Лабораторная работа
ТЕМА: Испытание ректификационной колонны
Целью работы: повышение уровня практических знаний о процессах перегонки и ректификации
Задачи работы состоят
- в ознакомлении с работой ректификационной установки периодического действия в пусковом и рабочем режимах;
- в определении количества и концентрации продуктов перегонки и флегмового числа;
- в расчете количества теоретических тарелок колонны и удельного расхода энергии.
Общие сведения
Перегонка - это процесс разделения однородных смесей жидкостей по признаку их летучести. Летучими называют жидкости, давление насыщенных паров над которыми существенно отличается от нуля при обычных температурах.
В основе теории перегонки лежат представления о жидких растворах и образовании смеси паров над ними. При кипении смесей летучих веществ пары жидкостей обогащаются более летучим компонентом. При частичной конденсации таких паров они разделяются на паровую фазу и жидкость (флегму). При температуре перегонки более летучая жидкость кипит, а менее летучая жидкость испаряется без кипения. Такие смеси называются раздельно кипящими. В идеальных растворах такое положение реализуется при любых концентрациях.
В неидеальных растворах существуют области концентраций, в которых оба компонента бинарной смеси кипят одновременно. Это так называемые области азеотропии или области нераздельнокипящих жидкостей. Здесь концентрации жидкой и паровой фаз бинарных смесей одинаковы, и потому при их перегонке повысить концентрацию жидкой фазы невозможно.
Сложная перегонка, или ректификация - это многократная перегонка дистиллята. Применяется для повышения эффективности простой перегонки. Осуществляется в тарелочных или насадочных колоннах. Для успешного разделения флегмы, стекающей вниз по колонне, и пара, движущегося вверх, можно использовать любые контактные элементы, увеличивающие площадь и эффективность их взаимодействия. В качестве контактных элементов в больших ректификационных колоннах обычно используются тарелки. Каждая такая тарелка, расположенная в колонне, называется физической тарелкой (ФТ). Ее назначение, как и любого другого контактного устройства, - обеспечить быстрое достижение состояния равновесия между жидкой и паровой фазами. Тарелки работают
следующим образом. Пар в виде пузырьков с развитой поверхностью проходит через слой флегмы, находящейся на тарелке. В результате массообмен между фазами интенсифицируется. Однако, при проходе пара только через одну тарелку полное равновесие между фазами еще не достигается. Фактическое состояния паровой и жидкой фаз по отношению к их равновесному состоянию оценивается коэффициентом полезного действия тарелки. КПД классических тарелок составляет 50...60%. Т.е. для достижения состояния равновесия фаз, соответствующего одной теоретической тарелке, потребуется около двух физических. Таким образом, для реализации в ректификационной колонне 40 ТТ потребуется установить в ней порядка 80 физических тарелок классической конструкции. В установках ЛУMMAPK впервые применены новые вихревые тарелки, КПД которых близок к 100%.
Рисунок 1 - схема лабораторной установки
1 - ректификационная колонна ЛУММАРК РУМ-0,5, 2 - датчики температуры (высокоточные термопары), 3-компьютерный измерительный блок, 4 - персональный компьютер с установленным программным обеспечением выполнения лабораторной работы, 5 - надставка для стола, 6-лабораторный стол
Описание работы и меры безопасности
Проверьте все соединения, на наличии визуальных разъединений.
Обязательно наличие подключенного заземляющего контакта в розетке для лабораторной установки.
Соблюдайте полную последовательность действий согласно описанию ректификационной колонны ЛУММАРК РУМ 0,5, приложенному к ней.
При заливке бака, установка должна быть отключена от сети.
После заливки проверьте герметичность системы, в местах появления подтеков подтянуть разъемные соединения.
Не допускайте резкого перехода на максимальные режимы, следует начать с минимальных мощностей разогрева, используя делитель мощности.
Не следует опираться и касаться элементов колонны, кроме приборной части (датчиков температуры), ввиду того, что температуры работы установки достигают 85 °С и может причинить вред здоровью.
Запрещается открывать блок электропроводки стенда, а также приборов установленных на стенде.
По всем вопросам ремонта обращаться к производителю стенда или поставщику.
Установка программного обеспечения для учебного измерительного комплекса
Не подключайте USB кабель стенда до установки драйверов.
Открыть диск с программный обеспечением.
Из папки «Драйверы» запустить установку программы «Installer AC4.exe».
Нажмите Install, после успешной установки появится сообщение «Installation Successful»
4. Вставьте USB шнур стенда (расположен на задней панели) в соответствующий разъем компьютера. Система определит ее и сделает запрос на установку драйверов, следует указать автоматическую установку драйверов, после чего требуемые драйверы платы будут установлена на компьютер.
5. Запустите с диска установку программы «Setup.exe». Последовательно нажмите «Далее», «Установить», запустится процесс установки - занимает 15-20 минут, после успешной установки появится диалог с просьбой перезагрузить компьютер, завершите все приложения и сохраните данные, после чего нажмите «Готово».
Руководство по использованию программного обеспечения
I. Перед включением программы «Изучение процессом ректификации», обязательно подключите к компьютеру USB шнур компьютерной системы измерения.
П. После подсоединения запустите программу из меню Пуск -> Программы —> MeasLAB -> Изучение процессов ректификации. Если все было установлено и подключено верно, то после нажатия кнопки «Пуск» запустятся измерения, в противном случае отобразится окно ошибки, после которого следует проверить подключение и правильность установки программного обеспечения и провести запуск снова.
III. Ознакомление с главным окном программы. Главное окно программы показано на рисунке 2.
Кнопка Пуск запускает процесс считывания и обработки данных с измерителей, в случае ошибки на экране появится сообщение.
Кнопка Стоп завершает процесс считывания данных и позволяет работать с графиком статически, а также сохранять данные.
Кнопка Сохранить данные в табличном виде позволяет сохранять файлы в виде табличного текстового файла (разделитель табуляция) для последующего открытия в программе MS Excel или другие. Рекомендуется при вводе названия файла использовать расширение *.txt, в таком случае в Excel требуется выбрать при открытии «табулированный текстовый файл».
Кнопка Выход производит выход из программы.
Настройка связи с устройствами измерения для правильного ввода параметров, требуется согласно инструкции к данным приборам определить адрес данных устройств (адрес устройства введен в программу автоматически, менять его стоит только при приобретении дополнительных устройств), а в Панель управления —^Система—^-Оборудование—► Диспетчер устройтств—►Порты СОМ и LPT определить номер СОМ порта к которому подключен преобразователь сигналов с измерителей. (Окно диспетчера показано ниже рис.3 ).
Рисунок 2 - Главное окно интерфейса программы
Схема установки на данном рисунке отображены ключевые элементы схемы, а также проставлена маркировка датчиков, для их обнаружения и правильной установки.
Многоканальный самописец регистрирует сигналы по 6 каналам и одновременно отображает их на графике согласно шкалам в реальном режиме времени.
Зона отображения текущих измеряемых параметров, в соответствующих полях отображаются температуры и расходы в системе.
Меню для выбора отображаемого канала по осям, позволяет указать показания какого датчика отобразятся по оси X, а какого и по оси Y.
Рисунок 3 – Окно диспетчера
III. Начало работы
Запуск системы измерения производится кнопкой Пуск и прекращается кнопкой Стоп.
Выйти из программы можно, нажав на кнопку Выход, но только после остановки процесса сбора данных кнопкой Стоп.
V. Работа с графиком
• В процессе сбора данных может потребоваться изменение граничных пределов по шкалам X и Y, это можно сделать следующим образом: подвести курсор мыши к крайней метке на шкале, установить курсор, стереть предыдущее число, записать новое значение и нажать на клавиатуре Enter, (рис.4)
Рисунок 4 - Изменение предела по оси X
В процессе работы требуется очистить графическое поле - это делается по следующей последовательности: нажать на правую кнопку мыши в области графика и выбрать пункт Clear Chart.
Для установки автоматического масштабирования по оси X и Y, требуется нажать правую кнопку мыши и выбрать Autoscale X или Autoscale Y соответственно.