UNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL
QUÍMICA II INFORME DE LABORATORIO N°1 EVAPORACIÓN Y DESTILACIÓN
“
INTEGRANTES: Dominguez Villafana Christian Jorge Tinoco Tovar Alonso Chuquispuma Vilchez Sergio Chávez Tuesta Eloy Fabricio Jara Mogollón Richard Stalin Perales Martínez Alec
DOCENTE: Ing. César Masgo Soto
”
I.
EXPERIMENTO 1: “EVAPORACIÓN”
Objetivos.
Fundamento teórico.
Diagrama de flujo.
Cálculos y operaciones
Aplicación a la especialidad.
Conclusión.
Recomendaciones.
II.
EXPERIMENTO 2: “DESTILACIÓN ”
Objetivos.
Fundamento teórico.
Diagrama de flujo.
Cálculos y operaciones
Aplicación a la especialidad.
Conclusión.
Recomendaciones.
III.
CUESTIONARIO.
OBJETIVOS
Observar y reconocer en los procesos de evaporación el exceso de base Poder identificar con el papel de tornasol cuando se evaporó el amoniaco Realizar la titulación con el OH- para poder hallar los datos numéricos
FUNDAMENTO TEÓRICO La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrarse, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía según la naturaleza del líquido y la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición. Se conoce por evaporador al intercambiador de calor donde se produce la transferencia de energía térmica desde un medio a ser enfriado hacia el fluido refrigerante que circula en el interior del dispositivo. Su nombre proviene del cambio de estado sufrido por el refrigerante al recibir esta energía, luego de una brusca expansión que reduce su temperatura. Durante el proceso de evaporación, el fluido pasa del estado líquido al gaseoso. Los evaporadores se encuentran en todos los sistemas de refrigeración como neveras, equipos de aire acondicionado y cámaras frigoríficas. Su diseño, tamaño y capacidad depende de la aplicación y carga térmica de cada uso.
DIAGRAMA DE FLUJOS
1) Pesar 0.5 gr de Cloruro de Amonio e introducirlo en un Erlenmeyer de 250 ml
3) Agregar a la solución 35 ml de NaOH 0.5 M.
NH4Cl(ac) + NaOH → NH4OH(ac) + NaCl(ac)
2) Disolver el cloruro de amonio con 150 ml de agua destilada.
4) Poner a calentar la solución habiendo colocando previamente el papel tornasol en la boca de esta para poder verificar que se haya evaporado todo el amoniaco
5) Una vez evaporado todo el amoniaco, separar 25 ml de la solución y agregar 2 o 3 gotas de anaranjado de metilo para luego titular el exceso de base con HCl 0.5 M.
CÁLCULOS Y OPERACIONES N AV A = NBVB (0,5 eq-g/L)VEXCESO DEL ÁCIDO = NEXCESO DE LA BASE(27ml) (0,5 eq-g/L) (13ml) = N EXCESO DE LA BASE(27ml) NEXCESO DE LA BASE = 0,24 eq-g/L
APLICACIONES A LA ESPECIALIDAD Hidrología La Hidrología y los Aprovechamientos Hidráulicos. Estudios de Precipitaciones. Estudio de Caudales. Evaporación y la Evapotranspiración. Aportaciones en una Cuenca. Sedimentos.
Caudales de aportación a una red El caudal que entra en una red de saneamiento será el conjunto de las aguas negras y aguas de lluvia; pero no toda el agua que entra va aparar a la red de saneamiento, ya que existen aportaciones humanas, evaporación, infiltración, escorrentía...
Coeficiente de retraso (K) Se da sobre todo cuando la conducción tiene una gran longitud, si se recoge una cantidad de agua al principio, puede ser que cuando deje de llover y se deje de recoger agua, esté llegando el agua al final, el agua se evapora, se transpira.
Sólidos Totales a 105°C, Suspendidos y Sedimentables Sólidos Totales a 105°C, Suspendidos y Sedimentables Los Sólidos Totales (ST) en el agua comprende la materia seca que permanece luego de evaporar toda el agua. Los Sólidos Suspendidos y en especial los Sólidos Sedimentables 10 min y 2 horas revelan el volumen de sólidos húmedos que pueden ser separados por una operación de Sedimentación Simple. Por último, la fracción fija y volátil de los sólidos suspendidos determina el contenido de materia mineral y orgánica de los mismos. Se trata de parámetros operativos que permiten determinar la eficacia de las operaciones de Sedimentación en la Planta Potabilizadora.
CONCLUSIONES
La evaporación es un método de separación práctico ya que lo podemos utilizar en la casa, laboratorio, escuela, etc. Lo más importante en una evaporación es la temperatura en la cual este prendido el mechón. Llegue a la conclusión de que la evaporación es un método muy práctico y fácil
RECOMENDACIONES
En la evaporación para poder obtener el resultado más aproximado podríamos repetir el experimento de 2 a 3 veces y promediando tendríamos un resultado más aproximado
OBJETIVOS
Observar y reconocer en los procesos de destilación el exceso ácido Ensayar la destilación como método de separación de sólidos y líquidos Realizar la titulación con el OH- para poder hallar los datos numéricos Utilizar la destilación para neutralizar parte del HCl
FUNDAMENTO TEÓRICO La destilación es una técnica que nos permite separar mezclas, comúnmente líquidas, de sustancias que tienen distintos puntos de ebullición. Cuanto mayor sea la diferencia entre los puntos de ebullición de las sustancias de la mezcla, más eficaz será la separación de sus componentes; es decir, los componentes se obtendrán con un mayor grado de pureza. La técnica consiste en calentar la mezcla hasta que ésta entra en ebullición. En este momento los vapores en equilibrio con el líquido se enriquecen en el componente de la mezcla más volátil (el de menor punto de ebullición). A continuación, los vapores se dirigen hacia un condensador que los enfría y los pasa a estado líquido. El líquido destilado tendrá la misma composición que los vapores y; por lo tanto, con esta sencilla operación habremos conseguido enriquecer el líquido destilado en el componente más volátil (Figura 1). Por consiguiente, la mezcla que quede en el matraz de destilación se habrá enriquecido en el componente menos volátil.
DIAGRAMA DE FLUJOS 1) Pesar 0.5 gr de Sulfato de Amonio
4) Colocar en el colector 25 ml de HCl 0.5 M
2) Agregar el sulfato de amonio al matraz de destilación y disolver con 150 ml de agua destilada
5) Disolver con 50 ml de agua destilada
7) Dejar destilar el amoniaco por durante 25 min
3) Agregar 10 ml de NaOH al 15% y homogenizar. Armar el equipo de destilación.
6) Agregar 2 – 3 gotas de anaranjado de metilo
8) Titular el exceso de ácido con NaOH 0.5 M.
(NH4)2SO4(ac) + 2NaOH NH4OH(ac) + Na2SO4(ac)
CÁLCULOS Y OPERACIONES N AV A = NBVB (NEXCESO DEL ÁCIDO)(25ml) = (0,5 eq-g/L)(1.1ml) NEXCESO DE LA BASE = 0,022 eq-g/L
APLICACIONES A LA ESPECIALIDAD Electrodiálisis En el que, por medio de membranas especiales y bajo la acción de una corriente eléctrica, se divide el agua a tratar en dos partes: una solución salina concentrante y un agua parcialmente desmineralizada. Este procedimiento solo se aplica en el caso de aguas poco salobres, ya que la capacidad de caudal de las membranas disminuye, cuando aumenta la salinidad del agua que debe tratarse. Solo es económico cuando se trata de agua cuya salinidad sea inferior a 3 g/l que lleva a 0,5 g/l. Cuanta menos salina es el agua, mayor es el consumo de energía eléctrica, debido al incremento de la resistividad del agua desmineralizada. Por ello, este procedimiento, apenas se utiliza para tratar aguas con una salinidad inferior a 0,5 g/l. Osmosis inversa En este caso, el agua pura atraviesa las membranas bajo la acción de una presión superior a la presión osmótica. Otra diferencia fundamental: puede tratarse un agua de salinidad inferior a 0,5 g/l con un grado muy fuerte de reducción de su mineralización (e independiente de su salinidad inicial) y un gasto muy pequeño de energía. Este procedimiento se adapta lo mismo a las aguas muy carbonatadas, como es el agua de mar, que a las poco salinas cuya salinidad se quiere mejorar. Desmineralización La desmineralización del agua se efectúa generalmente mediante un proceso en dos etapas, en que el agua pasa sucesivamente a través de un cambiador catiónico en la forma H +, {H+ R-}, y un cambiador aniónico en la forma OH-, {R+ OH-}. Al entrar al cambiador catiónico todos los cationes se permutan por una cantidad equivalente de iones H +. El efluente, que en realidad es una solución de los ácidos correspondientes a los aniones entra al intercambiador aniónico en donde todo el anión, se permutan por iones hidróxido que neutralizan a la cantidad equivalente de H + formada en el cambiador catiónico. Se produce una cantidad equivalente de agua. Los cambiadores de lecho mezclado constituyen un desarrollo más creciente en la desmineralización de agua. Unas solas columnas contienen una mezcla de cantidades equivalentes de cambiadores catiónico y aniónico. Generalmente, el efluente es superior en calidad, de menor conductividad. Para regenerar un lecho mezclado, se deben separar las resinas. Esto se puede efectuar mediante un retro lavado diferencial, porque las resinas de intercambio aniónico y catiónico tienen generalmente densidades diferentes. La desmineralización puede ser tan efectiva como la destilación. Sin embargo, los no electrolitos (materiales orgánicos) no se remueven cuantitativamente en el proceso de intercambio iónico, aun cuando puede existir una remoción parcial mediante adsorción.
CONCLUSIONES
Se puede concluir que la destilación es una técnica muy útil en el momento de separar, que está fuertemente ligada a los diferentes puntos de ebullición de los líquidos que compongan la mezcla a destilar. También que los resultados de la destilación dependen tanto de la muestra que se esté utilizando para este procedimiento y de los implementos de laboratorio ya que si utilizamos implementos con una capacidad que no sea la adecuada para la muestra se pueden alterar los destilados e incluso dañar el montaje.
RECOMENDACIONES
En la destilación agitar la mezcla de amonio acuoso y el NaOH para poder homogenizarla En la destilación adicionar 2-3 gotas del indicador anaranjado de metilo En el proceso de destilación Una vez de haber hervido la mezcla quitar con cuidado el colector apagar el mechero , lavar el tubo interior y exteriormente
1. ¿En qué consiste la destilación? La destilación es el proceso de separar las distintas sustancias que componen una mezcla líquida mediante vaporización y condensación selectivas. Dichas sustancias, que pueden ser componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados, se separan aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de ellas, ya que el punto de ebullición es una propiedad intensiva de cada sustancia, es decir, no varía en función de la masa o el volumen, aunque sí en función de la presión.
2. ¿En qué consiste la evaporación? La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrarse, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía según la naturaleza del líquido y la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición.
3. Explique los tipos de destilación TIPOS DE DESTILACIÓN Destilación sencilla: Es el tipo más básico de destilación en el que el ciclo evaporacióncondensación solamente se realiza una vez. A continuación se muestra un equipo modelo para realizar una destilación sencilla.
La destilación sencilla se puede utilizar para:
Separar un sólido de un líquido volátil Separar mezclas de líquidos miscibles de forma eficiente siempre y cuando los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla difieran al menos en 100ºC. Purificar un compuesto líquido Determinar el punto de ebullición normal de un líquido.
