Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации


Скачать 332.05 Kb.
НазваниеМассообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации
страница1/4
Дата публикации06.04.2013
Размер332.05 Kb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Математика > Документы
  1   2   3   4

Массообменные процессы

работа № 2. Изучение процессов и аппаратов

для перегонки и ректификации





  1. Цели и задачи работы


Целью лабораторной работы является повышение уровня знаний студентов в области процессов и аппаратов для перегонки и ректификации бинарных жидких систем.

Задачами лабораторной работы являются:

- закрепление теоретических представлений о процессах ректификации и перегонки;

- ознакомление с работой ректификационной установки периодического действия при разделении системы «спирт–вода» в различных режимах;

- экспериментальное определение флегмового числа, количества и концентрации полученных продуктов;

- расчет числа ступеней изменения концентрации (количества теоретических тарелок) колонны и удельного расхода энергии на проведение процесса
^


2.Теоретические основы процесса ректификации



Перегонка и ректификация - наиболее распространенные методы разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или нескольких компонентов.

При перегонке разделение происходит в результате однократного испарения части жидкой смеси и конденсации образовавшихся паров. При ректификации разделение осуществляется путем многократных частичных испарений смеси и конденсаций образовавшихся паров.

Процессы перегонки и ректификации применяют в пищевой промышленности для получения этилового спирта и других продуктов. Перегонку используют для грубого разделения смесей, ректификацию – для более полного.

Эти процессы основаны на явлении различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре. Компонент смеси с большей летучестью, называется легколетучим, а с меньшей - труднолетучим. Поскольку легколетучий компонент кипит при более низкой температуре, чем труднолетучий, их называют также низкокипящим и высококипящим компонентами. В результате перегонки или ректификации исходная смесь разделяется на дистиллят, обогащенный легколетучим компонентом, и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.




^ Рис. 1. К формулировке законов фазового равновесия идеальных бинарных смесей
Фазовое равновесие в системах «жидкость – пар». Если жидкую идеальную бинарную смесь (A + B) в течение значительного промежутка времени выдержать в замкнутом объеме при кипении в условиях постоянной температуры и давления, двухфазная система, состоящая из пара G и жидкости L, придет в состояние равновесия (рис. 2.9). В этом состоянии потоки компонентов из фазы в фазу будут одинаковы, но состав пара будет отличаться от состава жидкости.

Будем считать компонент ^ А с температурой кипения TKA низкокипящим (легколетучим) компонентом бинарной смеси, а компонент В с температурой кипения TкB > TкА высококипящим (труднолетучим). Давления паров чистых компонентов А и В обозначим РA и РB, при этом РA + РB PΣ.

Идеальные смеси следуют закону Рауля:

(1)

где рA, рB – парциальные давления компонентов А и В; х, (1 – х) – мольные доли компонентов А и В в жидкости.

В то же время парциальные давления компонентов в системе следуют закону Дальтона:

(2)

где PΣ – общее давление в системе; ур, (1 – ур) – мольные доли компонентов A и В в паровой смеси.

Для установившегося равновесия

(3)

(4)

Исключая из этой системы уравнений yр, получаем, что мольная доля компонента А в жидкой фазе может быть найдена по формуле

(5)

Для экспериментального определения кривой фазового равновесия используют установку, собранную согласно приведенной схеме (рис. 1), которая включает герметичную емкость с нагревателем (+ Q) и устройства для измерения давления РΣ и температуры T паровой фазы.

В эксперименте, варьируя исходную концентрацию x0i летучего компонента A системы, при РΣ = const определяют температуру кипения TкATTкB для каждого исследуемого состава. При известных значениях РА и РB по уравнению (5) находят значения хi для равновесных условий, а по выражению (3) – значения урi.

На рис. 2 представлена типичная диаграмма фазового равновесия бинарной системы.

Нижняя ветвь на диаграмме отвечает температурам кипения жидкой смеси, верхняя – температурам конденсации паровой фазы. Располагая этой диаграммой, можно по составу жидкой фазы xi найти равновесный ей состав пара yрi и температуру кипения системы Tкi. Из графика видно, что при одной и той же температуре концентрация легколетучего компонента в парах больше его концентрации в равновесной с парами жидкости.






Рис. 2. Диаграмма фазового равновесия системы «жидкость – пар»

Рис. 3. Диаграмма равновесных

составов
Это свойство системы «жидкость – пар» отвечает первому закону Коновалова: пар обогащается тем компонентом, добавление которого к жидкости повышает давление пара над этой жидкостью или снижает ее температуру кипения.
Для анализа процессов ректификации более удобна диаграмма у–х, построенная на основе диаграммы Т–х, у (рис. 3). Кривая зависимости yр = f(x) отвечает уравнению:

(6)

При вводе в (6) отношения РAB = α, называемого относительной летучестью компонента А,

(7)

Величины РA и РB не являются постоянными в диапазоне температур TкA и TкB. Поэтому при упрощенных расчетах в уравнение (2.34) вводится усредненное значение относительной летучести

(8)

где α1 и α2 – относительные летучести при температурах TкA и TкB.

^ Реальные жидкие смеси (рис. 4) характеризуются ограниченной взаимной растворимостью, наличием теплоты смешения компонентов, изменением объема при смешении, и их поведение в большинстве случаев не подчиняется закону Рауля.

Количественные отклонения от закона Рауля могут быть так велики, что ряд смесей при определенных концентрациях имеет постоянную температуру кипения (рис. 4, а).




а б в

Рис. 4. Равновесные кривые для реальных бинарных смесей:

а – смеси с частичной растворимостью;

б, в – смеси с хорошей растворимостью
На приведенных диаграммах имеются точки пересечения равновесной линии с диагональю (точка ^ С), в которых состав пара равен составу жидкости. Это так называемые точки азеотропных составов, которые определяют возможные границы разделения жидких смесей методом ректификации.

Азеотропные смеси с хорошей растворимостью могут быть с минимальной (рис. 4, б) или максимальной (рис. 4, в) температурой кипения по сравнению с жидкими смесями других составов.
4. Описание экспериментальной установки и методики

ректификации спирта-сырца
Экспериментальная установка (рис. 23) включает лабораторный стол, насадочную колонну «ЛУММАРК» (ООО «Изобретатель»), систему магистралей и емкостей с запорно-регулирующей арматурой, расходомер (ротаметр) охлаждающей воды, датчики температуры потоков, датчик концентрации спирта, датчик гидродинамического сопротивления колонны и компьютерную систему измерения, регулирования и регистрации сигналов на базе программного комплекса LabVIEW фирмы NI (США) и компьютера с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП).










^ Рис. 23. Внешний вид ректификационной установки:

1- дефлегматор; 2, 5, 8, 13, 20 – датчики температуры флегмы, дистллята, охлаждающей воды на входе и выходе, кубовой жидкости; 3 – колонна; 4 – ротаметр охлаждающей воды; 6 – емкость для сбора дистиллята; 7 – сеть; 9 – тумблер трубчатого электронагревателя (ТЭНа) ; 10 - датчик концентрации дистиллята; 11 – зажим; 12 - датчик гидродинамического сопротивления; 14 – регулятор расхода охлаждающей воды; 15 – буферная емкость; 16,17 – шланги отвода и подвода охлаждающей воды; 18 – регулятор флегмы; 19 – холодильник; 21 – шланг датчика гидродинамического сопротивления; 22 – куб (испаритель) с ТЭНом

Лабораторная насадочная колонна «ЛУММАРК» состоит из испарительной ёмкости (куба) 22, колонны 3, дефлегматора (конденсатора паров летучего компонента) 1, охладитель 19 и регулятора потока флегмы 18. Колонна 3 установлена вертикально на крышке куба 22. Куб заполняется перерабатываемой жидкостью, нагрев и испарение которой осуществляется электронагревателем мощностью 1 кВт. Колонна представляет собой систему соединенных царг, покрытых снаружи теплоизоляцией и заполненных внутри контактными элементами в виде мелких пружинок из нержавеющей проволоки. Тепломассообмен на таких контактных элементах проходит непрерывно по всей высоте колонны, а состояние фазового равновесия, эквивалентное одной теоретической тарелке (ТТ), наступает после преодоления паром некоторого слоя насадки, высоту которого называют высотой единицы переноса (ВЕП) или высотой теоретической тарелки. В колонне «ЛУММАРК» высота теоретической тарелки, т.е. ВЕП в зависимости от условий процесса составляет 20-25мм.

Через охладитель 19 и дефлегматор 1 постоянно протекает охлаждающая вода по противоточной схеме.

Ректификационная колонна работает следующим образом. С помощью нагревателя кубовая жидкость доводится до кипения. Образующийся в кубе пар поднимается вверх по колонне и попадает в дефлегматор 1, где происходит его полная конденсация (образование дистиллята). Часть дистиллята (флегма) возвращается в колонну, а другая часть проходит через охладитель 19, попадает в буферную ёмкость 15 и далее стекает в приемник дистиллята 6. Соотношение между расходами флегмы и отбираемого дистиллята (флегмовое число) устанавливается с помощью регулятора отбора 18. При ректификации спирта-сырца в колонне «ЛУММАРК» величина флегмового числа должна быть не менее 3.

Процесс тепломассообмена между стекающей вниз флегмой и поднимающимся вверх паром происходит по всей высоте колонны. В результате этого в верхней ее части накапливается в виде пара и флегмы самый легкокипящий (с наименьшей температурой кипения) компонент кубовой жидкости, а следом за ним сама собой (вниз по высоте колонны) выстраивается «очередь» из разных компонентов. «Порядковым номером» в этой «очереди» является температура кипения компонента, возрастающая по мере приближения к кубу. С помощью регулятора 18 осуществляется медленный и последовательный отбор этих веществ в соответствии с их очерёдностью. «Номер» отбираемого в каждый момент компонента регистрируется с помощью датчика температуры флегмы 2. Зная эту температуру (с учетом атмосферного давления), можно достаточно точно указать основное вещество дистиллята, отбираемое в данный момент времени.

При работе колонны внутренние контактные элементы оказывают сопротивление движению паров спирта по колонне, обуславливая разность давлений в нижней части и верхней частях колонны. Поскольку давление в верхней части (дефлегматоре) равно атмосферному, то обычно говорят о перепаде давления на колонне Δp. Величина этого перепада давления зависит от мощности электронагревателя и вида перерабатываемой жидкости и не должна превышать 800 Па. Измерение гидродинамического сопротивления производится дифференциальным датчиком давления 12, соединяющимся с кубом 22 при помощи шланга 21 .

Хладагентом в установке служит вода, расход которой регулируется вентилем ^ 14 и измеряется ротаметром 4. На рис. 24 приведен тарировочный график ротаметра. Величина расхода воды должна быть в диапазоне 5…10 мл/с. Температура воды на выходе из дефлегматора – 50…60 ºС. Измерение температуры охлаждающей воды на входе и выходе из установки производится датчиками температуры 8, 13.




^ Рис. 24. График тарировки ротаметра измерения расхода охлаждающей воды
  1   2   3   4

Похожие:

Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации icon1 Технологические процессы работы транспортных судов: определения,...
В работе транспортных судов различают 3 вида технологических процессов: рейс; круговой рейс; оборот
Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации iconИзучение возрастных особенностей и закономерностей протекания психических процессов
Одной из теоретических задач возрастной психологии является … изучение возрастных особенностей и закономерностей протекания психических...
Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации iconЛабораторная работа № Разветвляющиеся вычислительные процессы Excel
Вычислительный процесс, при котором некоторая совокупность команд повторяется более чем один раз, называется циклическим вычислительным...
Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации iconАктивный раздаточный материал «Политология» фогп, для всех специальностей...
Специфическая особенность политических процессов заключается в том, что их невозможно изучать как единую массу. В совокупности политических...
Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации iconКто может отказаться от применения ккт (контрольно-кассовой техники)...
...
Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации icon1. информационные процессы в маркетинге и
Объективная необходимость автоматизации информационных процессов в управлении экономикой и маркетингом
Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации icon«Социальные процессы в обществе»
Виды социальных процессов: социальный конфликт, социализация, социальная адаптация личности
Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации iconМетодические рекомендации для преподавателей к практическому занятию...
Физиологические и переходные состояния и патологические процессы в коже в неонатальный период. Изучение вспомогательных методов обследования...
Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации iconН. А. Парфенова переходные процессы
Парфенова Н. А переходные процессы в электроэнергетических системах. Часть Электромеханические переходные процессы: Учебное пособие...
Массообменные процессы работа № Изучение процессов и аппаратов для перегонки и ректификации iconЛабораторная работа № ос-3
Цель работы: Получение практических навыков при использовании Win32 api для исследования процессов
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница