Tabela pomiarów i obliczeń.

Lp.	Parametr	Jednostka	Wartość w warunkach
-	-	-	1	2
1	τL	[s]	16,24	12.283
2	τD	[s]	32.86	79.07
3	xD	[uł. mol.]	0,62	0,855
4	xL	[uł. mol.]	0.195	0,220
5	yG	[uł. mol.]	0.35	0,325
6	MD	[kg/kmol]	56,64	50,06
7	ML	[kg/kmol]	68,54	67,84
8	ρD	[kg/m^3]	781,25	774,25
9	ρL	[kg/m^3]	787,4	787,0
10	D	[kmol/s]	6,3E-06	2.,93E-06
11	L	[kmol/s]	1,06E-05	1,42E-05
12	R	[-]	1,69	4,83
13	G	[kmol/s]	1,69E-05	1,71E-05
14	Δ	%	0,926	1,2
15	HOG	[m]	0,994	0,988
16	NOG	[-]	1,006	1,012
17	aKy	[ ]	0,027	0,00272

Dane do obliczeń:

Lp.	Parametr	Jednostka	Wartość
1	ME	[kg/kmol]	46
2	MB	[kg/kmol]	74
3	VD	[m^3]
4	VL	[m^3]
5	ρE	[kg/m^3]	770
6	ρB	[kg/m^3]	790
7	h	[m]	1
8	d	[m]	0,09

Pierwszy pomiar:

W sposób addytywny obliczam masę cząsteczkową destylatu:

[kg/kmol]

W sposób addytywny obliczam masę cząsteczkową dla cieczy spływającej z wypełnienia:

[kg/kmol]

Addytywnie obliczam gęstość destylatu ze wzoru:

[m³/kg]

[kg/m³]

Obliczam gęstość cieczy spływającej z wypełnienia ze wzoru:

[m³/kg]

[kg/m³]

Molowe natężenie destylatu obliczam ze wzoru:

[kmol/s]

Molowe natężenie cieczy spływającej z wypełnienia obliczam ze wzoru:

[kmol/s]

Molowe natężenie pary przepływającej przez kolumnę obliczam ze wzoru:

[kmol/s]

Mając powyższe wartości obliczam liczbę powrotu:

[-]

Obliczam wartość względnego błędu występującego w bilansie masy składnika bardziej lotnego.

Liczba jednostek przenikania masy:

Mając wzór :

Obliczam podaną całkę metodą graficzną dla oczytanych wartości stężenia równowagowego i rzeczywistego w danym przekroju kolumny. W tym celu sporządzam wykres stężenia składnika bardziej lotnego w parze w zależności od stężenia tegoż składnika w cieczy y = f(x) w kwadracie jednostkowym, obrazujący krzywą równowagi oraz górną linię operacyjną, mówiącą o rzeczywistych zmianach stężeń składnika bardziej lotnego w kolumnie.

Miejsce przecięcia się górnej linii operacyjnej z osią y, stanowi wyraz wolny w równaniu górnej linii operacyjnej:

Natomiast samą górną linię operacyjną rysuje na podstawie wzoru:

Linie równowagi rysuje na podstawie danych równowagowych zawartych w tablicach A. Dońca

Z kwadratu jednostkowego odczytuje wartości stężenia składnika bardziej lotnego w parze dla danej wartości x (składu w cieczy) z górnej linii operacyjnej oraz z linii równowagi.

Dla odczytanych wartości sporządzam tabele zbiorczą:

x	y	y*	y*-y	1/(y*-y)
0,62	0,61	0,905	0,295	3,39
0,5	0,545	0,84	0,295	3,39
0,45	0,52	0,81	0,29	3,45
0,4	0,48	0,77	0,29	3,45
0,35	0,45	0,73	0,28	3,57
0,3	0,425	0,678	0,253	3,95
0,25	0,375	0,608	0,233	4,29
0,195	0,355	0,52	0,165	6,06

Na podstawie tabeli tworzę wykres
= f (y):

Pole powierzchni zawarte pod krzywą obliczone przez pomnożenie ilości kratek (n= 9,3) i ich powierzchni(
), stanowi wyrażenie podcałkowe
. Innymi słowy jest to liczba jednostek przenikania masy N_OG

[-] Obliczając całkę numerycznie wyszedł mi wynik

bardziej prawidłowy N_OG=1,006!!!

Mając daną powierzchnię poprzeczną kolumny obliczoną ze wzoru:

[m²]

Obliczam wysokość jednostki przenikania masy H_OG

[m] numerycznie: H_OG=0,994

Dysponując tymi wartościami mogę obliczyć wartość liczbową objętościowego współczynnika przenikania masy ze wzoru:

[
] numerycznie= 0.027

Drugi pomiar:

Obliczenia wykonuje analogicznie jak dla pierwszego pomiaru:

W sposób addytywny obliczam masę cząsteczkową destylatu:

[kg/kmol]

W sposób addytywny obliczam masę cząsteczkową dla cieczy spływającej z wypełnienia:

[kg/kmol]

Addytywnie obliczam gęstość destylatu ze wzoru:

[m³/kg]

[kg/m³]

Obliczam gęstość cieczy spływającej z wypełnienia ze wzoru:

[m³/kg]

[kg/m³]

Molowe natężenie destylatu obliczam ze wzoru:

[kmol/s]

Molowe natężenie cieczy spływającej z wypełnienia obliczam ze wzoru:

[kmol/s]

Molowe natężenie pary przepływającej przez kolumnę obliczam ze wzoru:

[kmol/s]

Mając powyższe wartości obliczam liczbę powrotu:

[-]

Obliczam wartość względnego błędu występującego w bilansie masy składnika bardziej lotnego.

Liczba jednostek przenikania masy:

Mając wzór:

Obliczam podaną całkę metodą graficzną dla oczytanych wartości stężenia równowagowego i rzeczywistego w danym przekroju kolumny. W tym celu sporządzam wykres stężenia składnika bardziej lotnego w parze w zależności od stężenia tegoż składnika w cieczy y = f(x) w kwadracie jednostkowym obrazujący krzywą równowagi oraz górną linię operacyjną mówiącą o rzeczywistych zmianach stężeń składnika bardziej lotnego w kolumnie.

Miejsce przecięcia się górnej linii operacyjnej z osią y, stanowi wyraz wolny w równaniu górnej linii operacyjnej:

Natomiast samą górną linię operacyjną rysuje na podstawie wzoru:

Linie równowagi rysuje na podstawie danych równowagowych zawartych w tablicach A. Dońca

Z kwadratu jednostkowego odczytuje wartości stężenia składnika bardziej lotnego w parze dla danej wartości x (składu w cieczy) z górnej linii operacyjnej oraz z linie równowagi.

Dla odczytanych wartości sporządzam tabele zbiorczą:

x	y	y*	y*-y	1/(y*-y)
0,85	0,84	0,98	0,14	7,14
0,7	0,73	0,94	0,21	4,76
0,6	0,64	0,898	0,258	3,88
0,5	0,56	0,84	0,28	3,57
0,4	0,47	0,775	0,305	3,28
0,3	0,398	0,678	0,28	3,57
0,2	0,315	0,515	0,2	5,00

Na podstawie tabeli tworzę wykres
= f (y):

Pole powierzchni zawarte pod krzywą obliczone przez pomnożenie ilości kratek (n= 40,5) i ich powierzchni(
), stanowi wyrażenie podcałkowe
. Innymi słowy jest to liczba jednostek przenikania masy N_OG

[-]

Mając daną powierzchnię poprzeczną kolumny obliczoną ze wzroru:

[m²]

Obliczam wysokość jednostki przenikania masy H_OG

[m]

Dysponując tymi wartościami mogę obliczyć wartość liczbową objętościowego współczynnika przenikania masy ze wzoru:

[
]

Wnioski:

W doświadczeniu dokonałem pomiaru parametrów procesu w zależności od zadanej liczby powrotu. Analizując uzyskane wyniki stwierdzam, iż korzystniej jest prowadzić proces rektyfikacji przy większej liczbie powrotu, gdyż wtedy, mimo mniejszego natężenia strumienia otrzymywanego destylatu, ma on o wiele korzystniejsze właściwości. Mianowicie przy trzykrotnym zwiększeniu powrotu destylatu do kolumny uzyskujemy o ponad połowę mniej destylatu odbieranego, ale o stężeniu 0,855 zamiast 0,62 ułamka molowego etanolu. Proces będzie trwał dużej, lecz produkty końcowe nie będą wymagać tak wielu procesów zatężania.

Przy wzroście liczby powrotu rośnie objętościowy współczynnik przenikana masy oraz liczba jednostek przenikania masy, maleje natomiast ich wysokość H_OG. Kosztem wzrostu powrotu destylatu do kolumny spada natężenie destylatu odbieranego, lecz rośnie wartość strumienia pary wychodzącej z kotła G. Dzięki temu zwiększona ilość cieczy spotyka się przeciwprądowo ze zwiększoną ilością pary, co daje w następstwie intensyfikację procesu wymiany masy, a co przez to idzie większe stężenie etanolu w uzyskanym destylacie.

Dokonane pomiary obarczone są dość znacznymi błędami względnymi, co spowodowane być mogło ewentualnymi błędami przy pomiarze współczynnika załamania światła (szybkie parowanie etanolu, czyli automatyczny spadek jego stężenia), jak również niedokładnym odczytaniem składu dla uzyskanego współczynnika załamania światła. Mimo tych komplikacji, cel ćwiczenia został wykonany. Różnica w działaniu kolumny przy różnych wartościach liczby powrotu R jest wyraźna, co potwierdzają ww. dane zawarte w tabeli zbiorczej dla wykonanych obliczeń.

---