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Chemical Engineering

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El efecto de la relación de reflujo en la eficiencia de destilación de bandeja
 

El efecto de la relación de reflujo en la eficiencia de destilación de bandeja

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Bandeja la destilación es una técnica de ingeniería química fundamental utilizada para separar mezclas de compuestos en diversos ámbitos industriales. Tales como plantas químicas, refinerías de petróleo y procesamiento de gas natural. Destilación se realiza en una columna con muchos diferentes niveles llamados bandejas. Un líquido de alimentación corriente viaja a través de la columna y después de la exposición al calor es condensada o vaporizado, permitiendo a la mezcla a ser separada basada en la diferencia de volatilidades. Para diseñar un aparato de destilación costo productivo que se estudió la eficiencia de separación de las bandejas en el sistema. Aquí vamos a investigar la eficacia de la separación de una columna de bandeja tamiz usada para separar una mezcla de metanol, isopropanol y agua.

En una columna de destilación, se introduce la alimentación líquida y fluye hacia abajo mientras que al mismo tiempo, ponerse en contacto con un creciente flujo de vapor. Cuando el líquido alcanza la parte inferior entra una caldera nueva y tampoco se vaporiza y vuelve a entrar en la columna o sigue siendo líquido y sale del sistema. Esta corriente de salida, llamada los fondos, contiene los componentes más pesados. Hervir hasta cociente de VB, es la proporción de líquido reciclado en la columna para la cantidad de líquido dejando en la parte inferior. La corriente de vapor fluye hacia arriba por la columna y se condensa antes de entrar en un tambor de reflujo. Luego se divide en dos corrientes. El destilado que contiene los componentes más volátiles que salen del sistema y la corriente de reflujo que se vuelva a encender a la columna. La relación de reflujo, que es la relación entre tasa de reflujo tipo destilado puede influir en eficiencia de separación. En el modo de reflujo total, 100% de las corrientes son reciclados hacia la columna. Sin embargo, práctica destilaciones se funcionan en modo reflujo parcial para lograr la separación económica. Ahora vamos a echar un vistazo a los análisis de McCabe-Thiele para determinar el número de etapas necesarias para una separación utilizando datos VLE para los dos componentes. A partir de la composición del destilado, dibujar una línea de trabajo con pendiente igual a RD en RD más uno. A partir de los fondos composición dibujar una línea de trabajo con pendiente igual a VB más uno sobre VB. paso hacia abajo de la trama entre la curva BLE y líneas hasta llega a la parte inferior. El número de minutos de pasos para el reboiler es igual al número de bandejas necesitada. Para evaluar la eficiencia, se utiliza el método de Murphree. La eficiencia de Murphree para una sola bandeja, EML, describe el cambio de la composición líquida sobre la bandeja dividida por el cambio de la composición del líquido salida, suponiendo que estaba en equilibrio con el vapor de salida. Bajas eficiencias en una bandeja a menudo están asociadas con baja área interfacial o bajas velocidades superficiales, permitiendo a los ingenieros detectar problemas en una columna y mejorar el diseño. Ahora que hemos discutido cómo funciona una columna de destilación y cómo la relación de reflujo puede afectar la separación, vamos a probar y demostrar los efectos en un experimento de laboratorio.

Antes de comenzar, familiarícese con la unidad de destilación de la bandeja. La unidad consta de una columna que contiene seis bandejas de tamiz. El depósito de alimentación contiene la mezcla de metanol 50 peso por ciento, 30% de peso isopropanol y agua 20 por ciento de peso. Que se dirige a través de una bomba para el precalentador de la alimentación y luego a la columna. El destilado de la columna se recoge en el condensador total equipado con una válvula para recoger las muestras. Un tambor de reflujo, la bomba de reflujo y el precalentador se utilizan para proporcionar un reflujo continuo que se ajusta la relación para una mejor eficacia. Por último, la caldera y la bomba de fondo proporcionan la calefacción de la mezcla y la válvula de fondo se utiliza para obtener las muestras para análisis. La mayoría de la unidad de destilación de comercio funciona mediante una interfaz gráfica. Para iniciar el experimento para el modo de reflujo total, encienda el agua de enfriamiento y verifique el nivel del líquido de la caldera. Ajustar el nivel agregando alimento líquido o extracción de un líquido usando la bomba de fondo. Encienda el calentador de la caldera principal y el calentador de tira. Luego, a través de los controles, ajuste el reboiler regulador de temperatura manual y ajustar la salida de al menos 60%. Y esperar a que el vapor arriba a condensar, llenado del tambor de reflujo. Una vez que el tambor de reflujo ha alcanzado un nivel de 50%, establece el controlador de flujo reflujo auto con un punto de ajuste de 20% y encienda la bomba de reflujo. Tan pronto como se mide el caudal de reflujo en el controlador, disminuir gradualmente el punto de ajuste en incrementos de 2% cada 20 o 30 segundos hasta que el caudal de reflujo es de 12 a 13% del palmo. Cuando se activa el calentador de la caldera, el sistema también comenzó el precalentador de reflujo. Ahora el controlador en auto y dar el precalentador de reflujo un punto de ajuste de aproximadamente 65 grados. Asegúrese de que el nivel de tambor de reflujo es alrededor 50%, y si es necesario ajusta manualmente la velocidad cambiando el set point del controlador de flujo reflujo para proporcionar un reflujo constante del tambor de 25 a 75%. Cuando todos los flujos, niveles, temperatura y composiciones están cerca de sus puntos no cambian significativamente durante aproximadamente dos minutos, se puede decir que se ha alcanzado el estado estable del modo reflujo total.

Ahora que el sistema ha alcanzado un estado estacionario, vamos a la transición al modo de reflujo finitas. Ajuste el regulador de flujo de alimentación para automóvil con un punto de ajuste de aproximadamente 120 centímetros cúbicos por minuto. Siguiente encienda la bomba de alimentación y el precalentador de la alimentación, ajuste el regulador en auto y le dan un punto de ajuste de aproximadamente 65 grados. Una vez que la alimentación para ajustar, poner el controlador de tasa de flujo reflujo en auto y establece el punto de partida de la corriente de reflujo en un punto de ajuste de aproximadamente 80%. Empezar a retirar el producto de destilado para mantener el nivel del tambor de reflujo entre 25 y 75%. Ponga el regulador de flujo de destilado en el auto y ajustar su punto fijo sobre el flujo cero. Empezar a retirar el producto de fondos para mantener un nivel constante de 60 a 80% en el reboiler. Ponga el regulador de flujo de fondos en el auto, encender la bomba de la parte inferior y ajustar el punto fijo a una velocidad de flujo por encima de cero. Repetir la operación de reflujo finito aproximadamente tres relaciones de reflujo diferentes manteniendo la ebullición constante de velocidad. Esto se lleva a cabo para adaptarse a diferentes Estados de equilibrio en el modo de reflujo finitas. Cuando todos los flujos, niveles, temperatura y composición están cerca de sus puntos no cambian significativamente, se alcanza el estado del lugar. Una vez alcanzado un estado de stead, abra las válvulas de la muestra y usar frascos para muestras para recoger un conjunto de mililitro de tres a cuatro muestras de los fondos y productos destilados en sus puntos respectivos de la muestra. Usando una pipeta, insértelo por la parte superior del tanque de alimentación para recoger una muestra de alimento. A continuación, utilizando una jeringa de aguja curvada, insértelo a través del puerto de septo de cada bandeja para adquirir muestras de la bandeja. Asegure las muestras y analizarlas mediante un cromatógrafo de gases al terminar el experimento.

Ahora que han terminado el experimento, concentrémonos en el análisis de los resultados. El análisis de McCabe-Thiele para este sistema muestra que 4,5 etapas son necesarias para la separación. Aunque el sistema utiliza seis etapas más el reboiler. A continuación, obtener la fracción de masa de las muestras utilizando los datos de la GC. Aplicar la ecuación de eficiencia de Murphree para bandeja y calcular la eficiencia de cada bandeja. Bandeja dos fue significativamente más eficientes que sus contrapartes y visual observación demostró que es muy espumoso. Tanto en el área interfacial. Bandeja uno era incluso más espumosa, pero podría observarse algún arrastre. Este comportamiento es consecuencia de una baja tensión superficial para una mezcla alcohólica. En las parte superior dos bandejas, casi toda el agua había sido quitado, dejando principalmente metanol con algunos isopropanol. Bandeja tres tenía eficacia pobre del metanol, que se observa cuando un compuesto diferente, agua en este caso, experimenta un cambio de concentración profunda en la bandeja. Ahora repita los cálculos para cada relación de reflujo determinar el efecto sobre la composición del destilado y fondos. En general, la tasa más baja de reflujo reduce la pureza del metanol del destilado. Una mayor tasa de reflujo mejora la separación de los costos de operación alta.

Por último, echemos un vistazo a un par aplicaciones de destilación comercio y medir eficiencias de bandeja en la industria química. Refinerías de petróleo separan aceites crudos en múltiples productos. La corriente de alimentación es calentada crudo a presión atmosférica. Combustibles, como el aceite combustible para buques, diesel, kerosene, nafta y gasolina están separados en base a sus puntos de ebullición y por lo tanto longitud de cadena. Ingenieros químicos utilice eficiencias de bandeja para optimizar los procesos de separación de los productos deseados. Para generar aguardientes como vodka o whisky, se hierve una mezcla de productos de la fermentación del grano conocido como lavado, que es de 10 a 12% de alcohol por volumen en un alambique y el vapor resultante es separado por simple o destilación. Esto permite que el etanol que se separará de otros alcoholes como propanol y agua, que tienen puntos de ebullición más altos.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la destilación. Ahora debe entender el proceso de destilación, cómo operar una unidad de destilación de bandeja y cómo evaluar su eficacia. También han visto varias aplicaciones de la destilación en ajustes industriales. Gracias por ver.

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