4. Графики

5. Выводы

Данные для вычислений были получены из видео-лабораторной работы. Были рассчитаны значения масс, массовых и мольных долей низкокипящего компонента для исходной смеси, отгона (рассчитываемые и экспериментальные) и кубового остатка. Получены значения необходимой для перегонки НК теплоты и теплоты потерь. Проведено сравнение рассчитываемого и экспериментального содержания НК в отгоне. Для вычислений применялись графический и аналитический методы. В ходе вычислений было обнаружено, что имеющиеся формулы и методика вычислений дают нефизичные значения для массы отгона, что свидетельствует об ошибочности рассчитываемых значений для содержания НК в отгоне.

Список используемой литературы

1. Лабораторные работы по процессам и аппаратам химической технологии // под. ред. проф. В. М. Лекае. – М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева, 1980. – 47 с

2. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973. – 752 с.

6. Ответы на контрольные вопросы

1. Дайте определение процессу перегонки. Приведите конкретные примеры практической реализации в промышленной и лабораторной практике. Укажите ограничения и недостатки. — Перегонка — это процесс разделения смесей жидкостей, основанный на различии в температурах кипения компонентов смеси. В промышленности и лабораториях используется для разделения смесей веществ с большой разницей температур кипения и для смесей веществ, не образующих азеотропы. Поэтому к недостаткам можно отнести не самую высокую степень очистки веществ, невозможность разделения азеотропных смесей, необходимость большого числа кубов для повторения процесса, высокий расход тепла/холода.

2. Сформулируйте понятие идеального раствора. Приведите аналитическое выражение закона Рауля. — Идеальный раствор — система, подчиняющаяся закону Рауля: при фиксированной температуре парциальное давление каждого компонента прямо пропорционально мольной доле данного компонента:

𝑃_𝑖 = 𝑃₀ ∗ 𝑥_𝑖

3. Напишите уравнения материального баланса простой перегонки для всей системы и для легколетучего (низкокипящего) компонента (НК). Объясните смысл этих выражений. —

𝑚_𝐹 = 𝑚_𝑊 + 𝑚_𝑃 (1.)

𝑚_𝐹 ∗ 𝑥̅_𝐹 = 𝑚_𝑊 ∗ 𝑥̅_𝑊 + 𝑚_𝑃 ∗ 𝑥̅_𝑃 (2.)

1.- Масса смеси до перегонки равняется сумме масс кубового остатка и отгона (закон сохранения масс).

2.- Масса НК до перегонки равняется сумме масс НК в кубовом остатке и отгоне.

4. Какие системы принято называть азеотропными? В чём их особенность? — Азеотропные системы — системы, состав паровой и жидкой фаз которых совпадают. Их особенностью является невозможность полного разделения этих систем на составляющие их чистые компоненты.

5. Как изменится количество и состав получаемого дистиллята при частичной конденсации паров в паропроводе вследствие потерь тепла в окружающую среду? — В данном случае за единицу времени перегонится меньшее количество дистиллята, при этом качественный состав не поменяется.

6. Что обеспечит оснащение паропровода обогревателем или хорошим теплоизолятором? — Это позволит получать большее количество отгона за единицу времени, т.к. пар не будет конденсироваться в паропроводе, соответственно, бóльшая его часть сможет достичь дефлегматора/холодильника и осадиться там.

7. Сформулируйте основные допущения при расчёте простой перегонки. — В основе расчётного метода лежит бесспорное положение о том, что после изменения фазового состояния количество вещества в системе остаётся тем же, что и до процесса, меняется лишь его распределение между фазами, а количество энергии изменяется на величину подведённой теплоты. Также в выводе уравнения была опущена малая величина dL*dx.

8. Получите уравнение простой перегонки (4.4) — Кол-во жидкости в кубе = L

Массовая доля НК = x Кол-во НК в кубе = Lx Прошло dt времени:

Испарилось dL жидкости, концентрация уменьшилась на dx —> в кубе стало Lx – (L-dL)*(x-dx)

Примем, что пар имеет состав, равновесный составу жидкости, концентрацию в нём = y’

Кол-во НК, перешедшего в пар = y’*dL

Тогда уравнение баланса: y’*dL = Lx – (L-dL)*(x-dx); dL/L=dx/(y’-x)

Начальная и конечная массы жидкости в кубе = F и W соотв. Конц. НК в начальный и конечный моменты = x_F и x_W соотв.

Интегрируем обе части неравенства: ln

9. Запишите систему уравнений, позволяющую найти средний состав дистиллята. Укажите экспериментальные величины, входящие в эти уравнения. —

F = W + P

𝐹 ∗ 𝑥̅_𝐹 = 𝑊 ∗ 𝑥̅_𝑊 + 𝑃 ∗ 𝑥̅_{𝑃 ср}

F — масса исходной смеси; W — масса кубового остатка; P — масса отгона;

𝑥̅_𝐹 — массовая доля НК в исходной смеси;

𝑥̅_𝑊 — массовая доля НК в кубовом остатке.

10. С какой целью в лабораторной установке применяется частичная изоляция паропровода ПР? Для чего служит обратный холодильник ОХ? — Частичная изоляция применется для увеличения скорости отгонки НК, т.к. с её помощью большая часть паров достигает дефлегматора. ОХ применяется для снижения потерь паров НК из ёмкости-приёмника, т.к. жидкость может быть нагрета достаточно для обратного испарения и возврата в паропровод.

11. Запишите систему уравнений, позволяющую найти средний состав дистиллята. Укажите экспериментальные величины, входящие в эти уравнения. —

F = W + P

𝐹 ∗ 𝑥̅_𝐹 = 𝑊 ∗ 𝑥̅_𝑊 + 𝑃 ∗ 𝑥̅_{𝑃 ср}

F — масса исходной смеси; W — масса кубового остатка; P — масса отгона;

𝑥̅_𝐹 — массовая доля НК в исходной смеси;

𝑥̅_𝑊 — массовая доля НК в кубовом остатке.

12. С какой целью в лабораторной установке применяется частичная изоляция паропровода ПР? Для чего служит обратный холодильник ОХ? — Частичная изоляция применется для увеличения скорости отгонки НК, т.к. с её помощью большая часть паров достигает дефлегматора. ОХ применяется для снижения потерь паров НК из ёмкости-приёмника, т.к. жидкость может быть нагрета достаточно для обратного испарения и возврата в паропровод.