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 un espacio de 100 mm. Las partes superior, media e inferior del cuerpo de la torre están instaladas. un condensador en espiral en la parte superior de la torre. El tubo en espiral es un tubo de cobre de φ10 × 1 con una longitud de 3,25 m. No hay sección de extracción. utiliza un transformador regulador de voltaje de 1kw 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 experimento de reflujo parcial. dispositivo

El dispositivo consta de una torre, un sistema de alimentación, un tanque de almacenamiento de producto y un gabinete de control de instrumentos. El hervidor de destilación es un tanque de acero inoxidable de φ250 × 340 × 3 mm, equipado con dos de 1 kW. Los calentadores eléctricos tienen calentamiento constante y el otro está controlado por un transformador ajustable. La fuente de alimentación de control, el voltaje y la temperatura, presión, etc. relacionados tienen indicaciones de instrumentos correspondientes.

El cuerpo de la torre está hecho de φ57. ×Acero inoxidable de 3,5 mm Hecho de tubos, equipado con dos puertos de alimentación, 15 secciones de torre, conexiones de brida, los parámetros principales 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 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 la sección de la torre de placas sensibles. Se muestra el indicador de temperatura XCE-102 en el gabinete para monitorear los cambios en la composición de las fases.

Se instala un condensador de tubo en espiral de acero inoxidable en la parte superior de la torre. El tubo mide φ14 × 2, 250 mm de largo, utiliza agua como refrigerante y utiliza un medidor de flujo de rotor LZB10. El condensador está equipado con una llave de escape.

Hay una cubierta de observación encima del almacenamiento del producto. tanque para la detección del producto.

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. Se pueden tomar muestras de líquido y líquido destilado desde la salida respectivamente. Además, hay puertos de muestreo en dos bloques del cuerpo de la torre, en las partes media e inferior; simplemente use una jeringa para penetrar la placa de gel de sílice en el puerto de muestreo. muestra, por lo que este dispositivo no solo puede

Capacitación sobre el rendimiento operativo de destilación y determinación de la eficiencia total de lavado de la torre y determinación de la eficiencia de un solo plato a reflujo total.

4. Métodos experimentales

(1) Método experimental de operación de reflujo total<. /p>

1. Familiarícese con el dispositivo y verifique si la cantidad de líquido en el hervidor es la adecuada. El nivel del líquido en el hervidor debe estar sumergido en el calentador eléctrico (más de la mitad de la altura del calentador). el nivel del líquido, aproximadamente 5 litros 0 hervidor El líquido interno consiste en una solución acuosa de aproximadamente 10-25 % (peso) de etanol

2. Encienda el interruptor de encendido y del calentador, controle la potencia de calefacción en. aproximadamente 700 W, abra el agua de refrigeración y observe la parte superior de la torre y la situación de la caldera de la torre, cuando el vapor ascendente comienza a refluir, el flujo de agua de refrigeración en el condensador superior de la torre debe controlarse de modo que el vapor esté básicamente en una estado completamente condensado (rango de 50-100 litros/hora) Si el flujo es demasiado pequeño, el vapor saldrá desde la parte superior de la torre. La capa de espuma en la bandeja que es demasiado grande será desigual y la temperatura aumentará. bajo

3. Cuando la capa de espuma en la bandeja es normal, la altura de cada capa de espuma es aproximadamente la misma, y ​​la temperatura en cada punto permanece básicamente estable y la operación es estable durante un período. de tiempo (después de más de 20 minutos), puede comenzar a tomar el muestreo.

4. Tome la muestra (aproximadamente 150 mm) del tubo de muestreo en la parte superior de la torre y en la parte inferior del caldero usando un grifo. matraz. Antes de tomar la muestra, se debe tomar una pequeña cantidad de muestra para enjuagar el matraz. Después de tomar la muestra, taparlo y enjuagar el exterior de la botella con agua para enfriarlo a temperatura normal. p> 5. Pese la densidad relativa de la muestra a temperatura normal con una balanza de gravedad específica y luego utilice la tabla de comparación de densidad relativa y porcentaje de masa para verificar el porcentaje de masa de salida.

6. Puede aumentar el calentamiento. corriente (aproximadamente 5 amperios) para observar el fenómeno de inundación. En este momento, la presión en la torre aumenta significativamente después de la observación, reduzca lentamente la corriente de calentamiento a cero y apague la alimentación. 2) Método de operación durante el reflujo parcial

1. Prepare una solución de agua rociada del 4 al 5 % (en volumen) e inyéctela en el recipiente de destilación (o inyéctela desde la bomba de alimentación) hasta la marca del líquido. indicador de nivel.

2. Prepare una solución de pulverización del 15-20 % (volumen) en el tanque de alimentación.

3. Encienda la alimentación para comenzar a calentar el líquido del hervidor. El transformador puede alcanzar el voltaje nominal, abrir el agua de refrigeración y observar las condiciones de cada parte de la torre.

4. Realice la operación de reflujo completo y la temperatura de la "placa sensible" para controlar la temperatura. la evaporación debe rondar los 80°C.

5. Encienda la bomba de alimentación y controle el caudal (es necesario ajustarla varias veces para lograr el caudal adecuado)

6. Para cumplir primero con los requisitos de reflujo, la boquilla del tubo de producto (φ8) en el distribuidor de reflujo está por encima de la boquilla del tubo de reflujo, se debe reducir el flujo de reflujo (el producto se puede destilar después de un período de tiempo). Se debe controlar el reflujo parcial y una cierta relación de retorno para que el producto alcance la concentración requerida del 94 al 95 % (volumen)

7. Controle el volumen de descarga en el fondo del hervidor para que el nivel del líquido del hervidor permanece sin cambios.

8. Controle la cantidad de agua de refrigeración (es decir, el fluido frío del condensador superior de la torre) para que el vapor en la parte superior de la torre esté básicamente completamente condensado.

9. Una vez que la operación alcanza la estabilidad, se puede realizar la recolección de muestras en orden de alimentación, destilación de torre, parte superior de la torre, etc. y registrar datos relevantes como el reflujo de alimentación, el caudal de destilado y la temperatura.

10. Después de enfriar la muestra a temperatura normal, use una balanza de gravedad específica del líquido para medir la densidad relativa bajo la guía del maestro y luego use la curva de comparación para determinar el porcentaje de masa. /p>

11. Puede aumentar la corriente de calentamiento para observar el fenómeno de inundación

12. Preste atención al impacto de las diferentes condiciones de funcionamiento en los resultados. Procesamiento de datos

1. Utilizado como Utilice el método gráfico para determinar el número de tableros teóricos en condiciones experimentales y obtener además la eficiencia total del tablero.

2. Analice la confiabilidad del. resultados.

6. Preguntas de discusión experimental

1. ¿Qué datos se deben medir en el experimento?

2. ¿Cómo utilizar el? ¿Equilibrio de gravedad específica? ¿A qué cuestiones se debe prestar atención?

3. Reflujo total y reflujo parcial ¿Cuáles son las diferencias en el funcionamiento del reflujo?

4. ¿La concentración del? ¿El líquido de reflujo en la parte superior de la torre cambia durante el experimento?

(Dos situaciones: reflujo total y reflujo parcial)

5. ¿Cómo recolectar muestras para cumplir con los requisitos? p>

6. Compara las diferencias de contenido y funcionamiento entre los dos dispositivos.

7. Cada bandeja durante la operación ¿Cuáles son los diferentes estados de la capa superior de espuma? ¿Qué cambios se han producido en cada una? caso?

8. ¿Cómo se determina la presión en la caldera de la torre? ¿Por qué fluctúa?

9. ¿Qué condiciones están relacionadas con la temperatura en la parte superior e inferior de la torre?

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 total una operación estable al recolectar? la muestra superior, el reflujo total ¿Qué impacto puede tener la operación?

12. ¿Qué impacto tiene la cantidad de fluido refrigerante en el condensador superior en la operación de destilación? ¿Cómo juzgar que la operación de reflujo parcial ha alcanzado el estado de operación?