Обработка опытных данных

1. По данным, приведенным в табл. П15, построить для смеси этиловый спирт – вода кривую равновесия в координатах
(рис.3.2).

2. По данным, приведенным в табл. П15, построить диаграмму (рис.3.3)

3. Найти концентрацию низкокипящего компонента в дистилляте мол. доля, по плотности дистиллята r при температуре (табл. П14). Температуру дистиллята принять равной температуре , которая определена по значению ЭДС, показываемому цифровым вольтамперметром при положении переключателя термопар в позиции 8. Концентрация низкокипящего компонента в паре, выходящем из колонны, равна его концентрации в дистилляте, т.е. .

Рисунок 3.2 – Кривая равновесия	Рисунок 3.3 – Кривая кипения конденсации

Для нахождения , осуществить линейную интерполяцию, предварительно определив, в какой промежуток попадает замеренное значение плотности дистиллята r при температуре (прил. П20).

(3.1)

где – значение плотности дистиллята при температуре , большее ; – значение плотности дистиллята при температуре , меньшее ; и – мольная концентрация низкокипящего компонента в дистилляте соответственно и .

(3.2)

Состав дистиллята можно определить графически, используя рисунок приложения П10. Для этого по известному значению температуры дистиллята строится вспомагательный график . По заданному значению находится значениеи (рис. 3.4).

4. По диаграмме при температуре исходной смеси в парогенераторе определить концентрацию низкокипящего компонента в жидкой смеси (рис. 3.5).

(3.3)

где – концентрация низкокипящего компонента в дистилляте, мол. доля; – концентрация низкокипящего компонента в смеси, находящейся в парогенераторе, мол. доля; – концентрация низкокипящего компонента в парах, равновесных с жидкостью, находящейся в парогенераторе, мол. доля; ( определить по диаграмме равновесия по (рис.3.5)).

Рисунок 3.4 – К определению состава дистиллята	Рисунок 3.5 – Концентрация НК в исходной смеси

5. Вычислить действительное флегмовое число

(3.4)

где – количество флегмы, л/ч; – количество дистиллята, л/ч.

Количество флегмы и дистиллята найти по показаниям расходомеров 12 и 14, пользуясь градуировочной кривой (рис. 3.6).

6. Найти коэффициент избытка флегмы по формуле

(3.5)

7. На диаграмме построить рабочую линию укрепляющей части ректификационной колонны непрерывного действия (рис.3.7).

Уравнение рабочей линии укрепляющей части ректификационной колонны непрерывного действия имеет вид

(3.6)

где – мольная доля низкокипящего компонента в паре, входящем снизу на тарелку; – мольная доля низкокипящего компонента в жидкости, стекающей с этой тарелки.

Рисунок 3.6 – Градуировочная кривая для определения расхода этилового спирта	Рисунок 3.7 – Рабочие построения

В уравнении (3.6) – тангенс угла наклона рабочей линии к оси абсцисс, – отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат диаграммы . Дня построения рабочей линии вычислить отрезок , отложить его от начала оси ординат, соединить конец отрезка с точкой на диагонали диаграммы, соответствующей

8. Определить графическим путем по диаграмме число ступеней изменения концентрации (теоретических тарелок) в укрепляющей части ректификационной колонны, проведя горизонтальную линию из точки до пересечения с линией равновесия, а затем вертикальную линию вниз до рабочей линии. Указанные построения выполняют до пересечения с вертикалью, проведенной из (рис.3.7).

9. Вычислить КПД тарелок

(3.7)

где – число действительных тарелок в колонне (для укрепляющей части колонны = 9).

10. Найти количество паров, кг/с, поднимающихся по колонне

(3.8)

где – количество дистиллята, кг/с.

Количество дистиллята, кг/с

(3.9)

где r – плотность дистиллята, кг/м³.

11. На диаграмме по значению найти температуру пара , выходящего из колонны (рис.3.8).

Рисунок 3.8 – Температура пара, выходящего из колонны

12 Найти удельную теплоемкость дистиллята, Дж/(кг·К), при температуре

(3.10)

где – удельная теплоемкость этилового спирта, Дж/(кг·К), при температуре дистиллята – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг·К), при температуре – концентрация дистиллята, масс. доля.

Удельные теплоемкости этилового спирта и воды найти по рис. П4.

Массовую концентрацию дистиллята можно рассчитать по формуле

(3.11)

где – молекулярные массы этилового спирта и воды, соответственно, кг/кмоль ().

13. Вычислить удельную теплоту парообразования смеси, Дж/кг,

(3.12)

где и – удельные теплоты парообразования этилового спирта и воды соответственно, Дж/кг, найти при температуре пара ; – концентрация низкокипящего компонента в паре, масс. доля, .

14. Рассчитать тепловые потери в дефлегматоре пользуясь уравнением

(3.13)

где – расход охлаждающей воды в дефлегматоре, кг/с; – начальная и конечная температуры охлаждающей воды, °С (конечную температуру воды принять равной ).

Расход охлаждающей воды, кг/с:

(3.14)

где – расход охлаждающей воды в дефлегматоре, л/ч, найти по показанию расходомера 15, пользуясь градуировочной кривой (рис. 3.9); – плотность воды, кг/м³, при температуре,

(3.15)

Плотность воды найти в приложении табл. П5.

15. Вычислить коэффициент теплопередачи в дефлегматоре, Вт/(м²·К),

(3.16)

где – поверхность теплопередачи дефлегматора, – средний температурный напор в дефлегматоре, °С.

Средний температурный напор для дефлегматора рассчитывается по схеме:

и формулам (2.3) – (2.4).

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое ректификация? Отличие ректификации от простой перегонки.

2. Уравнения материального баланса процесса ректификации.

3. Уравнения рабочих линий укрепляющей и исчерпывающей частей колонны.

4. Построение процесса ректификации в диаграмме.

5. Уравнения теплового баланса ректификационной колонны и дефлегматора.

6. Зависимость между флегмовым числом и размерами колонны.

7. Определение числа теоретических тарелок по диаграмме.

8. Минимальное и оптимальное флегмовое число.

9. Равновесие при ректификации и перегонке, закон Рауля.

10. Устройство ректификационной колонны.