Студопедия — Трубний простір
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Трубний простір






1т. Поперечний переріз трубного простору.

м2.

 

2т. Швидкість руху рідини у трубному просторі

м/с

 

3т. Число Рейнольдса для трубного простору з урахуванням того, що кінематична в’язкість води для середньої температури у трубному просторі .

 

Оскільки це число відповідає ламінарному режиму руху, число Нуссельта розраховуємо по формулі .

Для нього необхідно знайти число Грасгофа

5т. Тоді число Нуссельта: =

 

6т. Коефіцієнт альфа для трубного простору (лямбда – з довідкової таблиці):

 

Аналогічний розрахунок для міжтрубного простору:

1мт. Еквівалентний діаметр для міжтрубного простору: = 0,152-0,084 = 0,068.

м2

 

2мт.. Швидкість руху рідини у міжтрубному просторі

м/с

 

3мт. Число Рейнольдса для міжтрубного простору з урахуванням того, що кінематична в’язкість води для середньої температури у трубному просторі .

 

4мт. Число Нуссельта для міжтрубного простору згідно методики шукаємо для ламінарного режиму руху за формулою .

Для нього необхідно знайти число Грасгофа

 

5мт. Тоді число Нуссельта: =

 

6мт. Коефіцієнт альфа для міжтрубного простору (лямбда – з довідкової таблиці):

 

Отримавши два коефіцієнти альфа, використовуючи формулу (***) розраховуємо теоретичне значення КТ

КТ = 3,57

ВИСНОВОК: теоретичними і експериментальними методами ми отримали дуже близькі значення коефіцієнтів КТ (3,61 і 3,57).

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Основні види передачі тепла. Теплопередача.

2. Теплопровідність, закон Фур’є, диференціальне рівняння теплопровідності, теплопровідність плоскої та циліндричної стінок (виведення).

3. Основне рівняння теплопередачі, коефіцієнт теплопередачі.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии - М.: Химия, 1971. - С. 274 - 298, 311 - 318.

2. Солтис М., Закордонський В. Теоретичні основи процесів хімічної технології: Навч. посібник. Львів: ЛНУ, 2002. С.132-160.

3. Гончаров А.І., Середа І. П. Хімічна, технологія: Київ: Вища школа, 1979. Частина. І. С. 108-110.

 

Лабораторна робота 6.

Ознайомлення з процесом простої перегонки рідкої суміші.

Мета роботи: ознайомитись з процесами масопередачі в ході простої перегонки двохкомпонентної суміші і оцінити його ефективність.

Проста, або фракційна перегонка широко застосовуються у харчових виробництвах для розділення, очищення і/або концентрування продукції. Наприклад, ця стадія – невід’ємна складова частина виробництва міцних алкогольних напоїв, оцтової кислоти, есенцій і концентратів харчових продуктів. Принцип розділення сумішей в ході простої перегонки базується на законах Коновалова, згідно з якими пара над сумішшю двох компонентів збагачується легкокиплячим компонентом. Таким чином, відбираючи пару над сумішшю, що кипить і потім конденсуючи її, можна отримати нову суміш, яка збагачена легкокиплячим компонентом. Провівши декілька послідовних перегонок можна отримати нову суміш, де вміст легкокиплячого компоненту значно вищий, ніж у вихідній суміші (див. Рис. 1).

Так, якщо ми маємо двохкомпонентну суміш A-B складу 2, у якій компонент А кипить при вищій температурі (а), ніж компонент B, який кипить при температурі b, то довівши суміш до кипіння при температурі с, ми отримаємо пари, у яких вміст важкокиплячого компоненту (А) буде нижчим, ніж у рідині. Наприклад, він відповідатиме точці 1. Таким чином, парова фаза буде збагачена легкокиплячим компонентом В. В ході відгонки його вміст у рідкій фазі буде зменшуватись і її склад поступово просуватиметься вздовж нижньої кривої ba вправо. Відповідно, склад парової фази теж просуватиметься вздовж верхньої кривої ba вправо. Отже, відділивши певну кількість початкового дистиляту, можна отримати суміш, у якій вміст легко киплячого компоненту буде вищим, ніж у вихідній.

Проте, існує значна кількість сумішей, що в певний момент часу утворюють парову фазу, склад якої не відрізняється від складу рідкої. Такі суміші називають азеотропними, їх неможливо далі розділяти.

В практичних умовах навіть для сумішей, що не утворюють азеотроп, повне розділення неможливе. Їх тільки концентрують до потрібного співвідношення компонентів.

T

a

 

 
 


c

 

b

 

 
 


0 1 %А 2 100

Рисунок 1. Пояснення збагачення парової фази легкокиплячим компонентом.

ХІД ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Лабораторна установка (Рис. 2) складається з наступних частин. Перегінна колба (куб) (1) з нагрівником (8) і боковим відводом для відбирання проб рідини з кубу. До горловини кубу (2) під’єднаний повітряний кожух (6), у який вставлений термометр (5). Пари, відігнані з кубу, проходять у прямий холодильник (3), де конденсуються, а конденсат надходить у збирач – мірний циліндр (4), або мірну пробірку (9).

Рисунок 2. Лабораторна установка для простої перегонки

1. У перегінний куб залити суміш вода – оцтова кислота об’ємом мл. Окремо відібрати 1 мл суміші, розбавити 15-20 мл дистильованої води і протитрувати її лугом (NaOH) по фенолфталеїну до появи стійкого малинового забарвлення. Об’єм титранту, що пішов на титрування записати у нульовий рядок таблиці 1. Використовуючи цей об’єм, розрахувати нормальність оцтової кислоти у вихідній суміші ()

= ----------------- = г-екв/л

Отриману нормальність кислоти перевести у процентну концентрацію:

.

Перенести дані титрування і розрахунків у нульовий стовпчик табл.. 2.

2. Зібрати перегінну установку, закинути у куб декілька «кипілок» для більш рівномірного кипіння і включити нагрів. Включити потік охолоджуючої води через холодильник, після закипання рідини відрегулювати нагрів так, щоб кипіння було рівномірним і не бурхливим. Підставити під приймач мірну пробірку і приготуватись до відбирання першої проби дистиляту.

3. У момент падіння першої краплі у мірну пробірку включити секундомір і відібрати 3-4 мл () дистиляту.

4. Після відбору дистиляту швидко забрати мірну пробірку і замість неї підставити мірний циліндр на 25 мл для продовження збирання дистиляту. Відрегулювати нагрів так, щоб дистилят надходив зі швидкістю 2-3 краплі у секунду.

5. Відібрати з пробірки 1 мл дистиляту і титрувати цю пробу. Затрачений об’єм титранту () записати у нульовий рядок табл. і, використовуючи його, розрахувати нормальну та процентну концентрацію кислоти в пробі згідно формул п.1. Точність визначення – 3 значущі цифри.

6. Після закінчення збирання 25 мл () дистиляту у циліндр його відставляють у сторону, фіксують час за секундоміром і знову збирають 3-4 мл дистиляту у мірну пробірку, повторюючи пп 4-5 і записуючи об’єми титранту у відповідні рядки таблиці 1 (1, 2 і т.д.). Паралельно з цим у окрему пробірку відбирається проба кубової рідини (3-4 мл) і у ній теж визначається концентрація кислоти і шляхом титрування проб і занесення результатів у відповідні рядки таблиці 1. Ведіть записи уважно і не переплутайте циліндри і мірні пробірки!

7. Пункти 4-6 повторити за вказівкою викладача 6-8 раз. Всі результати занести у таблицю 1. Після цього виключити нагрівник, перекрити воду, посуд і залишки реактивів здати лаборанту, робоче місце привести у порядок.

8. Таким чином, в кінці роботи мають бути готові 6-8 результатів титрувань проб дистиляту і кубової рідини у мірних пробірках. Крім того, мають бути зібрані 6-8 мірних циліндрів з 25 мл дистиляту у кожному. З циліндрами роблять наступне. Вміст першого циліндру виливають у конічну колбу для титрування, відбирають 1 мл і визначають вміст кислоти згідно п.1. Потім у ту ж колбу доливають вміст другого циліндру, перемішують, відбирають 1 мл і знов визначають вміст кислоти за п.1. Аналогічно роблять із вмістом усіх циліндрів. Результати визначення вмісту кислоти позначають як і і записують у таблицю 2.

9. Всі результати ретельно перевірити і заповнити всі ячейки таблиці 2.

10. На основі даних таблиці 2 побудувати наступні графічні залежності: (а) об’єм відігнаного дистиляту як функція часу , процентний вміст води у кубовій рідині та у дистиляті (b), в усередненому дистиляті (c) як функція часу , , .

Таблиця 1.

Результати відбору проб і титрування

, хв , мл , мл
          Х X
             
             
             
             
             
             

9. Всі результати ретельно перевірити і заповнити всі ячейки таблиці 2.

10. На основі даних таблиці 2 побудувати наступні графічні залежності: (а) об’єм відігнаного дистиляту як функція часу , процентний вміст води у кубовій рідині та у дистиляті (b), в усередненому дистиляті (c) як функція часу , , .

11. Розрахувати коефіцієнти розподілу води між паровою і кубовою фазами для різних моментів часу і побудувати графік (d) залежності .

12. За вказівкою викладача знайти на графіку (c) часовий діапазон, у якому відганяється дистилят заданих параметрів (вміст води більший, або рівний певної величини, наприклад 1,04 , 1,07 , 1,1 і т.д.)

13. Знайшовши той же часовий проміжок на графіку (а), визначити загальний об’єм дистиляту і його частку , яку можна відігнати в умовах даної роботи для виконання умов, поставлених у п.12.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Рівновага та швидкість масообмінних процесів. Закони Коновалова, та фазової рівноваги.

2. Фракційна перегонка, перегонка з парою, ректифікація у харчових технологіях.

3. Апаратурне оформлення перегонки та її різновидностей.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Касаткин А,Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - С. 496 - 508.

2. Солтис М., Закордонський В. Теоретичні основи процесів хімічної технології: Навч. посібник. Львів: ЛНУ, 2002. С.176-200.

3. Гончаров А.І., Середа І. П. Хімічна технологія: Підр. Київ: Вища школа, 1979. Частина. І. С. 154-162.

4. Ю. М. Плаксин, Н. Н. Малахов, В. А. Ларин. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: КолосС, 2007. – С. 484-507.

 


Таблиця 2. Результати проведення простої перегонки

Час, (с) , М , М , мл , мл , мл , М
              Х Х Х Х
                     
                     
                     

Продовження табл. 2. (Пояснення до розрахунків величин, позначених (*) – у формулах під графіками)

Час, (с) (*) (*) (*)
            Х Х Х
                 
                 
                 

 

,

               
       

 


a b c d

У продовженні таблиці 2 заносяться розрахункові концентрації води у суміші, розраховані з концентрацій кислоти.

, ,


Лабораторна робота 7.

Ознайомлення з процесом міжфазного масоперенесення на прикладі рідинної екстракції

Мета роботи: ознайомити студентів з різновидом неперервного екстракційного масообміну між двома рідкими фазами у варіанті протитечії.

 

Екстракційні процеси розповсюджені у технологічних схемах, зокрема, на харчових виробництвах. Одним з найбільш відомих різновидів екстракційних процесів є додаткове вилучення рослинної олії з сировини (соняшник, оливки тощо) за допомогою екстракції органічними розчинниками. Зокрема, для цього застосовується звичайний бензин, у якому рослинна олія добре розчинна. В ході екстракції олія вилучається з сировини, далі бензин-олійна суміш піддається перегонці, бензин відганяється, а нелетка олія збирається і передається на товарну реалізацію. Зібраний і сконденсований бензин знов повертається для наступних екстракцій.

Також екстракційні процеси широко використовують для виробництва прянощів, алкогольних напоїв та парфумерних продуктів.

Основний кількісний показник процесу екстракції – коефіцієнт розподілу екстрагованої речовини між фазами (екстрагентом та вихідною фазою):

.

Значення Кр залежить від природи екстрагенту та вихідної фази, температури, рН середовища, присутності інших речовин тощо.

Ефективне проведення екстракції вимагає дотримання певних вимог:

- екстрагент повинен бути спорідненим до екстрагованою речовини;

- екстрагент повинен мати селективність – вилучати переважно бажану екстраговану речовину навіть у присутності можливих домішок;

- екстрагент повинен бути слабкорозчинним у рідині, з середовищі якої відбувається екстракція;

- екстрагент повинен забезпечувати легке відділення від середовища, з якого відбувається екстракція (наприклад, значно відрізнятись густиною);

- екстрагент повинен бути хімічно інертним по відношенню до всіх речовин, з якими контактує;

- відділення екстрагенту від екстрагованою речовини повинно відбуватись легким методом (наприклад, відгонкою).

Маса речовини, що екстрагувалась протягом певного часу може бути розрахована за рівнянням:

. (*)

У цьому рівнянні М – маса екстрагованої речовини, КМ – коефіцієнт масопередачі, - середня різниця концентрації речовини, яка екстрагується, F – поверхня контакту фаз, - час екстракції. Отже, для даного процесу екстракції інтенсифікація можлива декількома шляхами: збільшення поверхні та часу контактування фаз (екстрагенту і вихідної речовини), збільшення коефіцієнту масопередачі (наприклад, за рахунок нагрівання), збільшення (наприклад, за рахунок збільшення концентрації речовини, що екстрагується у вихідній фазі, або відведення її з екстрагенту).

Всі описані прийоми використовуються зокрема і у харчових виробництвах з метою збільшення ефективності екстракції.

Величину можна розрахувати як середнє логарифмічне виходячи з концентрації речовини, яка екстрагується, у вихідній фазі та у екстрагенті за рівнянням:

. (**)

У цьому рівнянні Сп і Ск – концентрації речовини, яка екстрагується у екстрагенті на вході і на виході з екстракційної колони; Сп* і Ск* - концентрації цієї ж речовини у екстрагенті, які рівноважні концентраціям речовини у вихідній фазі. Іншими словами, для умов даної роботи, де оцтова кислота екстрагується з толуолу водою, Сп і Ск – концентрації оцтової кислоти у толуолі на вході і на виході з колони, а Сп* і Ск* - ті концентрації оцтової кислоти у воді, які б утворились після стабілізації процесу його вилучення з толуольних розчинів з тими концентраціями, що присутні у початку і у кінці колони.

 

ХІД ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Увага! Категорично забороняється виливати толуольні розчини у каналізацію! Їх слід збирати у окремому посуді у повернути лаборанту після виконання роботи.

Схема експериментальної установки наведена на рисунку. Для виконання роботи необхідно:

1. Заповнити лійку-дозатор (3) розчином оцтової кислоти у толуолі. Тримаючи кран (7) закритим, відкрити кран лійки (3) і обережно заповнити лінію подачі толуольного розчину в екстракційну колону (1) так, щоб 1-2 мл розчину потрапило всередину колони, а у лінії подачі не лишилось бульбашок повітря. Після цього кран (3) закрити.

2. Наповнити ємність (9) дистильованою водою. Привідкрити кран (10) і обережно заповнити колону (1) дистильованою водою так, щоб вона почала витікати через переливний пристрій у збірник (11), після чого кран (10) закрити.

3. Настроїти режим роботи колони. Для цього обережно відкриваючи крани (3) і (10) добитися заданих викладачем розходів руху водної і толуольної фази. Розходи водної і толуольної фази вимірюються шляхом реєстрації об’єму водної фази, що збирається у бюретці (11) і толуольної, що збирається у бюретці (6) за певний час. Також розхід толуольної фази може задаватись шляхом встановлення проміжку між окремими краплями толуолу, що проходять крізь колону. Приблизний режим роботи екстракційної колони такий: 12-20 крапель толуолу за хвилину і 40-100 крапель води за хвилину. Зверніть увагу на те, що толуол, який надходить у мірну бюретку (6) може захоплювати з собою невелику кількість води. Це нормальне явище, однак слід за допомогою лаборанта відрегулювати положення переливного коліна перед ємністю (11) так, щоб об’єм води у ємності (6) був не більше, ніж приблизно чверть загального об’єму рідини, що туди надійшла.

4. Після того, як виконавець пересвідчився у стабільності роботи колони (проміжок між краплями толуолу у колоні приблизно однаковий), необхідно злити рідини, що накопичились у ємностях (6) і (11) і запустити секундомір.

 
 

5. В ході роботи 3-5 раз точно виміряти число крапель, що проходять через екстракційну колону протягом 3 хв. Результати занести у таблицю 1. Також, 3-5 раз точно виміряти час проходження краплею через колону. Результати занести у таблицю 1.

6. Після досягнення в збірниках (6) чи (11) кількостей розчинів, вказаних викладачем, крани (3) та (10) закрити, зупинити секундомір, зафіксувавши повний час екстракції . Виміряти кількості розчинів у ємностях (6) і (11) V6(к) і V11(к) і занести їх у таблицю 1.

7. Злити вміст збірнику (11) у окрему посудину. У ту ж саму посудину злити невелику частину води, що накопичилась нижній частині збірнику (6) за рахунок її захоплення толуольними краплями. У окрему посудину злити толуольну фазу, що зібрана у ємності (6). Добре збовтати рідини в обох посудинах та визначити концентрацію оцтової кислоти у кожній з них шляхом прямого титрування лугом по фенолфталеїну. Титрування кожної рідини провести тричі і визначити середні дані. Окремо взяти пробу вихідного розчину оцтової кислоти і теж відтитрувати її, визначивши вміст оцтової кислоти. Результати титрування занести у таблицю 2. Приблизні об’єми проб для титрування такі: вихідний толуольний розчин – 2-3 мл, кінцевий толуольний розчин з ємності (6) – 3-5 мл, водний розчин з ємності (11) – 20-30 мл.

8. Привести у порядок робоче місце і здати його лаборанту.

Таблиця 1

Параметри екстракції (деякі значення наведені для порівняння)

Час, хв Об’єм фаз у збірнику, мл Число крапель за 3 хв (Ni) Час підйому 1 краплі , с Середнє число крапель за с. (Ni/(60*3))
(6), V6 (11), V11
  X X      
  X X      
  X X      
  X X      
  119,6      
Середні Х Х 27,6 13 [Ni/(60*3)]сер=

 

Таблиця 2

Параметри титрування (деякі значення наведені для порівняння)

Збірник (6) Вихідний толуольний р-н Збірник (11)
Об’єм проби, мл Об’єм N-нормального NaОН, мл Конц. к-ти, г-екв/л Об’єм проби, мл Об’єм N-нормального NaОН, мл Конц. к-ти, г-екв/л Об’єм проби, мл Об’єм N-нормального NaОН, мл Конц. к-ти, г-екв/л
    0,5 0,05         10,1 0,202
    0,3 0,03   34,3 3,43   10,3 0,206
    0,2 0,02         10,5 0,21
Сер Х Х С6= 0,33 Х Х С8= 3,43 Х Х С11= 0,206

 

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ І РОЗРАХУНКИ

(деякі значення наведені для порівняння)

1. Розрахувати середні концентрації (г/л) оцтової кислоти у толуолі:

на вході у колону СТ(П)8*Mr(CH3COOH) = 205,8 г/л

на виході з колони СТ(К)6*Mr(CH3COOH) = 1,98 г/л

і у воді на виході з колони СК11*Mr(CH3COOH) = 12,36 г/л

2. Скласти матеріальний баланс процесу екстракції, розрахувавши масу кислоти, що покинула толуольну фазу (г):

MT=V6(CТ(П)Т(К))/1000 = 4,07

і масу кислоти, що надійшла у водну фазу (г):

MВ=V11CК/1000 = 1,48

3. Розрахувати похибку вимірювання і розрахунку матеріального балансу:

|MT-MB|/MB = …

4. Розрахувати середню рушійну силу процесу екстракції за допомогою формули (**). Експериментальні величини відповідають позначенням у формулі за такою схемою: Сп = 0, Ск = СК (з пункту 1). Рівноважні концентрації «з зірочкою» для формули (**) розраховують за формулою Смирнова-Кузнецова:

С* = 45,5(1+0,005(20-t)СТ0,55,

де t – температура системи (0С), СТ – відповідна концентрація у толуолі (СТ(П) для розрахунку Сп* і СТ(К) – для розрахунку Ск*).

5. Розрахувати площу контакту фаз в процесі екстракції:

= 1,72*10-6,

де - середня поверхня краплі, n – кількість крапель, які одночасно знаходяться всередині колони. Останню величину знаходять за даними таблиці 1 згідно формули:

= 2,45.

Площу поверхні однієї краплі (м2) розраховують за формулою:

0,701*10-6.

6. Розрахувати коефіцієнт масопередачі виходячи з рівняння (*):

= 7,02.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Екстракція в системі рідина-рідина. Принципові схеми процесу та їх характеристика.

2. Методи екстракції у харчових виробництвах та їх характеристика.

3. Основні типи екстракційних апаратів, їх застосування і характеристика.

4. Основні вимоги до екстрагентів.

 

ЛІТЕРАТУРА

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - С. 547 - 552, 556 - 576.

2. Гончаров А.І., Середа І. П. Хімічна, технологія: Підр. - Київ: Вища школа, 1979. Частина І. С. 149-154.

3. Ю. М. Плаксин, Н. Н. Малахов, В. А. Ларин. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: КолосС, 2007. – С. 591-617.







Дата добавления: 2015-09-19; просмотров: 674. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...

Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Образование соседних чисел Фрагмент: Программная задача: показать образование числа 4 и числа 3 друг из друга...

Шрифт зодчего Шрифт зодчего состоит из прописных (заглавных), строчных букв и цифр...

Краткая психологическая характеристика возрастных периодов.Первый критический период развития ребенка — период новорожденности Психоаналитики говорят, что это первая травма, которую переживает ребенок, и она настолько сильна, что вся последую­щая жизнь проходит под знаком этой травмы...

Закон Гука при растяжении и сжатии   Напряжения и деформации при растяжении и сжатии связаны между собой зависимостью, которая называется законом Гука, по имени установившего этот закон английского физика Роберта Гука в 1678 году...

Характерные черты официально-делового стиля Наиболее характерными чертами официально-делового стиля являются: • лаконичность...

Этапы и алгоритм решения педагогической задачи Технология решения педагогической задачи, так же как и любая другая педагогическая технология должна соответствовать критериям концептуальности, системности, эффективности и воспроизводимости...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия