Порядок обработки результатов

Определение среднего коэффициента полезного действия

По замеренным в конце каждого опыта объемным концентрациям спирта флегмы и кубовой жидкости определяют в них массовые доли этилового спирта х_д^м и х_w^м по таблице 3.

Таблица 3 - Определение массовой доли этилового спирта (х^м) в водном растворе

Объемная концентрация спирта (по показаниям спиртомера при 18-22 град. С).	Спирт х^м	Объемная концентрация спирта (по показаниям спиртомера при 18-22 град).	Спирт х^м	Объемная концентрация спирта (по показаниям спиртомера при 18-22 град).	Спирт х^м
96,0	94,9	64,0	53,1	32,0	27,1
95,0	93,7	63,0	51,1	31,0	26,2
94,0	92,7	62,0	50,1	30,0	25,3
93,0	91,3	61,0	49,1	29,0	24,4
92,0	90,1	60,0	48,1	28,0	23,5
91,0	88,4	59,0	53,2	27,0	22,6
90,0	87,7	58,0	53,1	26,0	21,2
89,0	86,5	57,0	51,1	25,0	20,1
88,0	85,3	56,0	50,1	24,0	19,9
87,0	84,1	55,0	49,1	23,0	19,1
86,0	82,9	54,0	48,1	22,0	18,2
85,0	81,7	53,0	47,1	21,0	17,4
84,0	80,5	52,0	46,1	20,0	16,5
83,0	79,4	51,0	45,1	19,0	15,6
82,0	78,3	50,0	44,1	18,0	14,8
81,0	77,1	49,0	43,2	17,)	13,9
80,0	75,9	48,0	42,2	16,0	13,1
79,0	74,8	47,0	41,2	15,0	12,2
78,0	73,6	46,0	40,2	14,0	11,4
77,0	72,5	45,0	39,2	13,0	10,5
76,0	71,4	44,0	38,3	12,0	9,7
75,0	70,3	43,0	37,3	11,0	8,8
74,0	69,2	42,0	36,4	10,0	8
73,0	68,1	41,0	35,4	9,0	7,2
72,0	67	40,0	34,5	8,0	6,4
71,0	65,9	39,0	33,5	7,0	5,6
70,0	64,8	38,0	32,6	6,0	4,8
69,0	63,7	37,0	31,7	5,0	3,9
68,0	62,6	36,0	30,7	4,0	3,2
67,0	61,5	35,0	29,9	3,0	2,4
66,0	54,2	34,0	28,9	2,0	1,6
65,0	53,2	33,0	27,9	1,0	0.8

Найденные таким образом составы флегмы и кубовой жидкости пересчитывают на мольные доли х_д и х_w по формуле:

где х – мольная доля спирта, кмоль спирта / кмоль смеси;

х^м– массовая доля спирта, кг спирта / кг смеси;

46 – молекулярная масса этилового спирта;

18 – молекулярная масса воды.

Для графического расчета на миллиметровой бумаге строится У – Х диаграмма равновесия. Кривая равновесия, выраженная в мольных долях этилового спирта, наносится на диаграмму по данным таблицы 4. Предварительно необходимо пересчитать массовые доли этилового спирта в мольные доли.

Рабочая линия в первом варианте работы колонны «на себя» совпадает с диагональю диаграммы.

Во втором варианте работы колонны с выдачей дистиллята рабочая линия будет располагаться между линией равновесия и диаганалью диаграммы.

Затем на диаграмму наносятся точки, характеризующие составы флегмы и кубовой жидкости, и определяется (построением ступенек), число теоретических тарелок (может быть дробным). По результатам графического расчета теоретического числа тарелок определяется их КПД:

h = n_т / n_д .

Теоретический расчет среднего КПД тарелок

Для сравнения можно рассчитать средний КПД тарелки по критериальному уравнению, полученному путем статистической обработки многочисленных опытных данных для колпачковых и ситчатых тарелок:

h = 0,068 × к₁^0,1× к₂^0,115.

В этом уравнении безразмерные комплексы

где w_n - средняя скорость пара в колонне, м/с;

S_св - относительная площадь свободного сечения тарелки,

равная 0,13;

h_n - высота сливной перегородки, равная 0,02 м;

Таблица 4 - Температура кипения и составы жидкости и пара
водных растворов этилового спирта (760 мм рт.ст.)

