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

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ ПРОСТОЙ ПЕРЕГОНКИ





Ц е л ь р а б о т ы - экспериментальная проверка результатов решения дифференциального уравнения процесса простой перегонки на примере системы этанол – вода.

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь. Метод разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа компонентов, основанный на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре, называется перегонкой. В простейшем случае исходная смесь является бинарной, т.е. состоит только из двух компонентов. Получаемый при её перегонке пар содержит относительно большее количество легколетучего или низкокипящего компонента (НК), чем исходная смесь. Следовательно, в процессе перегонки жидкая фаза обедняется, а паровая фаза обогащается НК. Неиспарившаяся жидкость, естественно, имеет состав, более богатый труднолетучим или высококипящим компонентом (BК) [1].

Эта жидкость называется остатком, а жидкость, полученная в результате конденсации паров, - дистиллятом.

Простая перегонка представляет собой процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. Простая перегонка применима только для разделения смесей, летучести (температуры кипения) компонентов которой существенно различны. Обычно её используют лишь для предварительного грубого разделения жидких смесей, а также для очистки сложных смесей от нежелательных примесей.

Перегонку проводят путем постепенного испарения жидкости, находящейся в перегонном кубе. Образующиеся пары отводятся и конденсируются. Процесс осуществляют периодическим или непрерывным способом [22].

В периодически действующей установке (рис. 4.4) исходную смесь загружают в перегонный куб 1, снабженный устройством для обогрева, и доводят до кипения. Пары отводят в конденсатор 2, где они конденсируются, отдавая теплоту воде. По окончании операции остаток сливают из куба, после чего в него вновь загружают разделяемую смесь.

Пусть в некоторый момент времени масса жидкости в кубе равна Wх, а её состав (содержание НК) – х. Мacсa НК в жидкости в этот момент равна W· х

ОСТАТОК

 

Рис. 4.4. Схема установки для периодической перегонки

 

За бесконечно малый промежуток времени испарится dW кг смеси и концентрация жидкости в кубе уменьшится на величину dx. При этом образуется dW кг пара, равновесного с жидкостью и имеющего концентрацию y*, масса НК в паре будет равна dWy*. Соответственно остаток жидкости в кубе составит (W - dW), а её концентрация будет (х – dx). Масса НK в жидкости к концу рассматриваемого промежутка времени будет равна (W - dW) (x - dx).

Уравнение материального баланса по НК за рассматриваемый промежуток времени примет вид

 

(4.13)

Раскрывая скобки и пренебрегая произведением dWdx, как бесконечно малой величиной второго порядка, после разделения переменных получают

 

. (4.14)

Это дифференциальное уравнение должно быть проинтегрировано в пределах изменения количества жидкости в кубе от начального W = Wн до конечного W = Wк и соответствующего падения её концентрации от xн до xк за всю операцию перегонки:

 

. (4.15)

 

В результате интегрирования получают

 

. (4.16)

 

Уравнение (4.16) называется дифференциальным уравнением материального баланса простой перегонки.

Вид функции y* = f(x) определяется формой кривой равновесия и не может быть установлен аналитически для каждого конкретного случая простой перегонки. Поэтому интегрирование правой части уравнения проводят графически - путем построения зависимости 1 /(y* - x) от х (рис. 4.5)

 

 

Рис. 4.5. Графическое решение интеграла

Для ряда значений х в пределах от xн до xк находят равновесные их значения y* (из таблиц или диаграммы y-x) и вычисляют значения y* - x и 1 /(y* - x). Разделив соответствующие значения х и I/(y* - x) на выбранные масштабы по осям координат Мх и М 1/(y*-x), строят подинтегральную функцию и по размеру площади под кривой Ф, ограниченной абсциссами хк и хн, определяют величину искомого интеграла

 

(4.17)

 

Таким образом, А = ln (Wн/Wк) или Wн/Wк = еА (е - основание натуральных логарифмов, е = 2, 71). Массовое количество кубового остатка

 

. (4.18)

 

Определив массовое количество кубового остатка, рассчитывают данные по дистилляту

 

, (4.19)

 

где WD - масса получаемого дистиллята, кг; xD – массовая доля НК в дистилляте.

Цель расчета простой перегонки - определить количество и состав дистиллята, чтобы получить в кубе остаток заданного состава из имеющегося количества исходной смеси известного состава.

 







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 1576. 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...

Методы прогнозирования национальной экономики, их особенности, классификация В настоящее время по оценке специалистов насчитывается свыше 150 различных методов прогнозирования, но на практике, в качестве основных используется около 20 методов...

Методы анализа финансово-хозяйственной деятельности предприятия   Содержанием анализа финансово-хозяйственной деятельности предприятия является глубокое и всестороннее изучение экономической информации о функционировании анализируемого субъекта хозяйствования с целью принятия оптимальных управленческих...

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

Методика обучения письму и письменной речи на иностранном языке в средней школе. Различают письмо и письменную речь. Письмо – объект овладения графической и орфографической системами иностранного языка для фиксации языкового и речевого материала...

Классификация холодных блюд и закусок. Урок №2 Тема: Холодные блюда и закуски. Значение холодных блюд и закусок. Классификация холодных блюд и закусок. Кулинарная обработка продуктов...

ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. 1. Особенности термодинамического метода изучения биологических систем. Основные понятия термодинамики. Термодинамикой называется раздел физики...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2025 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия