: Calentar el aire ambienteTipo: Cinta estriadaNo. bancos: 3 con 18 resistenciasCapacidad: 1250 vatios cada banco,corriente de 220 V trifásica y 60 ciclos.

VC - 540 Ventilador Servicio:transporta el aire caliente y sólido seco.Tipo:extractorAccionado por motor de ½ HP y corriente de 220 V

FB - 500 Tanque Servicio: Alimenta la soluciónDiámetro: 0.34 mLongitud: 0.47 mCapacidad: 43.0 lMaterial de construcción: acero inoxidable

FC - 500 Filtro Servicio: Filtrar el aire ambienteMaterial de construcción: lana mineral.Ancho:0.31 mLargo: 0.18 mEspesor:1/2”

SC - 520 Separador ciclónico Servicio: Separa el producto.Diámetro del cilindro: 0.23 mLongitud del cilindro: 0.18 mDiámetro inf. del cono: 0.06 mLongitud del cono: 0.66 mMaterial de construcción: Acero inoxidable.

SC - 530 Separador ciclónico Servicio. Separa los sólidos finos.Diámetro del cilindro: 1.55 mLongitud del cilindro: 92 mDiámetro inf. del cono: 0.15 mLongitud del cono: 1.04 mMaterial de construcción: Acero inoxidable.

PC - 580 Panel de control Servicio: control del proceso

FB -570 Recipiente Servicio: recolecta productoCapacidad: un litroMaterial de construcción :vidrio

FB - 560 recipiente Recolecta sólidos finos


1) Verifique que el secador esté cerrado.

2) Conecte el interruptor de corriente eléctrica.

3) Conecte el ventilador extractor.

4) Alimente agua de enfriamiento a la esprea.

5) Ajuste el control termostático de temperatura a la temperatura que se va aoperar el secador.

6) Conecte los bancos de resistencias necesarios para calentar el aire.

7) Suministre aire al último banco abriendo la válvula de la línea W. Esta líneaauxiliar fué colocada al observar que el aire de entrada llegaba con dificultad alúltimo banco de resistencias.

8) Deje transcurrir el tiempo necesario para que el aire de secado alcance latemperatura deseada. No permita en ningún momento que los calentadorestrabajen con el ventilador parado o con la puerta de la cámara abierta.

9) Coloque el material preparado en el tanque de alimentación, e introduzca ésteal secador por medio de aire a presión aproximadamente 25 lb/in2.

10) Observe la esprea atomizadora para asegurarse de que se están empleando laspresiones correctas, ya que cualquier cristal, grumo o sólido suspendido dentrodel fluído, taponará la esprea. Más aún, la partícula más pequeña erosionará lapunta de la esprea abriéndola un poco más y ocasionando una atomizacióndesigual. Por esta razón, el material que se entregue a la esprea debe sercompletamente homogéneo, recomendandose el uso de un homogenizador ofiltro.

11) Conecte el suministro de aire a la esprea atomizadora ajustando la válvula decontrol a la presión de 25 lb/in2.

12) Ajuste el equipo a las condiciones de secado, tome datos de: temperatura yhumedad del aire atmosférico y del aire a la salida del secador; temperatura ala entrada del secador; cantidad de material alimentado y obtenido en un ciertotiempo.


GRUPO ______________ FECHA __________________ PROFESOR_________

OBSERVACIONES ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ETNEIBMAERIA ODACESEDERIA

ADARTNERODACESLA

ADILASRODACESLED

ADILASNÓLCICLED

ta

oC

th

oC

DADEMUH)y(

NÓICULOS

ADARTNE ADILAS

ARUTAREPMET

DADEMUH

OJULF

:)gk(ODINETBOOTCUDORP

ODIMIRPMOCERIA

:NÓICAZIMOTANÓISERP mc/gk 2

:NÓICATNEMILANÓISERP mc/gk 2


a) Título

b) Objetivos


d) Representación del proceso en un diagrama de flujo con nomenclatura

e) Formato con los datos experimentales.

f) Desarrollo de cálculos con: .

l Los balances de materia y energía del proceso.l El paso del aire dentro del equipo representado en una carta psicrométrica.l El valor del coeficiente volumétrico de calor.


h) Conclusiones y recomendaciones.

i) Bibliografía

6. CUESTIONARIO

1. ¿Qué objeto tiene pulverizar las soluciones o suspensiones en este tipo desecadores?

2. ¿Qué ventajas tiene trabajar con los secadores por atomización.

3. ¿En qué procesos industriales se utiliza este tipo de secadores?

4. Aparte de funcionar como secador, ¿qué otras aplicaciones podría tener?

5. ¿Qué dispositivos se utilizan en estos equipos para llevar a cabo la pulverización?

6. ¿De qué variables depende el comportamiento de un secador por atomización?

7. ¿A qué temperatura se lleva a cabo el secado?

8. ¿En estos equipos la velocidad de transferencia de masa se ve controlada por laresistencia en la fase gaseosa o por la resistencia en la fase líquida?

9. El tiempo que pasan las gotas en la cámara de secado ¿afecta a la transferenciade masa?

10. Aparte del aire caliente, ¿qué otros medios se utilizan para secar?

11. El secador a operar trabaja en ¿corriente paralela o a contracorriente?

12. ¿Qué pasaría si el líquido que está saliendo por la esprea chocara contra lasparedes del secador?

7. NOMENCLATURA

ts = Temperatura de bulbo seco.

th = Temperatura de bulbo húmedo.

y = humedad absoluta.

La nomenclatura aparece según las ecuacioness en la sección de teoría básica.

8. BIBLIOGRAFÍA

• Keey RDrying Principles and PracticeEd. Pargamon Press

• Friedrich KnuleEl SecadoEditorial Urmo

• Williams, GardnerIndustrial Drying

• Prácticas de Laboratorio de Transferencia de MasaSección de Impresiones de la FQ, UNAM pp. 105

Experimento 5.DESTILACIÓN DIFERENCIAL

1. OBJETIVO

a) Operar la olla vaporizadora para separar una mezcla de monoetilen glicol (MEG)-agua con una composición inicial entre 45 - 50% para obtener en el destiladouna mezcla de MEG-agua con una composición de 4.0% máximo y en el residuouna composición de 70% de (MEG) mínimo.

2. TEORÍA BÁSICA

La Destilación Diferencial es un método de destilación que se efectúa normalmenteen los laboratorios cuando se trabaja sin reflujo, llevando contínuamente los vaporesproducidos hasta un condensador.

La operación se realiza calentando la mezcla inicial hasta su temperatura de ebullicióny los vapores se eliminan de manera contínua y a medida que éstos se van formando,sin condensación parcial, o sea, sin que el condensado refluya al aparato.

A medida que transcurre la operación, el líquido se empobrece con el componentemás volátil, elevándose la temperatura de ebullición de la mezcla; del mismo modolos vapores producidos son cada vez más pobres en componentes más volátiles ysu temperatura de condensación aumenta contínuamente.

En esta destilación el vapor que sale en cualquier momento, está en equilibrio conel líquido, de manera que tanto la composición como el punto de ebullición de ésteúltimo varían contínuamente durante la operación.

Para el caso de una mezcla binaria, la relación entre la cantidad de líquido inicial L~ 0

y el líquido al final de la destilación L~ , viene dada por la ecuación de Lord Rayleigh,

la cual resulta de efectuar un balance de materia en el proceso: sea una mezcla de

dos componentes solubles, designemos por L~ al núm,ero total de moles de la

misma, por x~ a la fracción mol del componente más volátil del líquido y por y~ a

la fracción molar del mismo componente en el vapor de equilibrio con el líquido

original. Sean L~

d las moles que hay que vaporizar; el líquido perderá una cantidad

diferencial del componente más volátil y el vapor lo ganará.

Balance de materia: ( )( ) ( ) x~L~L~dy~dy~x~dx~L~dL~ =++−− (1)

Resolviendo la ecuación y despreciando el producto de diferenciales, se tiene:

x~y~x~d

L~L~d

−= (2)

Integrando entre límites se llega a la ecuación de Lord Rayleigh.

∫ −=

0x

x

0

x~y~x~d

L~L~

In (3)

Donde L~ 0= moles de carga inicial.

L~ = moles de carga residual después de haber destilado (L

0-L)

x~ 0= fracción mol del componente más volátil en la carga inicial.

x~ = fracción mol del componente más volátil en la carga residual.



• Probetas de 2 litros

• Piceta

• Gradilla

• Tubos de ensayo

• Cronómetro

• Cubeta

• Refractómetro

3.2 SERVICIOSAUXILIARES

• Energía eléctrica

• Vapor

• Agua de enfriamiento


• Mezcla de Monoetilenglicol (MEG) – Agua al 50% en volumen

3.4. DESCRIPCIÓN DE EQUIPO

Clave Equipo Características

FA-04 Olla vaporizadora Cilíndrica vertical, 268.36 lts., de volumen,26 2/8" (0.664 mts.) de diámetro, 27 2/8"(0.69 mts.) de longitud de 1 1/2".(0.0381 mts.) de diámetro.

EA-01 Precalentador de la Vertical con 8 fluxes de 3/4" de diámetroalimentación por 1.64' (0.5 m.) de longitud y 185.5 in2

(0.119 m2) de superficie de calentamiento;material de cobre.

EA-02 A Primer condensador Vertical con 30 fluxes de 1/4" de diámetrode destilado por 4' (1.22m) de longitud y 1130.97 in2

(0.729m2) de superficie de calentamiento;material de cobre.

EA-02 B Segundo condensador Vertical con 30 fluxes de 1/4" de diámetrode destilado por 4' (1.22m) de longitud y 1130.97 in2


EA-02 C Tercer condensador Vertical con 30 fluxes de 1/4" de diámetrode destilado por 2' (0.609m) de longitud y 1130.97 in2


Nº clave Servicio Características LocalizaciónFI-03 Medidor de flujo Escala: 0-1.27 LPM Tablero de control

de destilado marca W & T.FI-04 Medidor de flujo Escala: 0-25; marca: Tablero de control

de reflujo Fischer Porter.FI-05 Medidor de flujo Escala: 0-100% de Salida de agua de

de agua de flujo máximo: Wallace enfriamiento.enfriamiento Tierman de México

INDICADOR DE PRESIÓN MANÓMETRO DE TUBO BOURDON,ELEMENTO PRIMARIO DE MEDICIÓN

Nº clave Servicio Características Localización

PI-06 Presión de vapor Diámetro: 9 cm. Parte inferiorde calentamiento Rango: 0-7 kg/cm2 olla FA-04olla FA-04 Marca: Ashcroft

PI-07 Presión de la Diámetro: 16 cm Tapa de la ollaolla FA-04 Rango: 1.0 kg/cm2 FA-04

Marca: Metro

INDICADOR DE NIVEL


LI-04 Nivel de la olla Elemento primario de Lado lateralFA-04 medición, tubo de olla FA-04

vidrio Diámetro: 5/8'(1.58 cm) Long. 40 cm

INDICADOR DE TEMPERATURA


TI-06 Temperatura de Elementos primarios Tapa de la ollalos vapores olla de medición tipo: FA-04FA-04 carátula de FA-04

reloj. Rango: 0-150CMarca: MétricaDiámetro: 7.5 cm.

REGISTRADOR DE TEMPERATURA


TR-01 Indicador y registra- Analógico de aguja Tablero de controldor de temperatura móvil, registrador de (lado sur de la torrede alimentación. gráfica de tira, DA-01)

rango: 0-160ºC,marca: BRISTOL'S

TC-01 Temperatura de Sistema termal de Tablero de controlalimentación mercurio, transmisor (parte inferiro de

neumático de acción la torre DA-01)reversa, válvulaneumática.

3.5. DIAGRAMA DE FLUJO


1. Prepare en el tanque FA-01, 150 litros aproximadamente de una mezcla MEG-Agua que tenga una concentración entre 45-50% en peso de MEG.

2. Agite la mezcla mediante GD-01 durante 5 minutos para obtener una soluciónhomogénea.

3. Alimente la olla vaporizadora FA-04 con la mezcla precalentada en EA-01 a unatemperatura entre 60-70 ºC.

4. Alinie el destilado mandando las vaporizaciones de la olla a los condensadoresEA-02 A, B, C y el total de esos condensados al tanque recibidor de destilado FA-02 a través del tablero de control.

