Destylacja z parą wodną, inżynieria chemiczna lab, sprawka, 2


Destylacja z parą wodną

Grupa IV:


Marcin Kłak 160620

Ewelina Stawicka 152358


Joanna Czulak 151316

1. Wprowadzenie:

Wiele związków chemicznych podczas destylacji przy ciśnieniu normalnym ulega rozkładowi lub polimeryzacji. Aby możliwe było ich oddestylowanie, należy wykonywać ten proces w niższej temperaturze. Możliwe to jest po obniżeniu ciśnienia nad układem destylowanym lub, co jest celem tego ćwiczenia, po wprowadzeniu do układu gazu obojętnego. W tym drugim przypadku gaz obojętny nasyca się związkiem destylowanym, który następnie wyodrębnia się z tej mieszaniny.

Ze względów praktycznych najkorzystniejsze jest stosowanie pary wodnej jako gazu obojętnego. Po skropleniu pary uzyskuje się mieszaninę wody i substancji destylowanej A. Gdy ciecz A nie miesza się z wodą lub miesza się tylko w nieznacznym stopniu, można od razu uzyskać czysty produkt (A).


2. 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.


3. Aparatura:

1- wytwornica pary

2- regulator poziomu wody

3- kolba destylacyjna

4- nasadka

5- chłodnica

6- bełkotka

7- odbieralnik destylatu

T2- temp. cieczy w wyparce

T3- temp. pary opuszczającej wyparkę

A1, A2- autotransformatorem

0x01 graphic

4. Metodyka pomiarów:

Po zapoznaniu się z aparaturą należy:

a) Ustawić odpowiednie położenie bełkotki.

b) Doprowadzić wodę do wytwornicy pary.

c) Doprowadzić wodę do chłodnicy.

d) Podgrzać ciecz w wyparce do temperatury 100°C.

e) Włączyć wytwornicę pary, po uzyskaniu temperatury wody równej 95°C ustalić, za pomocą autotransformatora A2, napięcie na grzałkach wytwornicy wg wskazań prowadzącego ćwiczenia.

f) Po ustaleniu się temperatur cieczy i pary odebrać dwufazowy destylat. Zanotować objętość odebranej wody i substancji destylowanej.

g) Ustawić inne napięcie na grzałkach wytwornicy pary i wykonać następne pomiary wg punktów e, f.

h) Podczas pomiarów należy tak regulować ogrzewanie wyparki, aby w wyparce istniała tylko jedna faza ciekła.

i) Po zakończeniu ćwiczeń:

- wyłączyć ogrzewanie wytwornicy pary,

- wyłączyć ogrzewanie wyparki,

- zamknąć dopływ wody do chłodnicy i wytwornicy pary.

5. Oznaczenia:

Edosw- stopień nasycenia doświadczalny

Eobl- stopień nasycenia obliczeniowy

PA- prężność pary nasyconej toluenu w temp. destylacji [Pa]
Pw- prężność pary nasyconej wody w temp. destylacji [Pa]

pA- prężność cząstkowa toluenu w fazie gazowej [Pa]

Pc- ciśnienie zewnętrzne [Pa]

yA- ułamek molowy toluenu

MA- masa cząsteczkowa toluenu [kg/kmol]

mA- masa toluenu [kg]

MW- masa cząsteczkowa pary wodnej [kg/kmol]

mW- masa pary wodnej [kg]

Fr- liczba Frouda

w- prędkość wypływu pary z dyszy bełkotki [m/s]

g- przyciąganie ziemskie [m/s2]

D- średnica aparatu [m]

d0- średnica dyszy [m]

C- liczba C

n- liczba dysz

f- pole powierzchni przekroju dyszy [m2]
h- wysokość słupa cieczy nad bełkotką [m]
A- pole powierzchni przekroju aparatu [m2]

δpw- gęstość pary wodnej w kolbie destylacyjnej [kg/m3]

τ- czas, w którym w destylacie odebrano masę wody [s]

p- ciśnienie [Pa]

MH2O- masa cząsteczkowa wody [kg/kmol]

R- stała gazowa [J/mol*K]

T3- temp. pary [K]

T2- temp. wrzącej mieszaniny [K]

6. Wyniki pomiarów:

Nr pomiaru

T3 [۫C]

T2 [۫C]

VH2O [cm3]

VA [cm3]

τ [s]

U [V]

1

85,5

88,5

17,5

82,5

458,5

160

2

85,5

88,1

17,0

83,0

321,7

190

3

86,0

88,2

18,1

81,9

228

220

6.1 Wartości konieczne do obliczeń:

δH2O- 1000 [kg/m3]

g = 9,81 [m/s2]

π = 3,14

D = 0,125 [m]

MA= 92,13 [kg/kmol]

δA- 873 [kg/m3]

R = 8314 [J/kmol*K]

n = 5

h = 0,062 [m]

MW= MH2O= 18 [kg/kmol]

Pc=p= 101325 [Pa]

d0= 0,0015 [mm]

6.2 Tabela zależności T do P:

T [۫C]

T [K]

P [mmHg]

P [Pa]

a

85

358,15

345,14

46014,06

b

90

363,15

407,38

54311,90

7. Obliczenia:

1. Obliczenie Edosw- doświadczalnego stopienia nasycenia, według wzoru:

Edosw= pA/PA

Edosw=45160,5525/46843,844=0,9640658

2. Obliczenie PA- prężności pary nasyconej toluenu w temp. destylacji z tabeli (interpolacja) i przeliczenie [mmHg na Pa]:

(Tb-Ta) - (Pb-Pa) => (PA-Pa)= {(T3-Ta)* (Pb-Pa)}/ (Tb-Ta) => PA= [{(T3-Ta)* (Pb-Pa)}/ (Tb-Ta)] + Pa

(T3-Ta) - (PA-Pa)

PA= [{(358,65-358,15)*(54311,90-46014,06)}/(363,15-358,15)]+46014,06= {[(0,5)*(8297,84)}/5]+46014,06= [{4148,92}/5]+46014,06= 829,784+46014,06= 46843,844

[1 mmHg= 133,32 Pa][{m*(m/s2)*kg}/m3 = {(m*kg)/s2}/m2 = N/m2 = Pa]

[(Pa*K)/K=Pa]

3. Obliczenie pA- prężności cząstkowej toluenu w fazie gazowej [Pa], według wzoru:

pA= Pc* yA

pA=101325*0,4457=45160,5525

4. Obliczenie yA- ułamka molowego toluenu, według wzoru:

yA= (mA/ MA)/{(mA/ MA) + (mw/ Mw)}

yA= (0,0720225/92,13)/{(0,0720225/92,13)+( 0,0175/18)}=(0,0007817)/{( 0,0007817)+(0,0009722)}= (0,0007817)/{0,0017539}=0,4457

5. Obliczenie mA- masa toluenu i mW- masa pary wodnej [kg], według wzoru:

mA= VA* δA i mw= VH2O* δH2O

mA=0,0000825*873=0,0720225

[m3*(kg/m3)= kg]

6. Obliczenie Eobl- obliczeniowego stopnia nasycenia, według wzoru:

a) Eobl=1 ;dla C>0,84 (przepływ pojedyńczy)
b) Eobl= 1,17*Fr0,12*{A/(n*f)}0,28*(D/h)-0,48*{(MA*PA)/(Mw*Pw)}-0,13 ;dla 0,84>c>0,735 (przepływ pionowy)

c) Eobl= 5,52*Fr-0,48*{A/(n*f)}1,0*(D/h)-2,3*{(MA*PA)/(Mw*Pw)}-0,48 ;dla C<0,735 (przepływ strumieniowy)

Eobl=1 ;dla C= 2,8831139

7. Obliczenie Pw- prężność pary nasyconej wody w temp. destylacji [Pa], według wzoru:

mA/mw = (MA*PA)/(Mw*Pw) => Pw = (MA*PA*mw)/(Mw*mA)

Pw=(92,13*46843,844*0,0175)/(18*0,0720225)=75525,1585/1,2964=58257,6045

[{(kg/kmol)*Pa*kg}/{(kg/kmol)*kg}=Pa]

8. Obliczenie C- liczby C, według wzoru:

C=Fr-0,12*{(A/n*f)}0,28*(D/h)-0,48*{(MA*PA)/(Mw*Pw)}-0,13

C=(41,40044278)-0,12*{0,012265625/(5*0,00000176625)}0,28*(0,125/0,062)-0,48*{(92,13*46843,844)/(18*58257,6045)}-0,13=

= 0,639675035* 7,58484833* 0,71421868* 0,832001863= 2,8831139

9. Obliczenie Fr- liczby Frouda, według wzoru:

Fr=w2/(g*D)

Fr=(7,12511705)2/(9,81*0,125)=50,76729297/1,22625=41,40044278

10. Obliczenie A- pola powierzchni przekroju aparatu [m2], według wzoru:

A=(π*D2)/4

A=3,14*(0,125)2}/4=(3,14*0,015625)/4=0,0490625/4=0,012265625

11. Obliczenie f- pola powierzchni przekroju dyszy [m2], według wzoru:

f=(π*d02)/4

f={3,14*(0,0015)2}/4=(3,14*0,00000225)/4=0,000007065/4=0,00000176625

12. Obliczenie w- prędkości wypływu pary z dyszy bełkotki [m/s], według wzoru:

w=mw/(τ*δpw*f*n)

w=0,0175/(458,5*0,60658354*0,00000176625*5)=0,0175/0,0024561=7,12511705

[kg/{s*(kg/m3)*m2}= m/s]

13. Obliczenie δpw- gęstości pary wodnej w kolbie destylacyjnej [kg/m3], według wzoru:

δpw=(p*MH2O)/(R*T2)

δpw=(101325*18)/( 8314*361,65)=(1823850)/(3006758,1)=0,60658354


[{(kg/m*s2)*(kg/kmol)}/{(N*m/kmol*K)*K}= kg/m3]

8. Stabelaryzowane pomiary i obliczenia:

Nr pomiaru

T3 [K]

T2 [K]

VH2O [m3]

VA [m3]

τ [s]

mw

mA

yA

pA

PA

Edosw

1

358,65

361,65

0,0000175

0,0000825

458,5

0,0175

0,0720225

0,4457

45160,5525

46843,844

0,9640658

2

358,65

361,25

0,0000176

0,0000824

321,7

0,0176

0,0719352

0,4439

44987,8417

46843,844

0,96037895

3

359,15

361,35

0,0000181

0,0000819

228

0,0181

0,0714987

0,4355

44136,6043

47673,628

0,92580754

Nr pomiaru

δpw

w

f

A

Fr

C

1

0,60658354

7,12511705

0,00000176625

0,012265625

41,40044278

2,8831139

2

0,6072552

10,20159754

0,00000176625

0,012265625

84,87061552

2,6475336

3

0,6070871

14,80711708

0,00000176625

0,012265625

178,7977299

2,43183509

Pw

A/(n*f)

D/h

MA*PA

Mw*Pw

Eobl

58257,6045

1388,888889

2,016129032

4315723,3477

1048636,881

1

58661,38392

1388,888889

2,016129032

4315723,348

1055904,911

1

61771,36507

1388,888889

2,016129032

4392171,348

1111884,571

1



9. Wnioski:

Temperatura T3 oraz T2 nie ulegają zmianie w trakcie doświadczenia. Wraz ze zmianą ustawienia autotransformatora rośnie ilość odbieranej fazy wodnej, a malej ilość odbieranego toluenu. Jednocześnie spada czas oczekiwania na zebranie 100ml cieczy. Szybciej odbierzemy toluen, gdy zwiększymy ustawienie autotransformatora grzejącego wodę. W ten sposób dostarczymy więcej pary wodnej do kolby destylacyjnej. Edośw oraz liczba C maleją ze wzrostem szybkości odbierania destylatu. Liczba C jest dużo większa od wartości 0,84 wówczas Eobl równa się jedności. Wydajność destylacji z parą wodną rośnie wraz ze zbliżaniem się wartości liczby E do jedności. Dla pomiaru Nr1 liczba E jest bliska jedności i wydajność odbierania destylatu jest największa. Natomiast wraz ze wzrostem ustawienia autotransformatora wody wartości te spadają.

4



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
DESTYLACJA Z PARĄ WODNĄ 2, iżynieria chemiczna
Izotermiczna adsorpcja okresowa w układzie ciało stałe - ciecz, inżynieria chemiczna lab, sprawka, 2
Destylacja z parą wodną, Studia, Inżynieria Chemiczna
Destylacja z parą wodną(1), Studia, Inżynieria Chemiczna
Kolos destylacja z parą wodną, 2 rok, 2 semestr, chemia organiczna ćwiczenia
destylacja z para wodna
Destylacja z parą wodną
DESTYLACJA Z PARĄ WODNĄ (3)
Destylacja para wodna
DESTYLACJA Z PARĄ WODNĄ
Destylacja z parą wodną Rozwiązanie zadań
destylacja z parą wodną kolokwium 2016, OCHRONA ŚRODOWISKA UJ, chemia organiczna
pytania koło koźlecki, Technologia chemiczna PWR, SEMESTR V, Inżynieria chemiczna - lab
destylacja z para wodna sprawoz Nieznany
destylacja z para wodną sprawozdanie, STUDIA PŁ, TECHNOLOGIA ŻYWNOŚCI I ŻYWIENIA CZŁOWIEKA, ROK II,
destylacja z parą wodną, ochrona środowiska UJ, IV semestr, chemia ograniczna, sprawozdania

więcej podobnych podstron