Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Chemical Engineering

This content is Free Access.

Hebrew
שיווי משקל נוזלי אדים
 
Click here for the English version

שיווי משקל נוזלי אדים

Overview

מקור: מייקל בנטון וקרי מ. דולי, המחלקה להנדסה כימית, אוניברסיטת לואיזיאנה סטייט, באטון רוז', לוס אנג'לס

שיווי משקל נוזלי אדים הוא בעל חשיבות עליונה ביישומים הנדסיים כגון זיקוק, מידול סביבתי, ועיצוב תהליך כללי. הבנת האינטראקציות של רכיבים בתערובת חשובה מאוד בעיצוב, הפעלה וניתוח מפרידים כאלה. מקדם הפעילות הוא כלי מצוין להתייחסות אינטראקציות מולקולריות להרכב תערובת. מציאת פרמטרי האינטראקציה המולקולרית מאפשרת חיזוי עתידי של מקדמי הפעילות לתערובת באמצעות מודל.

שיווי משקל נוזלי אדים הוא גורם קריטי בתהליכים נפוצים בתעשייה הכימית, כגון זיקוק. זיקוק הוא התהליך של הפרדת נוזלים לפי נקודת הרתיחה שלהם. תערובת נוזלית מוזן לתוך יחידת זיקוק או עמודה, ולאחר מכן מבושל. נתוני שיווי משקל נוזלי אדים שימושיים לקביעת האופן שבו תערובות נוזליות ייפרדו. מכיוון שלנוזלים יש נקודות רתיחה שונות, נוזל אחד ירתח לאדים ויעלה בעמודה, ואילו השני יישאר נוזל ויתנקז דרך היחידה. התהליך חשוב מאוד במגוון תעשיות.

בניסוי זה, מקדמי הפעילות של תערובות של קומפוזיציות שונות של מתנול, איזופרופנול ומים דה-יויזונים יתקבלו באמצעות מנגנון שיווי משקל נוזלי אדים וכרומטוגרפיה גז. בנוסף, פרמטרי האינטראקציה הבינארית של המערכת ייקבעו באמצעות משוואת וילסון ומקדם הפעילות.

Principles

שיווי משקל נוזלי אדים הוא מצב שבו מרכיב טהור או תערובת קיים בשלבי נוזלים ואדים, עם שיווי משקל מכני ותרמי וללא העברת מסה נטו בין שני השלבים. האדים והנוזל מופרדים על ידי כוח המשיכה והחום (איור 1). התערובת הנוזלית מוכנסת למערכת, אשר מוכנס למצב ואקום עם משאבת ואקום. האדים מרוכזים ומוחזרים לערבב עם הנוזל, אשר מועבר בחזרה לתא הרותח. הבדלים בנקודת הרתיחה גורמים להפרדה מסוימת של התערובת. נקודת הרתיחה של המים גבוהה מזו של הרכיבים שנוספו, כך שהרכיבים הנדיפים מתחילים להתאדות.

Figure 1
איור 1: תיאור המנגנון

מקדם פעילות מוגדר כיחס בין הפוגאציות של הרכיב בתערובת בפועל לפוגאציות של פתרון אידיאלי של אותו הרכב. Fugacity הוא נכס המשמש כדי להראות הבדלים בין פוטנציאלים כימיים במדינות סטנדרטיות. פאג'אציות שלב אדים יכולות לבוא לידי ביטוי במונחים של מקדם fugacity [φ: fiV = φi yi fi0V ], עם yi = שבר i בשלב האדים, ו- fi0V = fugacity מצב סטנדרטי אדים (fugacity של אדי רכיב טהור ב- T ו- P). עבור לחצים נמוכים, כמו בניסוי זה, φi = 1 ו- fi0V = P. fugacities שלב נוזלי יכול לבוא לידי ביטוי במונחים של מקדם פעילות γi: fiL = γi xi fi0L , עם xi = שבר i בשלב הנוזל, ו fi0L = fugacity מצב סטנדרטי נוזלי.

בלחץ הרוויה (Pis)של T זה, fugacity נוזלי הרכיב הטהור יהיה Pis,כי האדים והנוזל הטהורים נמצאים בשיווי משקל. מאז fugacities נוזלי הם רק פונקציות חלשות של לחץ, אנחנו יכולים להעריך את fugacity נוזלי הרכיב הטהור ב T ו- P (fi0L) כמו Pis,כל עוד ההבדל בין Pis ו- P אינו גדול. קירוב זה נקרא בדרך כלל "הזנחת תיקון פוינטינג". אם הנסיינים משתמשים במנגנון VLE כדי למדוד את הרכבי האדים והנוזל הנמצאים בשיווי משקל, הנסיינים יכולים לחשב ישירות את מקדמי הפעילות המסופקים כדי למדוד גם P ו- T. T. יש למדוד כדי לקבוע PiS עבור כל i.

הלב של מכשיר VLE, המשמש בניסוי זה כדי לקבוע קומפוזיציות של תערובות, הוא משאבת Cottrell אשר "יורק" נוזל רותח לתוך תא מבודד היטב, שיווי משקל. שני שסתומי דגימה המופעלים מגנטית מאפשרים נסיגה של דגימות אדים נוזליות ומרוכזות. מאגר גדול מסייע לדכא פעימות לחץ במערכת כאשר שסתום הבקרה המתניע מתגמש, ומתנודות הנגרמות על ידי משאבת Cottrell. דליפה איטית יכולה לשמש ליצירת איזון בין קצב הנסיגה של האוויר לבין קצב הכניסה של האוויר כדי לשמור על לחץ מתמיד, במידת הצורך.

דרך דומה לפתור שיווי משקל נוזלי אדים היא להשתמש במגוון דגמים. החוק של ראול, החוק של דלטון, והחוק של הנרי הם כולם מודלים תיאורטיים שיכולים למצוא את נתוני ריכוז שיווי המשקל הנוזלי של האדים. כל שלושת המודלים קשורים מידתיות של לחצים חלקיים, לחץ מוחלט, ושברירי שומה של חומרים. המשוואה של וילסון הוכחה כמדויקת לנוזלים מטעים, בעוד שהיא לא מורכבת מדי. בנוסף, המודל של וילסון משלב מקדמי פעילות כדי להסביר סטייה מערכים אידיאליים.

