Визначення гідростатичного тиску

Основні параметри ректифікаційних  установок: продуктивність, якість одержуваного дистиляту, витрата тепла, флегмовое число й висота колони. Ці параметри зв'язані між собою. Збільшення числа взаємодій (число тарілок) між парою, що піднімається, і стікаючою флегмою поліпшує ступінь поділу, але збільшує висоту колони. Збільшення потоку флегми зменшує продуктивність колони по дистиляту, але одночасно поліпшує умови масообміну на контактних пристроях, що в підсумку поліпшує склад дистиляту. У той же час збільшення флегмового числа (маси повернутої в колону рідини) вимагає збільшення витрати тепла на ректифікацію. Вплив цих параметрів на кінцевий результат враховують при проектуванні й експлуатації ректифікаційних установок.

Відношення маси флегми, що вертається з дефлегматора в колону, до маси отриманого дистиляту називається  флегмовым числом. Воно показує, у  якому співвідношенні пара, що поступає у дефлегматор ділиться на флегму й дистилят.

      (1)

де G_ф, G_д – масова витрата відповідно флегми й дистиляту, кг/с.

Робоче флегмовое число, при якому працює ректифікаційна колона, повинне перебувати в межах R_min<R_p<R=¥. Вихідним для вибору робочого флегмового числа є R_min яке визначається по формулі

     (2)

де Х_д, Х_сум - концентрація легколетучого компонента відповідно в дистиляті й вихідній суміші;

У_сум - рівноважна концентрація легколетучого компонента в парі над вихідною сумішшю. Визначають по таблиці 2 при Х_сум.

Відношення робочого флегмового числа до мінімального називають  коефіцієнтом надлишку флегми

      (3)

2. Опис установки 

 

Лабораторна установка (рис. 1) включає насадочну ректифікаційну колону періодичної дії 3, ємність 2 для вихідної суміші, електронагрівники 1, дефлегматор 4, конденсатор-холодильник 6, ємність 7 для збору дистиляту. Для виміру температур суміші й флегми встановлені термопари 8 і 5. Для нагрівання суміші до температури кипіння використовують три електронагрівники. З них два служать для прискорення нагрівання суміші. Їхню потужність не вимірюють. Потужність третього електронагрівника регулюють, за допомогою трансформатора ЛАТР.

 

 

3. Таблиця вимірів

 

Час збору дистиляту, tд, с	Маса дистиляту, G1,кг	Концентрація суміші, Хсум, % мас	Концентрація дистиляту, Хд, % мас	Маса води, G2, кг	Час збору води, tв, с	Початкова температура води tвп, оС	Кінцева температура води tвк, оС

4. Обробка результатів вимірів

Масову витрату флегми для розрахунку робочого флегмового числа визначають із рівняння теплового балансу дефлегматора

де G_ф – масова витрата флегми, кг/с

r_ф - питома теплота пароутворення флегми, Дж/кг

G_в - витрата води в дефлегматорі, кг/с, G_в= G₂/t_в.

С_в - питома теплоємність води, Дж/кг К

t_вп, t_вк - температура води відповідно на вході й виході з дефлегматора. Приймаючи, що вміст спирту у флегми й дистиляті однаковий, визначають r_ф

    (4)

де r_с =845 10³ Дж/кг - питома теплота пароутворення спирту

r_в = 2264 10³ Дж/кг - питома теплота пароутворення води

, Дж/кг     (5)

Х_д - концентрація дистиляту, % мас. Вирішують рівняння теплового балансу відносно G_ф і визначають робоче флегмовое число R_p по формулі 1. Масову витрату дистиляту визначають за формулою:

G_д= G₁/t_д      (6)

Використовуючи таблицю 1 рівноважного складу пара-рідина для спирту, знаходять мінімальне флегмовое число R і коефіцієнт надлишку флегми b.

Таблиця 1

Рівноважний склад пара-рідина для спирту

Вміст спирту в рідині	Вміст спирту в парі	Вміст спирту в рідині	Вміст спирту в парі
Х ,% мас	У,% мас	Х, % мас	У, % мас
1	10,75	30	71,3
2	19,7	40	74,6
3	27,2	50	77
4	33,3	60	79,5
5	37	70	82,1
10	52,2	80	85,8
15	60	85	88,3
16	61,1	86	88,9
17	62,2	87	89,5
18	63,2	88	90,1
19	64,3	89	90,7
20	65	90	91,3
21	65,8	91	92
22	66,6	92	92,55
23	67,3	93	92,4
24	68	94	94,2
25	68,6	95,57	95,57

 

5. Контрольні запитання

 

Визначення флегмового числа.

Принцип роботи ректифікаційної колони.

Тепловий баланс ректифікаційної  колони.

 

Додаток 1

Залежність числа Лященко  від числа Архімеда для осадження одиночних частинок в нерухомому середовищі

1,6 – кулеподібні частинки, 2 – округлі, 3 – кутоподібні, 4 –  продовгуваті, 5 - пластинчасті

Додаток 2

Середня вологість харчових продуктів

Продукт	Середня вологість w, %
Буряк	87
Морква	90
Картопля	80
Яблука	86,8
Цибуля	86,6
Хліб житній	56
Батон пшеничний	41,8
Хліб пшеничний	45
Хліб український	49
Булка здобна	51
Зерно	20...30

Додаток 3

Властивості насиченої  водяної пари

 

Температура	Тиск	Густина	Ентальпія,		Теплота
			кДж/кг		пароутворення,
t, 0С	Р, МПа	r, кг/м3	iк	iп	r, кДж/кг
			вода	пар
47,71	0,011	0,0745	199,68	2587,8	2388,1
49,45	0,012	0,0808	206,94	2590,9	2384
51,06	0,013	0,08721	213,7	2593,7	2380
52,58	0,014	0,0934	220,03	2596,4	2376,4
54	0,015	0,0997	225,98	2598,9	2372,9
55,34	0,016	0,106	231,6	2601,7	2369,7
56,62	0,017	0,1122	236,93	2603,5	2366,6
57,83	0,018	0,1184	242	2605,7	2363,7
58,98	0,019	0,1245	246,83	2607,7	2360,9
60,09	0,02	0,1308	251,46	2609,6	2358,1
75,89	0,04	0,2503	317,65	2636,8	2319,2
85,95	0,06	0,3659	359,93	2653,6	2293,7
93,51	0,08	0,479	391,72	2666	2274,3
99,63	0,1	0,5901	417,51	2675,7	2258,2
102,32	0,11	0,6451	428,84	2680	2251,2
104,81	0,12	0,6998	439,36	2683,8	2244,4
107,13	0,13	0,7543	440,13	2687,4	2238,2
109,32	0,14	0,8084	458,42	2690,8	2232,4
111,37	0,15	0,8623	467,13	2693,9	2226,8
113,32	0,16	0,916	475,38	2696,82	2221,4
115,17	0,17	0,9695	483,22	2699,5	2216,3
116,93	0,18	1,0227	490,7	2702,1	2211,4
118,62	0,19	1,0758	497,85	2704,6	2206,8
120,23	0,2	1,1288	504,7	2706,9	2202,2
121,78	0,21	1,1815	511,3	2709,2	2197,9
124,71	0,23	1,2865	523,7	2713,3	2189,6
127,43	0,25	1,3912	535,4	2717,2	2181,8
129,98	0,27	1,4953	546,2	2720,7	2174,5
132,29	0,29	1,5989	556,5	2723,9	2167,4
133,54	0,3	1,665	561,4	2725,5	2164,1
138,19	0,35	1,874	581,12	2729,37	2148,25
142,9	0,4	2,12	601,1	2744	2141