5. Alinie y suministre agua de enfriamiento al subenfriador de destilado EA-03 a loscondensadores EA-02 A, B, C, al rotámetro FI-05 y a la rejilla recolectora, en eseorden.

6. Alinie el vapor de calentamiento, verifique la trayectoria desde la caldera hastala entrada de la olla FA-04.

7. Introduzca vapor al serpentín de la olla FA-04 a una presión de 1.3 Kg/cm2 ypurgue los condensados a través del ByPass de la trampa de vapor y alinie éstacuando se haya eliminado el total de condensados acumulados.

8. Acumule el condensado del serpentín entre el momento que se inicia la destilacióny el momento en que se suspende.

9. Cada 10 minutos mida:El flujo de condensado del vapor de calentamiento.Flujo de destilado.La composición del residuo y destilado.


ALEDLAICININEMULOV:)1(VALLOALNEALCZEM

ALEDLAICININÓICISOPMOC:)GEMOSEPNE%(,CALCZEM

ALEDLANIFNEMULOV:)1(,VALLOALNEALCZEM

ALEDLANIFNEMULOV:)GEMOSEPNE%(,CALCZEM

:AHCEF :OIRAROH :OPURG :ROSEFORP

Nota: Ecuación para determinar la composición en peso de las muestras de la mezcla de MEG-AGUA.C = 1013.17 (l

c) - 1350.56 C = composición en peso l

c = Índice de refracción

NÓICAREPOEDSENOICIDNOC SENOICISOPMOC

-MEITOPt

)nim(

NÓISERPLEDROPAVLENE

NIREDLACP

v

mc/gK( 2)

.PMETALNEALLO

-AZIROPAVAROD

T(o )C

NEMULOVALNEALLO

-AZIROPAVAROD

V)1(

NEMULOVED

ODALITSEDODALUMUCA

Vd

)1(

NEMULOVED

ODASNEDNOCODALUMUCA

Vc

)1(

OJULFED

ODASNEDNOCF

c

)nim1(

OJULFED

ODALITSEDF

d

)nim1(

OUDISER ODALITSED

ECIDNIED

NÓICCARFERODIEL

n1

-OPMOCNÓICISNÓICCARF

OSEPGEM

ECIDNÍED

NÓICCARFERODÍEL

nL

-OPMOCNÓICISNÓICCARF

OSEPGEM


a) Título

b) Objetivo




f) Desarrollo de cálculos con resultados de :

- Cálculo de las moles totales finales en la olla vaporizadora por la ecuación deRaleigh.

- Cálculo de las moles totales finales por medición del volumen final

- Cálculo de las moles totales finales por integración matemática de la ecuaciónde Raleigh tomando en cuenta la volatilidad relativa media logaritmica..

- Cálculo de las moles totales finales por balance de materia suponiendo lavolatilidad relativa infinita.

g)Análisis de resultados.


i) Bibliografía

Nota: consulte el apéndice de destilación diferencial.

6. CUESTIONARIO

1. ¿En qué consiste hacer una destilación diferencial?

2. El vapor que está saliendo contínuamente de la mezcla, ¿cómo se encuentra conrespecto a ésta?

3. ¿Varía la temperatura de ebullición de la mezcla conforme transcurre el tiempo?¿por qué?

4. ¿Varía la temperatura de condensación? ¿por qué?

5. ¿Por qué el análisis matemático de esta destilación tiene que ser diferencial?

6. ¿Qué ecuación representa la relación entre la cantidad inicial y final de líquido?Escríbala.

7. Según el comportamiento de la mezcla, la relación entre las cantidades inicial yfinal de líquido tiene variaciones. Indíquelas y represéntelas matemáticamente.

7. NOMENCLATURA

Donde L~

0= moles de carga inicial.

L~ = moles de carga residual después de haber destilado (L

0-L)

x~ 0= fracción mol del componente más volátil en la carga inicial.

x~ = fracción mol del componente más volátil en la carga residual.

8. BIBLIOGRAFÍA

• McCabe, Smith,Operaciones Básicas en Ingeniería QuímicaDe. Reverté.

• TreybalR.Mass Transfer Operations,McGraw Hill, 1990.

• Ocón y TojoProblemas de Ingeniería QuímicaTomo I, Aguilar.

• LudwinApplied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants2nd De., Gulf Pub. 1990.

• Van Winkle M., DistillationNew York, McGraw Hill1990.

• Norman W. S.Absorption, distillation and Cooling Towers.New York, J.Willey, 1992.

• Prácticas de Laboratorio de Transferencia de Masa Sección de impresiones dela Facultad de Química UNAM.

Experimento 6.DESTILACIÓN EN TORRE DE PLATOS

INTERMITENTE Y CONTÍNUA

1. OBJETIVOS

DESTILACIÓN INTERMITENTE

a) Operar la torre de platos en forma intermitente para separar una mezcla MEG-AGUA con una composición inicial entre 20 y 30% de MEG hasta una composiciónfinal entre 65 y 75% de MEG en el residuo.

DESTILACIÓN CONTÍNUA

b) Operar continuamente la torre para separar una mezcla MEG-AGUA con unacomposición inicial entre 20 y 30%, para obtener del domo una mezcla MEG-AGUA con una composición de 2% máximo y del fondo un residuo con unacomposición de 65% de MEG mínimo.

2. TEORÍA BÁSICA

Los equipos de transferencia de masa que usan etapas para su diseño, se calculanpor medio de etapas teóricas, que se basan en la suposición de que las corrientessalientes de una etapa están en equilibrio. Este principio se aplica tanto en extraccióncomo en destilación.

El número de etapas de equilibrio es un factor fundamental en el diseño de lascolumnas de fraccionamiento, ya que está relacionado directamente con la operacióny tamaño más económico.

Los cálculos para evaluar el número de etapas de equilibrio para una separaciónbinaria son menos complicados que para multicomponentes y mezclas complejas,por lo que se ha implementado un gran número de sistemas analíticos y gráficospara esta evaluación.

Entre los métodos analíticos se encuentran el de Sorel y el de Sorel modificado porLewis; entre los métodos gráficos, el de Mc Cabe Thiele y el de Ponchon-Savarit.

Para determinar el número de platos reales es necesario introducir el concepto deeficiencia o rendimiento de separación, que se define en términos generales, comoel cociente entre el número de platos teóricos o ideales y el número de platosreales.

3. PARTE EXPERIMENTAL( Destilación intermitente y continua)


l Probetas de 2 litros

l Piceta

l Gradilla

l Tubos de ensayo

l Cronómetro

l Cubeta

l Refractómetro


l Energía eléctrica

l Vapor

l Agua de enfriamiento


l Mezcla de Monoetilenglicol (MEG) – Agua


Clave Servicio Características

DA-01 Torre de destilación Cilíndrica vertical de 7 5/8" (0.193 m) dediámetro, por 4.22 m de altura, de 20 platoscon 3 campanas en arreglo triangular porcada plato; material de fundición de bronce.

EA-01 Precalentador de la Vertical con 8 fluxes de 3/4" de diámetro poralimentación 1.64' (0.,5 m) de longitud y 185.5 in2


EA-02 A Primer condensador Vertical con 30 fluxes de 1/4" de diámetro porde destilado 4' (1.22 m) de longitud y 1130.97 in2


EA-02 B Segundo conden- Vertical con 30 fluxes de 1/4" de diámetro portador de destilado 4' (1.22 m) de longitud y 1130.97 in2


EA-02 C Tercer condensador Vertical con 30 fluxes de 1/4" de diámetro porde destilado 2' (0.609 m) de longitud de 565.5 in2


EA-03 Subenfriador de Vertical con 8" (0.2 m) de diámetro pordestilado 13 3/4" (0.35 m) de longitud.

EA-04 Enfriador de residuo Horizontal con 8 fluxes de 3/4" de diámetropor 1.64' (0.5 m) de longitud y 185.5 in2(0.119 m2) de superficie de calentamiento;material de cobre.

FA-01 Tanque de Vertical con 236 litros de capacidad, 23"alimentación (57.64 cm) de diámetro y 35 2/16" (90.5 cm)

de longitud; material de acero inoxidable.

FA-02 Tanque recibidor Horizontal con 97.7 litros de capacidad, conde destilado 16 3/16" (41 cm) de diámetro y 29 2/16"

(74 cm) de longitud; material de acero al carbón.FA-03 Tanque recibidor Horizontal con 97.7 litros de capacidad, con

de residuo 16 3/16" (41 cm) de diámetro y 29 2/16"(74 cm) de longitud, material de acero al arbón.

Clave Servicio Características

FD-01 Filtro de Filtro de porcelana.A,B y C alimentación

GA-01 Bomba de Bomba centrífuga horizontal de 1/4 HPalimentación marca WESTRO.

GA-02 Bomba de residuo Bomba centrífuga horizontal de 1/4 HPmarca SUPER.

GD-01 Agitador de la Motor eléctrico de 1/2 HP tipo hélice.

INSTRUMENTACIÓN

INDICADORES DE FLUJO

Rotámetros tipo flotador, elemento primario de medición.


FI-01 Medidor de flujo Escala: 0-25; marca: Tablero de controlde alimentación Fishcer & Porter

FI-02 Medidor de flujo Escala: 0-5; s/marca Tablero de controlde residuo

FI-03 Medidor de flujo Escala: 0-1.27 LPM; Tablero de controlde destilado marca: W & T.

FI-04 Medidor de flujo Escala: 0-25; marca: Tablero de controlde reflujo Fischer & Porter.

FI-05 Medidor de flujo Escala: 0-100 % de flujo Salida de agua dede agua de máximo; marca: Wallace e n f r i a m i e n t o .enfriamiento & Tiernan de México.

INDICADORES DE PRESIÓN

Manómetros de tubo Bourdón tipo carátula de reloj; elemento primario de medición.

Nº Clave Servicio Caracterísitcas Localización

PI-01 Presión de vapor Escala: 0-4 Kg/cm2; diame- Entrada de vapordel precalentador tro: 16 cm; marca: METRON de la válvulaEA-01 neumática.

PI-02 Presión de vapor Escala: 0-2 Kg/cm2; diáme- Tablero de controlde calentamiento tro: 5.2 cm; marca: METRON

PI-03 Presión en el domo Escala: 0-76 cm vac. (0-2 Domo de torrede la torre DA-01 Kg/cm2); diámetro: 9.5 cm; DA-01

marca: Ashcroft

PI-04 Presión de des- Escala: 0-4 Kg/cm2; diámetro: Tablero de controlcarga de la bomba 7 cm; marca: Ashcroft.

PI-05 Presión de descarga Diámetro: 7 cm; escala: Tablero de controlde la bomba BA GA-02 0-4 Kg/cm2; marca: Ashcroft

INDICADORES DE NIVEL DE VIDRIO

Indicadores de tubo, elemento primario de medición.

Nº Clave Servicio Características Localización

LI-01 Nivel del fondo Longitud: 73 cm; diámetro Fondo de la torrede torre DA-01 5/8" (1.58 cm) DA-01

LI-02 Nivel de tanque Longitud: 30 cm; diámetro Tanque de distiladode destilado FA-02 5/8" (1.58 cm) FA-02

LI-03 NIvel de tanque Longitud: 30 cm; diámetro Tanque de residuode residuo FA-03 5/8" (1.58 cm) FA-03

INDICADORES DE TEMPERATURA


TI-01 Temperatura de Bulbo de mercurio, marca: Tablero de controlalimentación Palmer, rango: 30-400 ºF

TI-02 Temperatura de Bulbo de mercurio, marca: Tablero de controlresiduo Palmer, rango: 30-300 ºF

TI-03 Temperatura de Bulbo de mercurio, marca: Tablero de controlreflujo Palmer, rango: 30-300 ºF

TI-04 Temperatura del Bulbo de mercurio, marca: Tablero de controldestilado Palmer, rango: 30-300 ºF

TI-05 Temperatura del Carátula de reloj, marca: Fondo de la torreresiduo de la American, rango: 0-200 ºC DA-01torre DA-01 diámetro: 5.3 cm

REGISTRADOR DE TEMPERATURA


TR-01 Indicador y regis- Analógico de aguja móvil, Tablero de controltrador de tempe- registrador de gráfica de (lado sur de laratura de alimen- tira, rango: 0-160 ºC, torre DA-01)mentación marca: BRISTOL'S


TC-01 Temperatura de Sistema termal de mercurio, Tablero de controlalimentación transmisor neumático de acción (parte inferior de

reversa, válvula neumática. la torre DA-01)

TERMOPARES

Consta de 24 termopares, distribuidos en el equipo de torre de destilación DA-01para enviar la señal a un multipotenciómetro marca Honeywell con un rango de0-200 ºC, indicando las temperaturas en los sitios instalados.

