Трубний простір

1т. Поперечний переріз трубного простору.

м².

2т. Швидкість руху рідини у трубному просторі

м/с

3т. Число Рейнольдса для трубного простору з урахуванням того, що кінематична в’язкість води для середньої температури у трубному просторі .

Оскільки це число відповідає ламінарному режиму руху, число Нуссельта розраховуємо по формулі .

Для нього необхідно знайти число Грасгофа

5т. Тоді число Нуссельта: =

6т. Коефіцієнт альфа для трубного простору (лямбда – з довідкової таблиці):

Аналогічний розрахунок для міжтрубного простору:

1мт. Еквівалентний діаметр для міжтрубного простору: = 0,152-0,084 = 0,068.

м²

2мт. . Швидкість руху рідини у міжтрубному просторі

м/с

3мт. Число Рейнольдса для міжтрубного простору з урахуванням того, що кінематична в’язкість води для середньої температури у трубному просторі .

4мт. Число Нуссельта для міжтрубного простору згідно методики шукаємо для ламінарного режиму руху за формулою .

Для нього необхідно знайти число Грасгофа

5мт. Тоді число Нуссельта: =

6мт. Коефіцієнт альфа для міжтрубного простору (лямбда – з довідкової таблиці):

Отримавши два коефіцієнти альфа, використовуючи формулу (***) розраховуємо теоретичне значення К_Т

К_Т = 3,57

ВИСНОВОК: теоретичними і експериментальними методами ми отримали дуже близькі значення коефіцієнтів К_Т (3,61 і 3,57).

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Основні види передачі тепла. Теплопередача.

2. Теплопровідність, закон Фур’є, диференціальне рівняння теплопровідності, теплопровідність плоскої та циліндричної стінок (виведення).

3. Основне рівняння теплопередачі, коефіцієнт теплопередачі.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии - М.: Химия, 1971. - С. 274 - 298, 311 - 318.

2. Солтис М., Закордонський В. Теоретичні основи процесів хімічної технології: Навч. посібник. Львів: ЛНУ, 2002. С.132-160.

3. Гончаров А.І., Середа І. П. Хімічна, технологія: Київ: Вища школа, 1979. Частина. І. С. 108-110.

Лабораторна робота 6.

Ознайомлення з процесом простої перегонки рідкої суміші.

Мета роботи: ознайомитись з процесами масопередачі в ході простої перегонки двохкомпонентної суміші і оцінити його ефективність.

Проста, або фракційна перегонка широко застосовуються у харчових виробництвах для розділення, очищення і/або концентрування продукції. Наприклад, ця стадія – невід’ємна складова частина виробництва міцних алкогольних напоїв, оцтової кислоти, есенцій і концентратів харчових продуктів. Принцип розділення сумішей в ході простої перегонки базується на законах Коновалова, згідно з якими пара над сумішшю двох компонентів збагачується легкокиплячим компонентом. Таким чином, відбираючи пару над сумішшю, що кипить і потім конденсуючи її, можна отримати нову суміш, яка збагачена легкокиплячим компонентом. Провівши декілька послідовних перегонок можна отримати нову суміш, де вміст легкокиплячого компоненту значно вищий, ніж у вихідній суміші (див. Рис. 1).

Так, якщо ми маємо двохкомпонентну суміш A-B складу 2, у якій компонент А кипить при вищій температурі (а), ніж компонент B, який кипить при температурі b, то довівши суміш до кипіння при температурі с, ми отримаємо пари, у яких вміст важкокиплячого компоненту (А) буде нижчим, ніж у рідині. Наприклад, він відповідатиме точці 1. Таким чином, парова фаза буде збагачена легкокиплячим компонентом В. В ході відгонки його вміст у рідкій фазі буде зменшуватись і її склад поступово просуватиметься вздовж нижньої кривої ba вправо. Відповідно, склад парової фази теж просуватиметься вздовж верхньої кривої ba вправо. Отже, відділивши певну кількість початкового дистиляту, можна отримати суміш, у якій вміст легко киплячого компоненту буде вищим, ніж у вихідній.

Проте, існує значна кількість сумішей, що в певний момент часу утворюють парову фазу, склад якої не відрізняється від складу рідкої. Такі суміші називають азеотропними, їх неможливо далі розділяти.

В практичних умовах навіть для сумішей, що не утворюють азеотроп, повне розділення неможливе. Їх тільки концентрують до потрібного співвідношення компонентів.

T

a

c

b

0 1 %А 2 100

Рисунок 1. Пояснення збагачення парової фази легкокиплячим компонентом.

ХІД ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Лабораторна установка (Рис. 2) складається з наступних частин. Перегінна колба (куб) (1) з нагрівником (8) і боковим відводом для відбирання проб рідини з кубу. До горловини кубу (2) під’єднаний повітряний кожух (6), у який вставлений термометр (5). Пари, відігнані з кубу, проходять у прямий холодильник (3), де конденсуються, а конденсат надходить у збирач – мірний циліндр (4), або мірну пробірку (9).

Рисунок 2. Лабораторна установка для простої перегонки

1. У перегінний куб залити суміш вода – оцтова кислота об’ємом мл. Окремо відібрати 1 мл суміші, розбавити 15-20 мл дистильованої води і протитрувати її лугом (NaOH) по фенолфталеїну до появи стійкого малинового забарвлення. Об’єм титранту, що пішов на титрування записати у нульовий рядок таблиці 1. Використовуючи цей об’єм, розрахувати нормальність оцтової кислоти у вихідній суміші ( )

= ----------------- = г-екв/л

Отриману нормальність кислоти перевести у процентну концентрацію:

.

Перенести дані титрування і розрахунків у нульовий стовпчик табл.. 2.

2. Зібрати перегінну установку, закинути у куб декілька «кипілок» для більш рівномірного кипіння і включити нагрів. Включити потік охолоджуючої води через холодильник, після закипання рідини відрегулювати нагрів так, щоб кипіння було рівномірним і не бурхливим. Підставити під приймач мірну пробірку і приготуватись до відбирання першої проби дистиляту.

3. У момент падіння першої краплі у мірну пробірку включити секундомір і відібрати 3-4 мл ( ) дистиляту.

4. Після відбору дистиляту швидко забрати мірну пробірку і замість неї підставити мірний циліндр на 25 мл для продовження збирання дистиляту. Відрегулювати нагрів так, щоб дистилят надходив зі швидкістю 2-3 краплі у секунду.

5. Відібрати з пробірки 1 мл дистиляту і титрувати цю пробу. Затрачений об’єм титранту ( ) записати у нульовий рядок табл. і, використовуючи його, розрахувати нормальну та процентну концентрацію кислоти в пробі згідно формул п.1. Точність визначення – 3 значущі цифри.

6. Після закінчення збирання 25 мл ( ) дистиляту у циліндр його відставляють у сторону, фіксують час за секундоміром і знову збирають 3-4 мл дистиляту у мірну пробірку, повторюючи пп 4-5 і записуючи об’єми титранту у відповідні рядки таблиці 1 (1, 2 і т.д.). Паралельно з цим у окрему пробірку відбирається проба кубової рідини (3-4 мл) і у ній теж визначається концентрація кислоти і шляхом титрування проб і занесення результатів у відповідні рядки таблиці 1. Ведіть записи уважно і не переплутайте циліндри і мірні пробірки!

7. Пункти 4-6 повторити за вказівкою викладача 6-8 раз. Всі результати занести у таблицю 1. Після цього виключити нагрівник, перекрити воду, посуд і залишки реактивів здати лаборанту, робоче місце привести у порядок.

8. Таким чином, в кінці роботи мають бути готові 6-8 результатів титрувань проб дистиляту і кубової рідини у мірних пробірках. Крім того, мають бути зібрані 6-8 мірних циліндрів з 25 мл дистиляту у кожному. З циліндрами роблять наступне. Вміст першого циліндру виливають у конічну колбу для титрування, відбирають 1 мл і визначають вміст кислоти згідно п.1. Потім у ту ж колбу доливають вміст другого циліндру, перемішують, відбирають 1 мл і знов визначають вміст кислоти за п.1. Аналогічно роблять із вмістом усіх циліндрів. Результати визначення вмісту кислоти позначають як і і записують у таблицю 2.

9. Всі результати ретельно перевірити і заповнити всі ячейки таблиці 2.

10. На основі даних таблиці 2 побудувати наступні графічні залежності: (а) об’єм відігнаного дистиляту як функція часу , процентний вміст води у кубовій рідині та у дистиляті (b), в усередненому дистиляті (c) як функція часу , , .

Таблиця 1.