Материал: Перегонка бинарной смеси вода-этиленгликоль

Российский химико-технологиченский университет имени д.И.Менделеева кафедра процессов и аппаратов химической технологии

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «Простая перегонка бинарной смеси вода–этиленгликоль»

СТУДЕНТ ГРУППА

1.Цель работы.

Практическое ознакомление с устройством и принципом работы установки простой перегонки на примере разделения жидкой бинарной смеси вода – этиленгликоль; сравнение экспериментально полученных значений количества и качества (состава) дистиллята с величинами, рассчитанными теоретически; определение количества подведённой к системе теплоты, необходимой для разделения бинарной смеси.

2. Схема установки.

Характеристики основного оборудования лабораторной установки

К – куб-кипятильник – градуированная ёмкость объёмом 10 л; ТЭН – электронагреватель; ПР – паропровод – полая цилиндрическая колонна диаметром 150 мм и высотой 1200 мм; ХК – холодильник-конденсатор пара змеевикового типа с площадью поверхности теплообмена 0,2 м2; СД – сборник дистиллята – градуированная ёмкость объёмом 10 л; ОХ – обратный холодильник змеевикового типа с площадью поверхности теплообмена 0,02 м2; КП1, КП2 – краны пробковые; ВР – вентиль регулировочный.

Контрольно-измерительные приборы (КИП)

TI 1 – стеклянный термометр, предназначен для определения температуры кипения жидкости в кубе-кипятильнике; LI 2, LI 3 – уровнемеры (градуировочные метки) для определения объёма жидкости в кубе-кипятильнике К и сборнике дистиллята СД; FI 4 – ротаметр на линии охлаждающей воды, подающейся в холодильник-конденсатор ХК и обратный холодильник ОХ.

Методика выполнения работы

Перед включением установки в работу убедиться, что кран КП1 на линии отбора проб полностью закрыт, а кран КП2 на линии возврата дистиллята из сборника в куб-кипятильник полностью открыт. Выполнение работы производится в следующем порядке.

1.По нанесённой на поверхности куба-кипятильника отградуированной шкале определить объём находящейся в нём исходной смеси VF.

2.Полностью открыть вентиль ВР1 на линии подачи воды в холодильник-конденсатор ХК и приоткрыть на 1/3 всех оборотов маховика вентиль ВР2 на линии подачи воды в обратный холодильник ОХ.

3.Включить тумблер подачи электропитания на спиральный нагреватель СЭ. Включить электропитание ТЭНа куба-кипятильника. После того как находящаяся в кубе жидкость закипит, выждать 10 – 15 мин, в течение которых устанавливается стационарный режим разделения и прекращается стекание капель конденсата по стенкам паропровода ПР в куб-кипятильник К.

4.Закрыть кран КР2 на линии возврата дистиллята из сборника в куб-кипятильник. Этот момент времени считается началом перегонки. В этот момент времени зафиксировать температуру кипения смеси ТF.

5.По истечении заданного времени перегонки выключить подачу электропитания на ТЭН куба-кипятильника и зафиксировать в этот момент времени температуру кипения смеси ТW. Отключить электропитание спирального нагревателя.

6.Через 20 – 30 мин, в течение которых дистиллят в сборнике охладится до комнатной температуры, измерить объём дистиллята VР в сборнике СД и произвести отбор пробы для определения его состава. Для этого, открыв кран КП1, слить в подготовленный химический стакан ёмкостью 100 мл не менее 50 мл дистиллята, после чего кран КП1 закрыть. Стакан накрыть листом бумаги во избежание испарения изопропанола.

Для экспериментального определения содержания изопропанола в дистилляте налить нужное количество пробы в цилиндр, определить с помощью ареометра плотность пробы или определить показатель преломления измерением на рефрактометре. 20 D n

7. Слить дистиллят из сборника в куб-кипятильник, открыв для этого кран КП2.

8. Возвратить в установку отобранные пробы дистиллята. Для этого открыть заглушку (пробку) 3 и слить их через воронку.

9. Отключить подачу охлаждающей воды в холодильник- конденсатор и обратный холодильник, закрыв вентили ВР1 и ВР2.

3. Выполнение работы.

1.Таблицы опытных данных

2. Результаты расчётов

Кубовый остаток			Тепловые потери		Количество подведённой теплоты
mW , кг	, кг H2О/кг смеси	HW , кДж	Qпот , кДж	QT , кДж
10,294	0,068	3471,3	150,0	2143,5

(использована формула прямоугольников)

Масса исходной смеси:

m_F = V_F*ρ_F = 10*1,1067=11,067 кг (плотность смеси получена интерполяцией значений из приложения 1.)

Мольное количество кубовой жидкости:

n_w= = 0,1958 кмоль

Масса кубовой жидкости:

m_W = n_w*M_W = n_w*( M_H2O*x_W+M_C2H6O2*(1-x_W)) = 10,417 кг

Средний мольный состав дистиллята:

= = 0,971

= = 0,992

Погрешность определения состава дистиллята:

Δ_%= = * 100% = 2,12 %

Количество теплоты QT, необходимой для разделения смеси вода-этиленгликоль (используются значения при T_{i ср})

= 4,1840*0,118 + 2,5344*(1-0,118) = 2,7287

= 4,1861*0,0677+2,5553*(1-0,0677) = 2,6657

= 4,1850*0,972 + 2,5446*(1-0,972) = 4,1391

( и при , , при , получены интерполяцией значений из приложения 4.)

Теплоёмкости воды и этиленгликоля находят при средних температурах:

,

,

,

=

Расчёт величин удельных энтальпий исходной смеси и кубового остатка:

= 2,7287 * (118+0) = 322,2226 кДж/кг

= 2,6657 * (126,5+0) = 337,1858 кДж/кг

– средняя температура дистиллята.

= 2196,38 * 0,9722 + 985,54 * (1-0,972) = 2162,47

= 4,1391 *122,25 + 2162,47 = 3850,6406 кДж/кг (при средней температуре дистиллята T_{Р ср})

Удельные теплоты парообразования (используются значения при T_{i ср})

= 11,067 * 321,990 = 3566,7 кДж

= 10,417 * 337,206 = 3471,3 кДж

= 0,783 * 2668,473 = 2088,9 кДж

Q_T = (H_P + H_W – H_F)/0.93 = 2143,5 кДж

= = 0,07 * 2143,5 = 150,0 кДж