CLAVE LOCALIZACIÓN

TW-01 Plato 01 de la torre DA-01

















TW-18 Domo de la torre DA-01

TW-19 Salida de agua de enfriador de residuo EA-04

TW-20 Agua de enfriamiento de salida de condensador EA-020

TW-21 Flujo de alimentación a la torre DA-01

TW-22 Fondo de la torre DA-01

TW-23 Vapores que entran a los condensadores EA-02 A

TW-24 Residuo de la mezcla, salida de enfriador EA-04


Operación intermitente

1. Prepare en el tanque de alimentación FA-01 150 litros, aproximadamente deuna mezcla MEG-AGUA, que tenga una composición entre 20 y 30% en pesode MEG.

2. Agite durante 5 minutos para obtener una mezcla homogénea mediante elagitador CD-01.

3. Alinie la alimentación desde el tanque FA-01 al plato número 3, haciéndolapasar por los filtros FD-01 A, B y C y el tablero de control.

4. Alinie el destilado, mandando las vaporizaciones del domo de la torre a loscondensadores EA-02 A, B y C (en ese orden); y el total de esos condensadosal tanque recibidor de destilado FA-02 a través del tablero de control.

5. Cierre la válvula de descarga del residuo.

6. Alinie agua de enfriamiento al subenfriador de destilado EA-03, a loscondensadores EA-02 A, B y C, al rotámetro FI-05 y a la rejilla recolectora (enese orden).

7. Alinie el vapor de calentamiento, verificando su trayectoria desde la caldera,hasta la válvula reguladora de presión que abastece a la torre.

8. Alinie la mezcla mediante la bomba GA-01, hasta inundar el plato número 3.Pare en ese momento la bomba y cierre la válvula de alimentación a la torre.

9. Alimente agua de enfriamiento a los equipos indicados en 6 y descarguela aldrenaje a través del rotámetro FI-05 totalmente abierto.

10. Alimente vapor de calentamiento a la calandria de la torre a una presión de 1.0Kg/cm2. Purgue la descarga de condensados a través del by-pass de la trampade vapor y alinie ésta cuando se haya eliminado el total de condensadosacumulados. Incremente la presión del vapor, aproximadamente, en 0.1 Kg/cm2 cada 10 minutos, hasta alcanzar una presión máxima de 2.0 Kg/cm2,cuidando que le flujo de condensado de la calandria no sea menor de 0.250 1/min, ni mayor de 1.0 1/min.

11. Cada 10 minutos, y en forma simultánea, a partir del momento en que seregistre destilado en el rotámetro FI-02: Tome muestras de residuo y destilado.Mida el flujo de destilado y el flujo de condensados de la calandria.

12. Termine la operación cuando la concentración en el residuo esté entre 65 y75%.

13. Cierre la válvula de suministro de vapor a la calandria de la torre.

14. Cierre la válvula de suministro de agua de enfriamiento a los condensadoresEA-02 A, B y C y al subenfriador de destilado EA-03.

15. Mida el volumen final de destilado y determine su composición.

16. Mida el volumen final de residuo y determine su composición.

17. Determine el volumen total de los condensados generados en la calandria dela torre.

Operación continua

Para iniciar la operación continua se proceda a operar la torre en forma intermitentehasta llegar a las condiciones establecidas en el punto 11. Enseguida continúe conel punto 18.

18. Inicie la alimentación continua en el plato 4, con un flujo entre 0.3 y 0.5 1/min, precalentándolo en EA-01 a una temperatura aproximada de 80 ºC,mediante el ajuste del controlador de temperatura colocado en la alimentaciónde vapor del EA-01.

19. Mantenga la presión del vapor de calentamiento para estas condiciones, en2.0 Kg/cm2, en la calandria de la torre.

20. Suministre agua de enfriamiento al enfriador de residuo EA-04.

21. Desaloje el residuo al tanque de almacenamiento FA-03 con la bomba GA-02a un flujo entre 0.060 y 0.100 1/min. Mida el flujo de residuo en la línea demuestreo con probeta y cronómetro.

22. Fije el flujo de residuo para mantener constante el nivel marcado en el plato #1.

23. Cada 10 minutos, apartir de haber alcanzado el nivel marcado en el plato número 1.Registre condiciones de operación (Temperatura, presión, nivel).Tome muestras de: destilado, residuo y fase líquida de por lo menos 8 platosrepresentativos, que determine su composición.

24. Terminar la operación cuando la información mencionada en el punto 23 estécompleta.

25. Pare: la alimentación, descargue el residuo, cierrre el vapor de calentamiento yagua de enfriamiento.

26. Mida el volumen final de destilado y determine su composición.

27. Mida el volumen final de residuo y determine su composición.

28. Determine el volumen total de condensados generados en la torre.

4. FORMATO PARA LA INFORMACIÓN EXPERIMENTAL:DESTILACIÓN INTERMITENTE EN TORRE DE PLATOS

EUQNATLEDLAICININEMULOV:)1(iVNÓICATNEMILAED

NÓICATNEMILAEDNÓICISOPMOCC

A:)GEMOSEPNE%(,

EUQNATLEDLANIFNEMULOV:)1(fVNÓICATNEMILAED

LEDLANIFNEMULOVVOUDISER

R:)1(

LEDLANIFNÓICISOPMOCOUDISER

R:)GEMOSEP%(

LEDARUTAREPMETTOUDISER

R(o )C

LEDNÓICISOPMOCCODALITSED

d:)GEMOSEP%(

LEDARUTAREPMETTODALITSED

d(o :)C


OBSERVACIONES:


OPMEITt

)nim(

NÓISERPLEDROPAV

Pv

mc/gK( 2)

