SZAKASZOS REKTIFIKÁLÁS

Hasonló dokumentumok
Gépészeti Eljárástechnika Tanszék. Szakaszos rektifikálás mérés

Desztilláció: gyakorló példák

8.8. Folyamatos egyensúlyi desztilláció

- anyagmérlegek felírása a szakaszos üzemű berendezés teljes üzemidejére;

8.9. Folyamatos rektifikálás vizsgálata félüzemi méretű rektifikáló oszlopon.

8.9. Folyamatos rektifikálás vizsgálata félüzemi méretű rektifikáló oszlopon.

Kiegészítő desztillációs példa. 1. feladatsor. 2. feladatsor

8.11. Szakaszos rektifikálás üveg harangtányéros kolonnán

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Gőz-folyadék egyensúly

Fiziko-kémiai módszerek a finomkémiai ipar hulladékvizeinek kezelésére

8.9. Folyamatos rektifikálás vizsgálata félüzemi mérető rektifikáló oszlopon.

Töltött rektifikáló oszlopok vizsgálata

HALLGATÓI SEGÉDLET. Térfogatáram-mérés. Tőzsér Eszter, MSc hallgató Dr. Hégely László, adjunktus

SZAKASZOS EXTRAKTÍV ÉS AZEOTROP DESZTILLÁCIÓ OPTIMÁLIS TERVEZÉSE

doktori (Ph.D.) értekezés

Technológiai hulladékvizek kezelése fiziko-kémiai módszerekkel a körforgásos gazdaság jegyében

Folyamattan gyakorlat. 2017/ félév BME-KKFT Készítette: Stelén Gábor

Lemezeshőcserélő mérés

1. feladat Összesen 21 pont

UniSim Design. - steady state modelling - BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék Dr. Mizsey Péter, Dr. Benkő Tamás, Dr.

Ellenáramú hőcserélő

ZÁRÓJELENTÉS Újtípusú félfolyamatos szétválasztó műveletek, OTKA T (4 év) Témavezető: Rév Endre

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

Desztillációs technológiák vizsgálata szénhidrogén elegy példáján

Szénhidrogén elegy rektifikálásának modellezése

1. feladat Összesen 25 pont

2. A vizsgált üzemeltetési módok

ÖRVÉNYSZIVATTYÚ JELLEGGÖRBÉINEK MÉRÉSE

Kulcsszavak: heteroazeotróp, szakaszos desztilláció, dinamikus szimuláció

Vegyipari Géptan labor munkafüzet

Figure 1. Scheme of a double column batch stripper in open mode with thermal integration

Az extrakció. Az extrakció oldószerszükségletének meghatározása

5. Laboratóriumi gyakorlat

VIDÉKFEJLESZTÉSI MINISZTÉRIUM. Petrik Lajos Két Tanítási Nyelvű Vegyipari, Környezetvédelmi és Informatikai Szakközépiskola

AZEOTROP ELEGYEK SZAKASZOS DESZTILLÁCIÓS SZÉTVÁLASZTÁSÁNAK TÖKÉLETESÍTÉSE

1. feladat Összesen 8 pont. 2. feladat Összesen 18 pont

DEBRECENI EGYETEM MŰSZAKI KAR GÉPÉSZMÉRNÖKI TANSZÉK SPM BEARINGCHECKER KÉZI CSAPÁGYMÉRŐ HASZNÁLATA /OKTATÁSI SEGÉDLET DIAGNOSZTIKA TANTÁRGYHOZ/

Chloroform LP. Acetone. At the beginning: Chloroform+ Acetone+ Toluene in V. At the end: V is empty

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék HALLGATÓI SEGÉDLET

Modla G., Láng P., Kopasz Á. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészeti Eljárások Tanszék

8. oldaltól folytatni

DV285 lemezes hőcserélők, E típus

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A mérési jegyzőkönyvet javító oktató tölti ki! Kondenzációs melegvízkazám Tanév/félév Tantárgy Képzés

Folyadékok és szilárd anyagok sűrűségének meghatározása különböző módszerekkel

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

A. mértékegységek (alap és származtatott mértékegységet, átváltások) neve: jele: neve: jele: hosszúság * l méter m. tömeg * m kilogramm kg

Modellkísérlet szivattyús tározós erőmű hatásfokának meghatározására

2. mérés Áramlási veszteségek mérése

Ventilátor (Ve) [ ] 4 ahol Q: a térfogatáram [ m3. Nyomásszám:

POLIMERTECHNIKA Laboratóriumi gyakorlat

A Raoult és Dalton- törvényeket felhasználva kapjuk az egyensúlyi görbét (lencsegörbét), amelynek egyenlete:

Többjáratú hőcserélő 3

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VEGYIPAR ISMERETEK EMELT SZINTŰ GYAKORLATI VIZSGA MINTAFELADATOK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK

A kapacitás növelése és energiafelhasználás csökkentése ásványolajat desztilláló oszlopokon

Tartalom. 1. Gázszagosító anyagok vizsgálata

Beszabályozó szelep - Csökkentett Kv értékkel

Folyamatirányítás. Számítási gyakorlatok. Gyakorlaton megoldandó feladatok. Készítette: Dr. Farkas Tivadar

ÖRVÉNYSZIVATTYÚ MÉRÉSE A berendezés

Távirányító használati útmutató

Könnyű olefinek desztillálása: propán-propilén frakcionálása polipropilén gyártás céljából

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Q

Egyutú és háromjáratú szelepek VFG.. / VFGS 2 / VFU.. a segédenergia nélküli termosztáttal és motoros szelepmozgatókhoz

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Vízóra minıségellenırzés H4

Méréselmélet és mérőrendszerek 2. ELŐADÁS (1. RÉSZ)

TBV. Beszabályozó szelepek Készülék beszabályozó szelep

Részletes szakmai jelentés a számú OTKA-projektről

Szénhidrogén ipari technológiák Szétválasztó eljárások, Desztilláció

ISO-BUTIL 1000 Primer tömítő extruder hőszigetelő üveggyártáshoz

Figure 1. The scheme of a DCBS

MINTA Írásbeli Záróvizsga Mechatronikai mérnök MSc. Debrecen,

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

STAF, STAF-SG. Beszabályozó szelepek DN , PN 16 és PN 25

STAP DN Nyomáskülönbség szabályozó szelep ENGINEERING ADVANTAGE

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VEGYÉSZ ISMERETEK EMELT SZINTŰ SZÓBELI VIZSGA MINTAFELADATOK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK

KORLÁTOZOTT TERJESZTÉSŰ! A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

A nátrium-klorid oldat összetétele. Néhány megjegyzés az összetételi arány méréséről és számításáról

STAD-R. Beszabályozó szelepek DN 15-25, csökkentett Kv értékkel

A jegyzőkönyvvezetés formai és tartalmi követelményei

Ultrahangos távolságmérő. Modell: JT-811. Használati útmutató

Nyomástartóedény-gépész Kőolaj- és vegyipari géprendszer üzemeltetője

K jelű termosztatikus fej

A problémamegoldás lépései

ASV-PV és ASV-I szelepek

8.10. Töltött rektifikáló oszlopok vizsgálata

INTIEL Elektronika az Ön oldalán Programozható differenciál termosztát TD-3.1 Beüzemelési útmutató

A V9406 Verafix-Cool KOMBINÁLT MÉRŐ- ÉS SZABÁLYOZÓSZELEP

Gázégő üzemének ellenőrzése füstgázösszetétel alapján

TBV-CM. Kombinált fogyasztói szabályozó és beszabályozó szelepek Készülék beszabályozó szelep folyamatos (modulációs) szabályozással

Vizsgarészhez rendelt követelménymodul azonosítója, megnevezése: Épületgépészeti rendszerismeret

Mechatronika szigorlat Írásbeli mintafeladat

Mérési jegyzőkönyv. M1 számú mérés. Testek ellenállástényezőjének mérése

Nyomástartóedény-gépész Kőolaj- és vegyipari géprendszer üzemeltetője

1. feladat Összesen 17 pont

STAP. Nyomáskülönbség szabályozók DN

STAD-R. Beszabályozó szelepek Beszabályozó szelep DN 15-25, csökkentett Kv értékkel

TBV. Készülék beszabályozó szelep ENGINEERING ADVANTAGE. A TBV szelep lehetővé teszi a pontos hidraulikai beszabályozást.

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

Átírás:

SZAKASZOS REKTIFIKÁLÁS mérési segédlet Mérés helyszíne: Stokes Laboratórium Ellenőrizte: Dr. Hégely László Készítette: Deák Gábor, Kádár Péter, Tőzsér Eszter, Verrasztó László Budapest, 2018.05.17. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 1111 Budapest, Bertalan Lajos u. 4-6. D.ép. I. 110. Gépészmérnöki Kar Telefon: +3614632529 poos@mail.bme.hu Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék http://www.epget.bme.hu

1 A mérés célja Laboratóriumi rektifikáló oszlopban szakaszos rektifikálás elvégzése, etanol víz elegyből etanol gyártása. 2 Elméleti háttér A desztilláció a vegyiparban a leggyakrabban alkalmazott szétválasztó művelet, amelynek során a folyadékelegy szétválasztása a komponensek illékonyságának különbsége alapján történik. A művelet magas energiaigénye miatt nagy jelentősége van a desztilláló berendezések optimális tervezésének és üzemeltetésének. A folyamatos desztilláció jól ismert, az iparban gyakran alkalmazott művelet. A szakaszos üzemmód azonban előnyösebben alkalmazható, amikor kis anyagmennyiséget kell szétválasztani és a szétválasztandó elegy (sarzs) jellemzői gyakran változnak. A szakaszos rektifikálás lényege, hogy a szakaszos desztillációhoz hasonlóan az elegyet az üstbe töltve folyadék-utánpótlás nélkül elpárologtatjuk úgy, hogy a képződő gőzöket kondenzációt követően az oszlopba visszavezetjük. A lekondenzált, visszavezetett folyadékot refluxnak hívjuk. A reflux a felszálló gőzökkel ellenáramban visszafolyik az üstbe. Az oszlop lehet töltetes vagy tányéros kialakítású. A berendezés egy szegényítő rész (alsó oszloprész) nélküli, csak dúsító szakaszt (felső oszloprész) tartalmazó oszlopnak tekinthető. A szakaszos rektifikáló berendezés elvi vázlatát mutatja az 1. ábra. A szakaszos rektifikálást a gyakorlatban kétféleképpen végzik el: vagy állandó refluxaránnyal vagy állandó desztillátumösszetétellel. 1 / 14

1.ábra: Szakaszos rektifikáló berendezés elvi vázlata Ha állandó refluxaránnyal dolgozunk, a desztillátum összetétele a művelet során változik. Az illékonyabb komponens koncentrációja ( mivel a komponens üstbeli koncentrációja ( x S x D ) a művelet előrehaladtával csökken, ) is egyre csökken. Állandó desztillátumösszetétel mellett célszerű végezni a szakaszos rektifikálást például akkor, ha az illékonyabb komponens nagy részét a fejtermékben nagy tisztaságban akarjuk kinyerni. Mivel az üstben az illékonyabb komponens koncentrációja csökken, állandó desztillátumösszetételt csak a refluxarány folyamatos növelésével biztosíthatunk. 3 Mérés és módszer 3.1 A mérőberendezés A készülékünk egy rendezett, ún. Sulzer LDX fémhálós töltetet tartalmazó kolonna, melyben a töltet egy 1 méteres és egy 0,5 méteres részre oszlik (a részekben összesen 27 db töltet található). A készülék alján található egy fűtőkosár, amely a folyadékelegy melegítését végzi, valamint egy üst (gömblombik), amelybe az elegyet töltjük. Az oszlopban 2 / 14

található töltetekre azért van szükség, hogy a fázisérintkező felületet növelni tudjuk. A 3. ábrán látható egy kép a fémhálós töltetekről. Az oszlop 30 mm belső átmérőjű üveg kolonna (4. ábra), az üst 3 literes. A kolonna fűtőberendezésének maximális teljesítménye 700W. Található egy fej- és egy termékkondenzátor is a mérőberendezésen. Ezekben történik meg a páragőz kondenzációja, valamint a termék hűtése is egyben. A hűtővíz hálózati víz, amelyet egy szeleppel nyithatunk, illetve zárhatunk. A rektifikáló berendezéshez tartozik egy vezérlő, aminek a központi egysége egy PLC. A PLC segítségével beállíthatunk a mérés megkezdése előtt bizonyos paramétereket, és a mérés közben monitorozni is tudunk néhány jellemzőt, pl: a hőmérsékleteket. Mérjük a fenék, a kolonna illetve a fej hőmérsékletét termoelem segítségével. 3.ábra: Fémhálós töltetek Rotaméterrel tudjuk mérni a hűtővíz mennyiségét l/perc-ben. Az oszlop nyomásesését U-csöves manométerrel mérjük, a mérőfolyadék színezett víz a könnyebb leolvasás érdekében. A nyomásesést elég egyszer, teljes reflux mellett megmérni. Mivel a kolonna rendezett töltetet tartalmaz, nem számíthatunk nagy nyomáskülönbségre az oszlop alja és teteje között. A desztillátum áramát szolenoid segítségével tudjuk zárni illetve nyitni, melynek a működése az 5. ábrán látható. A szolenoid függőlegesen egy üvegrudat mozgat, melynek a végén egy harang alakú zárórész található. Ha a szolenoid működésbe lép, felemeli a rudat és szabad áramlást biztosít a fejgőznek a desztillátumgyűjtő felé. Azt, hogy milyen gyakran nyit és zár a szolenoid, a mérés előtt kell beállítani a vezérlőn. A mérés során szükség van még egy digitális mérlegre, amellyel a termék és a kiindulási elegy mennyiségét mérjük, valamint egy Abbe-féle refraktométerre a törésmutató meghatározásához. A refraktométerhez tartozik még egy termosztát, amely állandó hőmérsékleten tartja a 3 / 14

berendezés üvegprizmáját. Az üstben található egy szintérzékelő is, amely folyadékszintet mér, és alarm jelet küld a vezérlőnek folyadék hiányában. A mérőberendezés légköri nyomáson üzemel. 4.ábra: Vázlat a mérőberendezésről 4 / 14

5.ábra: Reflux szabályozó szelep 1. táblázat. Felhasznált műszerek és azok adatai Megnevezés Gyári szám Méréshatár Megjegyzés Refraktométer 355318 U-csöves manométer Digitális mérleg 24206340 3.2 A mérési módszer 1. lépés: A rektifikálásra szánt folyadékelegy kezdeti tömegének megmérése, valamint a törésmutatójának meghatározása refraktométerrel. A termosztát ellenőrzése, hogy megfelelően működik e. 5 / 14

2. lépés. Betöltés. Az üstbe betöltjük a meghatározott összetételű etanol víz elegyet.!!! Ügyelni kell, hogy légköri nyomáson, tehát ne zárt rendszerben desztilláljunk. Ehhez nyitva kell lenni a fejnél a legfelső csonknak, illetve a desztillátum szedőnél a légkör felé eső szelepnek.!!! 3. lépés. Először megindítjuk a hűtővíz térfogatáramát. Ha ezt nem tesszük meg, akkor a vezérlő hibaüzenetet jelez. Bekapcsoljuk a vezérlőt. A PLC-n beállítjuk a szolenoid zárási és nyitási idejét, amely megadja a refluxarányt. R = 2-es refluxszal dolgozzunk, lehetőleg 6 másodperces zárási és 3 másodperces nyitási időkkel, valamint a várakozási időt (t wait a vezérlőn), amellyel a teljes reflux idejét állítjuk be, vagyis azt az időt, amíg a szolenoid nem nyitja ki a desztillátum ágat, és a teljes gőzmennyiség kondenzáció után visszacsorog az oszlopba. A beállítások elvégzése után bekapcsolhatjuk a fűtőkosarat és teljes reflux mellett megindulhat a felfűtés. Beállítandó paraméterek: t nyitási = 3 s, t zárási = 6 s, twait = 300 s. Ezután a START megnyomásával elindítjuk a műveletet és megindítjuk a stopperórát. Fontos, hogy a fűtőkosárral elérendő hőmérséklet meghaladja a legkevésbé illékony komponens forrponti hőmérsékletét is. 4. lépés. Desztillálás állandó refluxarány mellett. R<. A desztillátumot csapos mérőhengerbe vezetjük, innen 4 percenként leengedjük a desztillátumot egy folyadéküvegbe. Minden szedésnél megmérjük a kinyert desztillátum tömegét és törésmutatóját. A rektifikálás szempontjából fontos eseményeket is feljegyezzük: 1. A termékelvétel kezdetét. 6 / 14

2. A mérés végét, amely fejhőmérséklet kellően magas értéke esetén megy végbe. (>95 C) Az utolsó mintavétel után megállítjuk a stopperórát és feljegyezzük a desztillálás időtartamát. STOP, leállítjuk a fűtést. 3.3 A kiértékelés módszere A szakaszos rektifikáló anyag és hőmérleg egyenletei: Teljes anyagmérleg: D S 1 S 2 Komponensmérleg: D x D S1 x S1 S 2 x S 2 ahol S1 az üstben lévő anyagmennyiség a rektifikálás előtt S2 az üstben lévő anyagmennyiség a rektifikálás után D a desztillátum mennyisége x D - a desztillátum átlagos koncentrációja xs2 az üstmaradék koncentrációja xs1 a kiindulási folyadékelegy koncentrációja 7 / 14

4 Jegyzőkönyv tartalmi követelményei 4.1 Számítások 1. Minden desztillátum párlathoz a koncentrációk meghatározása a mellékletben megtalálható etanol koncentráció törésmutató diagram segítségével. Figyelni kell, hogy egy adott törésmutató értékhez két koncentráció érték is tartozhat, mivel van egy felszálló és egy leszálló ága is a görbének. ( nd,d -> xd ) 2. Átlagos desztillátum koncentráció meghatározása: x D = n 1 x i m i m i, ahol x i : az egyes szedéseknél számított koncentráció, m i : az egyes desztillátum párlatok tömegei. Itt fontos megjegyezni, hogy sima átlaggal való számolás nem jó, mivel a desztillátumok tömegei eltérőek! 3. Teljes anyagmérleg hibájának kiszámítása: ε = D (S1 S2) *100 (%) S1 S2 4. Komponens mérleg hibájának kiszámítása: η = D xd (S1 xs1 S2 xs2) S1 xs1 S2 xs2 5. Desztillációs sebességek meghatározása: v D = m i Δt (kg/s) 4.2 Diagramok *100 (%) 1. Az üst, az oszlop és fejhőmérsékletek ábrázolása az idő függvényében (Tüst, Toszlop, Tfej idő). 2. Az egyes desztillátum párlatok koncentrációjának ábrázolása az idő függvényében (x D idő) 3. A desztillátumok tömegének ábrázolás az idő függvényében (mi- idő) 5 Jelölések jegyzéke Latin betűk Jelölés Megnevezés, megjegyzés Mértékegység S1 kiindulási elegy mennyisége g S2 üstmaradék mennyisége g D desztillátum mennyisége g 8 / 14

xd desztillátum etanol koncentrációja tömeg% x D desztillátum átlagos koncentrációja tömeg% L folyadék mólárama mol/s V gőz mólárama mol/s D desztillátum mólárama mol/s xs1 folyadékelegy kezdeti koncentrációja tömeg% xs2 üstmaradék koncentrációja tömeg% xd desztillátum pillanatnyi koncentrációja tömeg % R refluxarány - nd törésmutató - vd desztillációs sebesség g/s m tömeg g Görög betűk Jelölés Megnevezés, megjegyzés, érték Mértékegység η teljes anyagmérleg hibája % ε komponensmérleg hibája % Indexek, kitevők Jelölés d Megnevezés, értelmezés desztillátum 1 kiindulási állapot 2 végállapot 9 / 14

6 A felhasznált eszközök listája 2. táblázat. Mérés során felhasznált eszközök, berendezések, műszerek Berendezés/mérőeszköz megnevezése Gyártmány Típus Termoelem Fűtőkosár U-csöves manométer Digitális mérleg Sartorius SIWADCP-1-65-S Vezérlő Siemens Simatic S7-1200 Termosztát Unichiller Abbe-féle refraktométer Carl Zeiss Jena Szolenoid 10 / 14

7 Mellékletek Etanol-víz elegy törésmutatója az etanolkoncentráció függvényében 11 / 14

t Tüst Toszlop Tfej xd md [perc] [ C] [ C] [ C] [s%] [g] - - - - - - - - 12 / 14

8 Magyar-angol szakkifejezések A mérésben szereplő fontosabb szakkifejezések angol megfelelői. magyar angol magyar angol desztilláció distillation refluxarány reflux ratio szakaszos desztilláció batch distillation rendezett töltet structured packing folyamatos rektifikálás continuous rectification tányér plate/tray oszlop column összetétel composition elegy mixture fűtőkosár heating basket illékonyság volatility gömblombik round flask üst still (pot) fázisérintkezi felület phase contact area kondenzátor condenser fejtermék top product gőz vapour fenéktermék bottoms/bottom produxt termoelem törésmutató thermocouple refractive index Ha a segédlettel kapcsolatban kérdése, javaslata van, vagy esetleg hibát talált benne, kérjük, mindenképpen jelezze a Tanszéken, vagy a poos@mail.bme.hu e-mail címen. 13 / 14