Procedure

1. תראש המערכת

  1. לפרוק את מערכת VLE באמצעות שסתום 3-כיווני פורקן / בקרה רכוב על מסגרת המנגנון, ו (במידת הצורך) על ידי ניקוז נוזל מתוך המערכת לתוך בקבוקון פסולת.
  2. הסר את הצינורות לדוגמה ולהחליף עם צינורות נקיים (במידת הצורך). הנוזל לא יתנקז לחלוטין מהמערכת.
  3. עבור ההפעלה הראשונה של ניסויים, למלא מחדש דרך שסתום הכניסה עם תערובת של בערך (vol %) 50% מתנול, 30% איזופרופנול ו 20% מים. בשבוע השני, למלא עם בערך 25% מתנול, 45% איזופרופנול ו 30% מים. במשך השבוע השלישי, למלא עם כל נוזל שאתה צריך לחזור. הקיבולת הנוזלית הכוללת היא כ 130 ס"מ3.
  4. מלא בנוזל ממש מתחת לנקודה שבה משאבת Cottrell מצטלבת עם ז'קט ואקום. מעט מדי נוזל יגרום למערכת לדרוש שיעורי רתיחה גבוהים מאוד כדי לקבל מספיק נוזל כדי "לירוק" (כאשר נוזל קופץ תוך כדי רותחים בעוצמה).
  5. השתמש ויוצקים את הנוזל לתוך יציאת התוספת בחלק העליון של תא שיווי המשקל. סגור את הנמל.
  6. בדוק את הלחץ הברומטרי עם מנורת הכספת על הקיר. התאם את ה"אפס" במד הלחץ הדיגיטלי כך שיתאים (במידת הצורך).
  7. החלף את שסתום האוורור המשולש ל"שליטה", והפעל את משאבת הוואקום ובקר הלחץ.
  8. פתח את שסתום המצערת על בקר הלחץ מספר סיבובים והתבונן בלחץ יורד במהירות. שים לב ללחץ על מד הלחץ הדיגיטלי.
  9. הגדר את נקודת לחץ הבקרה על בקר הלחץ כדי להשיג ~ 700 מ"מ Hg. להקשיב ללחיצה על שסתום הבקרה. ברגע שנקודת הבקרה תגיע, הרעש ממשאבת הוואקום יהיה שונה לחלוטין.
  10. בשלב זה, עם שסתום המצערת נפתח מספר סיבובים, בכל פעם שסתום הבקרה נפתח, יותר מדי אוויר נזרק למשאבת ואקום ואת הלחץ יורד מתחת 700 מ"מ לפני מתאושש לאט. סגור את שסתום המצערת לחלוטין, ולאחר מכן לפתוח אותו על 1/2 סיבוב.
  11. המתן עד שסתום הבקרה להתחיל ללחוץ שוב, ולאחר מכן לסגור את שסתום המצערת במרווחים קטנים עד הלחץ משתנה רק ~ 0.5 מ"מ כ"ג או פחות כאשר השסתום פתוח. בצע התאמות קלות לנקודת הבקרה או שסתום הדליפה לפי הצורך כדי לשמור על קרוב מאוד 700 מ"מ ל'ג.
  12. ברגע שהתערובת היא בתוך ±10 מ"מ כ"ג של 700 מ"מ כ"ג, להפעיל את כוח התנור, כוח המעטפת חימום, מים מעבים stirrer מגנטי. נסה 25-30% כוח תנור ו 1.5-2 הופך כוח המעטפת להתחיל. המנגנון ידרוש 20 דקות או פחות כדי להתקרב לשיווי משקל. תמשיך להתאים את הלחץ בתקופה זו.

