EKSTRAKCJA Kornelia pdf gid

Kornelia Ciok

Warszawa, 23.03.2015r.

IChiP Gr.I

Procesy Podstawowe Projekt I EKSTRAKCJA Wariant 10

 TREŚĆ PROJEKTU Kwas octowy ekstrahuje się z a %mas. roztworu wodnego eterem etylowym. 1. Określić składy i ilości produktów końcowych (po oddestylowaniu rozpuszczalnika) na 1000 kg surówki, jeśli proces jest prowadzony dwustopniowo w prądzie skrzyżowanym przy:

 C C C      b  S  S  min  S

      C       max  S  min 

2. Określić składy i ilości produktów końcowych (po oddestylowaniu rozpuszczalnika) na 1000 kg surówki oraz liczbę stopni teoretycznych w baterii przeciwprądowej, jeśli stężenie kwasu w rafinacie ma wynosić 5% mas. oraz:

 C C C      c  S  S  min  S

    C    max  S

       min 

Równowaga ekstrakcyjna (A- woda; B- kwas; C-eter) Faza wodna

Faza eterowa

A

B

C

A

B

C

93,3

0

6,7

2,3

0

97,7

88,0

5,1

6,9

3,6

3,8

92,6

84,0

8,8

7,2

5,0

7,3

87,7

78,2

13,7

8,0

7,2

12,5

80,3

72,1

18,4

9,5

10,4

18,1

71,5

65,0

23,1

11,9

15,1

23,6

61,3

55,7

27,9

16,4

23,6

28,7

47,7

 DANE PROJEKTOWE DLA WARIANTU 10 a=21 [% mas.] b=0,016 c=0,015  ROWIĄZANIE W pierwszej fazie należy określić składy i ilości produktów końcowych (po oddestylowaniu rozpuszczalnika) na 1000 kg surówki, jeśli proces jest prowadzony dwustopniowo w prądzie skrzyżowanym przy:

 C  C C  C       b       S  S  min  S  max  S  min  Schemat dwustopniowego procesu w prądzie skrzyżowanym można przedstawić następująco: C C 1

STOPIEŃ I

S

2

R1

STOPIEŃ II

E1

R2

E2

Oznaczenia: C1 [kg] – rozpuszczalnik wtórny (eter etylowy) dostarczany na stopień I C2 [kg]– rozpuszczalnik wtórny (eter etylowy) dostarczany na stopień II E1 [kg]– ekstrakt po I stopniu procesu ekstrakcji E2 [kg]– ekstrakt po II stopniu procesu ekstrakcji R1 [kg]– rafinat opuszczający stopień I, dostarczany na stopień II R2 [kg]– rafinat opuszczający stopień II (produkt końcowy) S [kg] – surówka dostarczana na stopień I procesu ekstrakcji Mając podane w tabeli w treści projektu dane równowagowe, na trójkącie Gibbsa przedstawiam równowagę ekstrakcyjną woda(A) – kwas(B) – eter(C). Wyznaczam binodę. Kolejno zaznaczam na boku trójkąta Gibbsa AB początkowe stężenie wodnego roztworu kwasu – punkt S. Punkt S(21 % mas.) należy połączyć z wierzchołkiem C (czysty eter etylenowy) w celu wyznaczenia ( )

oraz ( )

.

Posługując się załączonym trójkątem Gibbsa oraz regułą dźwigni, wyznaczam stosunek( )

jako stosunek odległości:

| |

( )

| |

Zmierzone odcinki mają długość: |

|

|

|

Stąd po podstawieniu do wzoru, otrzymuję: ( )

| |

| |

Analogicznie postępuję wyznaczając wartość ( ) | |

( )

.Wówczas korzystam ze wzoru potaci

| |

Zmierzone odcinki mają długość: |

|

|

|

Stąd po podstawieniu do wzoru, otrzymuję: ( )

| |

| |

Znając powyższe wartości oraz korzystając ze wrozu podanego w treści zadania, mogę obliczyć wartość .

 C  C C  C       b       S  S  min  S  max  S  min  Otrzymuję:

Teraz należy znaleźć punkt mieszania M1, będący punktem, w którym mieszanina rozdziela się na dwie fazy: -rafinat R1 -ekstrakt E1 Rafinat i ekstrakt są ze sobą w równowadze termodynamicznej. Do wyznaczenia wartości C oraz S niezbędnych do wyznaczenia punktu M1 wykorzystuję program Mathcad oraz funkcję GivenFind. Wartości C i S pozwalają mi na wyznaczenie M1 :

C=|

|

S=|

|

Otrzymane długości odcinków to: |

|

|

|

Nanoszę punkt M1 na odcinek |CS|. Natępnie na wykres fazowy nanoszę cięciwę równowagi, równoległą do reszty cięciw równowagi, przechodzącą przez punkt M1. Punkty przecięcia owej cięciwy z binodą wyznaczają R1 oraz E1. Z wykreu odczytuję iloci rafinatu R1 i ekstraktu E1, a następnie odczytuję długoci odcinków |E1M1| oraz |M1R1|. Wynoszą one: |E1M1|=85 mm |M1R1|=55 mm Przechodzę teraz do drugiego etapu ekstrakcji. Z punktu R1 prowadzę prostą do wierzchołka C. Odcinek R1C przedłużam w stronę boku AB, trójkąta tym samym otrzymuję punkt S1. Wyznaczam ( )

korzytając z reguły dźwigni. | |

( )

| |

Gdzie: |

|

|

| ( )

| |

| |

Analogicznie wyznaczam ( ) ( ) Gdzie: |

|

| |

| |

|

| ( )

Wyznaczam

| |

| |

ze wzoru podanego w treści zadania:

 C  C  C C     b       S1  S1  min  S1  max  S1  min  Otrzymuję:

Do wyznaczenia wartości C oraz S1 wykorzystuję program Mathcad oraz funkcję GivenFind. Wiedząc, żę C+S1 = 184 mm wyznaczam: C = 69,473 mm S1 = 114,572 mm Stąd też mogę wyznaczyć M2 : C=|

|

S1 = |

|

Jest to punkt,tak samo jak przy pierwszym etapie, w którym mieszanina rozdziela się na dwie fazy – rafinat R2 i ekstrakt E2, będące ze sobą w równowadze termodynamicznej.

Obliczam składy produktów końcowych na 1000kg surówki: Ilość wody: SA = S · (1 – a/100) = 780 kg Ilość kwasu octowego: SA = S · a/100 = 210 kg Odczytuję z wykresu składy rafinatu R2 oraz E2 : Rafinat: XRC = 0,07 XRA = 0,82 XRB = 0,11

Ekstrakt: XEC = 0,86 XEA = 0,05 XEB = 0,09

Obliczam stężenia kwasu i wody po oddestylowaniu rozpuszczalnika wtórnego w rafinacie i w ekstrakcie: Rafinat: XRAO = XRA /(XRA + XRB) = 0,882 XRBO = XRB /(XRA + XRB) = 0,118 Ekstrakt: XEAO = XEA /(XEA + XEB) = 0,357 XEBO = XEB /(XEA + XEB) = 0,643 Obliczam masę ekstraktu i rafinatu: Korzystam z zależności: R· XRAO + E· XEAO = SA R· XRBO + E· XEBO = SB Korzystam z programu Mathcad oraz funkcji GivenFind. Otrzymuję: R = 924,687 kg E = 75,313 kg Wyznaczam masę składników w rafinacie i w ekstrakcie: RA = R· XRAO = 770,9 kg RB = R· XRBO = 103,4 kg EA = E· XEAO = 29,8 kg EB = E· XEBO = 53,7 kg Załączam na końcu projektu równoboczny trójkąt Gibbsa. 2. Określić składy i ilości produktów końcowych (po oddestylowaniu rozpuszczalnika) na 1000 kg surówki oraz liczbę stopni teoretycznych w baterii przeciwprądowej, jeśli stężenie kwasu w rafinacie ma wynosić 5% mas. oraz:

 C  C C  C       c       S  S  min  S  max  S  min  Na podstawie danych projektowych na trójkącie Gibbsa (analogicznie do polecenia pierwszego) umieszczam punkty, tworząc binodę, zaznaczam stężenie surówki S=21% oraz Rn=5%, czyli stężenie kwasu w rafinacie, do którego dążymy.

W tym celu wyznaczam stosunek ( )

oraz ( )

Zgodnie z oznaczeniami na załączonym rysunku, korzystając z reguły dźwigni wyznaczam stosunek( ) ( )

:

| |

| |

| |

| |

Gdzie: |

|

|

|

( )

Zgodnie z oznaczeniami na załączonym rysunku, korzystając z reguły dźwigni wyznaczam stosunek( ) ( )

:

| |

| |

| |

| |

Gdzie: |

|

|

|

( )

Korzystając ze wzoru podanego w projekcie, wyznaczam stosunek C/S:

 C  C C  C       c       S  S  min  S  max  S  min  Otrzymuję:

Do wyznaczenia wartości C oraz S wykorzystuję program Mathcad oraz funkcję GivenFind. Wartości C i S pozwalają mi na wyznaczenie M1 : C=|

|=35,573 mm

S=|

|=66,608 mm

Teraz posłużę się metodą graficzną w celu wyznaczenia liczby półek teoretycznych. W tym celu kolejno: a)Prowadzę prostą pomiędzy punktami

i

wyznaczając punkt

b)Prowadzę prostą przechodzącą przez punkty S i oraz prostą przechodzącą przez punkty C i aż do momentu ich przecięcia w punkcie O – punkt operacyjny. c)Prowadzę cięciwę równowagi przez punkt d)Prowadzę prostą przez punkty e)Od punktu

w celu wyznaczenia punktu

i O w celu wyznaczenia punktu

.

.

prowadzę cięciwę w celu wyznaczenia punktu

f)Powyższe kroki powtarzam aż do uzyskania

= 5% mas.

g)Obliczam składy i ilości produktów kończowych po oddestylowaniu rozpuszczalnika na 1000kg surówki. Wyznaczam liczbę stopni teoretycznych. R1 (11,0; 20,5)

E1 (64,0; 22,0)

R2 (9,0; 17,0)

E2 (69,1; 19,5)

R3 (7,5; 14,0)

E3 (76,0; 12,7)

R4 (7,0; 11,0)

E4 (82,9; 10,7)

R5 (6,9; 8,5)

E5 (87,0; 7,3)

R6 (6,8; 6,5)

E6 (91,5; 4,6)

R7 (6,7; 5,0)

E7 (95,1; 1,9)

Stąd widać, że liczba stopni teoretycznych w baterii przeciwprądowej to 7, bowiem stężenie kwasu w rafinacie wynosi 5% na 7 stopniu ekstrakcji. Dokonuję teraz obliczeń bilansowych. Ilość wody: SA = S · (1 – a/100) = 790 kg Ilość kwasu octowego: SB = S · a/100 = 210 kg Odczytuję z załączonego wykresu składy rafinatu R7 oraz E7 : Rafinat: XRC = 6,7 XRA = 88,3 XRB = 5

Ekstrakt: XEC = 95,1 XEA = 2,9 XEB = 2

Obliczam stężenia kwasu i wody po oddestylowaniu rozpuszczalnika wtórnego w rafinacie i w ekstrakcie: Rafinat: XRAO = XRA /(XRA + XRB) = 0,946 XRBO = XRB /(XRA + XRB) = 0,054 Ekstrakt: XEAO = XEA /(XEA + XEB) = 0,57 XEBO = XEB /(XEA + XEB) = 0,43 Obliczam masę ekstraktu i rafinatu: Korzystam z zależności: R· XRAO + E· XEAO = SA R· XRBO + E· XEBO = SB Korzystam z programu Mathcad oraz funkcji GivenFind. R = 302,996 kg E = 697,004 kg Wyznaczam masę składników w rafinacie i w ekstrakcie: RA = R· XRAO = 286,758 kg RB = R· XRBO = 16,238 kg EA = E· XEAO = 299,851 kg EB = E· XEBO = 397,153 kg

LITERATURA „Wymiana ciepła – Tablice i wykresy”; W. Gogół „Podstawowe procesy przemysłu chemicznego” ; A. Sielecki, L. Gradoń