CET - Rotační kulový odpařovák

Úkol:              Proveďte měření na RVO za dodržení všech bezpečnostních předpisů. Na základě naměřených hodnot proveďte vyhodnocení měření.

a) Materiálovou bilanci

b) Tepelnou bilanci vyhřívání

c) Tepelnou bilanci odpařování

d) Celkovou tepelnou bilanci

Pomůcky a chemikálie: Stopky, skleněné kuličky, mikrometrický šroub, roztok glycerolu.

Princip:          Odpařování - je odstranění těkavější složky z vroucího roztoku. Vzniká zahuštěný roztok (kapalná fáze) a brýdové páry (páry odpařeného čistého rozpouštědla)

Teplota varu - teplota, při které dojde k odpaření celého roztoku. Teplota varu roztoku je vyšší, než teplota varu čistého rozpouštěla a se zvyšující se koncentrací se teplota varu zvyšuje. Teplota varu zahuštěného roztoku se dá snížit snížením tlaku (vakuové odparky).

Odparky - skládají se ze 3 částí

1. vařák

2. oddělovač par

3. odlučovač kapek

- výpočet odparky - 1) materiálová bilance

a) celková materiálová bilance: m₁=m₂+m_g

  

b) bilance rozpuštěné složky: m₁x₁ = m₂x₂

Použité vztahy:

1) Materiálová bilance laboratorní vakuové odparky: m₁ = m₂ + m₃ + m_ztr

m₁ - hmotnost zahřívané kapaliny v baňce 1

m₂ - hmotnost zbytku zahřívané kapaliny v baňce 1

m₃ - hmotnost zkondenzovaných brýdových par v baňce

m_ztr - ztráty do vývěvy - počítá se

2) Tepelná bilance vyhřívání ( účinnost topné páry při vyhřívání):

a) Kalorimetrická rovnice: Q_teor = m₁ . c₁ . (tm₂ - tm₁)..... c₁ = c_H2O = 4,18 KJ. k^-1. kg^-1

 Q_skut = elektroměr při prvních parách v chladiči - elektroměr na začátku [kWh]

b) Účinnost topné páry:  η_{vyhřívání} = Q_teor/Q_skut . 100 (%)

3) Energetická bilance odpařování:

a) Kalorimetrická rovnice: Q_teor = m_odp . l ..... l = výparné teplo

m_odp = m₃ + m_ztr = m₁ - m₂

Q_skut = elektroměr na konci - elektroměr na začátku [kWh]

b) Účinnost odpařování: η_{odpařování} = Q_teor/Q_skut . 100 (%)

4) Celková účinnost odpařování: η = (Σ Q_teor / Σ Q_skut ) . 100

             Postup: 1) Přenést elektroměr a zavěsit ho do svislé polohy na stojanu.

2) Zkontrolovat, že baňky neobsahují žádnou zbytkovou vodu.

3) Zapnout chlazení ( voda odtéká malým proudem).

4) Do varné (velké) nádoby odvážit 800 - 1000g studené vody a změřit její teplotu.

5) Sestavit aparaturu RVO: RVO napojíme na vývěvu přes pojistnou nádobu s možností přisávání vzduchu na regulátor vakua a na zkrácený rtuťový U-manometr.

6) Spustit do chladiče vodu - průtok nastavit tak, aby páry kondenzovaly v 1/3, popř 2/3 výšky chladiče.

7) Spustit naplno vodní vývěvu, uzavřít nasávání vzduchu do pojistné nádoby a pomocí regulátoru vakua zvyšovat hodnotu vakua ( rozdíl hladin na rtuťovém U-manometru musí být mezi 80 - 120mm). Dojde-li ke změně vakua, je nutné ho upravit na požadovanou hodnotu.

8) Pod varnou baňku vložit topné hnízdo ( bez připojení k el. proudu).

9) Zapnout rotaci varné baňky.

10) Na elektroměru odečíst stav v kWh ( co nejpřesněji).

11) Pokud se hodnota vakua 10 minut nemění, připojit topné hnízdo do elektrické sítě a začít s vyhříváním odpařovaného roztoku ( zahušťováním).

12) Vyhřívejte aparaturu ( pomocí topného hnízda) na provozní teplotu tzn. první páry odpařené kapaliny přejdou do chladiče.  V tento moment zapsat stav elektroměru.

13) Pak proveďte vlastní odpařování po dobu určenou vyučujícím, nejméně však 60 minut. průtok chladící vody volte tak, aby odpařené páry kondenzovaly v 2/3 výšky chladiče. Po celou dobu měření je nutno dodržovat stejnou hodnotu vakua.

14) Po ukončení odpařování jeden student odpojí elektroměr a topné hnízdo oddálí od varné baňky. Druhý student vypne rotaci baňky, zavzdušní aparaturu otevřením tlačky pro přisávání vzduchu a nakonec vypne vývěvu.

15) Změřit množství vody a teplotu odpařené kapaliny (brýdové páry) a zbytku ve varné baňce. (Pro získání správných výsledků je nutné varnou baňku rychle oddělit od zbytku aparatury, aby nedocházelo k dalšímu odpařování.

16) Stanovit tvrdost odpařované a odpařené vody komplexometricky. Odpiperovat 100ml vody, přidat 5ml amonného ústoje a na špičku nože indikátor ECHČT, titrovat 0,01M K3 z vínově červeného do kovově modrého zbarvení.

Aparatura:

Naměřené hodnoty: 

- počáteční hmotnost odpařované kapaliny: 905g

- konečná hmotnost odpařované kapaliny: 375g

- počáteční teplota odpařované kapaliny: 18°C

- konečná teplota odpařované kapaliny: 44°C

- hodnota vakua - ( z tabulek odečteme b.v. kapalin): 92.133,33= 12 266,4 Pa

- hmotnost odpařených a zkondenzovaných  par: 525

- teplota odpařených par: 44°C

- teplota zkondenzovaných par: 44°C

- doba potřebná k vyhřátí: 30 minut

- doba vlastního odpařování: 1 hodina

- množství energie potřebné k vyhřátí aparatury: 0,1kWh

- množství energie potřebné k odpaření kapaliny v průběhu měření: 0,68kWh

- vypočítat tvrdost odpařované a odpařené vody: X

Výpočty: