Wydział Chemiczny

Destylacja z parą wodną

Laboratorium inżynierii chemicznej

Grupa 2

TCC3055l

Czwartek 8.15-11.00

Opracował:

Dariusz Łozak

Składowe			Punktacja
I	Opracowanie arkusza wyników (schemat aparatury, metodyka badań, wyniki badań), oznaczenia		(0-5), min. 2
II	Przykład obliczeniowy		(0-5), min. 3
III	Wnioski		(0-5), min. 2
∑
Punkty	Ocena
< 8 8 - 9 10 11-12 13 14 15	2.0 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

Wrocław 29.03.2006

Oznaczenia:

A pole powierzchni przekroju aparatu m²

d średnica dyszy m

D średnica aparatu m

f pole powierzchni przekroju dyszy m²

g przyśpieszenie ziemskie m/s²

h wysokość słupa cieczy nad bełkotką m

m_A masa substancji A w destylacie kg

m_W masa wody (W) w destylacie kg

M_A masa cząsteczkowa substancji A kg/kmol

n liczba dysz -

P ciśnienie zewnętrzne Pa

p_A prężność cząsteczkowa substancji A w fazie gazowej Pa

P_A prężność pary nasyconej substancji A w temperaturze destylacji Pa

P_W prężność pary nasyconej wody (W) w temperaturze destylacji Pa

T temperatura pary opuszczającej wyparkę K

w prędkość wypływu pary z dyszy bełkotki m/s

Symbole greckie:

τ czas, w którym w destylacie odebrano masę wody m_w s

ρ_pW gęstość pary wodnej w kolbie destylacyjnej kg/m³

ρ_A gęstość substancji A kg/m³

Indeksy dolne:

A,W dotyczy składnika A i W destylatu

Liczby bezwymiarowe:

Współczynnik C

Doświadczalny stopień nasycenia pary wodnej substancją destylowaną:

Liczba Frouda:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem wykonywania destylacji różniczkowej (kotłowej) z parą wodną oraz wyznaczenie stopnia nasycenia pary wodnej substancją destylowaną A przy różnych prędkościach wypływu pary wodnej z dyszy bełkotki.

2. Aparatura

Schemat instalacji badawczej do destylacji z parą wodną pokazano na rysunku 1- załącznik A

3. Metodyka badań

Badania zostały wykonane zgodnie z metodyką zawartą w załączniku A

4. Wyniki badań

Wyniki badań zostały zgromadzone w tabeli 1- załącznik A

Tabela I- Wyniki pomiarów

Nr pomiaru	T1 K	T2 K	T3 K	H m	Destylat		τ s	Uwagi
												mW kg	mA kg
1	359	363	---	0.062	0.017	0.072	342	-
2	359	361	---	0.062	0.017	0.071	214	-
3	360	361	---	0.062	0.018	0.071	167	-

5. Metodyka obliczeń - przykład obliczeniowy

Obliczenia zostały wykonane dla pomiaru I

1. Obliczanie wartości doświadczalnej stopnia nasycenia E

1. Wartość P_A została odczytana z tablic i przeliczona wg następującego algorytmu:

1 mmHg = 133.322 Pa

407.38 mmHg = X (1)

P_A = X = 407.38

2. wartość p_A została obliczona ze wzoru:

=

= 45879.65 [Pa] (2)

Po podstawieniu wartości wyliczonych w punktach a i b do wzoru
otrzymuje:

=
=0.845 [-] (3)

1. Obliczanie wartości teoretycznej stopnia nasycenia E

1. prędkość wypływu pary wodnej z dyszy bełkotki obliczono z zależności:

=
=13.283 [m\s] (4)

2. liczbę Frouda obliczono z zależności:

= (13.283)
= 143.87[-] (5)

3. współczynnik C obliczono z zależności:

(6)

=
2.54 [-]

Wartość współczynnika C daje mi podstawy do twierdzenia, że mamy do czynienia z przepływem pojedynczym, dla którego teoretyczny stopień nasycenia pary wodnej substancją A wynosi E=1

Tabela II - Wyniki obliczeń

Nr pomiaru	mw\τ kg\s	Edośw.	Fr				C	Eobl.	w m/s
1	4.971	0.845	143.87	1471.420	2.016	3.965	2.535	1	13.283
2	7.944	0.903	423.89	1471.420	2.016	4.004	2.224	1	22.799
3	1.078	0.903	696.04	1471.420	2.016	4.004	2.0955	1	29.215

6. Omówienie wyników i wnioski.

1. Podstawy teoretyczne

Destylacja z parą wodną znajduje liczne zastosowanie zarówno w pracach laboratoryjnych, jak i w produkcji przemysłowej.

Proces destylacji z parą wodną polega na doprowadzeniu pary wodnej do substancji destylowanej. Na skutek tego destylacja odbywa się w temperaturze niższej od temperatury wrzenia substancji destylowanej. Stosuje się ją w przypadku, gdy substancja destylowana ulega rozkładowi lub polimeryzacji przed osiągnięciem temperatury wrzenia. Zwykle destyluje się ciecze od nielotnych zanieczyszczeń, które pozostają w kotle. Ciecz destylowana musi mieć bardzo ograniczoną rozpuszczalność w wodzie, gdyż opary po skondensowaniu i schłodzeniu powinny dać ciecz dwufazową. Jedną fazą jest woda, drugą czysta ciesz destylowana.

6.2 Wnioski

W wyniku przeprowadzonych eksperymentów i obliczeń zaobserwowaliśmy, że wraz ze wzrostem szybkości wypływu pary wodnej czas destylacji ulega skróceniu. W czasie drugiego pomiaru oddestylowało mniej toluenu co wskazuje na mniejszą efektywność destylacji przy wyższej temperaturze gdyż czas zetknięcia pary z cieczą jest krótszy, co potwierdza zgodność z wiedza książkową. Wraz ze zmianą ustawienia autotransformatora skraca się czas zebrania 100ml cieczy. Masowe natężenie przepływu oparów wzrasta wraz ze wzrostem mocy grzejnej grzałki kosza grzejnego. Liczby C maleją ze wzrostem szybkości odbierania destylatu. Wydajność destylacji z parą wodną rośnie wraz ze zbliżaniem się wartości liczby E do jedności.

Literatura:

„Zasady inżynierii chemicznej i procesowej” Mieczysław Serwiński

„Technologia chemiczna” Jacek Molenda

---