Upload
others
View
13
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
Proračun kolone za destilacijsko izdvajanje etanola
Izdvajanje i pročišćavanje biotehnoloških proizvoda
Seminar 6
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Proračun destilacijske kolone može se podjeliti u četiri osnovne faze:
• Određivanje podataka o ravnoteži para-kapljevina
• Izračunavanje broja idalnih plitica ili jedinica prijenosa
• Određivanje efikasnosti plitice ili punila• Dimenzioniranje kolone
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Brzi postupci za proračun koriste se za:
• Preliminarno izračunavanje troškova• Parametrijsko određivanje radnih veličina• Grubo razdvajanje komponenti• Za proračun destilacije idealnih smijesa
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Fizička slika-Kontinuirani destilacijski proces (rektifikacija)
DestilacijskaKondenzator
Ispa-rivač
kolona
Protok kapljevine
Protok pare
Ulazni protok (kapljevina)
Refluks kapljevina
Destilat (kapljevina)
Protok dno (kapljevina)
Protok dno (para)
Para
Voda za hlađenje
Razlika temp. vrelišta komponenti manja od 80oC
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Radni pravac dna kolone (sekcija stripiranje)
Bmm xVBx
VLy 1
Iz materijalne bilance etanola za m-ti pod (pliticu) sekcija stripiranje (dno kolone) dobije se:
Protok dno (B)
Udio lakše hlapive komponente u
kapljevini na dnu kolone (XB)
Protok kapljevine
(L)
Kapljevina (X)
Nagib pravca:L/V
XB
m+1
Pod m
Isparivač
Protok pare (V)
(L)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Radni pravac vrha kolone (sekcija rektifikacije)
R-refluksni omjer;
R=L/D-kvocjent refluksa i destilata
Iz materijalne bilance za n-ti pod (pliticu) sekcija rektifikacije (vrh kolone) dobije se:
Dnn xR
xRRy
11
1 1
Dnn x
VDx
VLy 1 ILI
Destilat (D) XD
Refluks (L)
KondenzatorPod n
n-1
Kapljevina (X)
Nagib pravca:
(L)
Protok pare (V)
(V)
Udio lakše hlapive komponente na vrhu kolone (XD)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
q-pravac:
q- toplinsko stanje pojne smjese
zf=xf-udio lakše hlapive komponente u pojnoj smjesi
Fxqx
qqy
11
1
Nagib q-pravca određen je stanjem pojne smjese:
q = 0 (zasićena para)q = 1 (kapljevina na tem. vrelišta)0 < q < 1 (dvije faze)q > 1 (pothlađena kapljevina)q < 0 (pregrijana para)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Numerički: Minimalni refluksni omjer (Rmin):
FD
FD
xxyx
RR
1min
min
0.2 0.4 0.6 0.8 1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Grafički: Uvjet za Rmin je da: sjecište radnih pravaca leži na sjecištu q-pravca i ravnotežnoj krivulji. Za rad kolone uz minimalni refluksni omjer potreban je beskonačan broj plitica.
Drugi granični slučaj je kad radni pravci padnu na diagonalu (kolona radi stotalnim refluksom, potreban je minimalni broj plitica).
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0The number of stages is 8.
xFxB xD
y
x
Ravnotežna krivulja
radni pravac gornje kolone (rektifikacije)
Dnn xR
xRRy
11
11
radni pravac donjeg dijela kolone (stripiranje)
q-pravac
Fxqx
qqy
11
1
xxy
)1(1
Bmm xVBx
VLy 1
Za realni sustav odnos refluksnih omjera je 1,2-1,5 puta veći od Rmin
Diagonalax=y
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Popis simbola
x-molni udio lakše hlapive komponente u kapljevini
y-molni udio lakše hlapive komponente u pari
xB-molni udio lakše hlapive komponente na dnu kolone
xD- molni udio lakše hlapive komponente na vrhu kolone (destilatu)
xF- udio lakše hlapive komponente u pojnoj smjesi
F-protok pojne smjese
D-protok destilata
B-protok na dnu
L-protok kapljevine (refluksa)
V-protok pare
R-refluksni omjer
-relativna hlapivost (kvocjent udjel komponenata u kapljevini i pari; ukazuje na lakoću razdvajanja komponenta destilacijom)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Izračun broja idealnih pliticaMaCabe-Thiele postupak
(dvokomponentne idealne smjese)
• Relativne hlapljivosti konstantne ()• Nema gubitaka topline• Protoci su konstantni (V,L-kons.)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Primjer 1 i 2: Izračun broja plitica (N) koristeći MaCabe-Thiele-ov postupak.
Primjer 1 Treba razdijeliti smjesu etanola i vode molnogsastava 60% etanola (xF) i 40% vode tako da se dobijedestilat sa 95% etanola (xD), i proizvod dna sa 5% etanola(xB). Pojna je smjesa na tem. vrenja 89 oC, stoga jevrijednost toplinskog stanja pojene smjese 1 (q-vrijednost).Temperature vrha i dna kolone su 82 i 109 oC. Kolona jeopremljena kondenzatorom s potpunim ukapljivanjem.
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Iz termodinamičkih podataka za smjesu relativna hlapljivost lakše hlapive komponente (etanola) na vrhu, dnu i točki pojenja je (Eduard Beer; Priručnik za dimenzioniranje uređaja kemijske procesne industrije 1985):
Vrh: 82 oC =2.57
Dno:109 oC = 2.32
Pojenje: 89 oC = 2.48
Kriterij za konstantnu relativnu hlapljivost :
0894.00511.02
32.257.2ln1.032.257.232.257.2
Kriterij je zadovoljen i računamo srednju vrijednost relativne hlapljivosti:
454.232.248.257.23
Primjer 1 (grafički postupak)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Ravnotežna krivulja para-kapljevina:
0.2 0.4 0.6 0.8 1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
y
xxy
)1(1
Ravnotežna krivulja
xx-molni udio lakše hlapive komponente u kapljeviniy-molni udio lakše hlapive komponente u paria=α-relativna hlapivost komponente
x 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
y 0.214 0.380 0.513 0.621 0.710 0.786 0.851 0.908 0.957
(xF, yF,)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Minialni refluksni omjer (Rmin):
FD
FD
xxyx
RR
1min
min
883.01
469.060.095.0
786.095.01
min
min
min
min
min
R
RR
RR
Koristeči Van Winkle Todda korelaciju procjenjen je optimalni refluksni omjer (Ropt):
Ropt= Rmin• faktor korekcije=0.883 • 1.182=1.044
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Radni pravac sekcije rektifikacije (vrh kolone):
Dnn xR
xRRy
11
1 1
Dnn x
VDx
VLy 1
511.01044.1
044.11
RR
VL
771.060.095.0
95.0511.0
y
yyxyx
FD
D
xF
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
y=0.771 je vrijednost y za radni pravac sekcije rektifikacije na q-pravcu. Radni pravac sekcije rektifikacije provlačimo kroz točke (0.95, 0.95) i (0.60, 0.771), a radni pravac sekcije stripiranja kroz točke (0.05, 0.05) i (0.60, 0.771). Za pojenje na temperaturi vrenja q=1, q-pravac je okomit na x-os.
Grafičko rješenje daje 6 plitica u sekciji rektifikacije i 8 plitica u sekciji stripiranja
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0The number of stages is 8.
xFxB xD
yD
yF
yB
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
DZ
• Nacrtajte MaCabe-Thiele-ov diagram koristeći podatke iz zadatka 1. (proračun kolone za destilaciju etanola).
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0The number of stages is 8.
DZ Seminar 6 IPBP
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Primjer 1 (analitički postupak proračuna idealnih plitica)
Sekcija rektifikacije (vrh kolone)
Dnn xVDx
VLy 1
511.0VL
R-refluksni omjer;
R=L/D-kvocjent refluksa i destilata044.1
DLRopt
Materijalna bilanca za 100 kmol h-1 smjese-etanol/voda (bilanca lakše hlapljive komponente):100=D+B
0.6•100=0.95 •D +0.05 •B
60=0.95 •D+0.05 •(100-D)
D=61.1 kmol h-1 B=38.9 kmol h-1
L=61.1 •1.044=63.79 kmol h-1
V=63.79/0.511=124 .83 kmol h-1
61.1/124.83 • 0.95=0.465
yn=0.511 •xn-1+0.465
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
xxy
)1(1
Za kondenzator s potpunim ukapljivanjem yD=xD=0.95 iz jednadžbe za ravnotežnu krivulju:
yyx
)1(1 = 0.8856
y2 = 0.511 •x1+0.465 = 0.917
2
22 )1( y
yx
= 0.8182
y3 = 0.511 •x2+0.465 = 0.883
Postupak se ponavlja dok vrijednost za x ne postane manja od vrijednosti xF , nakon posljednjeg koraka prelazimo na propačun broja podova u sekciji stripiranja (dno kolone).
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Sekcija stripiranja
Bmm xVBx
VLy 1
V=124 .83 kmol h-1
B=38.9 kmol h-1
L=B+V=38.9+124.83=163.73 kmol h-1
312.183.12473.163
VL
016.005.083.1249.38
BxVB
772.0016.06.0312.11 y
)545.21(772.0*454.2772.0
)1( 1
11
y
yx
Ponavljajući postupak dok vrijednost za x ne bude manja
od xB=0.05
Rješenje: 7 plitica za sekciju rektifikacije i 8 plitica za sekcijustripiranja.
2.454
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
DZ
• Izračunajte analitičkim postupkom molni sastave lakše hlapive komponente (etanola) u svim pliticama destilacijske kolone iz zadatka 1. te odredite broj plitica.
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Primjer 2 Srednja vrijednost relativna hlapljivost smjeseiznosi 2.45 () (primjer 1). Vrijednost toplinskog stanja pojenesmjese je 0.85 (q-vrijednost). Molni udio etanola u destilatu je0.9 (xD), u pojnoj smjesi 0.5 (xF) i na dnu 0.1 (xB).
a) Potrebno je izračunati minimalni refluksni omjer (Rmin).
b) Ako je realni refluksni omjer 1.5 puta veči od minimalnogizračunajte broj teorijskih jedinica prijenosa (N).
Riješiti u MATHEMATICI WOLFRAM
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
xxy
)1(1
x-molni udio u kapljeviniy-molni udio u paria=α-relativna hlapivost komponente
Ravnotežna krivulja:
Witha 2.45, a#1
1 a 1 #1 &
Primjer 2 (a)
q-pravac:
q- toplinsko stanje pojne smjese
zf=xf-udio lakše hlapive komponente u pojnoj smjesi
Withq 0.85, q#1
q 1
zf
q1 &Fxq
xqqy
11
1
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Radni pravaci
WithR 1.5143, R#1
R 1
x0
R1 &
radni pravac gornje kolone (rektifikacije)
Dnn xR
xRRy
11
11
radni pravac donjeg dijela kolone (stripiranje)
ypinch#1xpinch xb ypinch
xb xpinch&
Primjer 2 (a,b)
a)
b)
a)
ypinch#1xpinch xd ypinch
xd xpinch&
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Primjer 3. Koristeći McCabe-Thielov diagram iz primjera 2.(Wolfram mathematica demostration project "McCabe & ThieleGraphical Method") raspravite utjecaj promjene parametradestlacije (relativnu hlapljivost (), sastav destilata (xD), dna (xB),pojne smjese (xF) i toplinsko stanju pojne smjese (q) na promjenubroja idealnih plitica (N). Optimalna plitica za pojenje je ona kojaleži na sjecištu ravnotežnih pravaca.
http://demonstrations.wolfram.com/McCabeThieleGraphicalMethod/
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)