- Strumień masy surówki: Sm = 
as=0,173
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
w Warszawie
Wydział Nauk o Żywności
Destylacja
Sprawozdanie z ćwiczeń nr 12
Z przedmiotu Inżynieria Procesowa
Data zajęć : 12.06.2014
Rok akademicki 2013/2014
Grupa 1a
Prowadzący zajęcia:
Dr inż. Monika Janowicz
Warszawa, 2014
Cel ćwiczenia :
Celem ćwiczenia jest znalezienie równania linii operacyjnej dla górnej (wzmacniającej) i dolnej (odpędowej) części doświadczalnej kolumny destylacyjnej, wyznaczenie sprawności ogólnej kolumny oraz wykonanie bilansu cieplnego kolumny destylacyjnej.
Wstęp teoretyczny :
Destylacja jest to proces rozdziału mieszanin wieloskładnikowych przez odparowanie i kondensację par. Warunkiem koniecznym dla przeprowadzenia danego procesu jest różnica lotności rozdzielanych składników. Proces ten zachodzi w taki sposób ,iż podczas wrzenia mieszaniny składającej się z dwu składników o różnej lotności składnik bardzie lotny przechodzi do fazy parowej w stosunkowo większej ilości niż składnik bardziej lotny .Zależność gdzie przy badaniu procesu destylacji konieczna jest znajomość składu fazy parowej od składu fazy ciekłej przedstawiana jest w postaci wykresu zwanego krzywą równowagi. Skład mieszaniny charakteryzowany jest poprzez zawarty w nim składnik bardziej lotny.
Punkt przecięcia krzywej równowagi z przekątna charakteryzuje stan, w którym skład pary i cieczy
Jest taki sam
i nazywamy go punktem azeotropowym. Jeżeli ciśnienie jest normalne to temperatura wrzenia w tym punkcie wynosi 78,15.
Wielkość R jest to stopień deflegmacji .Pokazuje on w jakim stosunku strumień pary płynącej do skraplacza rozdziela się na ekstrakt i destylat.
Z położenia linii operacyjnych górnej i dolnej części kolumny wyznaczamy teoretyczną liczbę półek kolumny, prowadząc kolejno pionowe i poziome odcinki między krzywą równowagi a liniami operacyjnymi .
Wyróżniamy aparaty do destylacji wielostopniowej z flegmą, aparaty kolumnowei zwykłe urządzenia destylacyjne. Warunkiem dobrej wymiany ciepła miedzy przepływającymi fazami (ciekłą i gazową)jest odpowiednia powierzchnia styku .Osiągamy to dzięki odpowiedniej zabudowie wnętrza kolumn.
Dane w postaci tabelerycznej :
Czas destylacji [min] |
Wskazania termometrów [°C] |
|||
|
surówka |
Kocioł kolumny |
Opary opuszczające kolumnę |
Wlot wody chłodzącej |
0 |
87,8 |
100 |
77,0 |
17 |
5 |
88,3 |
100 |
77,8 |
18 |
10 |
88,4 |
100 |
77,3 |
18 |
15 |
88,3 |
100 |
77,2 |
18 |
20 |
88,4 |
100 |
76,8 |
17 |
25 |
88,7 |
100 |
78,5 |
16 |
30 |
88,6 |
100 |
76,9 |
16 |
1) Strumień masy surówki, destylatu, powrotu (flegmy) i cieczy wyczerpanej [kg/h]:
t = 30 min => 0,5 h
- Strumień masy surówki: Sm =
as=0,173
- Strumień masy destylatu: Dm = 
aD=0,854
- Strumień masy powrotu (flegmy): 2,42 kg - 1 h
fm - 0,5 h
fm = 1,21
- Strumień masy wyczerpanej: Sm = Dm + Wm
Wm = 3,73
- 0,68
= 3,05
3,73 *0,173=0,68*0,854 +3,05*aw
0,65-0,58=3,05 aw
aw=0,023=2,3%
2) Średnia masa molowa surówki ,destylatu i flegmy[kmol/h]:
Mśr = MAa + MB (1 - a)
Mśrs d= 46 · 0,854 + 18 ( 1- 0,854 ) = 41,912
Mśrs s= 46 · 0,173 + 18 ( 1- 0,173 ) = 22,844
Mśrs f= Mśrs d = 41,912
- Strumień masy surówki: S = 
- Strumień masy destylatu: D = 
- Strumień masy powrotu (flegmy):
Mśrf = MśrD = 41,912
f = 
3) Stopień deflegmacji (R) oraz
- Stopień deflegmacji (R): R = 
4) ilość kmoli surówki przypadającej na jeden kmol destylatu (V):
V = 
5)Zawartość alkoholu w destylacie i cieczy wyczerpanej i surówce w % molowych :
xD = 
xw = 
xs = 
6) Równania linii operacyjnych:
Górna:
y=(R/R+1)x+xD/R+1
y=(1,78/1,78+1)x+0,696/1,78+1
y=0,64x+0,250
Dolna:
y=(V+R/R+1)x-(V-1/R+1)xW
y=(10,25+1,78/1,78+1)x-(10,25-1/1,78+1)*0,009
y=4,33x-0,029
7)Ilość ciepła przekazywana cieczy w kotle kolumny
Q=Qg+Wm cW(tW-tS)-Dm cD(tS-tD )
Qg=Dm(1+R)rd
rD=ralkaD+rH2O(1-aD)
aD=0,854 → tD=78,91→ralk=852kJ/kg rH2O=2272,5 kJ/kg
rD=852*0,854 +2272,5*(1-0,854)=1059,4kJ/kg
Qg=0,68*(1+1,78)* 1059,4=2002,7kJ/h=0,55kJ/s=0,55 kW
cD= calkaD+ cH2O(1-aD)=2,97*0,854+4,19*(1-0,854)=3,15kJ/kg*K
aS=0,173 →ts=87,84
Sm=Dm+Wm →Wm=Sm-Dm
Wm=3,73-0,68=3,05/h=0,00085kg/s
Q=0,55+0,00085*4,19*(101-87,84)-0,00018*3,15*(87,84-78,91)+0 = 0,59kW
8) teoretyczne zużycie wody MH2O w czasie pracy kolumny rektyfikacyjnej
Tk= 46+35/2=40,5
T0= 18+18+18+17+17+16+16/7= 17,14
Qd= M H2O*c H2O* (tk-t0)= 18*4,19*(40,5-17,14)= 1761,8 J/kg= 1,76kJ/kg
9)Sprawność ogólna kolumny