Tabela pomiarowa:

Kolumna1	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

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:

$S_{0} = \frac{V_{S}}{t_{S}} = \frac{31,0 \bullet 10^{- 3}}{48,1} = {6,44 \bullet 10}^{- 4}\left\lbrack \frac{\text{dm}^{3}}{s} \right\rbrack$= 2,32 $\left\lbrack \frac{l}{h} \right\rbrack$

$D_{0} = \frac{V_{D}}{t_{D}} = \frac{30 \bullet 10^{- 3}}{176} = 1,70{\bullet 10}^{- 4}\lbrack\frac{\text{dm}^{3}}{s}\rbrack$ = $0,61\left\lbrack \frac{l}{h} \right\rbrack$

W_{0 =} $\frac{W_{m}}{\rho_{w}}$ ₌ $\frac{2,38\ \bullet 10^{- 3}}{0,9912}$ ₌ 2,40 ${\bullet 10}^{- 3}\lbrack\frac{\text{dm}^{3}}{s}\rbrack$ = 8,64 $\left\lbrack \frac{l}{h} \right\rbrack$

1. masowe natężenie przepływu

$$S_{m} = S_{0} \cdot \rho_{S} = {6,44 \bullet 10}^{- 4} \cdot 0,9427 = 6,07{\bullet 10}^{- 4}\lbrack\frac{\text{kg}}{s}\rbrack$$

$D_{m} = D_{0} \cdot \rho_{D} = 1,70{\bullet 10}^{- 4} \cdot 0,8164 = 1,40{\bullet 10}^{- 4}\lbrack\frac{\text{kg}}{s}\rbrack$ = 0,504 $\lbrack\frac{\text{kg}}{h}\rbrack$

Bilans etanolu:

S_m ∙ x_S = D_m ∙ x_{D +} W_m ∙ x_W

W_{m =} $\frac{S_{m}x_{S} - \ D_{m}x_{D}}{x_{W}}$

W_{m =}$\frac{6,07 \bullet 10^{- 4}\ \bullet 0,3619 - 1,40\ \bullet \ 10^{- 4}\ \bullet \ \ 0,9068}{0,0390} = 2,38\ \bullet 10^{- 3}\lbrack\frac{\text{kg}}{s}\rbrack$ = 8,568$\lbrack\frac{\text{kg}}{h}\rbrack$

1. molowe natężenie przepływu

$$S_{M} = \frac{S_{m}}{M_{S}} = \frac{6,07{\bullet 10}^{- 4}}{23,13} = 2,62 \bullet 10^{- 5}\lbrack\frac{\text{kmol}}{s}\rbrack$$

$D_{M} = \frac{D_{m}}{M_{D}} = \frac{1,40{\bullet 10}^{- 4}}{40,18} = 3,48 \bullet 10^{- 6}\lbrack\frac{\text{kmol}}{s}\rbrack$ = 0,013$\lbrack\frac{\text{kmol}}{h}\rbrack$

$W_{M} = \frac{W_{m}}{M_{W}} = \frac{2,38\ \bullet 10^{- 3}}{18,47} = 1,29 \bullet 10^{- 4}\lbrack\frac{\text{kmol}}{s}\rbrack$ = 0,464 $\lbrack\frac{\text{kmol}}{h}\rbrack$

6. Obliczenie stosunku orosienia:

R = $\frac{7,9}{2,8}$= 2,82

R= $\frac{L}{D}$ → L = R ∙ D

L = 2,82 ∙ $3,48 \bullet 10^{- 6}\lbrack\frac{\text{kmol}}{s}\rbrack$ = 9,814 $\bullet 10^{- 6}\lbrack\frac{\text{kmol}}{s}$] - kolumna górna

$\overset{\overline{}}{L} = L + S = \ $9,814 ∙ 10^-6 $\frac{\text{kmol}}{s}$ + $2,62 \bullet 10^{- 5}\frac{\text{kmol}}{s} = \ $3,601$\ \bullet 10^{- 5}\frac{\text{kmol}}{s}$ – kolumna dolna

7. Obliczenie obciążenia parami:

V = L + D = 9, 814 ∙ 10^-6 $\frac{\text{kmol}}{s}$ + $3,48 \bullet 10^{- 6}\frac{\text{kmol}}{s} = 1,33$ $\bullet 10^{- 5}\frac{\text{kmol}}{s}$ = 0,048$\frac{\text{kmol}}{h}$

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

7. Równanie górnej linii operacyjnej:

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

$$y = \frac{9,814\ \bullet \ 10^{- 6}}{1,33\ \bullet 10^{- 5}}x + \frac{3,48 \bullet 10^{- 6}}{1,33\ \bullet 10^{- 5}} \bullet 0,792$$

y = 0, 738x + 0, 207

7. Równanie dolnej linii operacyjnej:

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

$$y = \frac{3,601\ \bullet 10^{- 5}}{1,33\ \bullet 10^{- 5}}x + \frac{1,29 \bullet 10^{- 4}}{1,33\ \bullet 10^{- 5}} \bullet 0,016$$

y = 2, 706x + 0,155

7. Odczytanie liczby półek teoretycznych z wykresu

n_t = 8

7. Obliczenie WRPT:

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

7. Obliczenie minimalnego stosunku orosienia:

R_min = ($\frac{L}{D}$)_min = $\frac{x_{D} - \ y^{*}}{y^{*} - \ x_{s}}$

y^* - odczytane z wykresu (0,52)

R_{min =} $\frac{0,792 - 0,52}{0,52 - 0,182}$ ₌ 0,805

7. Wyniki obliczeń

Lp.	WIELKOŚĆ OZNACZENIA	WYMIAR	WARTOŚĆ LICZBOWA
1	Obciążenie surówką S	l/h	2,32
2	Gęstość surowca w 20 ρs	kg/m^3	942,7
3	Ułamek molowy składnika lotnego w surowcu xs		0,182
4	Ilość destylatu D	l/h kg/h kmol/h	0,61 0,504 0,013
5	Gęstość destylatu w 20 ρD	kg/m^3	816,4
6	Ułamek molowy składnika lotnego w destylacie xD		0,792
7	Ilość cieczy wyczerpanej W	l/h kg/h kmol/h	8,64 8,568 0,464
8	Gęstość cieczy wyczerpanej w 20 ρW	kg/m^3	991,2
9	Ułamek molowy składnika lotnego w cieczy wyczerpanej xW		0,016
10	Stosunek orosienia L/D		2,82
11	Obciążenie parami V = L +D	kmol/h	0,048
12	Temperatura na szczycie kolumny tp	◦C	78
13	Temperatura w wyparce tw	◦C	96
14	Ciśnienie na szczycie kolumny p	atm	1
15	Średnica wewnętrzna kolumny d	mm	45,55
16	Wysokość wypełnienia kolumny H	mm	550,650
17	Liczba półek teoretycznych nt		8
18	Wysokość równoważna półce teoretycznej WRPT	m	0,171
19	Minimalny stosunek orosienia (L/D)min		0,805