Темпе-

ратура

кипения

⁰С

Массовая доля спирта

Темпе-

ратура

кипения

⁰С

Массовая

доля спирта

Темпе-

ратура

кипения

⁰С

Массовая

доля спирта

жид. х^м

пар У^м

жид. х^м

пар у^м

жид. х^м

пар у^м

78,3

100

81,8

0,43

0,79

91,0

0,09

0,57

78,2

0,91

0,92

82,0

0,41

0,79

91,5

0,08

0,55

78,4

0,85

0,89

82,5

0,36

0,78

92,0

0,08

0,53

78,6

0,82

0,88

83,0

0,33

0,78

92,5

0,07

0,51

78,8

0,80

0,87

83,5

0,30

0,77

93,0

0,06

0,49

79,0

0,78

0,86

84,0

0,27

0,76

93,5

0,06

0,46

79,2

0,76

0,85

84,5

0,25

0,75

94,0

0,05

0,44

79,4

0,74

0,85

85,0

0,23

0,74

94,5

0,05

0,42

79,6

0,72

0,84

85,5

0,21

0,73

95,0

0,04

0,39

79,8

0,69

0,84

86,0

0,20

0,72

95,5

0,04

0,36

80,0

0,67

0,83

86,5

0,18

0,71

96,0

0,03

0,33

80,0

0,67

0,83

86,5

0,18

0,71

96,0

0,03

0,33

80,2

0,64

0,83

87,0

0,17

0,70

96,5

0,03

0,30

80,4

0,62

0,82

87,5

0,16

0,69

97,0

0,02

0,27

80,6

0,59

0,82

88,0

0,15

0,68

97,5

0,02

0,23

80,8

0,56

0,81

88,5

0,13

0,67

98,0

0,01

0,19

81,0

0,53

0,81

89,0

0,12

0,65

98,5

0,01

0,15

81,2

0,50

0,80

89,5

0,11

0,63

99,0

0,01

0,10

81,4

0,47

0,80

90,5

0,10

0,61

99,5

0,01

0,05

81,6

0,45

0,80

90,5

0,10

0,59

100

0,00

Таблица 5 - Поверхностное натяжение водных растворов этилового спирта s

Массовая доля, х^м	Поверхностное натяжение s × 10³, н/м
Массовая доля, х^м	0 ⁰С	20 ⁰С	40 ⁰С	60 ⁰С	80 ⁰С	100 ⁰С
1,0	24,0	22,3	20,6	19,0	17,3	15,5
0,8	26,0	25,0	23,0	21,0	20,0	18,0
0,6	28,0	27,0	25,0	23,0	22,0	20,0
0,4	32,0	30,0	28,0	26,0	24,0	22,0
0,2	40,0	38,0	36,0	33,0	31,0	29,0

r_n, r_ж – средние плотности пара и жидкости в колонне, кг/м³;

D_ж - коэффициент молекулярной диффузии легколетучего компонента, м²/ с;

s - поверхностное натяжение жидкости в условиях для средней части колонны, н/м (таблица 5)

Средняя скорость пара (м/с) определяется по формуле:

где G_R- расход флегмы, кг/с; G_R = V_R × r_д ;

G_д- расход дистиллята при работе колонны;

G_д = 0;

d - диаметр колонны, м;

M_ср – средняя молекулярная масса пара,

М_ср = (М_д + М_W) / 2,

где М_д и М_W - молекулярные массы дистиллята и кубовой жидкости,

М_д = 46 × х_д + 18(1 – х_д),

М_W = 46 × х_W + 18(1 – х_W).

Средняя плотность пара (кг/м³)

где Т_ср – средняя температура в колонне,

Т_ср = [(t_д + t_w)/ 2] + 273.

Средняя плотность жидкости (кг/м³)

r_ж = (r_д + r_w)/ 2,

где r_д и r_w – плотности дистиллята и кубовой жидкости, кг/м³.

Коэффициент молекулярной диффузии (м²/с) может быть вычислен по приближенной формуле:

где b - параметр, учитывающий ассоциацию молекул воды и равный 2,6;

М - молекулярная масса воды;

m - динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре в колонне t_ср, мПа×с (таблица 6)

v - мольный объем диффундирующего вещества,

для этилового спирта v = 57,8.

Результаты вычислений сводятся в таблицу 7.

Таблица 6 - Зависимость динамического коэффициента вязкости воды (m)

от температуры

Температура ⁰С	m, мПа×с	Температура ⁰С	m, мПа×с	Температура ⁰С	m, мПа×с
30	0,8007	52	0,5315	74	0,3849
32	0,7679	54	0,5146	76	0,3750
34	0,7371	56	0,4985	78	0,3655
36	0,7085	58	0,4832	80	0,3565
38	0,6814	60	0,4688	82	0,3478
40	0,6560	62	0,4550	84	0,3395
42	0,6321	64	0,4418	86	0,3315
44	0,6097	66	0,4293	88	0,3239
46	0,5883	68	0,4233	90	0,3165
48	0,5683	70	0,4061	92	0,3095
50	0,5494	72	0,3952	94	0,3027

Таблица 7 - Расчетные результаты

Объемная концентрация		Концентрация спирта					Средний КПД тарелки
Флег- мы	Кубо- вой жидко-сти	В кубовой жидкости		В флегме		Произ- води- тель-ность	Опыт- ный	Теоре- тичес- кий
		Масс. доля	Мольн. доля	Масс. доля	Мольн. доля

Отчет включает в себя схему установки, результаты графического определения числа теоретических тарелок (У – Х диаграмма), расчеты определяемых величин, таблицы 1 и 6.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ к лабораторной работе №3

1. Порядок выполнения работы.

2. Равновесие в процессе ректификации, влияние температуры и давления на равновесие процесса. Равновесные линии различных смесей на диаграмме У-Х; t-х-у диаграмма.

3. Закон Дальтона и Рауля, движущая сила процесса, материальный баланс и уравнения рабочих линии для исчерпывающей и укрепляющей части колонны.

4. Флегма, флегмовое число, коэффициент избытка флегмы. Влияние флегмового числа на число тарелок.

5. Способы создания орошения. Способы подвода тепла вниз колонны.

6. Расчет числа тарелок по кинетической кривой.

7. Расчет высоты колонны по числу единиц переноса.

8. Другие методы расчета ректификационной колонны.

9. КПД тарелки, локальный КПД.

10. Допустимая скорость пара в колонне.

11. Схемы ректификационных установок. Многокомпонентная ректификация.

12. Конструкции тарелок.

Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 35; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!