2. הפעלת הניסוי

  1. עם הרתיחה, משאבת Cottrell תתחיל לירוק נוזל ונוזל ניתן לראות נוטף בחזרה לתוך תא הרותח. אדים מרוכזים ידרשו זמן רב יותר להופיע. כאשר שיווי משקל הוא הגיע, הנסיינים צריכים לראות טפטופים קבועים של אדים מרוכזים (2 - 3 טיפות / s) וחזר נוזל (2 - 3 טיפות / s). הטמפרטורה צריכה להיות יציבה כדי ± 0.03 מעלות צלזיוס והלחץ צריך להיות יציב ב 700.0 ± 0.5 מ"מ ל"ג. כאשר תנאים אלה נקבעו לפחות 2 דקות (בערך), שיווי משקל מושגת.
  2. פתח את השסתומים המגנטיים (מסומן "1" ו "2" על הבקר) 4 או 5 פעמים כל אחד במשך זמן מספיק כדי לאסוף כ 0.5 ס"מ3 של נוזל בכל צינור מדגם, ולסגור את הצינורות. אם שסתום אינו מגיב ללחצן שלו, נסה להפוך את מתג ההפעלה עבור הבקר כבוי ולאחר מכן מופעל. מדגם ראשון זה ישמש לשטוף את הצינורות ואת מערכת המשלוח יהיה מושלך. כביסה מחליפה את כל הכימיקל שנותר בצדי הצינורות באותו חומר כימי שנדגם, כך שזה לא ישפיע על הרכב הבדיקה.
  3. לרגע לכבות את הכוח לתנור, לחכות 30 s עבור רותחים להתפוגג, ולאחר מכן לפרוק את המערכת עם שסתום 3-כיווני פורקן / שליטה. הסר את צינורות מדגם, מערבולת כמה פעמים, ואז לזרוק אותם לתוך סיר הפסולת.
  4. להתאים מחדש את צינורות המדגם במערכת, להפוך את שסתום האוורור בחזרה "שליטה", להפעיל את הכוח בחזרה לתנור, ולחכות שיווי המשקל כדי להפוך מחדש. זה ייקח רק כמה דקות אם המנגנון לא מתקרר. הבדל קל בטמפרטורה ניתן לראות כאשר שיווי המשקל הוא מחדש. זה יכול להיות בגלל הפרעה קלה של הרכב הכולל עקב דגימה.
  5. לאחר שיווי המשקל הוא מחדש, לקחת שתי דגימות חדשות. יש שני בקבוקונים מסומנים עם ספטה חדשה מוכנה.
  6. לאחר נטילת ~ 0.5 ס"מ3 דגימות בכל צינור שוב, לכבות את התנור, לפרוק את המערכת, להסיר את צינורות מדגם ולשפוך אותם לתוך הבקבוקונים. לכסות את הבקבוקונים ולהחליף את הצינורות מדגם עם צינורות נקיים במידת הצורך.
  7. בעת ניתוח הדגימות, הכינו דגימה חדשה. מסננים כ-15 ס"מ3 נוזלים לכוב או לבקבוקון. הוסף ~ 20 ס"מ3 של מתנול טהור או 50/50 מתנול / איזופרופנול דרך יציאת המדגם. זה ייתן הרכב כולל חדש.
  8. ודא צינורות מדגם ריקים לחלוטין, ולאחר מכן לסגור את המערכת, לכבות את שסתום האוורור כדי "לשלוט", ולהדליק את התנור בחזרה. אם יעבוד במהירות, שיווי המשקל יוקם מחדש במהירות. שים לב כי צריך להיות הבדל טמפרטורה מן המדגם הקודם.
  9. חזור על הליך שיווי משקל ודגימה כמו קודם, לזכור לקחת מדגם אחד לשטוף, ולאחר מכן לקחת את המדגם הסופי. המשך בניסויים על-ידי הוספת רכיבים. 12 נקודות נתונים מספיקות כדי לקבוע את מקדמי הפעילות ואת (בערך) מקדמי האינטראקציה הבינארית.

3. כיבוי המערכת

  1. כבה את התנורים. כאשר המנגנון מתחיל להתקרר, לכבות את stirrer ואת מי ה עיבוי.
  2. להחזיר את המערכת ללחץ אטמוספרי; להגדיר את הבקר >1020 mbar, לסגור את שסתום המצערת, להגדיר את שסתום משולש לפרוק ולפתוח את השסתום על הטנק.
  3. ברגע שהושג לחץ אטמוספרי, כבה את המשאבה. מסננים את הנוזל מהמאגר עד שהוא מגיע לרמת השסתום, אך משאירים את שאר הנוזל במאגר. סגור את שסתום 3 כיווני.

4. ניתוח

  1. באמצעות רגרסיה לא ליניארית וסכום סטנדרטי של פונקציית המטרה של שיורית בריבוע, השתמש במקדם הפעילות המחושב מהנתונים הגולמיים כדי לסגת מ- 6 הקבועים עבור משוואת וילסון הטרנרית (להלן), עבור מערכת זו. להעריך את איכות ההתאמה על ידי שיטות גרפיות וחישוב הסטיות היחסיות באחוז הממוצע (APRD), שהן שגיאות התאמה ממוצעות x 100.
    Equation 1
  2. התכנסו לערכים האופטימליים האמיתיים מכמה כיוונים שונים במרחב פרמטרי התגובה באמצעות שיטה פקטורלית לניחושים הראשוניים. לחשב את הדיוק של מדידות GC על ידי שכפול מספיק מדגם GC אחד כדי לקבוע דיוק יחסי על פי t-statistic, ולהשתמש בדיוק כדי לקבוע אם לקבל / לדחות מדידת GC מסוימת על ידי בדיקת השערה מתאימה.
  3. השווה את הדיוק היחסי של מדידת GC ל- APRDs, ודון. דיווחו גם על הדיוק המוחלט של מדי הלחץ והטמפרטורה - קבעו אותם פעם ביום.

