Cálculo y verificación de una columna para la rectificación del sistema n butanol- agua

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CAPÍTULO I - EL BUTANOL - USO INDUSTRIAL Se reseñan los usos industriales del Butanol como solventede lacas, como intermediario en la producción de plastificantes,de agentes de flotación y de herbicidas. Se señala su utilidad como deshidratante azeotrópicoy su empleo en la manufactura de antibiótico...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Cosarinsky, Gastón O.
Formato: Tesis Doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 1955
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n0852_Cosarinsky
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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La composición del contenidode 1a caldera va variando a medida que la destilación progresay pasa desde butanol saturado con agua que es la carga a butanol anhidro. La composición del destilado también varia, comenzandosepor recibir el heteroazeotropo que se reordena en dos capas inmiscibles,luego se recibe butanol húmedo y finalmente anhidro. Asi escomo se divide la destilación en tres etapas bien definidas cuyas caracteristicasse dan. B - Cálculo del número de platos para una unidad de destilación discontínua. Se reseña el método gráfico de McCabe-Thielo para elcálculo del número de platos teóricos y se lo aplica a1 caso particularde esta destilación discontinua teniendo en cuenta la variación continuade la relación de reflujo en primera etapa y la variación continuade composición del destilado y reflujo en segunda etapa. Se tiene encuenta las Curvas de Equilibrio reales calculadas según las razones deenriquecimiento posibles encontradas en experiencias anteriores. C - Conclusiones Se concluye que serían necesarios once platos desde elpunto de vista puramente teórico de la destilación. Considerando el factor económico pensamos que podriareducirse a seis el número de platos. CAPÍTULO IV - CÁLCULOS DE DIMENSIONES A - Cálculo del decantador Se dimensiona mediante una serie de ensayos el decantadornecesario para separar en forma continua las dos capas en que sereordena el azeotropo. Mediante esos ensayos se establece que el tiempode inducción no varía prácticamente con el diámetro del decantadorni con el tenor en agua, pero si disminuye al aumentar 1a temperatura. Asimismo se verifica que la velocidad de decantación aumenta con latemperatura y disminuye cuando el porcentaje de capa acuosa se hacemenor. La velocidad de decantación resultó independiente del diámetrodel 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 laconclusión de que se necesita 105.300 Cal/hora, lo que representa unconsumo 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 consumoy resultó de 192 Kg/hora. C - Cálculo del elemento calefactor. Se calcula el elemento calefactor necesario para dichointercambio. Para esto se calcula el valor del coeficiente total enbese a datos de tablas y valores medidos y resulta de 364 Cal/m².h.°C. Se verifica este valor con el obtenido en la prácticaque es de 370 Cal/m² h °C. Se calcula una superficie de 6.5 m² a laque 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 etapaque es cuando se opera con butanol anhidro porque no hay datos de coeficientede 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 hayque eliminar 97.500 Cal/hora para obtener el butanol frío. Calculamos elcoeficiente de conductibilidad total con tablas de Stoever ynos da 662 Cal/m² h °C para la condensación y 125 Cal/m² h °C para elenfriamiento. Así resulta una superficie condensadora de 1.28 m² yuna superficie refrigerante de 0,45 m² y su suma 1,78 m². Por razonesde seguridad se adopta un condensador de 5 m² ya que será de tuboshorizontales y no trabajará inundado y entonces la superficie que intercambiacon el líquido es el hilo que se desliza por la parte inferiorde 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 resultaser de 92 dm³/seg en 1ª etapa y 71 dm³/seg. en 3a. etapa. Comose elige un espaciamiento grande entre platos (400 mm) para evitar todoposible arrastre; la velocidad máxima de pasaje de vapores debe serde 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 ydistancia entre centros de 140 mm. F - Dimensiones de la Caldera. Se adopta una caldera de 3500 l de capacidad con un diametrode 160cm para evitar una altura excesiva, ya que esto no favorecelas corrientes de convección de la calefacción para el caso particularde nuestro calefactor. CAPÍTULO V - VERIFICACIONES DE LA COLUMNA Se realizaron determinaciones que según su objetivo dividimosen cuatro grupos. 1 - PRIMER GRUPO Se estudió en la práctica lo que ocurre en la primeraetapa, tratando de hallar una expresión matemática que lo representey permita calcular el rendimiento de esta etapa. Así se encuentra que la velocidad de producción de aguabutílica es V Agua But. (1/h) = V total (0,260 - 0,03 t) También se deduce que el volumen de agua butílica producidoen 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 destiladoy de la caldera para construir la curva 1/XE-XF que una vez integradanos da las curvas de capacidad de la unidad destiladora. 3 - TERCER GRUPO Se verificó las razones de enriquecimiento para lo cualse tomó series de muestras para peso específico de todos los platos simultáneamente y periódicamente durante las dos primeras etapas, pudiéndoseasí reconstruir con datos prácticos el diagrama de McCabe y Thieley además estudiar el comportamiento de cada plato durante toda ladestilación. 4 - CUARTO GRUPO Estuvo destinado a encontrar las condiciones óptimas detrabajo en cuanto a velocidad de destilación y relación de reflujo. Seencontró que la mejor es la velocidad que corresponde a una calefaccióncon vapor de 3,5 Kg/cm² y el mejor rendimiento se obtiene con unreflujo de 2:1. VI - PLANOS Se incluye un esquema de un plato rectificador y otrodel destilador con todos sus accesorios.
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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 ocuriren una unidad de destilación discontinua. La composición del contenidode 1a caldera va variando a medida que la destilación progresay pasa desde butanol saturado con agua que es la carga a butanol anhidro. La composición del destilado también varia, comenzandosepor recibir el heteroazeotropo que se reordena en dos capas inmiscibles,luego se recibe butanol húmedo y finalmente anhidro. Asi escomo se divide la destilación en tres etapas bien definidas cuyas caracteristicasse dan. B - Cálculo del número de platos para una unidad de destilación discontínua. Se reseña el método gráfico de McCabe-Thielo para elcálculo del número de platos teóricos y se lo aplica a1 caso particularde esta destilación discontinua teniendo en cuenta la variación continuade la relación de reflujo en primera etapa y la variación continuade composición del destilado y reflujo en segunda etapa. Se tiene encuenta las Curvas de Equilibrio reales calculadas según las razones deenriquecimiento posibles encontradas en experiencias anteriores. C - Conclusiones Se concluye que serían necesarios once platos desde elpunto de vista puramente teórico de la destilación. Considerando el factor económico pensamos que podriareducirse a seis el número de platos. CAPÍTULO IV - CÁLCULOS DE DIMENSIONES A - Cálculo del decantador Se dimensiona mediante una serie de ensayos el decantadornecesario para separar en forma continua las dos capas en que sereordena el azeotropo. Mediante esos ensayos se establece que el tiempode inducción no varía prácticamente con el diámetro del decantadorni con el tenor en agua, pero si disminuye al aumentar 1a temperatura. Asimismo se verifica que la velocidad de decantación aumenta con latemperatura y disminuye cuando el porcentaje de capa acuosa se hacemenor. La velocidad de decantación resultó independiente del diámetrodel 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 laconclusión de que se necesita 105.300 Cal/hora, lo que representa unconsumo 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 consumoy resultó de 192 Kg/hora. C - Cálculo del elemento calefactor. Se calcula el elemento calefactor necesario para dichointercambio. Para esto se calcula el valor del coeficiente total enbese a datos de tablas y valores medidos y resulta de 364 Cal/m².h.°C. Se verifica este valor con el obtenido en la prácticaque es de 370 Cal/m² h °C. Se calcula una superficie de 6.5 m² a laque 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 etapaque es cuando se opera con butanol anhidro porque no hay datos de coeficientede 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 hayque eliminar 97.500 Cal/hora para obtener el butanol frío. Calculamos elcoeficiente de conductibilidad total con tablas de Stoever ynos da 662 Cal/m² h °C para la condensación y 125 Cal/m² h °C para elenfriamiento. Así resulta una superficie condensadora de 1.28 m² yuna superficie refrigerante de 0,45 m² y su suma 1,78 m². Por razonesde seguridad se adopta un condensador de 5 m² ya que será de tuboshorizontales y no trabajará inundado y entonces la superficie que intercambiacon el líquido es el hilo que se desliza por la parte inferiorde 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 resultaser de 92 dm³/seg en 1ª etapa y 71 dm³/seg. en 3a. etapa. Comose elige un espaciamiento grande entre platos (400 mm) para evitar todoposible arrastre; la velocidad máxima de pasaje de vapores debe serde 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 ydistancia entre centros de 140 mm. F - Dimensiones de la Caldera. Se adopta una caldera de 3500 l de capacidad con un diametrode 160cm para evitar una altura excesiva, ya que esto no favorecelas corrientes de convección de la calefacción para el caso particularde nuestro calefactor. CAPÍTULO V - VERIFICACIONES DE LA COLUMNA Se realizaron determinaciones que según su objetivo dividimosen cuatro grupos. 1 - PRIMER GRUPO Se estudió en la práctica lo que ocurre en la primeraetapa, tratando de hallar una expresión matemática que lo representey permita calcular el rendimiento de esta etapa. Así se encuentra que la velocidad de producción de aguabutílica es V Agua But. (1/h) = V total (0,260 - 0,03 t) También se deduce que el volumen de agua butílica producidoen 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 destiladoy de la caldera para construir la curva 1/XE-XF que una vez integradanos da las curvas de capacidad de la unidad destiladora. 3 - TERCER GRUPO Se verificó las razones de enriquecimiento para lo cualse tomó series de muestras para peso específico de todos los platos simultáneamente y periódicamente durante las dos primeras etapas, pudiéndoseasí reconstruir con datos prácticos el diagrama de McCabe y Thieley además estudiar el comportamiento de cada plato durante toda ladestilación. 4 - CUARTO GRUPO Estuvo destinado a encontrar las condiciones óptimas detrabajo en cuanto a velocidad de destilación y relación de reflujo. Seencontró que la mejor es la velocidad que corresponde a una calefaccióncon vapor de 3,5 Kg/cm² y el mejor rendimiento se obtiene con unreflujo de 2:1. VI - PLANOS Se incluye un esquema de un plato rectificador y otrodel destilador con todos sus accesorios. Fil: Cosarinsky, Gastón O.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. 1955 Tesis Doctoral PDF Español info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n0852_Cosarinsky

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