andrey

Путь к Файлу: /МГУТиУ / 3 курс 2708 пфо / методички / процессы и аппараты / процесс период ректиф.doc

Ознакомиться или скачать весь учебный материал данного пользователя
Скачиваний:   0
Пользователь:   andrey
Добавлен:   13.01.2015
Размер:   842.5 КБ
СКАЧАТЬ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И  УПРАВЛЕНИЯ

(образован в 1953 году)

 

        Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств

    Дистанционное обучение    

  

 

            

Г.Д. Кавецкий, Л.И. Кузьмина,

В.П. Касьяненко

 

 

 

 ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

 

Изучение процесса периодической ректификации водно-спиртовой смеси

Лабораторный практикум

для студентов механических и технологических специальностей всех форм обучения

 

 

процесс период ректиф

 

www.mgutm.ru

 

Москва – 2009

 

УДК 642.002.5 (075)

 

        

© Кавецкий Г.Д., Кузьмина Л.И., Касьяненко В.П. Процессы и аппараты пищевых производств. Изучение процесса периодической ректификации водно-спиртовой смеси.  Лабораторный практикум. – М.: МГУТУ, 2009.

 

 

          Рекомендовано Институтом информатизации образования РАО.

 

 

       Лабораторный практикум предназначен для студентов, изучающих дисциплину «Процессы и аппараты».

       В нем приведены описание лабораторной установки, порядок проведения работы, обработка опытных данных, а также методика расчета.  В конце работы предлагаются вопросы для самопроверки, протокол испытания ректификационной установки, приложения.

 

 

 Лабораторный практикум предназначен для студентов механических и технологических специальностей всех форм обучения.

 

 

 

 

 

       Составители: профессор, д.т.н. Кавецкий Георгий Дмитриевич

                              доцент  Кузьмина Лидия Ивановна

                              доцент, к.т.н. Касьяненко Виталий Петрович   

               

 

 

                     Рецензент: доцент, к.т.н. Бузетти Константин Дантевич

                                                            МГУТУ

 

 

 

               Редактор:  Свешникова Н.И.

 

 

 

     © Московский государственный университет технологий и управления, 2009.

       109004, Москва, Земляной вал, 73.

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                                            Стр.

1. Цель работы…………………………………………………………….4

2. Методические указания по выполнению лабораторной работы……4

3. Описание ректификационной установки и порядок проведения

     работы……………………………………………………………………7

4. Обработка данных и составление отчета………………………………9

5. Вопросы для самопроверки…………………………………………….11

6. Приложения………………………………………………………………12 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ РЕКТИФИКАЦИИ

ВОДНО-СПИРТОВОЙ СМЕСИ.

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.   

1. Испытание лабораторной ректификационной установки периодического действия.

2. Получение показателей её работы.

 

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

Перегонка и ректификация применяются для разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или нескольких компонентов, на составляющие.

Эти методы разделения жидких однородных смесей основаны на различной летучести компонентов, составляющих смесь, при одной и той же температуре.

При кипении смеси пар обогащается легколетучим компонентом, а при конденсации паровой смеси конденсат обогащается труднолетучим компонентом.

В результате перегонки и ректификации исходная смесь делится на дистиллят и кубовый остаток. Дистиллят представляет собой более или менее чистый легколетучий компонент, а кубовый остаток – труднолетучий компонент.

Возможность разделения жидкой смеси на составляющие ее компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния фаз.

Перегонка применяется для грубого разделения, а ректификация для более полного разделения жидких смесей на легко- и труднолетучие компоненты.

Следует уяснить, что ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Ректификация проводится в колонных аппаратах, снабженных контактными устройствами – тарелками различной конструкции, либо заполненных насадкой, изготовленной из различных материалов (керамика, металл, дерево и др.). Ректификационные тарелки бывают различных конструкций: колпачковые, сетчатые-провальные, беспровальные и др. Процесс разделения смеси в ректификационных колоннах проводится в противотоке: пар поднимается по колонне из куба снизу вверх, а жидкость стекает с верха колонны вниз. При таком многократном взаимодействии пара и жидкости на каждом контактном устройстве (сечении колонны) происходит частичная конденсация пара и частичное испарение жидкости за счет тепла конденсации пара. Таким образом, пар обогащается легколетучим компонентом, а жидкость, стекающая вниз колонны – труднолетучим компонентом. В результате многократного взаимодействия пара и жидкости дистиллят содержит почти чистый легколетучий компонент, а кубовый остаток – труднолетучий.

Перегонкой и ректификацией разделяют идеальные и реальные растворы.

         

 

РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМАХ ПАР – ЖИДКОСТЬ.