הבנת התפלגות הרכיבים הכימיים הן בשלב האדים והן בשלב הנוזלי, הנקראים שיווי משקל נוזלי אדים חיונית לתכנון, לתפעול וניתוח של תהליכים הנדסיים רבים. שיווי משקל נוזלי אדים או VLE הוא מצב שבו מרכיב טהור או תערובת קיים הן בשלבי הנוזל והאדים. השלבים נמצאים בשיווי משקל, כלומר לא היו שינויים במאפיינים המאקרוסקופיים של המערכת לאורך זמן. רכיב יחיד VLE הוא פשוט לדמיין. קח למשל מים שנמצאים בשיווי משקל בשלב האדים והנוזלים ב 100 מעלות צלזיוס ואקפומט אחד. מעל טמפרטורה זו מים הוא אדים. מתחתיו, מים הם נוזל. עם זאת, מהנדסים בדרך כלל נתקלים בתהליכים עם תערובות בשיווי משקל מה שהופך את הניתוח של VLE מורכב יותר ולכן חיוני לעיבוד עיצוב. וידאו זה ימחיש את העקרונות מאחורי שיווי משקל נוזלי אדים של תערובות ולהדגים כיצד לנתח את VLE של תערובת במעבדה. לבסוף, כמה יישומים של VLE בתחום ההנדסה הכימית יוצגו.

כאשר תערובת מחוממת נמצאת בשיווי משקל נוזלי אדים, אדים ושלבי נוזלים בדרך כלל אין את אותו הרכב. החומר עם נקודת הרתיחה התחתונה יהיה ריכוז גבוה יותר אדים מאשר החומר עם נקודת הרתיחה גבוהה יותר. לפיכך, מהנדסים מתייחסים לרכיבים בכל שלב על ידי שבר השומה שלהם שבו xi הוא שבר השומה של מינים i בנוזל ויי הוא השומה השומה של מינים i בשלב האדים. קשר גומלין זה מתואר לעתים קרובות באמצעות עקומת xy כמו זו המוצגת כאן לתערובת של שני רכיבים הממחישה את הקשר בין כל רכיב בכל שלב. נקודת התחלה לכל חישובי VLE היא קריטריון שיווי המשקל הפשוט שבו הפוגאציות של המינים באדים שווה לפוגאציות של המינים בנוזל. פוגאצ'יטי הוא מאפיין הקשור להבדל המעריכי בין אנרגיות גיבס הגז האמיתיות והאידיאליות. פאגאציות שלב האדים שווה לשבר השומה של מינים i בשלב האדים כפול פוגאקיות אדי הרכיב הטהור. הביטוי יכול להיות פשוט יותר כמו fugacity אדי הרכיב הטהור שווה בערך ללחץ בלחץ נמוך. פוגות שלב נוזלי באים לידי ביטוי במונחים של מקדם פעילות, גמא. מקדם הפעילות מוגדר כיחס בין הפוגאציות של הרכיב בתערובת בפועל לפוגאציות של פתרון אידיאלי של אותו הרכב. בלחץ אדי הרוויה, הפוגאציה הנוזלית של הרכיב הטהור תשתווה ללחץ אדי הרוויה מכיוון שהאדים והנוזל הטהורים נמצאים שם בשיווי משקל. לבסוף, מאז fugacities נוזל ואדים שווים, אנחנו יכולים לפשט עוד יותר את היחסים כפי שמוצג אשר ידוע גם בשם החוק של ראול. לחץ אדי הרוויה מחושב לעתים קרובות באמצעות משוואת אנטואן שבה הקבועים A, B ו- C הם ספציפיים למינים וניתן למצוא אותם בספרות. לכן, אם אנו מודדים את הרכבי האדים והנוזל הנמצאים בשיווי משקל, אנו יכולים לחשב ישירות את מקדמי הפעילות על ידי מדידת טמפרטורה ולחץ ולכן לחץ אדי הרוויה. בניסוי זה תיחקר תערובת טרנרית של מתנול, אלכוהול איזופרופיל ומים. קומפוזיציות שונות של התערובת מבושלות במנגנון VLE ורכיבי נקודת הרתיחה התחתונה מתאדים ונאספים במיכל נפרד בזמן שהנוזל מתאסף בחזרה לכלי המדגם הראשוני. ברגע שמגיעים לשיווי משקל, הנוזלים ושבירי האדים המרוכזים נאספים ומנותחים עם כרומטוגרפיה של גז. באמצעות הטמפרטורה ואת השומה הנוזלית והאדים ניתן לחשב את מקדמי הפעילות. עכשיו כשהכרתם את המושגים של VLE ומנגנון הבדיקה, בואו נראה איך לבצע את הניסוי במעבדה.

כדי להתחיל, לנקז כל נוזל מתוך המערכת לתוך בקבוקון פסולת. זכור כי הנוזל לא יכול לנקז לחלוטין. להפעלה הראשונה להוסיף תערובת של 50% מתנול, 30% IPA ו 20% מים דרך הפתח בחלק העליון. לאחר מילוי התערובת, להפעיל את כוח התנור ואת מי ה עיבוי. המנגנון ידרוש בערך 20 דקות כדי להתקרב לשיווי משקל. המערכת מוכנה כעת להתחיל בניסוי.

כאשר המדגם מתחיל רותח, לשחרר את פקק לפרוק את השקע אינרטי של המערכת. אדים מרוכזים יתחילו לאסוף. כאשר שיווי משקל הוא הגיע, טפטוף קבוע של אדים מרוכזים מחזיר נוזלים יש לראות. עם הטמפרטורה יציבה בתוך 0.3 מעלות במשך 10 דקות, לאסוף על 1/2 מיליליטר של נוזל בבקבוקונים מדגם הן מן האדים מרוכזים ואת הנוזל רותח. מסננים את האדים המרוכזים מהדגימה האחרונה. לאחר מכן להוסיף מדגם חדש המורכב או 20 מיליליטר של מתנול טהור או 50-50 מתנול-איזופרופנול דרך יציאת המדגם. זה ייתן הרכב כולל חדש. לחדש את שיווי המשקל כפי שבוצע בעבר, עם זאת מצפה הפרש טמפרטורה מן המדגם הקודם. חזור על הליך שיווי משקל ודגימה כמו קודם, ולאחר מכן לאסוף את המדגם כדי לנתח. המשך הניסוי באמצעות תערובות שונות של שלושת הרכיבים. 12 נקודות מספיקות כדי לקבוע את מקדמי הפעילות ואת מקדמי האינטראקציה הבינארית. כאשר כל התערובות כבר לרוץ, לכבות את המערכת על ידי כיבוי התנורים. כאשר המנגנון מתחיל להתקרר, כבה את מי המרוכז. לבסוף למדוד את ההרכב של כל נוזל ודגימת אדים עם כרומטוגרפיה גז או GC.

באמצעות טמפרטורת המערכת ואת שברי שומת נוזלים ואדים שנרכשו מ- GC, לחשב את מקדמי הפעילות. תחילה זה דורש כי לחץ הרוויה מחושב באמצעות משוואת אנטואן שבו הקבועים A, B ו- C עבור כל רכיב ניתן למצוא בספרות. כעת אנו יכולים להשתמש במצקדים הפעילות המחושבת כדי לתאם את הנתונים למודל. נשתמש במשוואת וילסון לתערובת טרנרית שמסבירה סטיות מאידיאליות בתערובת. תשעת קבועי למבדה הם הקבועים של ווילסון, השווים לאחד כשאני שווה לג'יי. עבור כל זוג ij, ישנם שני קבועים שונים. השתמש רגרסיה לא ליניארית וסכום סטנדרטי של פונקציה שיורית ריבועים כדי לקבוע את ששת קבועי וילסון הנותרים באמצעות נתוני שבר השומה מהניסוי. קבועי וילסון משמשים לאחר מכן כדי לקבוע את מקדמי הפעילות הצפויים עבור כל רכיב של כל מדגם. כאן אנו מציגים את מקדם הפעילות המודלי שנוי כנגד מקדמי הפעילות הניסיונית. באופן אידיאלי, מקדמי הפעילות המודליים והניסיוניים ייפלו לאורך קו ה- x שווה y. כפי שניתן לראות באופן כללי, הערכים המודליים והניסויים מתאימים לקו זה ומראה כי המודל מתאים למערכת האמיתית.

הבנה ומניפולציה של שיווי המשקל הנוזלי של תערובות הוא מרכיב חיוני למגוון תהליכים במיוחד הפרדות. עמודי זיקוק מפרידים תערובות בהתבסס על התנודתיות שלהם עם קומפוזיציות שונות של כל רכיב בנוזל וביטויי אדים על כל מגש. הרכיב הנדיף יותר מתאדה ונאסף בחלק העליון של העמודה, בעוד הרכיב הפחות נדיף נשאר נוזלי ונאסף בתחתית. נתוני VLE של רכיבי התערובת משמשים לקביעת מספר המגשים הדרושים להשגת הפרדה בעמודת זיקוק. פעולה זו מסייעת למהנדסים למטב את תהליך ההפרדה תוך שמירה על עלויות תפעול נמוכות. טכניקת הפרדה חשובה נוספת באמצעות VLE היא הפרדת הבזק. הפרדת הבזק מבוססת על העובדה כי נוזל בלחץ שווה או גדול יותר מאשר לחץ נקודת הבועה שלה מהבהב כלומר, הוא מתאדה חלקית כאשר הלחץ מופחת. ההזנה מחומם מראש ולכן מורכב כמה נוזל וכמה אדים בשיווי משקל. לאחר מכן הוא זורם דרך שסתום הפחתת לחץ לתוך המפריד. מידת האידוי ולכן כמות ההתבודדות בשלבי האדים או הנוזלים תלויה במצב ההתחלתי של זרם ההזנה.

הרגע צפית בהקדמה של יובה לשיווי משקל נוזלי של אדים. עכשיו אתה צריך להבין את המושגים מאחורי VLE, איך זה נמדד במעבדה, וכמה מהשימושים שלה בתהליכים הנדסיים. תודה שצפיתם.

Results

מקדמי הפעילות של הנתונים אינם מציגים חריגות משמעותיות מערך ממוצע עבור כל רכיב (טבלה 1). זה כצפוי כי עבור קומפוזיציות רכיב ביניים אין וריאציות גדולות. עם זאת, רכיבים ליד 1 יש γ של ליד 1. רכיבי קומפוזיציה נמוכה יש γ גבוה. רכיבים הגבוה ביותר בריכוז בתערובת אשר תהיה סטייה מופחתת, ולכן זה יהיה קרוב יותר אידיאלי (γ = 1). רכיבים עם ריכוזים נמוכים יותר בתערובת יהיו סטיות גבוהות יותר, כך γ שלהם יהיה גדול מ 1.

Table 1

טבלה 1: תוצאות כל דגימה של הנתונים הניסיוניים.

הנתונים התאימו לפרמטרי מודל וילסון והמקדמים חושבו (טבלה 2). נעשה שימוש בצמצום פשוט של סכום השיוריות בריבוע בין מקדמי הפעילות הניסיוניים למשוואת וילסון (1). פעולה זו הושגה באמצעות פונקציית Solver של Excel. עלילת הזוגיות המוצגת מתייחסת לממקדים הפעילות של מודל משוואת וילסון לממקדים הפעילות שנמצאו באופן ניסיוני. מקדמי הפעילות הניסיונית חושבו והושוו באופן גרפי לקדם המודל המחושב.

Table 2

טבלה 2: תוצאות התאמת הנתונים לפרמטרים של מודל וילסון.