OJULFED

-NEDNOCODAS

Fc

)nim1(

NEMULOVODALUMUCA

ED-NEDNOC

ODASV

c

)1(

ARUTAREPMETERROTALNE

OJULFLED

ODALITSEDF

d

)nim/1(

NEMULOVODALUMUCA

EDODALITSED

Vd

)1(

OUDISER ODALITSED

ODNOFT

f

(o )C

OMODT

d

(o )C

ECIDNIED

-CARFERNÓICODIEL

nL

-OPMOCNÓICISNÓICCARFGEMOSEP

ECIDNÍED

-CARFERNÓICODÍEL

nL

-OPMOCS NÓICI

NÓICCARFGEMOSEP

Nota: Ecuación para determinar la composición en peso de las muestras de la mezcla de MEG-AGUA. C=1013.17(I

c)-1350.56 C= composición en peso I

c= Índice de refracción

EUQNATLEDLAICININEMULOVANÓICATNEMILAED

1L-

NÓICATNEMILAEDNÓICISOPMOCC

AOSEP%=

EDEUQNATLEDNEMULOVEDSÉUPSEDNÓICATNEMILA

A3OTALPRADNUNI2

L=

EDEUQNATLEDLANIFNEMULOVL=3ANÓICATNEMILA

ODALITSEDLEDNÓICISOPMOCCODALUMUCA

DOSEP%=



OPMEITt

)nim(

NÓISERPROPAVLED

Pv

mc/gK( 2)

OJULFED

-NEDNOCODAS

Fc

)nim1(

NEMULOVODALUMUCA

ED-NEDNOC

ODASV

c

)1(

ARUTAREPMETERROTALNE OJULF

ED-ATNEMILA

NÓICF

a

)nim/1(

OJULFED

OUDISERF

r

)nim/1(

OJULFED

-ALITSEDOD

Fd

)nim/1(

NEMULOVODALUMUCA

EDODALITSED

Va

)L(

ECIDNÍ--CARFER

NÓICODÍEL

nL

-OPMOCNÓICIS

FNEr

OSEP%ODNOF

Tf

(o )C

OMODT

d

(o )C

-ATNEMILANÓIC

Ta

(o )C

VLATOTNEMULOVR

L=OUDISERLEDNÓICISOPMOC

CODALUMUCAR

OSEP%=

ODALITSEDLENEARUTAREPMET oC OUDISERLENEARUTAREPMET oC NÓICATNEMILAEDOTALP

OBSERVACIONES:

SOTALPNENÓICISOPMOC

SOTALP 1#OTALP 3#OTALP 5#OTALP 7#OTALP 9#OTALP 11#OTALP 31#OTALP 51#OTALP 71#OTALP ODALITSED

ADIRROC c1 osep% c1 osep% c1 osep% c1 osep% c1 osep%

A

B

FORMATO PARA LA INFORMACIÓN EXPERIMENTAL:DESTILACIÓN CONTÍNUA EN TORRE DE PLATOS

5. CONTENIDO DEL INFORME DE LA PRÁCTICA (Intermitente y continua)

a) Título

b) Objetivo




f) Desarrollo de cálculos con resultados de :

- Cálculo de las moles totales finales por balance de materia.

- Cálculo de las pérdidas de calor durante la destilación.

g) Análisis de resultados.


i) Bibliografía

Nota: consulte el apéndice de destilación intermitente y contínua.

6. CUESTIONARIO

1. En la mezcla MEG agua ¿Cuál es el componente volátil?

2. En una torre completa de destilación se encuentran tres líneas de operación,indique cuáles son y a que zona corresponden.

3. ¿Cuál es el medio de calentamiento mas económico que se utiliza para llevar acabo la destilación?

4. Desde el punto de vista de la eficiencia, economía, diseño y operación ¿Queventajas y desventajas tiene una torre de platos con respecto a una empacada?

5. Explique ¿por qué es necesario operar la torre de forma intermitente antes deiniciar la operación continua?.

6. ¿Cuáles son las condiciones que se deben establecer durante la operación paralograr el régimen permanente en la operación continua?

7. Según su criterio cuál es el principal problema operacional para el manejo de latorre.

7. NOMENCLATURA

(Indicada en cada sección)

8. BIBLIOGRAFÍA

1. McCabe, Smith, Operaciones Básicas en Ingeniería Química, Ed. Reverté.

2. Treybal R., Mass Transfer Operations, McGraw Hill, 1996.

3. Ocón y Tojo, Problemas de Ingeniería Química, Tomo I, Aguilar.

4. Ludwig, Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, 2ndEd., Gulf Pub., 1990.

5. Van Winkle M., Distillation, New York, McGraw Hill, 1990.

6. Norman W. S., Absorption, Distillation and Cooling Towers, New York, J. Wiley,1991.

7. Prácticas de Laboratorio de Transferencia de Masa Sección de impresiones de laFacultad de Química de la UNAM pp. 117.

Experimento 6.DESTILACIÓN CONTÍNUADE UNA MEZCLA BINARIA

APÉNDICES

APÉNDICE DE TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA

SECUENCIA DE CÁLCULO PARA EL COEFICIENTEDE TRANSFERENCIA DE MASA

1. Calcule el rango de la torre de enfriamiento.

2. Calcule el acercamiento de la torre.

3. Calcule las condiciones del aire a la entrada y salida de la torre: humedad,calor húmedo, etc.

4. Calcule las entalpías del aire en los extremos de la torre.

H = CH (T

G - T

O) + l

OY

5. Calcular la capacidad térmica de la torre.

H2 - H

1

6. Representar la línea de equilibrio y la línea de operación en un diagrama entalpíacontra temperatura para el sistema aire-agua.

7. Obtener las fuerzas impulsoras, media en los extremos de la torre, como lo indicael diagrama de éste apéndice.

a) ∆H1 = H

1 - H

1

b) ∆H2 = H

2 - H

2

c) Con la temperatura media del agua se obtiene Hm y H

m

d) ∆Hm = H

m - H

mtL

m = tt tL

2 - tL

1

8. Determinar Ka

a) Obtener factor f a partir de la gráfica.

21 H

Hmvs

H

Hm

∆∆

∆∆

b) Despejar Ka de la ecuación propuesta por Carey Williamson

Hmf

LL

A/L

KaV 1t

2t

∆−=

9. Calcular HUT y NUT

Z H N

Hs AKa

toG toG

toG

G

=

=

*

/

DIAGRAMA DE ENTALPÍA-TEMPERATURA

APÉNDICE PARA DESTILACIÓN DIFERENCIAL

III. Tabla de propiedades para el manejo del Monoetilenglicol

Sinónimosa: 1, 2-Etanodiol, Glicol, Etilenglicol, Monoetilenglicol.

Líquido incoloro de sabor dulce, higroscópico.

Fórmula: CH2OHCH

2OH

Peso molecular: 62.1

Punto de ebullición: 197.5ºC a 760 mm Hg.

Límite explosivo inferior: 3.2%

Temperatura de fusión: - 15.6ºC (C.C.)

Densidad: 1.113 g/ml a 25ª/25ºC

Temperatura de autoignición: 400ºC

Densidad del vapor: 2.14

Presión de vapor: 0.05 mm a 20ºC

Datos de toxicidad aguda:

Oral: DL50 (ratas) = 5840 mg/Kg

Intravenoso (IV): DL50 (ratón) = 3000 mg/Kg

Intraperitoneal (ip): Dlmp

(conwejo) = 1000 mg/kg

Irritación = Moderada por vía cutánea, ojos y mucosas, vía oral, intravenosa e intra-peritoneal (la dosis letal reportada para el ser humano es de 100 ml.)

Si se ingiere ocasiona inicialmente estímulo al sistema nervioso central seguido pordepresión. Más adelante causa daños al riñon que pueden terminar fatalmente.Altamente tóxico como aerosol cuando se inhala.

Peligro de incendio: Bajo, cuando se expone a calor o flama; puede reaccionarviolentamente con ácido clorosulfónico, óleum y ácido sulfúrico.

Calentamiento espontáneo: No

Peligro de explosión: Moderado, cuando se expone a la flama.

Para combatir el incendio usar: Espuma, agua, CO2 y polvo químico.

nóicartnecnoCoudisernóiccarfGEMosep

CR

.lomnóiccarFaugaed

leneoudiser

nóicartnecnoCodalitsednóiccarfGEMosep

CD

.lomnóiccarFaugaed

leneodalitsed

Y

X-Y ∆ X α

9635.00745.0

847.0047.0

-13600.0

1899.0

252.0252.0

69.369.3

800.0 130.0 α 5.54.o3.54

9216.0 586.0 92500.0 899.0 313.0 91.3550.0670.0

691.08812.0

9.34

9886.0 906.0 05800.0 799.0 883.0 85.2 901.0 7052.0 3.14

0577.0 005.0 58210.0 2699.0 694.0 20.2 αf

1.83-

5696.0LATOT

18.2L

36.4L

26.3OnH

1.1nMEG

Kg6.58OHW

Kg68w

CWW

0

2

20

MEG

0R0MEG

==

==

===

250.2L

25.1n

Kg25.20W

75.69W

Kg90W

044.1

.lt86V

FINALVOLUMENDELMEDICIÓNPOR

TOTALESMOLSLASDECÁLCULO

MEG

MEG

MEG

====

==ρ=

Kg6.126VW

.lt/Kg055.1

.lt120V

MEGnOHnL

01.2L

L

6965.0xy

dx

L

LIn

RALEIGHDEECUACIÓNLA

EMPLEANDOTOTALESMOLESDECALCULO

000

0

0

0200

0

X

x

0 0

=ρ=ρ=

+=

=

−= ∫

EJEMPLO DE CÁLCULO PARA DESTILACIÓN DIFERENCIAL

2.2L

OHMEGL

1.1n

1.1n

73.19W

97.677.87WWW

775.0

97.67

C

WW

Wlg0878W

5369.0x055.1x120W

CVW

INICIOALOLLALAENkgMEGFINALALOLLALAENMEG.kg

SUPONIENDOMATERIALESDEBALANCEPORTOTALESMOLESLASDECÁLCULO

pesofraccióneniónConcentracC

relativadVolatilida

destiladoelenaguademolFracciónY

residuoelenaguademolFracciónX

14.2L

04.2L

L

712.0L

LIn

748.01

5.01In7.41

5.0

748.0In

7.41

1

L

LIn

7.41

1.38

5.45In

1.385.45

In

X1

X1In

X

XIn

1

1

xy

dx

L

LIn

DOCONSIDERANMATEMÁTICA

NINTEGRACIÓPORTOTALESMOLESLASDECÁLCULO

2

OH

MEG

OH

MEGROH

R

MEGR

MEGMEG0

MEG0

0MEG0

0

0

0

0

0LOGMED

X

X 0

0

0

LOGMED

2

2

2

0

=+=

==

=

−=−=

==

=−=

=

ρ==

α=α

==∝===

=

=

−−+=

=−=α

αα

α−α=α

−−α+

−α=

−

α=α

ƒ

ƒ

∫

TABLA DE TEMPERATURA DE EBULLICIÓN MEZCLA MEG-AGUA

Temp. Po H2O Po MEG X agua Y agua αααααoC (mmHg) (mmHg)

93.025 586.000 11.466 1.00 1.00 51.11

95 630.50 12.757 0.9280 0.9985 49.42

100 755.88 16.612 0.7702 0.9935 45.50

105 901.26 21.454 0.6417 0.9869 42.01

110 1069.00 27.486 0.5363 0.9783 38.89

115 1261.64 34.943 0.4492 0.967 36.11

120 1481.91 44.090 0.3769 0.9531 33.61

125 1732.69 55.227 0.3164 0.9355 31.37

130 2017.06 68.698 0.2655 0.9139 29.36

135 2338.25 84.889 0.2224 0.8874 27.54

140 2699.70 104.234 0.1856 0.8551 25.90

145 3104.99 127.213 0.1541 0.8165 24.41

150 3557.89 154.361 0.1268 0.7699 23.05

155 4062.35 186.267 0.1031 0.7147 21.81

160 4622.46 223.577 0.0824 0.6500 20.68

165 5424.50 266.998 0.0619 0.5730 20.32

170 5926.87 317.300 0.0479 0.4845 18.68

175 6680.15 375.319 0.0334 0.3807 17.80

180 7507.07 441.957 0.0204 0.2613 16.99

185 8412.48 518.186 0.0086 0.1235 16.23

188.957 9241.41 586.000 0.0000 0.0000 15.77

NEMULOV)1(

NÓICISOPMOC)GEMOSEP%(

.PMET(o )C

DADISNED)1/gk(

OSEP)gk(

OSEPGEM)gk(

AUGAOSEP)gk(

NÓISERPmc/gk( 2)