          Связь между равновесными концентрациями жидкости и пара для правильных (идеальных) растворов устанавливается на основании законов Рауля и Дальтона. Для бинарной смеси, состоящей из компонентов А и В, согласно закону Рауля можно записать:

                           процесс период ректиф               для компонента А                  ( 1 )    

                            процесс период ректиф       для компонента В                  ( 2 )

По закону Дальтона можно записать:

                            процесс период ректиф              для компонента А                  ( 3 )         

       или  процесс период ректиф,                                   ( 4 )                   

где  процесс период ректиф, процесс период ректиф– парциальное давление компонента А и В соответственно в

                          паровой фазе над раствором;

процесс период ректиф, процесс период ректиф – давления (упругости) паров чистых компонентов А и В соответ- ственно при температуре смеси;

        процесс период ректиф – общее давление;

 процесс период ректиф, процесс период ректиф – молярная доля компонента А в жидкой и паровой фазе соответственно.

На основе этих законов строится диаграмма равновесия пар – жидкость процесс период ректиф.

Данные по равновесию для реальных смесей получают экспериментальным путем. Они приводятся в справочной литературе  (Прил.2).

Реальные растворы отличаются по своим свойствам от идеальных.

Их поведения характеризуются положительными или отрицательными отклонениями от законов Рауля. 

Ректификация проводится периодическим и непрерывным способами.

Периодическая ректификация может проводиться при постоянном флегмовом числе процесс период ректиф, либо при постоянном составе дистиллята процесс период ректиф, тогда процесс период ректиф.

При периодической ректификации при процесс период ректиф содержание легколетучего компонента в смеси  в кубе уменьшается при проведении процесса. Поэтому дистиллят также обедняется легколетучим компонентом.

В результате на практике отбирают дистиллят в виде нескольких фракций с различной концентрацией легколетучего компонента.

Ректификационные колонны периодического действия работают как колонны непрерывного действия только с одной укрепляющей частью. Поэтому зависимость между рабочими концентрациями в жидкой и паровой фазах определяется для всей колонны одной рабочей линией, описываемой уравнением

                             процесс период ректиф,                                               ( 5 )    

где процесс период ректиф – флегмовое число;

       процесс период ректиф – концентрация легколетучего компонента в дистилляте;

       процесс период ректиф и процесс период ректиф  – текущие концентрации ЛК соответственно в жидкой и паро-

                        вой фазах.

В процессе периодической ректификации припроцесс период ректиф концентрация легколетучего компонента в кубе уменьшается с процесс период ректиф  (в начальный момент) до процесс период ректиф (в конечный момент), принимая последовательно значения процесс период ректиф, процесс период ректиф, процесс период ректиф, процесс период ректиф  и т.д. вплоть до процесс период ректиф. При процесс период ректиф наклон рабочей линии, как видно из уравнения (5), определяемый значением процесс период ректиф,  не изменяется с изменением концентрации, а рабочая линия смещается параллельно своему первоначальному положению. В простейшем случае бинарная смесь состоит из легколетучего (А) и труднолетучего (В) компонентов

Как известно, в общем случае минимальное флегмовое число определяется из материального баланса:

                                     процесс период ректиф,                                            ( 6 )  

где процесс период ректиф – концентрация легколетучего компонента в исходной смеси, мольные доли;

процесс период ректиф  – концентрация легколетучего компонента в парах, равновесного с процесс период ректиф, мольные доли (определяется по кривой равновесия на диаграмме процесс период ректиф).

Приведенное уравнение справедливо для начального момента периодической ректификации.

Зная коэффициент избытка флегмы процесс период ректиф, определяется рабочее флегмовое число процесс период ректиф. По уравнению (5) строят в координатах процесс период ректиф рабочую линию процесса и графически определяют число ступеней изменения концентраций (число теоретических тарелок).

Число действительных тарелок будет равно

                                         процесс период ректиф,

где процесс период ректиф –   коэффициент полезного действия тарелки.

Средний состав дистиллята определяется по формуле

                    процесс период ректиф

Интеграл в правой части уравнения определяют методом графического интегрирования, используя зависимость между составом дистиллята и кубовой жидкостью.

 

3. ОПИСАНИЕ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ И ПОРЯДОК

ПРОВЕДЕНИЕ РАБОТЫ. 

Отчет должен содержать: схему ректификационной установки, протокол испытания, материальный баланс процесса, определение числа ступеней изменения концентраций (число теоретических тарелок), расчет высоты насадки эквивалентной одной ступени изменения концентраций.

Описание установки: Лабораторная ректификационная установка состоит из куба 1, ректификационной колонны 2, термометров 3,6, дефлегматора-холодильника 4 и сборника дистиллята 5 (рис.1).

 

Характеристика установки:

Объем куба  – процесс период ректиф л.

Диаметр –  процесс период ректифмм.

Высота – процесс период ректиф мм.

    Высота колонны, заполненной насадкой – процесс период ректифмм (кольца Рашига 10х10х2)

    Диаметр колонны – процесс период ректиф мм. 

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ.

Исходный спиртовой раствор с концентрацией 8-10% масс. Спирта в количестве, указанном преподавателем, загружается в куб установки. Включают электрообогреватель.

В кубе раствор нагревается до температуры кипения. Температура в кубе колонны контролируется по термометру процесс период ректиф. Тепло к раствору подводится с помощью электронагревателей, напряжение которых регулируется прибором РНО. Мощность замеряется ваттметром, сила тока – амперметром, напряжение – вольтметром. Количество загруженного раствора и кубового остатка контролируется по водомерному стеклу 7.

Готовый продукт собирается в сборниках 5.

Концентрация спирта в дистилляте будет изменяться во времени.

Поэтому отбирают несколько фракций продукта с различным содержанием в нем легколетучего компонента-спирта. Температура паров, выходящих из колонны, контролируется термометром процесс период ректиф.

После ознакомления с установкой вычерчивается её схема с указанием приборов. Распределяются рабочие места, и после разрешения преподавателя бригада в количестве 3-5 человек приступает к работе.

 

процесс период ректиф

 

Рис. 1. Вариант установки.

1- куб, 2- ректификационная колонна, 3- термометр электронный,

4- дефлегматор-холодильник, 5-сборник, 6-термометр,

7- водомерное стекло.

В процессе работы определяют:

1.  Количество исходной смеси процесс период ректиф (см3) по водомерному стеклу.   

2.  Плотность исходной смеси процесс период ректиф  (г/см3) ареометром. С помощью графика (прил. 4) определяют концентрацию спирта процесс период ректиф  % масс.

3.  Плотность дистиллята процесс период ректиф, полученного за начальный момент времени  процесс период ректиф, ареометром и концентрацию спирта процесс период ректиф % масс по приложению 4.

4.  Плотность дистиллята, полученного за время процесс период ректиф и процесс период ректиф, процесс период ректифи процесс период ректиф – ареометром и концентрации спирта процесс период ректиф; процесс период ректиф  % масс. (Прил. 4).

5.  Количество дистиллята за начальный момент времени процесс период ректиф; процесс период ректиф, за моменты времени процесс период ректиф и процесс период ректиф.

6.  Среднюю плотность дистиллята процесс период ректиф.

7.  Температуры кипения водно-спиртового раствора в моменты времени процесс период ректиф, процесс период ректиф,процесс период ректиф  по термометру процесс период ректиф.

8.  Результаты измерения заносят в протокол (Прил.1).

Промежутки времени задаются преподавателем.   

 

 

4. ОБРАБОТКА ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ

И СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА.

1.  Производим перерасчет объемных потоков в массовые

                                   процесс период ректиф; процесс период ректиф.

2.  Составляем материальный баланс процесса по общей массе

                                    процесс период ректиф.  

Отсюда определяем количество кубового остатка

                                     процесс период ректиф.

3.  Определяем среднюю концентрацию дистиллята

                                   процесс период ректиф    (% масс.)

5. Для определения числа ступеней изменения концентраций производим перерасчет концентраций для момента времени  в доли моля

                          процесс период ректиф;   процесс период ректиф,                                                                    

где процесс период ректиф и процесс период ректиф – мольные массы соответственно спирта и воды, процесс период ректиф,         

       процесс период ректиф.

5.  Минимальное флегмовое число для начального момента процесс период ректиф

                                         процесс период ректиф

Равновесную концентрацию процесс период ректиф определяем по диаграмме процесс период ректиф по концентрации процесс период ректиф (Прил. 2).

6. Для каждой конструкции ректификационной колонны коэффициент избытка флегмы принимаем процесс период ректиф, тогда рабочее флегмовое число равно

                                                                процесс период ректиф

7. По данным о равновесии системы пар-жидкость (Прил. 2) в координатах процесс период ректиф построим линию равновесия и рабочую линию процесса для начального момента времени процесс период ректиф. Для построения рабочей линии откладываем на оси ординат отрезок процесс период ректиф и соединяем точку А с координатами процесс период ректиф с точкой В. Строим ступенчатую линию между линией равновесия и рабочей и определяем число ступеней концентраций процесс период ректиф (рис.2).

8. Определяем высоту насадки эквивалентную одной ступени изменения концентраций процесс период ректиф

                                        процесс период ректиф,

где процесс период ректиф –   высота насадки в колонне, равная 300 мм.

Результаты расчета сведены в таблицу (Прил. 3).

9.  Строим графики изменения температуры кипения смеси, и  изменения концентрации дистиллята для отрезков времени процесс период ректиф, процесс период ректиф,процесс период ректиф.

Делаем выводы по выполненной работе.

 

процесс период ректиф

Молярная концентрация спирта в жидкой фазе,

                           доли моля

 

Молярная концентрация спирта в жидкой фазе,    

                                    доли моля

 
 

 

 

 

 

процесс период ректиф

 

 

 


        Рис. 2.

 

Молярная концентрация спирта в жидкой фазе,

                                    доли моля

 
5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ.

1.  Какие жидкие среды разделяют на составляющие компоненты методом перегонки и ректификации?

2. На каком свойстве компонентов, составляющих смесь, основано разделение смеси на составляющие компоненты?

3.  Какому закону подчиняется равновесие между паром и жидкостью идеальных растворов?

4.  Какие отклонения от закона Рауля характерны для реальных растворов?

5.  Почему нельзя разделить азеотропные смеси на составляющие компоненты методами ректификации и простой перегонки?

6.  Как определяется минимальное и рабочее флегмовые числа?

7.  В чем заключается расчет ректификационной колонны?

8.  Какими способами может проводиться периодическая ректификация?

9.  Что такое фракционная перегонка и почему она применяется в промышленности?

10. В чем принципиальное различие расчета непрерывной и периодической ректификации, проводимой при процесс период ректиф?

11. Что такое ступень изменения концентраций (теоретическая тарелка) и как она определяется?

 

6. ПРИЛОЖЕНИЯ.

                                                                                                                                                                   

                                                                                                         Приложение 1.

 

Протокол испытания ректификационной установки.

 

                Наименование величины

  Значение величины

 Количество исходной смеси процесс период ректиф (см3)

 Плотность исходной смеси процесс период ректиф  (г/см3)

 Начальный момент процессов процесс период ректиф (мин)

 Плотность дистиллята, полученного за процесс период ректиф 

 (г/см3)

 Плотность дистиллята, полученного за процесс период ректиф   

  (г⁄см3)

 Плотность дистиллята, полученного за процесс период ректиф   

 (г/см3)

 Количество дистиллята за процесс период ректиф (см3)

 Количество дистиллята за процесс период ректиф (см3)

 Количество дистиллята за процесс период ректиф (см3)

 Количество дистиллята за опыт процесс период ректиф

 Температура кипения смеси в момент  процесс период ректиф (0С)

 Температура кипения смеси в момент  процесс период ректиф (0C)

Температура кипения смеси в момент  процесс период ректиф (0С)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                 Приложение 2.

 

Равновесные составы пара процесс период ректиф и жидкости процесс период ректиф в мольных долях и температуры кипения процесс период ректиф смеси  этиловый спирт – вода при 0,1 МПа.

 

Содержание спирта в жидкости процесс период ректиф, доли моля

Температура кипения смеси процесс период ректиф, 0C

Содержание спирта в парах процесс период ректиф, доли моля

0

0,05

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,0

100

90,5

86,5

83,2

81,7

80,8

80,0

79,4

79,0

78,6

78,4

78,4

0

0,332

0,442

0,531

0,576

0,614

0,654

0,699

0,753

0,818

0,898

1,0

                                           

 

                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                   Приложение 3.

 

Таблица результатов.

Наименование величины

Единицы измерения

  Значение

  величины

Количество исходной смеси  процесс период ректиф

      кг

 

Количество дистиллята  процесс период ректиф

      кг

 

Количество кубового остатка  процесс период ректиф

      кг

 

Молярная концентрация исходной смеси процесс период ректиф

 доли моля

 

Молярная концентрация дистиллята  процесс период ректиф

 доли моля

 

Концентрация  I – ой порции дистиллята процесс период ректиф за процесс период ректиф

   % масса

 

Концентрация  II – ой порции дистиллята процесс период ректиф за процесс период ректиф

   % масса

 

Концентрация  III – ей порции дистиллята процесс период ректиф за процесс период ректиф

    % масса

 

Средняя концентрация дистиллята процесс период ректиф  

       -

 

Минимальное флегмовое число процесс период ректиф

        -

 

Рабочее флегмовое число процесс период ректиф

        -

 

Число ступеней изменения концентраций процесс период ректиф 

      шт.    

 

Высота насадки, эквивалентная одной ступени изменения концентраций процесс период ректиф

        м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

процесс период ректиф

процесс период ректифпроцесс период ректиф                                                                                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кавецкий Георгий Дмитриевич

Кузьмина Лидия Ивановна

Касьяненко Виталий Петрович

 

Изучение процесса периодической ректификации

водно-спиртовой смеси

 

Лабораторный практикум

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тираж:

Заказ №

 

 

 

 

 

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика