Навигация
3 Обработка опытных данных
Переводят из массовых долей в мольные концентрации исходной смеси ХF и дистиллята Хp. Пересчитывают расходы исходной смеси F и дистиллята Р в мольные. Из уравнений материального баланса колонны находят расход и концентрацию кубового остатка по уравнениям
W=F – P, Хw=(FXF – PXp)/W,
гдеF, P, W-расходы исходной смеси, дистиллята, кубового остатка, кмоль/с;
Xf. Xp. Xw-составы исходной смеси, дистиллята, кубового остатка, мол. доли.
Определяют флегмовое число R – отношение расхода флегмы к расходу дистиллята. Рассчитывают количество пара G, поднимающегося по колонне (рисунок 1).
Зная величину G и диаметр колонны, определяют скорость пара в свободном сечении колонны w. Скорость пара в колонне можно также рассчитать, определив количество пара из уравнения теплового баланса дефлегматора [1, 2] (этот расчет может быть использован как проверочный).
По справочным данным строят на миллиметровой бумаге кривую равновесия 
на диаграмме у-х (рисунок 3) и отмечают на оси абсцисс значения концентраций исходной смеси ХF дистиллята Хр и кубового остатка Хw.
Рисунок 3 – Определение числа теоретических тарелок
Затем на диаграмму у-х наносят рабочие линии для укрепляющей и исчерпывающей частей колонны. Уравнения рабочих линий, получают из уравнений материального баланса. Они имеют следующий вид: для укрепляющей части колонны
,
для исчерпывающей части колонны
,
гдех, у–концентрация жидкости и пара в любом сечении колонны, мол. доли;
f – отношение расхода исходной смеси к расходу дистиллята.
Вычисляют отрезок 
, который отсекает рабочая линия верхней части колонны на оси ординат (рисунок 3). Через точку А (хр= ур) и полученный отрезок проводят рабочую линию верхней части колонны. Через точку Д (хw= уw) и точку С проводят рабочую линию нижней части колонны. Между равновесной и рабочими линиями строят ступени изменения концентраций (рисунок 3). Каждая ступень соответствует одной теоретической тарелке. Определив число теоретических ступеней nТ, и, зная число реальных тарелок в колонне n, находят среднее значение КПД тарелки по уравнению
.
Величина КПД тарелки зависит от гидродинамических условий и физико-химических свойств пара и жидкости.
При работе колонны «на себя» дистиллят не отбирается, т.е. флегмовое число равно бесконечности 
. В этом случае рабочая линия колонны совпадает с диагональю.
Лабораторная работа ЭКСТРАКЦИЯ
Цель работы: практическое ознакомление с работой противоточной экстракционной установки, экспериментальное определение движущей силы процесса экстракции и степени извлечения распределяемого вещества при различных соотношениях потоков.
Приборы и принадлежности: экстракционная установка, бюретка для титрования проб; 0,1 N раствор щелочи NaOH; индикатор – фенолфталеин; мерные цилиндры; конические колбы.
Введение
Экстракцией называют процесс извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). При взаимодействии раствора с экстрагентом в нем хорошо растворяются только извлекаемые компоненты и не растворяются остальные компоненты исходной смеси [1]. Экстракция в системах жидкость-жидкость представляет собой массообменный процесс, протекающий с участием двух взаимно нерастворимых или ограниченно растворимых жидких фаз, между которыми распределяется экстрагируемое вещество.
Процесс жидкостной экстракции состоит в том, что исходную смесь и экстрагент приводят в тесный контакт. В результате взаимодействия фаз получают экстракт – раствор извлеченных веществ в экстрагенте и рафинат – остаточный исходный раствор, из которого с той или иной степенью полноты удалены экстрагируемые компоненты. Полученные жидкие фазы (экстрагент и рафинат) разделяются отстаиванием, центрифуированием или другими гдромеханическими способами. После этого извлекают целевой продукт из экстракта и производят регенерацию экстрагента из рафината. Основное достоинство процесса экстакции по сравнению с другими процессами разделения жидких смесей (ректификация. выпаривание) состоит в том, что он осуществляется при низких рабочих температурах, чаще всего при комнатной температуре.
В зависимости от вида контакта между жидкими фазами экстракторы, как и другие массообменные аппараты, бывают: со ступенчатым контактом фаз (тарельчатые); с непрерывным контактом фаз (насадочные).
Методы осуществления жидкостной экстракции и аппаратура для нее весьма разнообразны. При противоточной экстракции исходная смесь и экстрагент поступают в экстракционную колонну навстречу друг другу и движутся в ней противотоком из-за разности в плотностях. Снизу в колонну подают более легкий продукт, сверху – более тяжелый. Рассмотрим случай, когда плотность экстрагента больше плотности исходной смеси. Экстрагент подается сверху и движется вниз, извлекая растворенный в исходной смеси целевой компонент. Образующийся при этом экстракт выводится из колонны снизу. Первичный растворитель исходной смеси по мере движения вверх освобождается от целевого компонента. Очищенный первичный растворитель – рафинат выводится из колонны сверху. При таком движении жидкостей в верхней части колонны разбавленный раствор экстрагируемого вещества в первичном растворителе обрабатывается свежим экстрагентом. Благодаря этому обеспечивается наиболее полное извлечение экстрагируемого компонента из рафината.
Любой процесс, связанный с переходом вещества из одной фазы в другую обратим, т.е. молекулы вещества могут переходить, как в одном, так и в другом направлении. Предел этого перехода – состояние равновесия между фазами. При полной взаимной нерастворимости первичного и вторичного растворителей каждый из них присутствует только в одной фазе. Степень отклонения рассматриваемой двухфазной системы от состояния равновесия является движущей силой процесса массообмена. Графически движущая сила выражается отрезком, заключенным между равновесной и рабочей линиями. Равновесия при экстрагировании можно достигнуть лишь через длительный промежуток времени взаимодействия сред. Практически в экстракционных аппаратах равновесие не достигается и концентрация У (действительная, рабочая) отличается от У* (равновесной).
На рисунке 1 представлена схема процесса противоточной экстракции. Обозначим массовый расход исходной смеси (в данном случае керосин с бензойной кислотой) через G, содержание извлекаемого компонента в ней через 
; массовый расход экстракта (вода с бензойной кислотой) через L; содержание извлеченного компонента через 
. Концентрации 
выражены в относительных массовых концентрациях.
Для противоточного экстрактора уравнение материального баланса имеет вид
,
где М – масса вещества, перешедшего в единицу времени из первичного растворителя в экстракт, кг/с.
Рассмотрим сечение I – I экстрактора (рисунок 1) и составим материальный баланс для верхней части аппарата
Из этого уравнения определим концентрацию в любом сечении верхней части аппарата
.
Мы получили уравнение рабочей линии процесса экстракции, которое графически выражается прямой линией. В случае действующего экстрактора значения 
определяются экспериментально и по двум точкам 
и 
, строится рабочая линия, наклон которой зависит от соотношения потоков 
(рисунок 1).
ОС – линия равновесия; АВ – рабочая линия, прямая, проходящая через точки А
и В
, при соотношениях потоков 
; А1В1 – рабочая линия, полученная при соотношения потоков 
.
Рисунок 1- Схема процесса противоточной экстракции
Положение равновесной линии определяется физическими свойствами системы и условиями (температура, давление), в которых находится данная система. Данные по равновесию приведены в таблице 1.
Таблица 1
Равновесные концентрации бензойной кислоты
в воде и в керосине
|
| 0,185 | 0,661 | 1,073 | 1,705 |
|
| 0,440 | 0,851 | 1,076 | 1,387 |
, кг/м3
, кг/м3Чем больше система отклонена от равновесия, тем интенсивнее она стремится к нему и наоборот, при малых отклонениях от равновесия движущая сила мала.
Движущая сила процесса переменна по высоте аппарата; внизу аппарата она равна отрезку 
: 
; вверху аппарата она равна 
: 
.
Средняя движущая сила процесса экстракции равна среднему арифметическому (если 
) или среднему логарифмическому значению.
Чем больше движущая сила процесса, тем больше вещества передается за одно и то же время на одном и том же участке аппарата из одной фазы в другую 
.
Изменяя соотношения потоков, мы изменяем и движущую силу процесса.
Похожие работы
... . Данный способ сушки позволяет сохранить основные биологические качества высушиваемых материалов и широко используется в фармацевтическом производстве при получении ферментов, антибиотиков, препаратов крови, иммуннобиологических препаратов и др. сушка сублимация вакуум эвтектическая Применительно к процессу сушки сублимация влажного материала - процесс сушки его в замороженном состоянии ( ...
... .В. Иванова«Автоматизация технологических процессов основных химических производств»Методические материалы по курсу лекций (в двух частях)Часть 2.2003г. УДК 66-52:66(075)Иванова Г.В. Автоматизация технологических процессов основных химических производств: Методическое пособие. Часть 2 / СПбГТИ(ТУ).-СПб., 2003.- 70с. Методическое пособие предназначено для курса лекций по учебной дисциплине « ...
... Рабочая программа реализует повышенный уровень требований государственного стандарта и дает возможность выпускникам техникума работать в различных отраслях промышленности. Тематический план дисциплины «Автоматизация производства» реализует методический принцип «от простого к сложному», обеспечивает логическую преемственность излагаемого материала в распределении разделов и тем внутри предмета. ...
... влияния – RТ и чистой воды – Rwдля некоторого момента времени 3.6. Выводы В нулевом и первом приближениях решена задача о температурном поле, вызванном закачкой радиоактивного раствора в глубокозалегающие пласты. На основании полученного решения установлены расчетные формулы для полей температуры, вызванных энергией распада и различием температур пласта и закачиваемой жидкости. ...
0 комментариев