Paulina Bała 212232
Anna Dul 212332
Filip Frydrych 212285
Patrycja Głuszak 212260
Dorota Wodzyńska 201259

SPRAWOZDANIE

(2.12.2015)

Temat: Wyznaczenie WRPT w rektyfikacyjnej kolumnie z wypełnieniem

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodyką stosowaną w badaniach zdolności rozdzielczej kolumn z wypełnieniem oraz wyznaczenie wysokości oraz liczby teoretycznej półek w używanej kolumnie rektyfikacyjnej.

1. Metodyka badań:

W czasie trwania ćwiczenia przeprowadza się rektyfikacje roztworu, o zawartości etanolu ok. 30%. Mierzy się zawartość etanolu w destylacie oraz cieczy wyczerpanej przy pomocy gęstości otrzymanych produktów. Po przeprowadzeniu pomiaru oblicza się szybkości przepływów, a także wyznacza się liczbę półek teoretycznych na podstawie wykresu.

1. Tabela Pomiarowa:
   

	Surowiec	Destylat pocz	Destylat po 30min	Ciecz wyczerpana pocz	Ciecz wyczerpana 30min
t [s]	50,37	217	222	-
V [cm3]	31	36	37	-
d [g/cm3]	0,9581	0,8143	0,8234	0,9967	0,9967
%mas et	27,36	91,35	87,93	0,82	0,82
Ułamek mol. Etanolu	0,128	0,805	0,740	0,003	0,003
Średnia masa molowa	21,597	40,545	38,729	18,090	18,090
Strumień obj [m3/s]	6,15*10^-4	1,66*10^-4	1,67*10^-4	4,50*10^-4	4,49*10^-4
Strumień mas [kg/s]	5,90*10^-4	1,35*10^-4	1,37*10^-4	4,48*10^-4	4,47*10^-4
Strumień molowy [kmol/s]	2,73032*10^-5	3,33192*10^-6	3,54347*10^-6	2,47682*10^-6	2,47259*10^-5

Orosienie T_śr = 7,64s

1. Obliczenia:

Obliczenia przedstawiono dla strumienia surowca:

1. ułamek molowy etanolu w surowcu:

$$x_{S} = \frac{\frac{x_{s}}{M_{\text{Et}}}}{\frac{x_{s}}{M_{\text{Et}}} + \frac{1 - x_{S}}{M_{\text{wody}}}} = \frac{\frac{0,2736}{46}}{\frac{0,2736}{46} + \frac{1 - 0,2736}{18}} = 0,128$$

1. średnia masa molowa:

$$M_{s} = M_{\text{Et}} \cdot x_{S} + M_{H2O} \cdot (1 - x_{S}) = 46 \cdot 0,128 + 18 \cdot (1 - 0,128) = 21,597\lbrack\frac{\text{kg}}{\text{kmol}}\rbrack$$

1. objętościowe natężenie przepływu:

$$S_{S} = \frac{V_{S}}{t_{S}} = \frac{31,0 \bullet 10^{- 3}}{50,37} = {6,15 \bullet 10}^{- 4}\left\lbrack \frac{\text{dm}^{3}}{s} \right\rbrack$$

1. objętościowe natężenie przepływu cieczy wyczerpanej:

SW = SS - SD = 6,15 * 10-4 – 1,66 * 10-4 = 4,5 * 10-4 $\left\lbrack \frac{\text{dm}^{3}}{s} \right\rbrack$

1. masowe natężenie przepływu

$$S_{m} = S_{0} \cdot \rho_{S} = {6,15 \bullet 10}^{- 4} \cdot 0,9581 = 5,9{\bullet 10}^{- 4}\lbrack\frac{\text{kg}}{s}\rbrack$$

1. molowe natężenie przepływu

$$S_{M} = \frac{S_{m}}{M_{S}} = \frac{5,9{\bullet 10}^{- 4}}{21,597} = 2,73 \bullet 10^{- 5}\lbrack\frac{\text{kmol}}{s}\rbrack$$

1. Obliczenie stosunku orosienia:

R = $\frac{t_{1}}{t_{c} - t_{1}}$ $\frac{7,64}{10 - 7,64}$= 3,23

R= $\frac{L}{D}$ → L = R ∙ D

L = 3,23 ∙ $3,33 \bullet 10^{- 6}\lbrack\frac{\text{kmol}}{s}\rbrack$ = 1,077 $\bullet 10^{- 5}\lbrack\frac{\text{kmol}}{s}$] - kolumna górna

$\overset{\overline{}}{L} = L + S = \ $1,077 ∙ 10-5 $\frac{\text{kmol}}{s}$ + $2,73 \bullet 10^{- 5}\frac{\text{kmol}}{s} = \ $3,807$\ \bullet 10^{- 5}\frac{\text{kmol}}{s}$ – kolumna dolna

1. Obliczenie obciążenia parami:

V = L + D = 1, 077 ∙ 10-5 $\frac{\text{kmol}}{s}$ + $3,33 \bullet 10^{- 6}\frac{\text{kmol}}{s} = 1,41$ $\bullet 10^{- 5}\frac{\text{kmol}}{s}$

$$V = \overset{\overline{}}{V}$$

1. Równanie górnej linii operacyjnej:

$$y = \frac{L}{V} \bullet x + \frac{D}{V} \bullet x_{D}$$

$$y = \frac{1,077\ \bullet \ 10^{- 5}}{1,41\ \bullet 10^{- 5}}x + \frac{3,33 \bullet 10^{- 6}}{1,41\ \bullet 10^{- 5}} \bullet 0,805$$

y = 0, 7637x + 0, 1903

1. Równanie dolnej linii operacyjnej:

$$y = \frac{\overset{\overline{}}{L}}{\overset{\overline{}}{V}} \bullet x - \frac{W}{\overset{\overline{}}{V}} \bullet x_{w}$$

$$y = \frac{3,807\ \bullet 10^{- 5}}{1,41\ \bullet 10^{- 5}}x - \frac{2,477 \bullet 10^{- 4}}{1,41\ \bullet 10^{- 5}} \bullet 0,003$$

y = 2, 7003x – 0,0057

1. Odczytanie liczby półek teoretycznych z wykresu

n_t = 8

1. Obliczenie WRPT:

$$WRPT = \frac{H_{1} + H_{2}}{n_{t} - 1} = \frac{0,550 + 0,650}{8 - 1} = 0,171\ \lbrack m\rbrack$$

1. Wnioski:

Wyznaczona Wysokość Równoważna Półce Teoretycznej wynosi 17,1cm. Oznacza to, że gdybyśmy w kolumnie chcieli zastosować półki zamiast wypełnienia musielibyśmy użyć 7 półek umieszczonych w dokładnie takich odległościach, aby proces zachodził w identyczny sposób. Jedna półka teoretyczna to bowiem wyparka z wodą.

Istotnym wnioskiem jest to, że stosując rektyfikację można osiągnąć bardzo dużą zdolność rozdzielania dwóch cieczy o podobnej temperaturze wrzenia, a metoda ta jest bardziej efektowna do rozdzielania mieszaniny etanolu z wodą niż klasyczna destylacja. Korzystny jest także fakt, iż proces ten można prowadzić w sposób ciągły, a nie okresowy.