Destilación fraccionada: En este tipo de destilación los ciclos de evaporación y condensación se repiten varias veces a lo largo de la columna de fraccionamiento. Es un tipo de destilación mucho más eficiente que la destilación sencilla y permite separar sustancias con puntos de ebullición muy próximos. A continuación, se muestra un equipo estándar para realizar una destilación fraccionada.
Destilación a vacío: Un líquido entra en ebullición cuando al calentarlo su presión de vapor se iguala a la presión atmosférica. En una destilación a vacío la presión en el interior del equipo se hace menor a la atmosférica con el objeto de que los componentes de la mezcla a separar destilen a una temperatura inferior a su punto de ebullición normal. La destilación a vacío se utiliza para destilar a una temperatura razonablemente baja productos muy poco volátiles o para destilar sustancias que descomponen cuando se calientan a temperaturas cercanas a su punto de ebullición normal. Un tipo de destilación a vacío muy utilizado en un laboratorio químico es la evaporación rotatoria. Este tipo de destilación se realiza en equipos compactos comerciales denominados genéricamente rotavapores y se usa para eliminar con rapidez el disolvente de una disolución en la que se encuentra presente un soluto poco volátil habitualmente a temperaturas próximas a la temperatura ambiente, con lo que se minimiza el riesgo de descomposición del producto de interés que queda en el matraz de destilación.
A continuación, se muestra un esquema de un rotavapor típico.
Destilación bajo atmósfera inerte: Esta destilación se efectúa en un equipo herméticamente cerrado en el que el aire atmosférico se ha sustituido por un gas inerte como el nitrógeno o argón, mediante el uso de una línea de vacío conectada a una fuente de gas inerte. Este tipo de destilación se utiliza cuando alguno de los componentes de la mezcla a destilar es sensible a alguno de los componentes del aire atmosférico –principalmente oxígeno o vapor de agua- o para obtener disolventes puros completamente anhidros tras un proceso de secado utilizando agentes químicos.
4. Explique los tipos de destilación TIPOS DE EVAPORADORES
De Expansión Directa o Expansión Seca (DX) En los evaporadores de expansión directa la evaporación del refrigerante se lleva a cabo a través de su recorrido por el evaporador, encontrándose este en estado de mezcla en un punto intermedio de este. De esta manera, el fluido que abandona el evaporador es puramente vapor sobrecalentado. Estos evaporadores son los más comunes y son ampliamente utilizados en sistemas de aire acondicionado. No obstante son muy utilizados en la refrigeración de media y baja temperatura, no son los más apropiados para instalaciones de gran volumen. Evaporador inundado Los evaporadores inundados trabajan con refrigerante líquido con lo cual se llenan por completo a fin de tener humedecida toda la superficie interior del intercambiador y, en consecuencia, la mayor razón posible de transferencia de calor. El evaporador inundado está equipado con un acumulador o colector de vapor el que sirve, a la vez, como receptor de líquido, desde el cual el refrigerante líquido es circulado por gravedad a través de los circuitos del evaporador.
Preferentemente son utilizados en aplicaciones industriales, con un número considerable de evaporadores, operando a baja temperatura y utilizando amoníaco (R717) como refrigerante. Sobrealimentados Un evaporador sobrealimentado es aquel en el cual la cantidad de refrigerante líquido en circulación a través del evaporador ocurre con considerable exceso y que además puede ser vaporizado.
Tubo descubierto Los evaporadores de tubo descubierto se construyen por lo general en tuberías de cobre o bien en tubería de acero. El tubo de acero se utiliza en grandes evaporadores y cuando el refrigerante a utilizar sea amoníaco (R717), mientras para pequeños evaporadores se utiliza cobre. Son ampliamente utilizados para el enfriamiento de líquidos o bien utilizando refrigerante secundario por su interior (salmuera, glicol), donde el fenómeno de evaporación de refrigerante no se lleva a cabo, sino más bien estos cumplen la labor de intercambiadores de calor. De superficie de Placa Existen varios tipos de estos evaporadores. Uno de ellos consta de dos placas acanaladas y asimétricas las cuales son soldadas herméticamente una contra la otra de manera tal que el gas refrigerante pueda fluir por entre ellas; son ampliamente usados en refrigeradores y congeladores debido a su economía, fácil limpieza y modulación de fabricación. Otro tipo de evaporador corresponde a una tubería doblada en serpentín instalada entre dos placas metálicas soldadas por sus orillas. Ambos tipos de evaporadores, los que suelen ir recubiertos con pintura epóxica, tienen excelente respuesta en aplicaciones de refrigeración para mantención de productos congelados. Evaporadores Aleteados Los serpentines aleteados son serpentines de tubo descubierto sobre los cuales se colocan placas metálicas o aletas y son los más ampliamente utilizados en la refrigeración industrial como en los equipos de aire acondicionado. Las aletas sirven como superficie secundaria absorbedora de calor y tiene por efecto aumentar el área superficial externa del intercambiador de calor, mejorándose por tanto la eficiencia para enfriar aire u otros gases.
Enfriador de doble tuvo Es un serpentín que enfría líquido que suministra gran rango de transferencia de calor entre el refrigerante y el líquido que va a ser enfriado. El camino del refrigerante puede ser a través de uno u otro de los tubos aunque usualmente la salmuera o líquido que va a ser enfriado se hace circular a través del tubo interior y el refrigerante que remueve el calor
esta entre los dos tubos. Este tipo de serpentín para intercambio de calor se usa también en el diseño de condensadores. Enfriador Baudelot Puede usarse para enfriar agua, u otros líquidos o para varios usos industriales, y es frecuentemente usado como enfriador de leche. El evaporador está compuesto por tuberías horizontales unidas en sus extremos laterales, y el líquido que va a enfriarse se hace circular sobre los serpentines de enfriamientos mediante el flujo de gravedad desde el arreglo colocado encima de los serpentines. El líquido es recogido en una bandeja la cual puede ser recirculado por el enfriador baudelot o bombeado a su destino en el proceso industrial Enfriador tipo tanque El enfriador tipo tanque consiste en un serpentín de fluido frigorígeno de tubo desnudo, instalado dentro de un gran tanque que contiene el líquido a enfriar. El serpentín está separado por un medio deflector de la masa principal del líquido, circulando éste a través del serpentín movido por un agitador motorizado. Este enfriador se utiliza en aquellos casos en que la sanidad no sea un factor importante, en las aplicaciones de grandes y frecuentes fluctuaciones de la carga, dada su gran inercia, y en las aplicaciones en que el líquido entra en el enfriador a temperaturas relativamente altas. Se emplea mucho para enfriamiento de agua, salmuera y otros líquidos refrigerantes secundarios. Enfriador con serpentín Este tipo consiste en un enfriador de tubos lisos instalado en el centro o al lado del tanque de acero, sumergido en el líquido a enfriar, el serpentín está separado del cuerpo principal del líquido por un deflector. Dentro de este tipo de evaporadores se pueden encontrar los utilizados como acumuladores de hielo. Enfriador acorazado Estos enfriadores pueden ser de expansión seca o inundados. Consta de un tanque de acero con una determinada cantidad de líquido por donde circula el refrigerante, y por fuera el líquido. Si es de expansión seca, contrariamente a si es inundado, el líquido a enfriar circula por dichos tubos.
5. Diferencia entre destilación y evaporación
La destilación es para separar una mezcla de compuestos que difieren en su punto de ebullición, se requiere elevar la temperatura solo hasta cierto nivel, para que solo una de las sustancias tienda a evaporarse y se separa en una columna de destilación. La evaporación, se refiere al cambio de estado, de líquido a gas, pero no se refiere a un método de separación de mezclas, pero en si como tal es una propiedad que es aprovechada en la destilación, suministrando energía al medio y acelerando el proceso de evaporación, además este proceso necesariamente ocurre en el punto de ebullición.