λgk/lack

NÓICATNEMILA 23 96.22 02 720.1 468.23 8654.7 2704.52

ODALITSED 02 48520.0 73 000.1 02 8615.0 2384.91 PD

97.0= 445

OUDISER 21 32.75 02 370.1 678.21 863.7 805.5

ODALITSED-OUDISER 23 678.23 8488.7 2199.42

ROPAVSODASNEDNOCOTNEIMATNELACED

025-82 78 000.1 025.82 025.82 71.2=vP 44.425

kg9912.24W

kg8848.7W

%945.23100x9280.32

8848.7C

kg928.32)029.1)(32(AVW

1/kg029.1A

%99.23100x8640.32

8848.7C

kg864.32W

kg8848.7W

AGUA

MEG

A

AA

A

A

)RD(MEG

==

==

==λ=+λ

==

=

=+

88.40CALORPERDIDASDE%

h/kcal5432.6115Q

.min40/kcal0288.4077Q

kcal880.10)544)(20(DWDQ

kcal029.14957)44.524)(520.28(WQ

QQQ

LATENTECALORCALORTOTALCALORDEPERDIDAS

.min40:OPERACIÓNDETIEMPO

P

P

L

CCT

LTP

=

==

==λ===λ=

−=

−=

EJEMPLO DE CÁLCULO PARA LOS BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA

APÉNDICE DE DESTILACIÓN INTERMITENTE Y CONTINUA

EJEMPLO DE CÁLCULO PARA LOS BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA

NEMULOV)1(

NÓICARTNECNOC)GEMOSEP%(

.PMET(o )C

DADISNED)1/gk(

LATOTOSEPW

)gk(

OSEP GEM)gk(

OSEPAUGA)gk(

NÓISERPsbaP

ROLACETNETAL

gk

NÓICATNEMILA 94 32.32 02 ρA

30.1= 74.05 27.11 57.83

ODALITSED 11.33 4000.0 02 ρD

00.1= 11.33 310.0 790.33 PD

97.0= λv

445=

OUDISER 61 33.46 02 ρr

890.1= 75.71 92.11 82.6

ODALITSED-OUDISER 11.94 86.05 303.11 773.93

)dnoC(ROPAV 54.74 02 ρ 00.1= 54.74 71.2=vP λv

4.425=

CA = Composición de la alimentación

ρA = Densidad de la Alimentación

WA = Masa total de alimentación

QL = Calor latente

CALIBRACION DEL ROTAMETRO DEL DESTILADOColumna de 20 platos

00,05

0,10,15

0,20,25

0,3

0,350,4

0,450,5

0,550,6

0,650,7

0,750,8

0,850,9

0,951

1,051,1

1,151,2

1,25

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

Posición del rotámetro (cm)

Gas

to d

el d

estil

ado

(L/m

in)

LECTURA

CALIBRACION DEL ROTAMETRO DE ALIMENTACIONColumna de 20 platos

00,10,20,30,40,50,6

0,70,80,9

11,11,21,31,41,51,61,71,8

1,92

2,12,22,32,42,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22


Gas

to d

e al

imen

taci

ón (L

/min

)

LECTURA

CALIBRACION DEL ROTAMETRO DEL RESIDUO Columna de 20 platos

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,11,21,31,41,51,61,71,81,9

22,12,22,32,42,52,62,7

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6 5,8


Gas

to d

el re

sidu

o (L

/min

)

LECTURA

CALIBRACION DEL ROTAMETRO DE REFLUJOColumna de 20 platos

0

0,050,1

0,15

0,2

0,250,3

0,35

0,4

0,450,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,80,85

0,9

0,95

11,05

1,1

1,151,2

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5Posición del rotámetro (cm)

Gas

to d

el re

flujo

(L/m

in)

LECTURA

Indice de refracción vs concentración

1,33

1,335

1,34

1,345

1,35

1,355

1,36

1,365

1,37

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100% en peso de alcohol etílico

Indi

ce d

e re

frac

ción

SISTEMA ETANOL-AGUATEMPERATURA 18.0°C

APÉNDICE DE DESTILACIÓN CONTÍNUA DE UNA MEZCLA BINARIA

Indice de refracción vs composición

1,33

1,335

1,34

1,345

1,35

1,355

1,36

1,365

1,37

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100% en peso de alcohol etílico

Indi

ce d

e re

frac

ción

SISTEMA ETANOL-AGUATEMPERATURA 17.5°C

Tabla de tiempos recomendados para elReflujo en la columna de destilación

nóicaleR ojulfeR ogeisarT

1:1 .ges01 .ges01

1:1 .ges.9 .ges9

1:1 ges8 .ges8

2:1 .ges4 .ges8

2:1 .ges5 .ges01

3:1 .ges4 .ges21

3:1 .ges5 .ges51

4:1 .ges3 .ges21

4:1 .ges4 .ges61

5:1 .ges4 .ges02

6:1 .ges4 .ges42

7:1.ges4

leraretlaedeupeSetnenamrepnemigér

.ges82

8:1leraretlaedeupeSetnenamrepnemigér

leraretlaedeupeStnenamrepnemigér e

9:1leraretlaedeupeSetnenamrepnemigér

leraretlaedeupeSr etnenamrepnemigé

nóicaleR ojulfeR ogeisarT

1:2 .ges8 .ges4

1:2 01 .ges 5 .ges

1:3 .ges9 .ges3

1:3 21 .ges 4 .ges

1:4 .ges8 .ges2

1:4 21 .ges 3 .ges

1:5 .ges01 .ges2

1:5 51 .ges 3 .ges

1:6 21 .ges 2 .ges

1:6 81 .ges 3 .ges

1:7 41 .ges 2 .ges

1:7 .ges12 .ges3

1:8 61 .ges 2 .ges

1:981 .ges 2 .ges

CU

RVA D

E EQU

ILIBR

IO "X vs Y"

sistema ETAN

OL-AG

UA P= 586 m

m H

g

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9 1

00,1

0,20,3

0,40,5

0,60,7

0,80,9

1

fracción mol de etanol en el líquido

fracción mol de etanol en el vapor

Procesos II

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