Диссертация (Массопередача в процессе экстрактивной ректификации ароматических и неароматических углеводородов), страница 9

Всвязи с этим использовали метод внутреннего стандарта, в качестве котороговыступал пара-ксилол.Согласно методу внутреннего стандарта, массовое содержание каждогокомпонента в пробе определяется соотношениемi Si qi mst,S st ms(2.1)49где S i и S st – площадь пика i-того компонента и площадь пика стандартасоответственно, m s и mst – массы пробы (включая стандарт) и стандартасоответственно, q i – калибровочный коэффициент.Рисунок 2.3 Пример хроматограммы.50Дляопределениякалибровочныхкоэффициентоввесовымметодомнаводили смеси во всем исследуемом диапазоне концентраций.

Далее к смесямдобавляли известное количество стандарта таким образом, чтобы его количество всмеси составляло примерно треть по массе. Далее пробу вводили в хроматограф,и по хроматограммам определяли площади пиков компонентов анализируемыхсмесей и стандарта. Затем по соотношению (2.1) определяли калибровочныекоэффициенты. Найденные таким образом калибровочные коэффициенты длясмесей бензол – гептан – N-метилпирролидон, бензол – гептан – сульфолан,бензол – гептан – N-метилпирролидон – сульфолан приведены в таблицах 2.5, 2.6и 2.7 соответственно [148, 149].Таблица 2.5. Калибровочные коэффициенты для смеси бензол – гептан – Nметилпирролидон (условия хроматографирования приведенны в таблице 2.4)Брутто-состав смеси,мол. долиz1z20.160.640.400.400.640.160.100.400.250.250.400.100.080.320.160.240.240.160.060.240.180.120.040.160.100.100.160.04Калибровочные коэффициентыq1q20.900.960.870.890.910.930.950.901.050.921.030.960.731.201.021.010.891.010.950.981.061.011.091.111.081.201.211.32q32.412.472.362.402.562.272.552.582.412.292.352.032.121.90Таблица 2.6.

Калибровочные коэффициенты для смеси бензол – гептан – сульфолан(условия хроматографирования приведенны в таблице 2.4)Брутто-состав смеси,мол. д.z1z20.160.640.400.400.640.160.100.400.250.250.400.10Калибровочные коэффициентыq11.161.000.880.850.890.98q21.091.030.941.080.961.02q42.204.352.983.482.853.9051Брутто-состав смеси,мол. д.z1z20.040.160.100.100.160.04Калибровочные коэффициентыq11.041.010.89q21.130.960.92q43.263.482.89Таблица 2.7. Калибровочные коэффициенты для смеси бензол – гептан – Nметилпирролидон – сульфолан (условия хроматографирования приведенны в таблице 2.4)Брутто-состав смеси, мол. д.z1z20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.50.50.50.50.50.50.50.50.50.80.80.80.80.80.80.80.80.80.160.160.160.40.40.40.640.640.640.10.10.10.250.250.250.40.40.40.040.040.040.10.10.10.160.160.16z30.1280.320.5120.080.20.320.0320.080.1280.080.20.320.050.1250.20.020.050.080.0320.080.1280.020.050.080.0080.020.032Калибровочные коэффициентыq1q21.001.041.120.900.900.951.071.041.050.940.950.931.070.940.940.980.980.990.970.970.980.980.980.970.971.010.991.101.161.051.041.001.021.031.061.080.971.040.961.171.011.031.051.051.060.790.951.041.051.021.051.051.051.09q32.392.252.323.373.152.572.952.692.543.262.882.812.173.002.732.372.592.623.052.882.642.782.492.383.052.733.17q43.262.622.423.464.152.442.252.731.633.943.473.682.234.104.733.972.973.124.194.033.703.243.442.693.002.342.60Массовые доли компонентов в пробе при проведении анализа рассчитывалипо всем наборам коэффициентов и затем из образовавшегося массива выбирали вкачестве результата те данные, в которых получившиеся составы былимаксимально близки к составам, в которых были определены калибровочныекоэффициенты.522.3.

Исследование фазового равновесия жидкость – пар в системах сгомогенной жидкой фазойВизуальным анализом термостатированных проб различных составов былоустановлено, что расслаивающаяся на две жидкие фазы в определенной областиконцентраций при комнатной температуре система бензол – гептан – Nметилпирролидон полностью гомогенизируется с повышением температуры, чтопозволило проводить исследование фазового равновесия для этой системы наприборе для гомогенных смесей.В рамках работы было проведено экспериментальное исследованиефазового равновесия в следующих гомогенных системах:1.

Бензол – гептан (с целью отработки методики и проверкиадекватности получаемых на установке данных);2. Бензол – N-метилпирролидон;3. Гептан – N-метилпирролидон;4. Бензол – гептан – N-метилпирролидон;5. Бензол – гептан – N-метилпирролидон – сульфолан.Гомогенную смесь бензол – сульфолан не исследовали, поскольку онаобладала крайне высоким коэффициентом относительной летучести, в результатечего паровая фаза состояла практически из чистого бензола во всем диапазонеконцентраций за исключением области низких концентраций бензола.

При работеэкспериментальной установки в области крайне низких концентраций бензола,последнийполностьюиспарялсяизкубавциркуляционныйконтур,конденсировался и снова попадал в перегретый куб, после чего цикл повторялся,в результате чего установка работала в пульсационном режиме и непредставлялось возможным достигнуть стационарного состояния.Гомогенную смесь N-метилпирролидон – сульфолан не исследовали,поскольку она состояла лишь из разделяющих агентов.2.3.1. Описание экспериментальной установкиДля проведения экспериментальной работы по изучению фазовогоравновесия жидкость – пар в системах с гомогенной жидкой фазой был53смонтирован эбулеометр Свентославского, схема которого показана на рисунке2.4.

Эбулеометр Свентославского – прибор циркуляционного типа и работает попринципу термосифона.Свежую жидкость загружали в прибор через конденсатор – 6 (для этогоотсоединяли вакуумсоздающую систему) в нижний U-образный канал, на левомплечекоторогорасположенкуб1,снабженныйнихромовойобмоткойэлектрообогрева. За счет подводимого тепла в куб (через нихромовую обмотку) влевом плече U-образного канала образуется парожидкостная смесь, плотностькоторой ниже плотности жидкости в правом плече канала, что приводит кестественной циркуляции жидкой фазы в системе. Парожидкостная смесь излевого плеча U-образного канала, называемого насосом Коттреля, выбрасываетсяна гильзу 3, снабженную термометром для измерения температуры равновесиямеду фазами.

Далее паровая фаза поступает в водяной конденсатор 6, а жидкаяфаза частично стекает в правое плечо U-образного канала, частично в счетчиккапель 7. Конденсированные пары из конденсатора 6 также стекают в счетчиккапель 7, где смешиваются с циркулирующей жидкостью и совместно стекают вправоеплечорегулироваликанала.U-образногоподводомтепла.РасходВеличинациркулирующейрасходажидкостициркулирующейпарожидкостной смеси тщательно подбирается для каждого конкретногоаппарата.

Она должна обеспечивать хорошее перемешивание жидкости в кубе иисключать при этом перегрев кубовой жидкости, приводящий к пульсационномурежиму работы аппарата. И пульсационный режим работы, и недостаточноеперемешиваниежидкостивкубебудутприводитькошибочнымэкспериментальным данным. Скорость циркуляции подбирали при исследованиихорошо изученной модельной смеси бензол – гептан, она составляла 120 капель вминуту.Кран 4 предназначен для отбора пробы конденсата пара, кран 5 – длядренажа жидкости из аппарата после завершения опыта.5411I106I3I7829I415Рисунок 2.4. Схема эбулеометра Свентославского для изучения фазового равновесия приатмосферном давлении и под вакуумом в системах с гомогенной жидкой фазой: 1 – куб сэлектрообогревом; 2 – насос Коттреля; 3 – гильза для термометра; 4 – кран отбора пробыконденсата равновесного пара; 5 – дренажный кран; 6 – конденсатор; 7 – счетчик капель; 8 –моностат; 9 – водоструйный эжектор; 10 – клапан сброса давления; 11 – манометр, I – вода.Вакуумсоздающую систему подсоединяли к конденсатору 6; она состоялаиз водоструйного эжектора 9, моностата 8, клапана 10 для регулировкиостаточного давления путем подсоса воздуха из атмосферы и вакуометра 11.Для исключения потерь тепла в окружающую среду, которые могутприводить к частичной конденсации паров в аппарате, а следовательно,получению ошибочных данных, аппарат был теплоизолирован.2.3.2.

Описание методики экспериментаВ опытах по фазовому равновесию при атмосферном давлении аппаратработал без вакуумсоздающей системы.55На первом этапе готовили смесь, смешением требуемых объемов чистыхкомпонентов, анализировали соответствующим методом (рефрактометрия илихроматография), и в количестве 50 мл загружали в аппарат. В конденсаторподавали водяное охлаждение, и включали обогрев куба. Смесь доводили докипения и после начала циркуляции жидкости фиксировали температуру, ирасход жидкости (в счетчике капель 7) через каждые 10 минут опыта. Послевыходасистемывстационарноесостояние,котороехарактеризовалосьпостоянством температуры и расхода циркулирующей жидкости во времени,поддерживали его в течение часа.

Затем нагрев куба прекращали и приступали кохлаждению прибора. Из крана 4 отбирали пробу конденсата пара, находящегосяв равновесии с загруженной в аппарат жидкостью известного состава, ианализировали ее соответствующим методом. Объем пробы измеряли мернымцилиндром.После отбора пробы аппарат охлаждали до комнатной температуры идренировали через кран 5 в мерный цилиндр. Кубовую жидкость анализировалиповторно, после чего проверяли материальный баланс. При расхожденииматериального баланса более, чем на 10 % результаты опыта исключали израссмотрения.Пересчет экспериментальных данных по фазовому равновесию с текущегоатмосферного давления на эталонное (101.3 кПа) по методике [13] для несколькихточек показал несущественное изменение состава пара и температуры кипения и вдальнейшем нами не проводился.Для исследования фазового равновесия в системах при давлениях нижеатмосферного после загрузки исходной жидкости в аппарат к нему подсоединяливакуумсоздающую систему и подавали охлаждающую воду в конденсатор.