Laboratorium: Inżynieria Chemiczna.
Ćwiczenie nr 6.
Wyznaczenie WRPT w rektyfikacyjnej kolumnie z wypełnieniem.
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodyką stosowaną w badaniach zdolności rozdzielczej kolumn z wypełnieniem oraz wyznaczenie wysokości równoważnej półce teoretycznej (WRPT).
Przebieg ćwiczenia:
Pierwszym etapem przy wykonywaniu ćwiczenia było napełnienie wyparki surowcem, w następnie włączenie pompy, dopływu wody do chłodnic i przez autotransformator ogrzewanie wyparki. Gdy pary wytworzone w wyparce dotarły na szczyt kolumny włączone zostało ogrzewanie podgrzewacza surowca. Po ustaleniu temperatur zmierzone zostały strumienie destylatu i cieczy wyczerpanej. Wykonano pomiar składu destylatu i cieczy wyczerpanej przez pomiar ich gęstości i odczytanie z tablic stężeń składników.
Obliczenia:
Dane wykorzystywane w obliczeniach:
S: D: W:
Obliczanie ułamków molowych etanolu na podstawie ułamków wagowych:
(1) vnndg
(3)gjjjjjjjjjjjhfd
Obliczanie średniej masy molowej:
(4)
(5)
(6)
Obliczanie ilości surowca, destylatu, cieczy wyczerpanej:
Ilość surowca:
=
=
Ilość destylatu:
=
=
=
Ilość cieczy wyczerpanej:
=
Obliczanie stosunku orosienia:
czas wypływu D = 1,5 s
czas pełnego cyklu L = 10 – 1,5 = 8,5 s
=
Obliczanie strumienia orosienia:
- górna część kolumny:
= =
- dolna część kolumny
=
Obliczanie obciążenia parami:
V = L + D = + =
lub:
Wyznaczenie bilansu górnej linii operacyjnej:
$$y = \frac{L}{V} \bullet x + \frac{D}{V} \bullet x_{D} = \frac{\frac{L}{D}}{\frac{L + D}{D}} \bullet x + \frac{\frac{D}{D}}{\frac{L + D}{D}} \bullet x_{D} = \frac{R}{R + 1} \bullet x + \frac{1}{R + 1}x_{D} = \frac{5,67}{5,67 + 1} \bullet x + \frac{1}{5,67 + 1} \bullet 0,6808$$
y = 0, 8501 • x + 0, 1021
Wyznaczenie bilansu dolnej linii operacyjnej:
$$\overset{\overline{}}{L} = L + S$$
$$\overset{\overline{}}{R} = \frac{\overset{\overline{}}{L}}{W} = \frac{L + S}{W} = \frac{D \bullet R + S}{W} = \frac{0,0122 \bullet 5,67 + 0,0623}{0,0582} = 2,259$$
$$y = \frac{\overset{\overline{}}{R}}{\overset{\overline{}}{R} - 1} \bullet x - \frac{1}{\overset{\overline{}}{R} - 1} \bullet x_{w} = \frac{2,259}{2,259 - 1} \bullet x - \frac{1}{2,259 - 1} \bullet 0,0494 = 1,7943 \bullet x - 0,03924$$
y = 1, 7943 • x − 0, 03924
Obliczenie liczby półek teoretycznych
Za pomocą danych równowagowych ciecz – para dla układu etanol – woda sporządzono wykres.
Następnie przeprowadzono schodkowanie między liniami operacyjnymi a krzywą równowagi.
Wartość nt to liczba schodków na wykresie pomniejszona o 1, gdyż ostatni schodek reprezentuje kocioł.
Liczba półek teoretycznych odczytana z wykresu:
= 3
Wysokość równoważna półce teoretycznej:
WRPT = = = 600 [mm]
Zdolność rozdzielcza:
$$\frac{1}{\text{WRPT}} = \frac{n_{t}}{H} = \frac{3 - 1}{550 + 650} = 0,00167$$
Wnioski:
Błędy w obliczonych wartościach mogą wynikać ze złych odczytów czasów i objętości.
Otrzymana wartość stosunku orosienia: R = 5,67.
Dla R dążącego do minimalnej wartości wzrasta liczba półek teoretycznych i uzyskujemy większą ilość produktu, natomiast R dążące do nieskończoności wskazuje na małą liczbę półek teoretycznych i mniej produktu.
W kolumnie półkowej następuje łatwiejszy równomierny rozdział cieczy, a co za tym idzie lepszy kontakt cieczy i gazu.