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Cálculo y verificación de una columna para la rectificación del sistema n butanol- agua
Gastón O. Cosarinsky José María Bados
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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
CAPÍTULO I - EL BUTANOL - USO INDUSTRIAL Se reseñan los usos industriales del Butanol como solvente de lacas, como intermediario en la producción de plastificantes, de agentes de flotación y de herbicidas. Se señala su utilidad como deshidratante azeotrópico y su empleo en la manufactura de antibióticos. CAPITULO II - PROPIEDADES FÍSICAS DEL n-BUTANOL Y SUS SOLUCIONES ACUOSAS Se ha agrupado en este capítulo una recopilación de propiedades físicas del n-butanol y del sistema n-butanol-agua que tienen relación con el cálculo y operación de una unidad destiladora. Se destaca la propiedad del n-butanol y agua de ser parcialmente miscibles y de formar heteroazeotropo. CAPÍTULO 3 - CÁLCULO DEL NÚMERO DE PLATOS DE LA COLUMNA RECTIFICADORA A- Descripción del Proceso Se describe el proceso tal como se prevé que va a ocurir en una unidad de destilación discontinua. La composición del contenido de 1a caldera va variando a medida que la destilación progresa y pasa desde butanol saturado con agua que es la carga a butanol anhidro. La composición del destilado también varia, comenzandose por recibir el heteroazeotropo que se reordena en dos capas inmiscibles, luego se recibe butanol húmedo y finalmente anhidro. Asi es como se divide la destilación en tres etapas bien definidas cuyas caracteristicas se dan. B - Cálculo del número de platos para una unidad de destilación discontínua. Se reseña el método gráfico de McCabe-Thielo para el cálculo del número de platos teóricos y se lo aplica a1 caso particular de esta destilación discontinua teniendo en cuenta la variación continua de la relación de reflujo en primera etapa y la variación continua de composición del destilado y reflujo en segunda etapa. Se tiene en cuenta las Curvas de Equilibrio reales calculadas según las razones de enriquecimiento posibles encontradas en experiencias anteriores. C - Conclusiones Se concluye que serían necesarios once platos desde el punto de vista puramente teórico de la destilación. Considerando el factor económico pensamos que podria reducirse a seis el número de platos. CAPÍTULO IV - CÁLCULOS DE DIMENSIONES A - Cálculo del decantador Se dimensiona mediante una serie de ensayos el decantador necesario para separar en forma continua las dos capas en que se reordena el azeotropo. Mediante esos ensayos se establece que el tiempo de inducción no varía prácticamente con el diámetro del decantador ni con el tenor en agua, pero si disminuye al aumentar 1a temperatura. Asimismo se verifica que la velocidad de decantación aumenta con la temperatura y disminuye cuando el porcentaje de capa acuosa se hace menor. La velocidad de decantación resultó independiente del diámetro del decantador dentro do los límites de la práctica. B - Cálculo de 1a cantidad de calor necesaria para la evaporación del n- Butanol agua. Se calcula en primara etapa (450 1/hora) llegando a la conclusión de que se necesita 105.300 Cal/hora, lo que representa un consumo teórico de 196 kg/hora de vapor de calor latente útil de 537 Cal/Kg. (vapor de 3,5 kg./cm²). Se midió en la práctica este consumo y resultó de 192 Kg/hora. C - Cálculo del elemento calefactor. Se calcula el elemento calefactor necesario para dicho intercambio. Para esto se calcula el valor del coeficiente total en bese a datos de tablas y valores medidos y resulta de 364 Cal/m².h.°C. Se verifica este valor con el obtenido en la práctica que es de 370 Cal/m² h °C. Se calcula una superficie de 6.5 m² a la que corresponde 107 metros de caños de 3/4 y adoptamos por seguridad 150 m. D - Cálculo del Condensador Se calcula el condensador necesario en la tercer etapa que es cuando se opera con butanol anhidro porque no hay datos de coeficiente de transmisión para la mezcla de butanol húmedo y agua butílica (1ª etapa) ni para el butanol húmedo solo (2ª etapa). Se supone una destilación de 720 1/hora, o sea que hay que eliminar 97.500 Cal/hora para obtener el butanol frío. Calculamos el coeficiente de conductibilidad total con tablas de Stoever y nos da 662 Cal/m² h °C para la condensación y 125 Cal/m² h °C para el enfriamiento. Así resulta una superficie condensadora de 1.28 m² y una superficie refrigerante de 0,45 m² y su suma 1,78 m². Por razones de seguridad se adopta un condensador de 5 m² ya que será de tubos horizontales y no trabajará inundado y entonces la superficie que intercambia con el líquido es el hilo que se desliza por la parte inferior de los tubos. Se calcula también el caudal de salmuera necesario para 1a velocidad adoptada que resulta de 14.100 l/hora. E - Cálculo de las dimensiones de la columna. Se calcula el volumen de vapor generado por hora que resulta ser de 92 dm³/seg en 1ª etapa y 71 dm³/seg. en 3a. etapa. Como se elige un espaciamiento grande entre platos (400 mm) para evitar todo posible arrastre; la velocidad máxima de pasaje de vapores debe ser de 0,9 m/seg y nosotros elegimos 0,4 m/seg. por seguridad. El diámetro resulta entornos de 0,48 m. Se adoptan campanas de burbuja de 75 mm de diámetro y distancia entre centros de 140 mm. F - Dimensiones de la Caldera. Se adopta una caldera de 3500 l de capacidad con un diametro de 160cm para evitar una altura excesiva, ya que esto no favorece las corrientes de convección de la calefacción para el caso particular de nuestro calefactor. CAPÍTULO V - VERIFICACIONES DE LA COLUMNA Se realizaron determinaciones que según su objetivo dividimos en cuatro grupos. 1 - PRIMER GRUPO Se estudió en la práctica lo que ocurre en la primera etapa, tratando de hallar una expresión matemática que lo represente y permita calcular el rendimiento de esta etapa. Así se encuentra que la velocidad de producción de agua butílica es V Agua But. (1/h) = V total (0,260 - 0,03 t) También se deduce que el volumen de agua butílica producido en función del tiempo es: Vol. Agua But. (1) = Veloc.de dest.total (1/h) (0,26 t-0,03 t²/2)) 2 - SEGUNDO GRUPO Se tomó datos periódicos de peso específico del destilado y de la caldera para construir la curva 1/XE-XF que una vez integrada nos da las curvas de capacidad de la unidad destiladora. 3 - TERCER GRUPO Se verificó las razones de enriquecimiento para lo cual se tomó series de muestras para peso específico de todos los platos simultáneamente y periódicamente durante las dos primeras etapas, pudiéndose así reconstruir con datos prácticos el diagrama de McCabe y Thiele y además estudiar el comportamiento de cada plato durante toda la destilación. 4 - CUARTO GRUPO Estuvo destinado a encontrar las condiciones óptimas de trabajo en cuanto a velocidad de destilación y relación de reflujo. Se encontró que la mejor es la velocidad que corresponde a una calefacción con vapor de 3,5 Kg/cm² y el mejor rendimiento se obtiene con un reflujo de 2:1. VI - PLANOS Se incluye un esquema de un plato rectificador y otro del destilador con todos sus accesorios.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
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Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 1955 | Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) |
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Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- español castellano
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
1955
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