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1. DESTILACIÓN DIFERENCIAL SIMPLE
1. OBJETIVOS:
- Realizar la operación de destilación diferencial en el equipo apropiado.
- Comprobar los fundamentos teóricos de la destilación diferencial.
- Realizar la separación de una mezcla binaria líquida en sus componentes por
medio de la destilación intermitente.
- Evaluar la ecuación de Rayleigh.
- Comprenderyanalizarlosprincipiosbásicosde ladestilación simple intermitente
utilizando ecuaciones y diagramas.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO
La destilación simple es una operación en la cual se produce la vaporización de una
sustanciaal aplicar calor,el métodoesempleadoenindustriasde capacidadmoderada
y pequeñas, para llevar a cabo la separación de los componentes más volátiles de
muestras líquidas.
Conforme lavaporizacióntranscurre se separany condensan los vapores y la cantidad
del líquidoenel recipiente vadisminuyendoprogresivamente al igual que el contenido
del componente másvolátil enel líquidoyel vapor,yla temperatura de ebullición del
líquido en el recipiente va aumentando.
F: Alimentación inicial.
Xf: Fracción molar de la alimentación.
D: Destilado total recogido en el destilador diferencial.
XD: Fracción molar promedio del destilado total.
W: Líquido residual al final de la destilación diferencial.
Xw: Fracción molar del líquido residual.
Formas de resolver la ecuación de Rayleigh:
 A través de la volatilidad relativa (α):
t X Y α
0 X1 Y1 α1
5 X2 Y2 α2
10 X3 Y3 α3
15 X4 Y4 α4
i Xi Yi αi
Se determina primero el rango de operaciones estimado:
𝛼𝑖 = [
𝑌𝑖
𝑋𝑖
] ∗
[1 − 𝑋𝑖]
[1 − 𝑌𝑖]
La constante de distribución:
𝛼𝑖 =
𝐾𝑎
𝐾𝑏
𝑌 =
∝∗ 𝑋
1 + (∝ −1) ∗ 𝑋

2. 𝑌 = 𝑓( 𝑋)
Resolver la ecuación de Rayleigh:
𝑳𝒏 (
𝑭
𝑾
) =
𝟏
∝ −𝟏
∗ 𝑳𝒏 [
𝑿 𝑭 ∗ ( 𝟏 − 𝑿 𝑾)
𝑿 𝑾 ∗ ( 𝟏 − 𝑿 𝑭)
] + 𝑳𝒏 [
𝟏 − 𝑿 𝑾
𝟏 − 𝑿 𝑭
]
 A través de la constante de distribución (K):
X Y K
X1 Y1 K1
X2 Y2 K2
Xi Yi Ki
𝐾𝑖 =
𝑌𝑖
𝑋𝑖
𝑌 = 𝑓( 𝑋)
𝑌 = 𝐾 ∗ 𝑋
En la ecuación de Rayleigh se tiene:
𝐿𝑛 (
𝐹
𝑊
) =
1
𝐾 − 1
∗ 𝐿𝑛 (
𝑋 𝐹
𝑋 𝑊
)
Integración numérica a partir de gráficas:
𝐿𝑛 (
𝐹
𝑊
) = ∫
𝑑𝑋
𝑌 − 𝑋
𝑋 𝐹
𝑋 𝑊
= ∫ 𝑅 ∗ 𝑑𝑋
𝑋 𝐹
𝑋 𝑊
𝑅 =
1
𝑌 − 𝑋
Por lo tanto, se grafica R-Y:
DIAGRAMA R-Y
X Y R
X1 Y1 R1
X2 Y2 R2
Xi Yi Ri

3. OBSERVACIÓN
- Los componentes 𝑋 𝑊 y 𝑋 𝐹 variarán conforme el tiempo de destilación.
- Las primeras porciones de destilación son más concentradas en el componente
más volátil.
- Para conseguirunadestilacióndiferencial enequilibriosucesivo,se debe proceder
a una destilación lenta tal que el vapor desprendido del líquido esté
diferencialmente en equilibrio en todo momento con dicho líquido.
A. BALANCE DE MASA:
- Balance de masa total al finalizar la destilación
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = ∑ 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠
𝐹 = 𝐷 𝑇 + 𝑊
- Balance de masa por componentes:
𝐹 ∗ 𝑋 𝐹 = 𝐷𝑡 ∗ 𝑋 𝐷𝑡 + 𝑊 ∗ 𝑋 𝑊
𝑋 𝐷 =
𝐹 ∗ 𝑋 𝐹 − 𝑊 ∗ 𝑋 𝑊
𝐹 − 𝑊
- Para un instante cualquiera:
𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝐴𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝐸 − 𝑆 = 𝐴
No hay ingreso constante, entonces:
−𝑆 = 𝐴
F. global
−.. …… = 𝐷 𝐿
- Para un componente A:
𝑌 − 𝑌∗ = 𝑑𝐿 ∗ 𝑋
𝑌 − 𝑑𝐵 = 𝑑𝐵∗ 𝑋
𝑌 ∗ 𝑑𝐿 = 𝐿 ∗ 𝑑𝑋 + 𝑋 ∗ 𝑑𝐿
𝐿 ∗ 𝑑𝑋 = ( 𝑌 − 𝑋) 𝑑𝐿
𝑑𝐿
𝐿
=
𝑑𝑋
𝑌 − 𝑋
- Para un tiempo inicial ϴ=0, se tiene:
𝑋 = 𝐹
𝐿 = 𝐹
- Para un tiempo ϴ 𝐷:
𝑋 = 𝑊
𝐿𝑛 (
𝐹
𝑊
) = ∫
𝑑𝑋
𝑌 − 𝑋
𝑋 𝐹
𝑋 𝑊
- La ecuaciónde Rayleighpermite determinar 𝐹, 𝑊, 𝑋 𝑊 o 𝑋 𝐹 conociendo las otras
tres variables cambiando las ecuaciones del balance total.
La integración gráfica:

4. DIAGRAMA DE INTEGRACIÓN GRÁFICA
𝐴 = ∫
𝑑𝑌
𝑌 − 𝑋
𝑋 𝐹
𝑋 𝑊
𝐷𝑡 ∗ ℎ 𝐷𝑡 + 𝑊 ∗ ℎ 𝑊 − 𝐹 ∗ ℎ 𝐹 =
- Desarrollode análisisnumérico:consiste endividirenpequeñosdiferencialesde X,
desde 𝑋 𝑊 hasta 𝑋 𝐹, tal que cada X estable es un área unitaria que debe irse
acumulando entre los límites de la integral.
B. BALANCE DE ENERGÍA:
- Balance de energía total:
𝐹 ∗ ℎ 𝐹 + 𝑄 𝑅 = 𝐷 𝑇 ∗ 𝐻 𝐷 + 𝑊 ∗ ℎ 𝑊
𝑄 𝑅: Calor de recalentamiento.
Despejando 𝑄 𝑅:
𝑄 𝑅 = 𝐷 𝑇 ∗ 𝐻 𝐷 + 𝑊 ∗ ℎ 𝑊 − 𝐹 ∗ ℎ 𝐹
- Para un tiempo 𝑡0 = 𝑡
ℎ 𝐹 = [ 𝑋 𝐹 ∗ 𝐶𝑝𝑐𝑜𝑚𝑝. ∗ 𝑃𝑀𝐴 + (1 − 𝑋 𝐹) ∗ 𝐶𝑝𝑐𝑜𝑚𝑝] ∗ [ 𝑇𝐹 − 𝑇0]
ℎ 𝑊 = [ 𝑋 𝐹 ∗ 𝐶𝑝 𝐴 ∗ 𝑃𝑀𝐴 + (1 − 𝑋 𝑊)∗ 𝐶𝑝 𝐵] ∗ [ 𝑇 𝑊 − 𝑇0]
- Entalpía del vapor:
𝐻 𝑉 = [ 𝑋 𝐷 ∗ 𝑃𝑀𝐴 ∗ 𝐶𝑝 𝐴 ∗ ( 𝑇𝐴 − 𝑇0) + 𝜆 𝐴] + [(1 − 𝑋 𝐷𝑡) ∗ 𝑃𝑀 𝐵 ∗ 𝐶𝑝 𝐵 ∗ ( 𝑇𝐵 − 𝑇0) + 𝜆 𝐵]

5. Fig.: Diagrama de equilibrio T-XY
- Calor retenido en el condensador:
Fig.: Condensador
𝐸 = 𝑆
𝐷 𝑇 ∗ 𝐻 𝑉 = 𝑄 𝐶 + 𝐷𝑡 ∗ ℎ 𝐷
𝑄 𝐶 = 𝐷 𝑇 ∗ 𝐻 𝑉 − 𝐷𝑡 ∗ ℎ 𝐷
𝑄 𝐶 = 𝐷 𝑇 ∗ (𝐻 𝑉 − ℎ 𝐷)
ℎ 𝐷 = [ 𝑋𝐴 ∗ 𝐶𝑝 𝐴 ∗ 𝑃𝑀𝐴 + (1 − 𝑋 𝐷) ∗ 𝐶𝑝 𝐵] ∗ [ 𝑇𝐷 − 𝑇0]
El calor del condensador(𝑄 𝐶) essensible:
𝑄 𝐶 = 𝑚̇ ∗ 𝐶𝑝 ∗ Δ𝑇 ∗ 𝜃 𝐷
𝜃 𝐷: Tiempototal de destilación.
Δ𝑇: Cambiode temperaturaque sufre el fluidoenel condensado.
𝐶𝑝: Capacidadcaloríficadel fluidoen Δ𝑇.
𝑚̇ : Flujode masa del fluido.
𝐷 𝑇
𝑋 𝐷
𝑇𝑉
𝐻 𝑉
𝐷 𝑇
𝑋 𝐷
𝑇𝐷
𝐻 𝐷
condensador
𝑄 𝐶

6. 3. MATERIALES Y EQUIPOS
- Soporte
- Pinza
- Balón
- Tapones
- Matraz
- Tubosde ensayo(de 8 a 10)
- Cocinillaeléctrica
- Equipode destilación
- Refractómetro
- Termómetros
- Material de limpieza
Muestrasa emplear:
- Ácidoacético- Agua.
- Butanol-agua.
- Acetona-agua.
- Metanol-agua.
- Acetona-metanol.
4. ANÁLISISDELOS RESULTADOS
Indicarlas muestraa emplear,volumeninicial (F) ylacomposición(Xf).
5. CÁLCULOS
6. CUESTIONARIO
 Con el dato experimental de temperatura de ebullición de la mezcla,
temperatura de la primera gota, con ayuda de la ecuación de Antoine y de la
constante de equilibrio, determinar la presión en la que estuvo operando el
sistema, es decir, la presión durante la experimentación.
 Usando el diagrama de equilibrio líquido-vapor compara con la presión
experimental,conlos datos obtenidos en laboratorio, analizar las diferencias
que existen entre ambos.
 Evaluación de la ecuación de Rayleigh.
7. OBSERVACIONES
8. CONCLUSIONES
T evap % peso X molar densidad Tw % peso X molar densidad
0 -
5 1
10 2
15 3
20 4
25 5
30 6
35 7
40 8
Destilado Líquido residualTiempo
(min)
Nº muestra