Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego

w Warszawie

Wydział Nauk o Żywności

Destylacja

Sprawozdanie z ćwiczeń nr 12

Z przedmiotu Inżynieria Procesowa

Data zajęć : 12.06.2014

Rok akademicki 2013/2014

Grupa 1a

Prowadzący zajęcia:

Dr inż. Monika Janowicz

Warszawa, 2014

Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest znalezienie równania linii operacyjnej dla górnej (wzmacniającej) i dolnej (odpędowej) części doświadczalnej kolumny destylacyjnej, wyznaczenie sprawności ogólnej kolumny oraz wykonanie bilansu cieplnego kolumny destylacyjnej.

Wstęp teoretyczny :

Destylacja jest to proces rozdziału mieszanin wieloskładnikowych przez odparowanie i kondensację par. Warunkiem koniecznym dla przeprowadzenia danego procesu jest różnica lotności rozdzielanych składników. Proces ten zachodzi w taki sposób ,iż podczas wrzenia mieszaniny składającej się z dwu składników o różnej lotności składnik bardzie lotny przechodzi do fazy parowej w stosunkowo większej ilości niż składnik bardziej lotny .Zależność gdzie przy badaniu procesu destylacji konieczna jest znajomość składu fazy parowej od składu fazy ciekłej przedstawiana jest w postaci wykresu zwanego krzywą równowagi. Skład mieszaniny charakteryzowany jest poprzez zawarty w nim składnik bardziej lotny.

Punkt przecięcia krzywej równowagi z przekątna charakteryzuje stan, w którym skład pary i cieczy

Jest taki sam
i nazywamy go punktem azeotropowym. Jeżeli ciśnienie jest normalne to temperatura wrzenia w tym punkcie wynosi 78,15.

Wielkość R jest to stopień deflegmacji .Pokazuje on w jakim stosunku strumień pary płynącej do skraplacza rozdziela się na ekstrakt i destylat.

Z położenia linii operacyjnych górnej i dolnej części kolumny wyznaczamy teoretyczną liczbę półek kolumny, prowadząc kolejno pionowe i poziome odcinki między krzywą równowagi a liniami operacyjnymi .

Wyróżniamy aparaty do destylacji wielostopniowej z flegmą, aparaty kolumnowei zwykłe urządzenia destylacyjne. Warunkiem dobrej wymiany ciepła miedzy przepływającymi fazami (ciekłą i gazową)jest odpowiednia powierzchnia styku .Osiągamy to dzięki odpowiedniej zabudowie wnętrza kolumn.

Dane w postaci tabelerycznej :

Czas destylacji [min]	Wskazania termometrów [°C]
		surówka	Kocioł kolumny	Opary opuszczające kolumnę	Wlot wody chłodzącej
0	87,8	100	77,0	17
5	88,3	100	77,8	18
10	88,4	100	77,3	18
15	88,3	100	77,2	18
20	88,4	100	76,8	17
25	88,7	100	78,5	16
30	88,6	100	76,9	16

1) Strumień masy surówki, destylatu, powrotu (flegmy) i cieczy wyczerpanej [kg/h]:

t = 30 min => 0,5 h

- Strumień masy surówki: S_m =

a_s=0,173

- Strumień masy destylatu: D_m =

a_D=0,854

- Strumień masy powrotu (flegmy): 2,42 kg - 1 h

f_m - 0,5 h

f_m = 1,21

- Strumień masy wyczerpanej: S_m = D_m + W_m

W_m = 3,73
- 0,68
= 3,05

3,73 *0,173=0,68*0,854 +3,05*a_w

0,65-0,58=3,05 a_w

a_w=0,023=2,3%

2) Średnia masa molowa surówki ,destylatu i flegmy[kmol/h]:

M_śr = M_Aa + M_B (1 - a)

M_śrs d= 46 · 0,854 + 18 ( 1- 0,854 ) = 41,912
M_śrs s= 46 · 0,173 + 18 ( 1- 0,173 ) = 22,844

M_śrs f= M_śrs d = 41,912

- Strumień masy surówki: S =

- Strumień masy destylatu: D =

- Strumień masy powrotu (flegmy):

M_śrf = M_śrD = 41,912

f =

3) Stopień deflegmacji (R) oraz

- Stopień deflegmacji (R): R =

4) ilość kmoli surówki przypadającej na jeden kmol destylatu (V):

V =

5)Zawartość alkoholu w destylacie i cieczy wyczerpanej i surówce w % molowych :

x_D =

x_w =

x_s =

6) Równania linii operacyjnych:

Górna:

y=(R/R+1)x+xD/R+1
y=(1,78/1,78+1)x+0,696/1,78+1
y=0,64x+0,250

Dolna:

y=(V+R/R+1)x-(V-1/R+1)x_W

y=(10,25+1,78/1,78+1)x-(10,25-1/1,78+1)*0,009

y=4,33x-0,029

7)Ilość ciepła przekazywana cieczy w kotle kolumny

Q=Q_g+W_m c_W(t_W-t_S)-D_m c_D(t_S-t_D )

Q_g=D_m(1+R)r_d

r_D=r_alka_D+r_H2O(1-a_D)

a_D=0,854 → t_D=78,91→r_alk=852kJ/kg r_H2O=2272,5 kJ/kg

r_D=852*0,854 +2272,5*(1-0,854)=1059,4kJ/kg

Q_g=0,68*(1+1,78)* 1059,4=2002,7kJ/h=0,55kJ/s=0,55 kW

c_D= c_alka_D+ c_H2O(1-a_D)=2,97*0,854+4,19*(1-0,854)=3,15kJ/kg*K

a_S=0,173 →t_s=87,84

S_m=D_m+W_m →W_m=S_m-D_m

W_m=3,73-0,68=3,05/h=0,00085kg/s

Q=0,55+0,00085*4,19*(101-87,84)-0,00018*3,15*(87,84-78,91)+0 = 0,59kW

8) teoretyczne zużycie wody M_H2O w czasie pracy kolumny rektyfikacyjnej

T_k= 46+35/2=40,5

T₀= 18+18+18+17+17+16+16/7= 17,14

Q_d= M H2O*c H2O* (tk-t0)= 18*4,19*(40,5-17,14)= 1761,8 J/kg= 1,76kJ/kg

9)Sprawność ogólna kolumny

---