Equation 1(1)

ערכי הפרמטרים שנמצאו היו המתאימים ביותר (טבלה 3). באופן אידיאלי המתאם הוא לאורך קו y = x; עם זאת, נמצא מתאם משמעותי הדומה לתרחיש האידיאלי (איור 2). מקדמי הפעילות של הנתונים לא הראו חריגות משמעותיות מערך ממוצע עבור כל רכיב, כצפוי. נעשה שימוש בצמצום סכום השיוריות בריבוע בין מקדמי הפעילות הניסיוניים לבין מקדמי הפעילות של משוואת וילסון עם פונקציית Solver של Excel. עלילת הזוגיות מתייחסת למקימי הפעילות של מודל משוואת וילסון לממקדים הפעילות שנמצאו באופן ניסיוני.

Table 3

טבלה 3: פרמטרי דגם עם מים (א), MeOH (ב) ו- IPA (ג). הערכים הניסיוניים משווים לערכים הצפויים.

Figure 2
איור 2: תיאור המתאם בין מקדמי הפעילות הניסיונית לבין מקדמי פעילות המודל.

Applications and Summary

ניסוי זה הדגים את שיווי משקל המתנול - איזופרופנול - תערובות אדי מים נוזליים ב- P קבוע = 700 מ"מ כ"ג וכיצד למדוד טמפרטורה והרכב ולחשב מקדמי פעילות. מקדמי הפעילות של הנתונים לא חרגו באופן משמעותי מערך ממוצע עבור כל רכיב, כצפוי. נעשה שימוש בצמצום סכום השיוריות בריבוע בין מקדמי הפעילות הניסיוניים לבין מקדמי הפעילות של משוואת וילסון עם פונקציית Solver של Excel. עלילת הזוגיות מתייחסת למקימי הפעילות של מודל משוואת וילסון לממקדים הפעילות שנמצאו באופן ניסיוני.

בתעשיית הנפט, זיקוק הוא התהליך העיקרי להפרדת מוצרי נפט. בתי זיקוק רבים לנפט משתמשים בזיקוק לנפט גולמי1. פחמימנים קל מופרדים מחלקיקים כבדים יותר, המפרידים על בסיס נקודותרתיחה 1. חומרים כבדים כמו שמני גז נאספים בלוחות התחתונים, בעוד חומרים קלים כמו פרופאן ובוטאן עולים1. פחמימנים, כגון בנטוס, סילון, סולר, מופרדים1. תהליך זה חוזר על עצמו פעמים רבות כדי להפריד באופן מלא ולמקד את המוצרים1. בתי זיקוק מפעילים תהליכים אלה במצב יציב, ויוצרים כל הזמן מוצרים חדשים בקיבולת מקסימלית, כך שהיעילות היא המפתח1. מהנדסים כימיים העובדים על תהליכים אלה מתמקדים באופטימיזציה של היעילות של הייצור1.

עמודות זיקוק מגש משמשות גם להפרדת מגוון מוצרים כימיים. אתנול הוא מוצר אחד כזה. באמצעות תהליכים הקשורים קשר הדוק, מגוון רחב של מוצרים כגון אתנול כיתה דלק, בירה, ומשקאות חריפים ניתן לזקק את כל2. כמויות ספציפיות של אלכוהול ניתן להפריד ממים על מנת ליצור הוכחה ספציפית2. תהליך זה מוגבל להפחתת אחוז המים במוצר, אך אינו יכול לחסל אותו לחלוטין2. על מנת להסיר מים לחלוטין, זיקוק אזוטרופי נדרש, אשר משתמש כימיקלים מחלץ כדי להפריד מים מן האתנול2.

References

  1. About the Refinery." Processing & Refining Crude Oil. Chevron.com, n.d. Web. 17 Nov. 2016.
  2. Madson, PW. Ethanol Distillation: The Fundamentals. Cincinnati: Katzen International, n.d. Print. Accessed from Web. 01 Oct. 2016.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter