Transfer de masă

Aspecte teoretice

Coloanele de rectificare cu talere asigurã o separare impusã printr-o contactare în trepte a fazelor lichid-vapori pe talerele coloanei. Coloana asigurã o separare impusã a componenţilor unui amestec omogen numai dacã dispune de un numãr corespunzãtor de talere, notat cu NR, numãr de talere reale. Dacã talerul se considerã teoretic (concentraţiile celor douã faze care îl pãrãsesc sunt la echilibru) atunci pentru separarea cerutã sunt necesare NT talere teoretice.

Operarea la reflux total

Numãrul de talere teoretice depinde de natura sistemului (volatilitatea relativã), de concentraţiile amestecului de alimentare şi ale produselor, cât şi de condiţiile de operare (refluxul L). Refluxul reprezintã o parte din lichidul care se obţine din condensarea vaporilor care pãrãsesc coloana, bogaţi în componentul uşor volatil, şi care se reintroduce în coloana de rectificare. La reflux total întreaga cantitate de lichid rezultatã prin condensarea vaporilor este readusã în coloanã ca reflux, produţia acesteia fiind nulã.

Operarea la reflux total intervine la intrarea în regim a coloanelor industriale şi se aplicã în condiţii de laborator pentru determinarea eficienţei talerelor. Când se lucreazã la reflux total numãrul de talere teoretice necesar separãrii este minim (Nmin).

Scopul lucrãrii

Determinarea numãrului minim de talere pentru o coloanã de rectificare a unui amestec binar şi calculul eficienţei medii a talerelor.

Descrierea instalaţiei

Instalaţia constã dintr-o coloanã de rectificare cu clopoţei din sticlã, amestecul supus rectificãrii fiind acid acetic-apã. Cu ajutorul termometrelor (1) şi (11) se mãsoarã temperatura în blazul coloanei şi temperatura vaporilor formaţi la vârful coloanei. Termocuplele (3), (4) şi (14) împreună cu sistemul de achiziţie şi stocare date (8) permit o citire mult mai usoară a temperaturii din blaz si la vârful coloanei şi furnizarea de informaţii privind dinamica procesului până în momentul atingerii echilibrului. Cu ajutorul unui manometru cu mercur (9) se mãsoarã suprapresiunea din blaz în condiţiile de lucru.

Modul de lucru

Amestecul iniţial se alimenteazã în balonul de distilare. Se porneşte sistemul de încãlzire şi se dã drumul apei care alimenteazã refrigerentul coloanei. Se aşteaptã intrarea în regim a coloanei citindu-se periodic atât temperatura în blaz cât şi în vârful coloanei. Când acestea devin constante se citeşte şi denivelarea manometrului cu mercur montat în partea inferioarã a coloanei.

Prelucrarea datelor experimentale.

Pe baza mãsurãrii temperaturii de fierbere a lichidului şi a temperaturii de condensare a vaporilor din vârful coloanei se pot determina compoziţia blazului şi compoziţia distilatului rezultat. Pentru aceasta se aplicã condiţia punctului de fierbere şi a punctului de rouã. Un amestec ideal de lichide începe sã fiarbã când suma presiunilor parţiale egaleazã presiunea totalã p.

(2.3.1)

Amestecul supus separãrii nefiind ideal ecuaţia de mai sus se corecteazã în coeficienţii de activitate 1 şi 2.

Deci: (2.3.2)

Coeficienţii de activitate se pot calcula cu relaţiile Wan Laar sau .. pe baza datelor din anexa II. Presiunile de vapori ale celor doi componenţi P1 şi P2 se calculeazã cu ajutorul ecuaţiei Antoine, constantele Antoine fiind date în anexa II, unde t este temperatura de fierbere a lichidului din blaz.

(2.3.3)

Presiunea p din relaţia ( ) se determinã ca sumã dintre presiunea atmosfericã şi suprapresiunea din blaz. Se va lucra în mm coloanã de mercur.

p=p0 +  pb (2.3.4)

Cum în relaţiile Margules şi Wan Laar pe lângã constantele corespunzãtoare apare şi compoziţia amestecului, calculul se va face prin încercãri sau folosind programele MATCAD sau MATLAB.

Pentru calculul prin încercãri se va lua ca aproximaţie iniţialã valoarea compoziţiei corespunzãtoare diagramei de fierbere pentru o temperaturã t = tw

t 0C V = curba vaporilor

L = curba lichidului

I – faza lichidã

II – faza mixtã (amestec

tW vapori-lichid)

III – faza de vapori

t

tD

t2

0 xw x1D xD 1

Pentru a rezolva aceaşi ecuaţie în MATCAD 6 etapele rezolvãrii sunt:

1. se scrie ecuaţia

2. se dã aproximaţia iniţialã

3. se dã instrucţiunea GIVEN

4. se tasteazã a : = Find (x)

a =

Sau se apeleazã funcţia root (f(x,x) pentru ecuaţia datã dupã ce în prealabil s-a dat aproximaţia iniţialã.

a : = root (ecuaţia datã, x)

a = 1….

Pentru a calcula compoziţia distilatului se procedeazã analog pornind de la condiţia punctului de rouã pentru un amestec ideal.