SPRAWOZDANIE

Laboratorium z Inżynierii chemicznej

Ćwiczenie nr : Destylacja z parą wodną

Prowadzący: mgr inż. Agnieszka Didyk

Wykonawca: Grupa II (PN 18:00- 20:35)

Data wykonania ćwiczenia: 12.10.2012r.

Data oddania sprawozdania: 19.10.2012r.

Wykaz załączników:

1. Protokół

1. Cel ćwiczenia:

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.

1. Przebieg ćwiczenia:

Ćwiczenie wykonuje się na uprzednio przygotowanej aparaturze. Składającej się z wytwornicy pary, do której w sposób ciągły dostarczana jest woda. Napięcie na grzałkach wytwornicy pary jest regulowane za pomocą autotransformatora. Para wodna z wytwornicy przepływa przez bełkotkę do kolby destylacyjnej, zawierającej toluen. Napięcie na grzałce wyparki (kolby destylacyjnej) jest regulowane drugim autotransformatorem. Pary z kolby destylacyjnej przepływają przez chłodnicę, a uzyskany destylat zebrany został w cylindrze miarowym o pojemności 100 cm³. Podczas pomiarów mierzona jest temperatura cieczy w wyparce (T₁) oraz temperatura pary opuszczającej wyparkę (T₂). Pomiary wykonano dla dwóch napięć: 150 [V] i 170 [V].

1. Wyniki badań:

L.p.	U [V]	T1 [˚C]	T2 [˚C]	VW [cm^3]	VT [cm^3]	τ [s]
1.	150	91,7	86,0	16,5	83,5	609
2.	170	95,6	87,0	18,0	82,0	382

Tab.1.

4. Przykładowe obliczenia (dla pomiaru 1.):

W obliczeniach wykorzystano :

Liczba dysz w bełkotce: n= 5

Śednica dyszy: d= 1,5* 10^-3 m

Średnica aparatu: D= 12,5* 10^-2 m

Wysokość słupa cieczy nad bełkotką: h=6,2* 10^-2 m

Przyjęto:

ρ_w = 967 kg/m³

ρ_T= 873 kg/m³

• Obliczenie P_T- prężności pary nasyconej toluenu w temperaturze destylacji [Pa]:

$$\log P_{T} = 6,95334 - \frac{1343,943}{T_{2} + \ 219,377\ } = \ 6,95334 - \frac{1343,943}{86,0 + \ 219,377\ } = \ 2,55$$

P_T = 10^2, 5524 = 356, 79 mmHg = 47452, 7 Pa

• Obliczenie p_T- prężność cząstkowa toluenu [Pa]:

$$p_{T} = P\frac{18m_{T}}{M_{T}m_{w} + 18m_{T}} = 101325 \bullet \frac{18 \bullet 0,07289}{92,13 \bullet 0,015955 + 18 \bullet 0,07289} =$$

=47786, 7 Pa

• Obliczenie E_dośw.- wartości doświadczalnej stopnia nasycenia:

$$E_{\text{do}sw.} = \frac{p_{T}}{P_{T}} = \frac{47786,7}{47452,7} = 1,007$$

• Obliczenie δ_pw- gęstości pary wodnej w kolbie destylacyjnej [kg/m³]:

$$\rho_{\text{pw}} = \frac{P \bullet M_{H20}}{RT_{1}} = \frac{101325 \bullet 18}{8314 \bullet 364,85} = 0,601\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

• Obliczenie f- pola powierzchni przekroju dyszy [m²]:

$$f = \frac{\pi d^{2}}{4} = \frac{3,14 \bullet \left( 0,0015 \right)^{2}}{4} = 1,766 \bullet 10^{- 6}\ m^{2}$$

• Obliczenie w- prędkości wypływu pary z dyszy bełkotki [m/s]

$$w = \frac{m_{w}}{\tau\rho_{\text{pw}}\text{fn}} = \frac{0,015955}{609 \bullet 0,601 \bullet 1,766 \bullet 10^{- 6} \bullet 5} = 4,94\ \frac{m}{s}$$

• Obliczenie Fr- liczby Frouda:

$$\text{Fr} = \frac{w^{2}}{\text{gD}} = \frac{\left( 4,936678 \right)^{2}}{9,81 \bullet 0,125} = 19,875 \approx 19,9$$

• Obliczenie P_w- prężność pary nasyconej wody w temp. destylacji [Pa]:

$$P_{W} = \frac{M_{T}P_{T}m_{W}}{M_{W}m_{T}} = \frac{92,13 \bullet 47452,7 \bullet 0,015955}{18 \bullet 0,0729} = 53156,8\ \text{Pa}$$

• Obliczenie A- pola powierzchni przekroju aparatu [m²]

$$A = \frac{\pi D^{2}}{4} = \frac{3,14 \bullet \left( 0,125 \right)^{2}}{4} = 0,0123\ m^{2}$$

• Obliczenie C- liczby C:

$$C = \text{Fr}^{- 0,12}\left( \frac{A}{\text{nf}} \right)^{0,28}\left( \frac{D}{h} \right)^{- 0,48}\left( \frac{M_{T}P_{T}}{18P_{W}} \right)^{- 0,13} =$$

$$= \left( 19,875 \right)^{- 0,12}\left( \frac{0,0123}{5 \bullet 1,766 \bullet 10^{- 6}} \right)^{0,28}\left( \frac{0,125}{0,062} \right)^{- 0,48}\left( \frac{92,13 \bullet 47452,7}{18 \bullet 53156,8} \right)^{- 0,13} = 0,698 \bullet 7,591 \bullet 0,714 \bullet 0,821 = 3,105$$

1. Zestawienie wartości doświadczalnych i obliczonych:

L.p.	T1	T2	VA	Vw	mT	mW	t	$$\frac{m_{w}}{\tau}$$	pT	Edosw
	[˚C]	[˚C]	cm^3	cm^3	[kg]	[kg]	[s]	[kg/s]	[Pa]
1.	91,7	86,0	83,5	16,5	0,0729	0,0159	609	0,26·10^-4	47786,7	1,007
2.	95,6	87,0	82,0	0,018	0,0716	0,0174	382	1,87·10^-4	45143,4	0,920

Tab.2.

L.p.	Fr	PW	$$\frac{A}{\text{nf}}$$	$$\frac{D}{h}$$	$$\frac{M_{T}P_{T}}{18P_{W}}$$	C	Eobl
1.	19,875	53156,8	1392,978	2,016	4,569	3,105	1
2.	61,359	61041,4	1392,978	2,016	4,113	2,752	1

Tab.3.

4. Wnioski:

Temperatura pary opuszczającej wyparkę przy zwiększeniu napięcia na autotransformatorze z 150 na 170 V zmieniła się tylko o jeden ˚C. Natomiast czas, w którym odebrano 100 ml destylatu zmniejszył się o ok. 40%. Wraz ze zwiększeniem napięcia w otrzymanym destylacie otrzymuje się więcej wody. Jest to spowodowane zwiększeniem temperatury grzania, a tym samym zwiększenie udziału pary wodnej w procesie. W obu pzypadkach wartość liczby C wynosi zncznie więcej niż 0,84, co wskazuje na przepływ pojedyczny. Przepływ ten charakteryzuje się stopniem nasycenia równym 1. Doświadczenie potwerdziło tę zależność. W obu przypadkach wartości E są bardzo bliskie jedności. Wydajność destylacji z parą wodną rośnie wraz ze zbliżaniem się wartości liczby E do jedności.