Springen naar inhoud

Stoomdestillatie


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Zenith_CF

    Zenith_CF


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 11 juni 2010 - 07:27

Hallo

In mijn chemische techniek boek staat een opgave waar ik niet verder mee kom:

Men wil door stoomdestillatie van ruwe aniline per uur 250 kg zuivere aniline winnen en heeft de beschikking over stoom van 2 bar en 120C.
De molmassa van aniline bedraagt 93.
De verdampingswarmte van aniline kan op 420 kJ/kg gesteld worden.
De totale druk waaronder het systeem wordt gedestilleerd bedraagt 1 bar. De gebruikte stoom heeft een soortelijke warmte van 1940 J/kgK.

Wat is het verbruik aan stoom bij deze destillatie?

Als ik de formule m.water/m.aniline = P-(P.aniline)/ P.aniline x 18/93 invul, volgt daaruit dat 237,5 kg water nodig is om de kooktemp van het mengsel te verlagen.
Uit een bijgevoegde grafiek blijkt dat het mengsel bij 96,4C kookt.
Verder is nodig 420 kJ x 250 kg = 105000 kJ per uur, want dat is de benodigde warmte voor het verdampen van de aniline.
Hier loop ik vast en zou graag wat hulp krijgen.
Alvast bedankt.

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 13 juni 2010 - 11:13

Uit een bijgevoegde grafiek blijkt dat het mengsel bij 96,4C kookt.

Ik ken die grafiek niet maar volgens mij is bij 96,4 oC de dampspanning van aniline 0,052 bar en die van water 0,89 bar, dus samen maar 0,94 bar. Ik zou verwachten dat het mengsel bij 98 oC kookt.

Als ik de formule m.water/m.aniline = P-(P.aniline)/ P.aniline x 18/93 invul, volgt daaruit dat 237,5 kg water nodig is om de kooktemp van het mengsel te verlagen.

Met welke P.aniline heb je dan gerekend? Schrijf de berekening met alle gebruikte getallen eens netjes uit.

Verder is nodig 420 kJ x 250 kg = 105000 kJ per uur, want dat is de benodigde warmte voor het verdampen van de aniline.

En die warmte moet door de stoom geleverd worden door afkoeling en eventueel gedeeltelijke condensatie.
Hydrogen economy is a Hype.

#3

Zenith_CF

    Zenith_CF


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 14 juni 2010 - 06:28

Bedankt voor de reactie.
Omdat de grafiek niet heel nauwkeurig is, heb ik, door interpoleren van de grafiek, de volgende waarden verkregen:

T=96,4 C
P.aniline = 0.17 bar
Verder is gegeven:
P, de totale heersende druk = 1 bar.
m aniline = 250 kg/h
Aldus verkrijg ik:
m.water/250 = (1 - 0.17)/0.17 x (18/93) = 0.9449, hieruit volgt dat:
massa water= 236.2 kg/h
Deze massa water is nodig om de kook temperatuur van het mengsel te verlagen.
Dan de stoom:
Er is 105000 kJ/h nodig om 250 kg aniline te verdampen.
De enthalpie van stoom van 120C en 2 bar = 2706 kJ/kg
De enthalpie van water bij 96.7(dit is de dichtsbij liggende waarde die ik kon vinden in de stoomtabel) = 2671 kJ/kg
Van 1 kg stoom naar 1 kg water komt dus 2706 - 2671 = 35 kJ warmte vrij.
Van 236,2 kg stoom komt dan 236,2 x 35 = 8267 kJ warmte vrij.
Dan blijft nog over 105000 - 8267 = 96733. Dit is de dan nog benodigde warmte.
Dit betekent dat er nog 96733/35 = 2763.8 kg stoom nodig is om de aniline te verdampen.
Totaal: 2763.8 + 236.2 = 3000 kg stoom.
Klopt dit?
Bedankt voor de hulp!

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 16 juni 2010 - 16:54

Ik begrijp niet hoe die grafiek van jou bij 96.4 oC een dampdruk voor aniline van 0.17 bar kan geven. Dat moet ongeveer 0.052 bar zijn zoals ik al eerder schreef.
Maar omdat de som van dampdrukken van aniline en water samen 1 bar moeten zijn zal de kooktemperatuur van het mengsel volgens mij 98 oC zijn met P.aniline = 0.056 bar en P.water = 0.944 bar.

De enthalpie van water bij 96.7(dit is de dichtsbij liggende waarde die ik kon vinden in de stoomtabel) = 2671 kJ/kg

Nee, dat zal de enthalpie van stoom bij 96.7 oC zijn. Die van water is natuurlijk vl lager.
Hydrogen economy is a Hype.

#5

Zenith_CF

    Zenith_CF


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 augustus 2010 - 05:47

Bedankt.
Ik heb de gegevens gebruikt die jij hebt geleverd en dan krijg ik het volgende:
Soortelijke warmte 120C stoom 2 bar = 1,94 kJ/kg K
Verdampingswarmte stoom 99,6C = 2257 kJ/kg
Soortelijke warmte water 99,6C = 4,17 kJ/kg K

1kg stoom van 120C 2 bar naar 1 kg water van 98C levert dan:
120C naar 99,6 stoom:
Q=m x C x deltaT
= 1 x 1,94 x 20,4 =39,576 kJ
99,6 stoom naar 99,6C water
Q = m x verdampingswarmte
= 1 x 2257 kJ
99,6C water naar 98C water
Q = m x C x deltaT
= 1 X 4,17 x 1,6 = 6,672 kJ
Opgeteld: 2303,248 kJ
m.water/m.aniline = 0.944/0.056 x 18/93 = 3.262
m.water/250 = 3.262 --> m.water = 815.5 kg, dit is nodig om het kookpunt van de aniline te verlagen.
815.5 kg water levert dan 815.5 x 2303.246 = 1878298.7 kJ warmte
250 x 420 = 105000 kJ is nodig om de aniline te verdampen.
Er wordt dan toch teveel warmte ingebracht?

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 07 augustus 2010 - 11:31

815.5 kg water levert dan 815.5 x 2303.246 = 1878298.7 kJ warmte

Nee, die 815.5 kg is geen water maar de stoom die niet condenseert maar over gaat met de anilinedamp. Die 815.5 kg/h stoom levert dus alleen voelbare warmte door afkoeling van 120 naar 98 oC.

Het tekort aan warmte wordt geleverd doordat ongeveer 30 kg/h stoom condenseert en zodoende het verschil in warmte levert. Probeer die 30 kg/h nu zelf te reproduceren met een warmtebalansberekening.
Hydrogen economy is a Hype.

#7

Zenith_CF

    Zenith_CF


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 08 augustus 2010 - 05:54

Als er 105000 kJ nodig is en de stoom per kg 2303 kJ bij afkoeling van 120C naar 98C, dan kom ik uit op ongeveer 45 kg stoom.

#8

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 08 augustus 2010 - 09:16

Lees al mijn reacties nog eens.

Om 250 kg aniline in dampvorm af te voeren is het nodig dat deze anilinedamp gemengd is met 815 kg waterdamp. Die daarvoor benodigde 815 kg stoom is daarbij afgekoeld van 120 naar 98 oC en levert dus 815 * 1,94 * (120 - 98) = ..... kJ voelbare warmte.

Om 250 kg aniline te verdampen is 250 * 420 = 105000 kJ warmte nodig.

Er is dus nog een tekort van 105000 - ..... = ..... kJ. Dit tekort komt van extra stoom dat zal moeten condenseren, dus dat is ..... / 2303 = 30 kg condenserende stoom.

Totale hoeveelheid benodigde stoom is dus 815 + 30 = 845 kg/h, waarvan 815 kg/h met de anilinedamp overdestilleert en 30 kg/h condenseert en als water achterblijft.

Overigens is deze berekening erop gebaseerd dat de aangevoerde ruwe aniline al 98 oC is. Als dit koude aniline zou zijn dan is er ook nog warmte nodig om deze ruwe aniline op te warmen naar 98 oC en de warmte die dat kost moet dan ook van extra condenserende stoom komen.

Veranderd door Fred F., 08 augustus 2010 - 09:25

Hydrogen economy is a Hype.

#9

Zenith_CF

    Zenith_CF


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 09 augustus 2010 - 05:20

815 * 1,94 * (120 - 98) = 34784,2 kJ voelbare warmte.
105000 - 34784,2 = 70215,8 kJ.
70215,8 / 2303 = 30,5
815,5 + 30,5 = 846 kg stoom.

Heel erg bedankt voor de uitleg. Dit hele verhaal staat niet in de lesstof en had ik dus zelf moeten bedenken.

Kun je me ook vertellen hoe je aan de partile dampdrukken en kooktemperatuur van het aniline mengsel komt, de grafiek die ik gebruik is slecht af te lezen en niet correct.

Nogmaals bedankt!
gr.John

#10

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 09 augustus 2010 - 19:13

Kun je me ook vertellen hoe je aan de partile dampdrukken en kooktemperatuur van het aniline mengsel komt

Je zoekt in dit geval die temperatuur waarbij de dampspanning van water plus de dampspanning van aniline samen precies 1 bar zijn. Dit is even uitproberen.

Ik gebruikte voor die dampspanningen formules uit het boek:
Properties of Gases and Liquids - 4th edition (1987) - R.C. Reid, J.M. Prausnitz & B.E. Poling - McGraw Hill
maar je kunt natuurlijk ook een stoomtabel en een grafiek of tabel of andere formule voor aniline gebruiken, bijvoorbeeld:
http://en.wikipedia....ssure_of_liquid
Hydrogen economy is a Hype.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures