Kornelia Ciok Warszawa, 23.03.2015r. IChiP Gr.I Procesy Podstawowe Projekt I EKSTRAKCJA Wariant 10 TREŚĆ PROJEKTU Kwas octowy ekstrahuje się z a %ma...
5 downloads
20 Views
487KB Size
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 C b S S S S min max 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 c S S S S min max 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 b 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