Cómo diseñar el experimento de la columna de destilación en principios de ingeniería de alimentos
Experimento 8 Experimento de la torre de destilación con placa cribada
1. Propósito del experimento
1. Comprender el flujo estructural y el método de operación de la torre de destilación con placa cribada.
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2. Mida la eficiencia total de la placa en condiciones de reflujo parcial o total.
3. Observe y opere las condiciones.
2. Experimental principio
En una torre de destilación de placas, el vapor del líquido mezclado sube placa por placa y el líquido de reflujo desciende placa por placa. Las dos fases de vapor y líquido se ponen en contacto entre sí en la bandeja para formar masa. Procesos de transferencia y transferencia de calor y lograr un cierto grado de separación de las dos fases. Si el líquido y el vapor ascendente en cada bandeja alcanzan un estado de equilibrio, la bandeja se denomina placa teórica. Sin embargo, en la operación real, el tiempo de contacto entre. vapor y líquido es limitado y generalmente es imposible que las fases de vapor y líquido alcancen el equilibrio, es decir, el efecto de separación de las bandejas reales no puede alcanzar el efecto de una placa teórica. Por lo tanto, el número real de placas requeridas en una destilación. La torre es generalmente más que las placas teóricas. Para expresar esta diferencia, se introduce el concepto de "eficiencia de la placa". Hay muchas formas de expresar la eficiencia. Este experimento mide principalmente la eficiencia total de la placa Ep del sistema binario. p>
El efecto de transferencia de masa de cada capa de la torre de placas no es el mismo, y la eficiencia total de la placa solo refleja la eficiencia total de la placa. La eficiencia promedio de las bandejas, en términos generales, la eficiencia total de la bandeja está relacionada con. la estructura, las condiciones de funcionamiento, las propiedades del material, la composición, etc. de la torre es imposible obtener un valor fiable mediante métodos de cálculo, pero debe tenerse en cuenta en el diseño, por lo que a menudo se mide mediante experimentos. Se conoce el número de placas experimentales en el experimento. Siempre que se midan los datos relevantes y se obtenga el número de placa teórico requerido, se puede obtener la eficiencia total de la placa al medir. Tome la concentración en la parte superior de la torre, la concentración en la parte inferior de la torre, la concentración de alimentación y la relación de reflujo y descubra el estado de la alimentación. Puede dibujar la línea de equilibrio, la línea operativa de la sección de destilación y la sección de extracción. línea de operación a través del método de dibujo y compare la línea de equilibrio y la línea de operación. El número de tablero teórico se puede obtener dibujando pasos entre las líneas. Si la línea de operación coincide con la línea diagonal bajo reflujo completo, es más fácil usar la línea de operación. Método gráfico para calcular el número de tablero teórico.
3. Dispositivo y proceso experimental
Hay dos tipos de dispositivos experimentales:
(1) Para reflujo total dispositivo experimental
La torre de destilación es una pequeña placa de tamiz. La torre y el recipiente de destilación son horizontales con un diámetro de 229 my una longitud de 3000 mm. En el interior hay un calentador. La torre tiene un diámetro interior de 50 mm. Tiene dos bandejas. Cada bandeja tiene orificios de tamiz de 2 mm de diámetro y 12 placas con una separación de 100 mm. Se instala una sección de vidrio en la parte superior, media e inferior del cuerpo de la torre. condensador en la parte superior de la torre. El tubo enrollado es un tubo de cobre de φ10 × 1 con una longitud de 3,25 m. Se utiliza agua como agente de condensación. No hay sección de extracción. Hay instrumentos al lado de la torre. Transformador regulador de voltaje para controlar el calentador eléctrico en el hervidor. Hay indicadores de temperatura, manómetros, medidores de flujo y controles de operación relacionados en la consola del instrumento.
(2) Uso en el dispositivo experimental de reflujo parcial
El dispositivo consta de una torre, un sistema de alimentación, un tanque de almacenamiento de producto y un gabinete de control de instrumentos. La caldera de destilación es un tanque de acero inoxidable de φ250×340×3mm, equipado con dos calentadores eléctricos de 1kw. calentamiento constante, y el otro está controlado por un transformador ajustable. La fuente de alimentación de control, el voltaje y la temperatura, presión, etc. relacionadas tienen indicaciones de instrumentos correspondientes.
El cuerpo de la torre está hecho de φ57 × 3,5 mm. acero inoxidable Hecho de tubos, equipado con dos puertos de alimentación, 15 secciones de torre, conexiones de brida, los principales parámetros de la torre incluyen quince placas de torre, placa de acero inoxidable de 1 mm de espesor, apertura de 2 mm, 21 orificios por placa dispuestos en forma triangular, el el espacio entre placas es de 100 mm y el tubo de desbordamiento es un tubo de acero inoxidable de φ14 × 2 con una altura de vertedero de 10 mm.
Se instala un termómetro de resistencia de cobre en miniatura WEG-001 en la parte superior de la torre y en el sección de torre de placa sensible. El indicador de temperatura XCE-102 en el gabinete se muestra para monitorear los cambios en la composición de la fase.
Un condensador de tubo en espiral de acero inoxidable está instalado en la parte superior de la torre. El tubo en espiral es de φ14. ×2 y 250 mm de largo se utiliza como refrigerante y se utiliza un medidor de flujo de rotor LZB10, el condensador está equipado con una llave de escape.
Hay una cubierta de observación encima del tanque de almacenamiento del producto. detección.
El flujo de retorno, la cantidad de producto y la cantidad de alimentación se determinan mediante la medición del medidor de flujo, respectivamente. El líquido del material se transporta desde el tanque de líquido del material mediante una bomba sumergible. del hervidor se pueden tomar muestras respectivamente. Además, hay puertos de muestreo en dos bloques del cuerpo de la torre, las partes media e inferior, siempre que la jeringa atraviese la placa de gel de sílice en el puerto de muestreo, la muestra. Por lo tanto, este dispositivo no solo puede entrenar el rendimiento operativo de la destilación y medir la eficiencia total del lavado de la torre.
Se determina y también se puede medir la eficiencia de la placa única bajo reflujo total.
Método experimental
(1) Método experimental para operación de reflujo total
1. Familiarícese con el dispositivo y verifique si la cantidad de líquido en el hervidor es adecuada. El nivel del líquido en el hervidor debe estar sumergido en el calentador eléctrico (más de la mitad del nivel del líquido, aproximadamente 5). litros). El líquido en el hervidor consiste en etanol 10-25% (peso).
2. Encienda el interruptor de encendido y del calentador, controle la potencia de calefacción a aproximadamente 700 W, abra el agua de refrigeración, y preste atención al estado de la parte superior de la torre y del hervidor de la torre. Cuando el vapor ascendente comienza a refluir, la torre debe controlarse el flujo de agua de refrigeración en el condensador superior para que el vapor esté básicamente en un estado completamente condensado (50-100). rango de litros/hora). Si el flujo es demasiado pequeño, el vapor saldrá desde la parte superior de la torre. Si el flujo es demasiado grande, la capa de espuma en la bandeja será desigual y la temperatura cambiará. /p>
3. Cuando la altura de la capa de espuma en la bandeja es aproximadamente la misma, la temperatura en cada punto permanece básicamente estable y la operación es estable durante un período de tiempo (más de 20 minutos), muestreo se puede iniciar.
4. Recoja la muestra (aproximadamente 150 mm) del tubo de muestreo en la parte superior de la torre y del tubo de muestreo en la parte inferior del caldero. Antes del muestreo, se debe tomar una pequeña cantidad de muestra. Se debe enjuagar el matraz Después del muestreo, taparlo con un tapón y enjuagar la botella con agua en el exterior, dejar enfriar a temperatura normal.
5. Pesar la densidad relativa de la muestra a temperatura normal. un equilibrio de gravedad específica y luego utilice la tabla de comparación de densidad relativa y porcentaje de masa para averiguar el porcentaje de masa.
6. Puede aumentar la corriente de calentamiento (aproximadamente 5 amperios) para observar el fenómeno de inundación. esta vez, la presión en la torre aumenta significativamente. Después de la observación, reduzca lentamente la corriente de calentamiento a cero y apague el interruptor de encendido.
(2) ) Método de operación durante el reflujo parcial
2. Prepare una solución de agua rociada del 15 al 20 % (volumen) en el tanque de alimentación.
3. Encienda la alimentación para comenzar a calentar el líquido del hervidor. Primero, el transformador ajustable puede alcanzar el voltaje nominal y comenzar a enfriar. agua y observe las condiciones de cada parte de la torre.
4. Realice la operación de reflujo completo y controle la evaporación. La temperatura de la "placa sensible" debe rondar los 80°C.
5. Encienda la bomba de alimentación y controle el caudal (se necesitan varios ajustes para lograr el caudal adecuado)
6. Para cumplir primero con los requisitos de reflujo, la tubería de producto (φ8) en el distribuidor de reflujo tiene un orificio más alto que el tubo de reflujo y debe ajustarse más pequeño. El volumen de reflujo (el producto se puede destilar después de un período de tiempo) se refluye parcialmente y se controla a una determinada proporción de retorno, de modo que el producto alcance el requerido. concentración de 94-95% (volumen)
7. Controle el volumen de descarga en el fondo del hervidor Mantenga el nivel de líquido del hervidor sin cambios.
8. Controle la cantidad. de agua de refrigeración (es decir, el fluido frío del condensador superior) de modo que el vapor en la parte superior de la torre esté básicamente en un estado completamente condensado.
9. Después de que las operaciones hayan alcanzado la estabilidad, tome la muestra. La recolección se puede realizar en orden de alimentación, torre y parte superior de la torre y registrar datos relevantes como el reflujo de alimentación, el caudal de destilado y la temperatura.
10. Después de que la muestra baje a la temperatura normal, utilícela. una balanza de gravedad específica del líquido para medir la densidad relativa bajo la guía del maestro y luego usar la curva de comparación para averiguar el porcentaje de masa.
11. La corriente de calentamiento se puede aumentar para observar el fenómeno de inundación. .
p>12. Preste atención al impacto de las diferentes condiciones operativas en los resultados.
5. Procesamiento de datos
1. Utilice el método gráfico para determinar el número de placas teóricas en condiciones experimentales y obtener aún más la eficiencia total de la placa.
2. Analizar la confiabilidad de los resultados.
6. Preguntas de discusión experimental
1. ¿Qué datos se deben medir durante el experimento? ¿Cómo medirlos?
2. ¿Cómo utilizar la balanza de gravedad específica? ¿A qué cuestiones se debe prestar atención?
3. ¿Cuáles son las diferencias operativas entre reflujo total y reflujo parcial?
4. ¿Cambió la concentración del líquido de reflujo en la parte superior de la torre durante el experimento?
( Dos situaciones: reflujo total y reflujo parcial)
5. ¿Cómo recolectar muestras para cumplir con los requisitos?
6. ¿Comparar las diferencias en contenido y funcionamiento entre los dos dispositivos?
7. ¿Cuáles son las diferencias en el estado de la capa de espuma en cada bandeja durante la operación? ¿Qué ocurrió en cada caso? ¿Por qué?
8. ¿Cómo? ¿Se determina la presión en la caldera de la torre? ¿Por qué fluctúa?
9. ¿La temperatura en la parte superior e inferior de la torre?
¿Qué condiciones están relacionadas con esto?
10. Hay varias formas de expresar la eficiencia de las bandejas de destilación. Analicemos cómo expresar la eficiencia de la placa.
11. ¿Es la operación de reflujo completo? una operación estable al recolectar la muestra superior, ¿qué impacto puede tener en la operación de reflujo total?
12. ¿Qué impacto tiene la cantidad de fluido de enfriamiento en el condensador superior en la operación de destilación?
13. ¿Cómo determinar si la operación de reflujo parcial ha alcanzado un estado operativo estable?