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Columnas de destilacin UOP3

Se han hecho considerables avances en la instrumentacin y el control de las columnas de destilacin en los ltimos aos, debido a la aparicin de sistemas enlazados a computadoras con paquetes de software para el manejo de datos operativos de la planta. Para reflejar estos avances, Armfield ha desarrollado dos nuevas columnas de destilacin de laboratorio de ltima tecnologa que permiten una formacin prctica segura para estudiantes de ingeniera y operadores de plantas:
  • Una columna compatible con computadora para la operacin continua o discontinua (referencia de modelo UOP3CC), que permite una gama completa de demostraciones, desde las etapas introductorias de un curso de ingeniera de procesos hasta las ms complejas demostraciones de modernas estrategias de control.
  • Una versin de operacin discontinua solamente (referencia de modelo UOP3BM) de control manual, que permite un completo estudio de los principios bsicos de la destilacin.
Trabajos de laboratorio posibles

Para la Columna de destilacin discontinua UOP3BM - bajo control manual:

  • cada de presin en la columna como funcin del reflujo interno de evaporacin
  • eficiencia de la columna como funcin del reflujo interno de evaporacin, con reflujo total
  • perfiles de temperatura placa a placa a lo largo de la columna
  • Construccin McCabe-Thiele de la lnea de operacin
  • destilacin con relacin de reflujo constante: variacin de la composicin del producto de cabeza con el tiempo
  • balance de materia en el sistema
  • control manual de la relacin de reflujo, por ejemplo para obtener un producto de cabeza de composicin especificada
  • comparacin de rendimientos entre una columna de relleno y una columna de platos

Nota: Estos trabajos tambin pueden realizarse con la UOP3CC.

Para la Columna de destilacin UOP3CC con interfaz de computadora solamente - operacin continua, manual o computerizada:

  • incluye todos los trabajos relacionados para la UOP3BM bajo Columna de destilacin discontinua UOP3BM
  • destilacin continua, de estado estable, incluyendo perfiles de temperatura y anlisis McCabe-Thiele
  • destilacin bajo condiciones de presin reducida
  • comparacin de operacin continua entre una columna de relleno y una columna de platos
  • efecto del pre-calentamiento del lquido de alimentacin
  • efecto de la posicin del lquido de alimentacin
  • demostraciones de destilacin azeotrpica y extractiva
  • trabajos de control por computadora - uso en lnea de diagramas esquemticos - configuracin del registro de datos y posterior anlisis de los datos capturados, incluyendo el uso de hojas de clculo
  • destilacin discontinua con relacin de reflujo constante o variable con el tiempo - destilacin discontinua con control de la relacin de reflujo a partir de una temperatura de columna - destilacin continua con control de 3 trminos del calentador del caldern a partir de una temperatura de columna - destilacin continua con la relacin de reflujo controlada por la temperatura de cabeza - destilacin continua con control de temperatura del calentador del caldern y de la relacin de reflujo (sistema de control de dos lazos) - ajustes ptimos del controlador para cambios en el caudal de alimentacin, la composicin o la temperatura - algoritmos de control alternativos del usuario - dinmica de procesos, por ejemplo monitorizacin y control del arranque-parada de la planta para la operacin continua
  • demostraciones de controladores propietarios: - control por PLC del calentador del caldern y/o la relacin de reflujo y el funcionamiento de las alarmas (requiere la unidad Armfield PCT19BR que incorpora un PLC industrial estndar) - demostracin de la supervisin por PC de controladores PLC y PID - una introduccin a los sistemas de control distribuidos - control analgico PID del calentador del caldern a partir de la temperatura de columna (requiere la unidad Armfield PCT20H que incorpora un controlador industrial estndar)

Descripcin del Equipo

  Columna de destilacin discontinua (manual) UOP3BM

La unidad es una instalacin de destilacin autnoma con instrumentacin completa, apropiada para trabajos prcticos de laboratorio pertinentes a la enseanza de las operaciones unitarias.

El equipo utiliza circuitos intrnsecamente seguros, aislados galvnicamente, y dispositivos ignfugos, para permitir la destilacin segura de mezclas de ensayo estndar, tales como metilciclohexano-tolueno, alcohol metlico-agua, etc.

El equipo consta de dos unidades interconectadas: una unidad de proceso de suelo y una consola de control de banco.

Se incluyen las siguientes caractersticas:

Unidad de proceso

  • una columna de destilacin de platos de 50mm de dimetro con 8 platos y tubos de bajada. Cada plato incluye un sensor de temperatura situado de tal forma que mide con precisin la temperatura del lquido que est sobre el plato. Las fundas de los sensores de temperatura de cada plato miden no ms de 1,5mm de dimetro, para asegurar una rpida respuesta dinmica.
  • una columna de relleno de 50mm suministrada como elemento individual, pero fcilmente intercambiable por el usuario con la columna de platos, para la realizacin de estudios comparativos de los dos tipos de columna de destilacin.
  • caldern con calentamiento elctrico, de capacidad suficiente para 1-2 horas de operacin discontinua. El calentador del caldern est protegido contra el sobrecalentamiento y por una alarma de nivel bajo.
  • un condensador de cabeza con medicin y ajuste del caudal de agua de refrigeracin.
  • un recipiente de recogida de condensado, equipado con doble rebosadero con tubos de salida para separar lquidos inmiscibles.
  • una vlvula de retorno de reflujo, accionada por solenoide, que proporciona reflujo de 0%-100%, ajustable por seal elctrica.
  • un manmetro diferencial conectado a la cabeza y al fondo de la columna, para monitorizar cadas de presin en la columna.
  • un sistema de vaco con indicador, que permite realizar estudios de destilacin a presiones reducidas de hasta 200mbar(abs).
  • puntos de muestreo en todo el sistema para anlisis de composicin.
  • los materiales de construccin de las superficies que entran en contacto con los fluidos de proceso son vidrio, acero inoxidable, PTFE o materiales similares resistentes a los disolventes.
  • la altura total de la unidad de proceso no supera los 2,5 metros (8,2 pies).
  • se proporciona revestimiento aislante, aunque es posible ver al menos un plato en operacin cuando la destilacin est en progreso.
  • la temperatura mxima de operacin de la columna es de al menos 130C.

Consola de Control

  • indicacin monitorizada y seleccionable de al menos 13 temperaturas de sistemas, incluyendo las del lquido en cada plato, el caldern y el condensador.
  • monitorizacin, visualizacin y ajuste manual de:
    i) la potencia elctrica suministrada al calentador del caldern.
    ii) el ajuste de la relacin de reflujo.
  • conexiones en el panel frontal para que el usuario conecte controladores industriales estndar de 0-5 voltios, analgicos o de lgica programables, que proporcionan control en lnea del reflujo interno de evaporacin o la relacin de reflujo usando mediciones seleccionadas de temperatura de columna. Los puntos de conexin tambin permiten el uso de registradores en papel y registradores de datos de laboratorio estndar. (Hasta dos mediciones simultneas de temperatura).
  • conexin elctrica de red (suministro monofsico de 3kW mx.) protegida por interruptor diferencial (disyuntor de corriente residual). Circuitos de seguridad sin tensin para evitar un arranque accidental.
  • circuitos individuales protegidos contra exceso de corriente con disyuntores reiniciables.

Descripcin del Equipo

  Columna de destilacin con interfaz a computadora UOP3CC

Esta unidad incorpora todas las caractersticas de la columna discontinua de operacin manual descrita (UOP3BM) pero incluye los siguientes elementos adicionales:

Unidad de proceso

  • dos recipientes de alimentacin de 5 litros, con cambio rpido para permitir cambios de paso en la composicin del lquido de alimentacin.
  • bomba de alimentacin peristltica, intervalo 0-0,25 litros/minuto, ajustable por la variacin de la tensin de entrada al controlador del motor de la bomba.
  • caldern con calentamiento elctrico, de capacidad suficiente para 1-2 horas de operacin discontinua, pero equipado con un rebosadero interno en el caso de necesitarse la operacin continua.
  • un intercambiador de calor de producto de fondo que puede ser refrigerado por agua o utilizado como precalentador del lquido de alimentacin (variable). Puntos de alimentacin de columna alternativos y la capacidad de variar la temperatura de entrada del lquido de alimentacin a la columna.
  • recipiente de dosificacin del lquido de alimentacin, conectado a la columna para la adicin continua de un tercer componente lquido, que, junto con el recipiente de separacin de la fase de condensado, permite el estudio de las destilaciones azeotrpica y extractiva.
  • sensores de temperatura en cada caudal que entra y sale del condensador y de las temperaturas del lquido de alimentacin, sistema de producto y caldern.

Consola de Control

  • indicacin monitorizada y seleccionable de al menos 14 temperaturas del sistema, incluyendo los del lquido en cada plato, el caldern y el condensador, y de los caudales del lquido de alimentacin y producto.
  • monitorizacin, visualizacin y ajuste manual de: i) la potencia elctrica suministrada al calentador del caldern. ii) el ajuste de la relacin de reflujo. iii) el ajuste del caudal de alimentacin.
  • unos conectores de cable plano en la parte trasera de la consola permiten el uso de registradores en papel y registradores de datos de laboratorio estndar (todas las mediciones simultneamente).
  • un conector de 50 vas en la parte trasera de la unidad permite la conexin a una PC suministrada por el usuario, va la unidad de interfaz USB integrada. Pantalla de control PID de software Armfield

Software

  • software especfico bajo Windows, suministrado en CD-ROM, que permite la adquisicin de datos en tiempo real va el puerto USB, diagrama esquemtico del proceso, visualizacin grfica y tabular de los resultados, y exportacin a una hoja de clculo externa.
  • estrategias de control de mltiples lazos, totalmente configurables.

Las opciones de control incluyen:

  • i) control manual del caudal de alimentacin, la potencia del caldern y la relacin de reflujo.
  • ii) ajuste de la alarma.
  • iii) control PID ajustable de la potencia suministrada al calentador de caldern desde un sensor de temperatura.
  • iv) algoritmos alternativos para el control de la relacin de reflujo, en particular por variacin programada con el tiempo y a partir de una temperatura de columna.
  • v) control de temperatura de dos puntos de la potencia del caldern y la relacin de reflujo simultneamente.

Completo sistema de ayuda incluyendo pantalla de presentacin con una breve descripcin del equipo, y textos detallados que contienen toda la informacin necesaria para realizar los experimentos.

Requisitos para la instalacin

 

Suelo nivelado resistente a disolventes

Una habitacin ignifugada o una zona en la que sea posible mantener un espacio libre de 2 metros en cada uno de los lados, y por encima de la unidad, y en la cual se prohbe la entrada de cualquier equipamiento que pudiera producir una chispa.

Suministro elctrico:
UOP3BM-A: 220-240V, monofsico, 50Hz
UOP3BM-B: 120V/monofsico/60Hz UOP3CC-A: 220-240V, monofsico, 50Hz
UOP3CC-B: 120V/monofsico/60Hz

Suministro de agua fra: 15 litros/min a 2,0bar (min.)

Venteo: tubo de extraccin hasta una campana de extraccin o una zona segura de descarga en el exterior del laboratorio.

Nota: La unidad de destilacin se monta en el suelo, y se suministra ya conectada a la consola de control de banco mediante una cantidad suficiente de cable apantallado para permitir el mantenimiento de los 2m de espacio libre alrededor de la columna.

Complementos Imprescindibles

 

Equipo analtico, adecuado para realizar anlisis de composicin de cualquier mezcla de lquidos seleccionada por el usuario (por ejemplo un refractmetro).

Para la UOP3CC solamente:

PC (no suministrada by Armfield) con la siguiente especificacin mnima:

  • Windows 98 2000
  • Puerto USB
  • Procesador Pentium
  • 16Mb de RAM
  • 15Mb de espacio libre en disco duro
  • Pantalla SVGA (resolucin 800 x 600, color verdadero)

    Nota: No es posible ampliar una unidad UOP3BM para convertirla en una UOP3CC, debido a la complejidad de las barreras ignfugas dentro de la consola de control de la UOP3CC.

Referencia de cdigos de equipo

 

UOP3BM-A: Columna de destilacin discontinua (Manual), 220-240V, monofsico/ 50Hz

UOP3CC-A: Columna de destilacin con interfaz de computadora 220-240V, monofsico, 50Hz

PCT19BR: Unidad PLC incluyendo software de lgica en escalera Allen Bradley SLC500

PCT20H: Controlador PID que incorpora una unidad Honeywell UDC3000

Accesorios Opcionales

 

PCT19BR: Unidad PLC que incorpora un Allen Bradley SLC500 completo con programa propietario de configuracin de lgica en escalera (requiere PC suministrada por el usuario). Este programa es configurado inicialmente por Armfield para dos lazos de control con entrada/salida analgica adecuados para la columna de destilacin UOP3 (versin BM o CC), pero que puede ser reconfigurado por los usuarios va su PC.

PCT20H: Controlador PID, que incorpora una unidad Honeywell serie UDC3000 con tensin/mA de entrada y salida para configuraciones de control de un solo lazo y alarmas. Adecuado para la versin UOP3BM y CC. Se suministra un paquete de software en disco que demuestra los principios bsicos de SCADA, con el cual una PC suministrada por el usuario puede conectarse en lnea al Controlador PID.