Лабораторная работа

ТЕМА: Испытание ректификационной колонны

Целью работы: повышение уровня практических знаний о процессах перегонки и ректификации

Задачи работы состоят

- в ознакомлении с работой ректификационной установки периодического действия в пусковом и рабочем режимах;

- в определении количества и концентрации продуктов перегонки и флегмового числа;

- в расчете количества теоретических тарелок колонны и удельного расхода энергии.

Общие сведения

Перегонка - это процесс разделения однородных смесей жидкостей по признаку их летучести. Летучими называют жидкости, давление насыщенных паров над которыми существенно отличается от нуля при обычных температурах.

В основе теории перегонки лежат представления о жидких растворах и образовании смеси паров над ними. При кипении смесей летучих веществ пары жидкостей обогащаются более летучим компонентом. При частичной конденсации таких паров они разделяются на паровую фазу и жидкость (флегму). При температуре перегонки более летучая жидкость кипит, а менее летучая жидкость испаряется без кипения. Такие смеси называются раздельно кипящими. В идеальных растворах такое положение реализуется при любых концентрациях.

В неидеальных растворах существуют области концентраций, в которых оба компонента бинарной смеси кипят одновременно. Это так называемые области азеотропии или области нераздельнокипящих жидкостей. Здесь концентрации жидкой и паровой фаз бинарных смесей одинаковы, и потому при их перегонке повысить концентрацию жидкой фазы невозможно.

Сложная перегонка, или ректификация - это многократная перегонка дистиллята. Применяется для повышения эффективности простой перегонки. Осуществляется в тарелочных или насадочных колоннах. Для успешного разделения флегмы, стекающей вниз по колонне, и пара, движущегося вверх, можно использовать любые контактные элементы, увеличивающие площадь и эффективность их взаимодействия. В качестве контактных элементов в больших ректификационных колоннах обычно используются тарелки. Каждая такая тарелка, расположенная в колонне, называется физической тарелкой (ФТ). Ее назначение, как и любого другого контактного устройства, - обеспечить быстрое достижение состояния равновесия между жидкой и паровой фазами. Тарелки работают

следующим образом. Пар в виде пузырьков с развитой поверхностью проходит через слой флегмы, находящейся на тарелке. В результате массообмен между фазами интенсифицируется. Однако, при проходе пара только через одну тарелку полное равновесие между фазами еще не достигается. Фактическое состояния паровой и жидкой фаз по отношению к их равновесному состоянию оценивается коэффициентом полезного действия тарелки. КПД классических тарелок составляет 50...60%. Т.е. для достижения состояния равновесия фаз, соответствующего одной теоретической тарелке, потребуется около двух физических. Таким образом, для реализации в ректификационной колонне 40 ТТ потребуется установить в ней порядка 80 физических тарелок классической конструкции. В установках ЛУMMAPK впервые применены новые вихревые тарелки, КПД которых близок к 100%.

Рисунок 1 - схема лабораторной установки

1 - ректификационная колонна ЛУММАРК РУМ-0,5, 2 - датчики температуры (высокоточные термопары), 3-компьютерный измерительный блок, 4 - персональный компьютер с установленным программным обеспечением выполнения лабораторной работы, 5 - надставка для стола, 6-лабораторный стол

Описание работы и меры безопасности

1. Проверьте все соединения, на наличии визуальных разъединений.

2. Обязательно наличие подключенного заземляющего контакта в розетке для лабораторной установки.

3. Соблюдайте полную последовательность действий согласно описанию ректификационной колонны ЛУММАРК РУМ 0,5, приложенному к ней.

4. При заливке бака, установка должна быть отключена от сети.

5. После заливки проверьте герметичность системы, в местах появления подтеков подтянуть разъемные соединения.

6. Не допускайте резкого перехода на максимальные режимы, следует начать с минимальных мощностей разогрева, используя делитель мощности.

7. Не следует опираться и касаться элементов колонны, кроме приборной части (датчиков температуры), ввиду того, что температуры работы установки достигают 85 °С и может причинить вред здоровью.

8. Запрещается открывать блок электропроводки стенда, а также приборов установленных на стенде.

9. По всем вопросам ремонта обращаться к производителю стенда или поставщику.

Установка программного обеспечения для учебного измерительного комплекса

Не подключайте USB кабель стенда до установки драйверов.

1. Открыть диск с программный обеспечением.

2. Из папки «Драйверы» запустить установку программы «Installer AC4.exe».

3. Нажмите Install, после успешной установки появится сообщение «Installation Successful»

4. Вставьте USB шнур стенда (расположен на задней панели) в соответствующий разъем компьютера. Система определит ее и сделает запрос на установку драйверов, следует указать автоматическую установку драйверов, после чего требуемые драйверы платы будут установлена на компьютер.

5. Запустите с диска установку программы «Setup.exe». Последовательно нажмите «Далее», «Установить», запустится процесс установки - занимает 15-20 минут, после успешной установки появится диалог с просьбой перезагрузить компьютер, завершите все приложения и сохраните данные, после чего нажмите «Готово».

Руководство по использованию программного обеспечения

I. Перед включением программы «Изучение процессом ректификации», обязательно подключите к компьютеру USB шнур компьютерной системы измерения.

П. После подсоединения запустите программу из меню Пуск -> Программы —> MeasLAB -> Изучение процессов ректификации. Если все было установлено и подключено верно, то после нажатия кнопки «Пуск» запустятся измерения, в противном случае отобразится окно ошибки, после которого следует проверить подключение и правильность установки программного обеспечения и провести запуск снова.

III. Ознакомление с главным окном программы. Главное окно программы показано на рисунке 2.

1. Кнопка Пуск запускает процесс считывания и обработки данных с измерителей, в случае ошибки на экране появится сообщение.

2. Кнопка Стоп завершает процесс считывания данных и позволяет работать с графиком статически, а также сохранять данные.

3. Кнопка Сохранить данные в табличном виде позволяет сохранять файлы в виде табличного текстового файла (разделитель табуляция) для последующего открытия в программе MS Excel или другие. Рекомендуется при вводе названия файла использовать расширение *.txt, в таком случае в Excel требуется выбрать при открытии «табулированный текстовый файл».

4. Кнопка Выход производит выход из программы.

5. Настройка связи с устройствами измерения для правильного ввода параметров, требуется согласно инструкции к данным приборам определить адрес данных устройств (адрес устройства введен в программу автоматически, менять его стоит только при приобретении дополнительных устройств), а в Панель управления —^Система—^-Оборудование—► Диспетчер устройтств—►Порты СОМ и LPT определить номер СОМ порта к которому подключен преобразователь сигналов с измерителей. (Окно диспетчера показано ниже рис.3 ).

Рисунок 2 - Главное окно интерфейса программы

6. Схема установки на данном рисунке отображены ключевые элементы схемы, а также проставлена маркировка датчиков, для их обнаружения и правильной установки.

7. Многоканальный самописец регистрирует сигналы по 6 каналам и одновременно отображает их на графике согласно шкалам в реальном режиме времени.

8. Зона отображения текущих измеряемых параметров, в соответствующих полях отображаются температуры и расходы в системе.

9. Меню для выбора отображаемого канала по осям, позволяет указать показания какого датчика отобразятся по оси X, а какого и по оси Y.

Рисунок 3 – Окно диспетчера

III. Начало работы

• Запуск системы измерения производится кнопкой Пуск и прекращается кнопкой Стоп.

• Выйти из программы можно, нажав на кнопку Выход, но только после остановки процесса сбора данных кнопкой Стоп.

V. Работа с графиком

• В процессе сбора данных может потребоваться изменение граничных пределов по шкалам X и Y, это можно сделать следующим образом: подвести курсор мыши к крайней метке на шкале, установить курсор, стереть предыдущее число, записать новое значение и нажать на клавиатуре Enter, (рис.4)

Рисунок 4 - Изменение предела по оси X

В процессе работы требуется очистить графическое поле - это делается по следующей последовательности: нажать на правую кнопку мыши в области графика и выбрать пункт Clear Chart.

Для установки автоматического масштабирования по оси X и Y, требуется нажать правую кнопку мыши и выбрать Autoscale X или Autoscale Y соответственно.