Wrocław, 27.04.2010r.

Pietrzyk Aneta, 168631
Szeblewska Agnieszka, 174096
Szołdra Paweł, 168669
Wagel Magdalena, 168241

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Wyznaczanie WRPT w rektryfikacyjnej kolumnie z wypełnieniem.

Cel Ćwiczenia:

• Zapoznanie się z metodyką stosowaną w badaniach zdolności rozdzielczej kolumn z wypełnieniem.

  Wstęp teoretyczny:

  Rektryfikacja z fizycznego punktu widzenia jest to proces destylaci kaskadowej (wielopoziomowej), w którym każdy stopień jest zasilany produktem (destylatem) poprzedniego.
  Jednak z technologicznego punktu widzenia rektryfikacja jest procesem jednostkowym, w którym mieszaninia ciekła jest rozdzielana na frakcje o różnej lotności.
  Rektryfikacja w warunkach przemysłowych zachodzi w specjalnych kolumnach rektryfikacyjnych zapewniających adiabatycznie warunki procesu, choć czasami stosuje się też kolumny z płaszczem chłodzącym lub grzejnym albo kolumny strefowe, które na pewnym odcinku są ogrzewane a na innych chłodzone, aby zapewnić ich maksymalną sprawność.

  WRPT ( wysokość równoważnej pólce teoretycznej) – jest to wyskość wartstwy wypełnienia w kolumnie, która w działaniu jest równoważna jednej półce teoretycznej. Oznacza to że stężenie każdego składnika w oparach i cieczy opuszczających taki odcinek warstwy są równowagowe (y_n = k_nX_n). Wysokość czynną kolumny, czyli wysokość warstwy wypełnienia H oblicza się zatem z zależności: H=WRPT · n_t.
  Odwrotność WRPT, czyli 1/WRPT określa tzw. Zdolność rozdzielcza:

  $\frac{1}{\text{WRPT}}$ = $\frac{n_{t}}{H}$ = f(F₀),

  gdzie: F₀= $w_{\text{og}}\sqrt{\rho_{g}}$
  w_og – prędkość liniowa par w kolumnie liczona na pusty przekrój aparatu, m³/(m²·s),
  ρ_g- gęstość par, kg/m³.

  Aparatura:

  
  

  Tabela pomiarów, obliczeń i wyników WRPT:

1. Obliczanie średniej masy molowej mieszaniny

   Mi = X_ei·Me + X_H2O · M_H2O i = D,W,S

   M_D= 0.7941·46+0.2059·18 = 40.2356 [g/mol]
   M_w= 0.0394·46+0.9606·18 = 19.1035 [g/mol]
   M_s = 0,1267·46+0.8733·18 = 21.5479 [g/mol]

2. Podstawiając ułamki masowe wyliczamy ułamki molowe. Wartości ułamków molowych wyznaczono z wartości doświadczalnych.

   X_s= $\frac{\frac{X_{\text{wagS}}^{e}}{\text{Me}}}{\frac{X_{\text{wagS}}^{e}}{\text{Me}}\ + \ \frac{X_{\text{wagS}}^{H2O}}{M_{H2O}}}$

   X_s= $\frac{\frac{0.2705}{46}}{\frac{0.2705}{46}\ + \ \frac{0.7295}{18}}$ = 0.1267

3. Obliczanie obciążenia surówki:

   S = $\frac{V}{t}$ = 2.2500 [l/t]

   S = V  ρ_s = 2.1569 [kg/h]

   S = $\frac{V\ \ \rho_{s}}{M_{s}}$ = 1.0010 [kmol/h]

4. Obliczanie molowego natężenia przepływu destylatu:

   D = $\frac{V}{t}$ = 0.4464 [l/t]

   D = V  ρ_D = 0.3545 [kg/h]

   D = $\frac{V\ \ \rho_{D}}{M_{D}}$ = 0.0881 [kmol/h]

5. Obliczanie molowego natężenia przepływu cieczy wyczerpalnej:

   W = $\frac{V}{t}$ = 1.6056 [l/t]

   W = V  ρ_W = 1.5777 [kg/h]

   W = $\frac{V\ \ \rho_{W}}{M_{W}}$ = 0.8258 [kmol/h]

6. Obliczanie molowego natężenia przepływu orosienia:

   $\frac{t_{l}}{t_{0} - \ t_{l}}$ = $\frac{L}{D}$

$$\frac{L}{D} = 1.5$$

L = 1.5 D = 1.5 0.0881 = 0.13215 

1. Obliczanie molowego natężenia przepływu oparów:

   V = L+D = 0.1322+ 0.0881 = 0.2203

2. Obliczenie molowego natężenia przepływu orosienia dla dolnej części kolumny:

   L = L+S = 0.1322+ 1.0010 = 1.1332

3. Obliczenie WRPT ze wzoru:

1. Liczba półek teoretycznych (odczytana z wykresu)

   n_t = 6.8000

2. Obliczamy wysokość równoważnej półki teoretycznej:

   WRPT = $\frac{H}{n_{t} - 1}$

   WRPT = $\frac{550.65}{6.8000 - 1}$ = 94.9397 mm

1. Minimalny stosunek orosienia:

   y = $\frac{L}{V}$ · X_s+ $\frac{D}{V}$ · X_D

   y = $\frac{0.1322}{0.2203}$ · 0.1267 + $\frac{0.0881}{0.2203}$ · 0.7941

   R_min = $\frac{X_{D} - \ \ y}{y\ - \ X_{S}}$

   R_min = $\frac{0.7941 - 0.3937}{0.3937 - 0.1267}$ = 1.50 min

• Destylat:
  Procent masowy; ułamek wagowy : 90.79; 0.9079

• Wyczerpana ciecz:
  Procent masowy; ułamek wagowy: 9.49; 0.0949

• Surowiec:
  Procent masowy; ułamek wagowy: 27.05; 0.2705

Lp	WIELKOŚĆ OZNACZANA	WYMIAR	WARTOŚĆ LICZBOWA
1	Obciążenie surówką [S]	l/h	2,25
		kg/h	2,1569
		kmol/h	1,0010
2	Gęstość surowca w 20°C [ ρs]	kg/dm³	0,9586
3	Ułamek molowy składnika lotnego w surowcu [xs]		0,1267
4	Ilość destylatu [D]	l/h	0,4464
		kg/h	0,3545
		kmol/h	0,0881
5	Gęstość destylatu w 20°C [ρD]	kg/dm³	0,8159
6	Ułamek molowy składnika lotnego w destylacie [xD]		0,7941
7	Ilość cieczy wyczerpanej [W]	l/h	1,6056
		kg/h	1,5777
		kmol/h	0,8258
8	Gęstość cieczy wyczerpanej w 20°C [ρW]	kg/dm³	0,9826
9	Ułamek molowy składnika lotnego w cieczy wyczerpalnej [xW]		0,0394
10	Stosunek orosienia [L/D]		6 na 4
11	Obciążenie parami [V=L+D]	kmol/h	0,2203
12	Temperatura na szczycie kolumny [tp]	°C	78
13	Temperatura w wyparce [tw]	°C	86
14	Ciśnienie na szczycie kolumny [p]		atmosferyczne
15	Średnica wewnętrzna kolumny [d]	mm	45, 55
16	Wysokość wypełnienia kolumny [H]	mm	550, 650
17	Liczba półek teoretycznych [nt]		6,8000
18	Wysokość równoważna półce teoretycznej WRPT		94,9397
19	Minimalny stosunek orosienia [L/D]min		1,5000