ЛР 22

Министерство образования Российской Федерации

Казанский государственный технологический университет

Кафедра ПАХТ

Лабораторная работа № 22

Изучение процесса ректификации

Выполнил:

Студент группы 513142

Пак Е. Р.

Проверила:

Нургалиева А. А.

Казань 2006г.

Цель работы: 1) знакомство с устройством и работой лабораторной установки периодической ректификации;

2) определение числа теоретических ступеней изменения концентрации 1Ч_Т1С и ВЭТС, обеспечиваемых лабораторной колонной;

3) нахождение опытных и расчетных значений ЧЕП и ВЕП лабораторной пленочной ректификационной колонны;.

Описание установки

Основными элементами установки периодической ректификации, представленной на рис. 4, являются: трубчатая ректификационная колонна 1, куб-испаритель 2, электронагреватель 3, дефлегматор 4, холодильник дистиллята 5, сборник дистиллята 6, автотрансформатор 7 и контрольно-измерительные приборы.

Ректификационная колонна состоит из трубки 9 внутренним диаметром (1=0.0125 м и высотой Н=1.4 м, заключенной в стеклянный вакуумированный кожух 10, и металлический экран 11 для уменьшения тепловых потерь. Исходная смесь, в данной работе этанол-вода, заливается в куб-испаритель 2, нагревается от электронагревателя 3, потребляемая мощность которого измеряется ваттметром XV и регулируется автотрансформатором 7. По достижении температуры кипения образующиеся пары начинают подниматься по колонне, вытесняя находившийся в ней воздух. Они конденсируются в дефлегматоре 4, снабженном рубашкой 12, в которую подается охлаждающая вода. Далее конденсат с помощью клапана 8 может разделяться на дистиллят, отводимый через холодильник 5 в сборник 6, и флегму, возвращающуюся в колонну. В данной работе предусматривается исследование разделительной способности колонны, что удобнее осуществлять в стационарном режиме, который реализуется при бесконечном флегмовом числе, т.е. без отбора дистиллята. Поэтому клапан 8 всегда остается закрытым. Флегма, стекая вниз по внутренней поверхности трубки в виде пленки, контактирует с поднимающимся неравновесным потоком пара, в результате чего пар обогащается легколетучим компонентом (этанолом), а жидкость — труднолетучим (водой). В кубе-испарителе и на выходе из трубки в верхней части колонны установлены температурные датчики, соединенные с цифровыми приборами, расположенными на панели стенда и показывающими температуры кубовой жидкости Т\у и пара, выходящего из колонны Т₀. С помощью равновесных данных в системе пар-жидкость (Т-х-у-диаграмма) по измеренным температурам можно определить концентрации этанола в кубовой жидкости х_№ и в паре, выходящем из колонны у_в. Поскольку дефлегматор работает как полный конденсатор, конденсируя все пары, состав конденсата х_п будет равен составу пара у_с. Аппроксимируя равновесные данные с помощью соответствующей программы, микропроцессор по измеряемым температурам определяет концентрации этанола в кубовой жидкости х_№ и в дистилляте х_в, осуществляя вывод этих параметров на цифровые табло, расположенные на панели стенда.

результаты измерений таблица 1

№ опыта	W, Вт	G, ммоль/с	ТW, ^0C	XW, мол. доли	ТD, ^0C	XD, мол. доли
1	150	0,71	78,8	5,8	89,4	76,4

Обработка опытных данных

1. определение опытных значений числа теоретических ступеней и высоты эквивалентной теоретической ступени (ВЭТС) , обеспечиваемых колонной.

Таблица 2

х	у*	Т	х	у*	Т	х	у*	Т
0 0,019 0,072 0,097 0,124 0,166	0 0,170 0,389 0,438 0,470 0,509	100 95,5 89,0 86,7 85,3 84,1	0,234 0,261 0,327 0,397 0,508 0,520	0,545 0,558 0,583 0,612 0,656 0,660	82,7 82,3 81,5 80,7 79,8 79,7	0,573 0,676 0,747 0,894 0,917 1,000	0,684 0,739 0,782 0,894 0,906 1,000	79,3 78,7 78,4 78,15 78,2 78,3

По данным таблицы 2 строится равновесная линия у*(х) на у-х диаграмме.

Определили число ступеней изменения концентрации. , тогда величина ВЭТС можно найти из уравнения (при Н = 1,4 м): .

2. приближенное определение опытных значений числа и высоты единиц переноса, обеспечиваемых колонной.

Приближенно определили число единиц переноса по графику : ; этому числу соответствует значение ВЕП, которое можно найти по уравнению

3. приближенное определение расчетных значений высоты и числа единиц переноса, обеспечиваемых колонной.

ρ_х1 =735 кг/м³ ; ρ_х2 = 958 кг/м³ ; ρ_у1 = 1,5 кг/м³; ρ_у2 = 0,58 кг/м³;

μ_х1 = 0,4∙ 10^-3 Па∙с; μ_х2 = 0,28∙ 10^-3 Па∙с; μ_у1 = 0,9∙ 10^-5 Па∙с; μ_у2 = 1,2∙ 10^-5 Па∙с;

М₁ = 46 кг/кмоль; М₂ = 18 кг/кмоль.

Определяем средние концентрации этанола в колонне:

Определим скорость пара в колонне

Находим плотности, динамические коэффициенты вязкости, коэффициенты диффузии жидкой и паровой фаз, а также мольную массу жидкой смеси :

для расчета необходимо знание h_x u h_y.

тогда число единиц переноса будет равно:

таблица 3

№ опыта		, м		,м	, м	, м	, м
1	3	0,47	3,8	0,35	0,0065	0,43	0,432	3,2

Вывод: ознакомились с устройством и работой лабораторной установки периодической ректификации; определили число теоретических ступеней изменения концентрации (N_тк=3). Нашли опытным и расчетным путем значения ЧЕП и ВЕП. Относительная ошибка удовлетворительна.