MODELAREA UNEI COSTRUCTII EXPERIMENTALE PENTRU DISTILAREA ETANOLULUI, PE PRINCIPIUL

DISTILARII FRACTIONATE, CU AJUTORUL PACHETULUI DASSAULT CATIA

TEMA P3DP2

Indrumator: Ş.l.   GHIONEA Ionuţ

Student: COTESCU Ștefan

IMST-IAAC-Master II

An universitar 2012-2013

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

NOTIUNI TEORETICE

Prezenta lucrare are ca scop modelarea unei contructii de distilare prin fractionare cu ajutorul pachetului Dassault Catia.

Distilarea

Este procesul de trecere a unui amestec lichid în stare de vapori prin fierbere urmată de condensarea vaporilor obținuți

Distilarea este un procedeu fizic de purificare, care se produce în 2 etape:

etapa I: trecerea din stare lichidă în stare gazoasă; etapa II: trecerea din stare gazoasă în stare lichidă.

Distilarea este folosită în special pentru a separa un component lichid dintr-un amestec de lichide cu puncte de fierbere diferite.

Distilarea fractionata

Este operatia de laborator care se utilizeaza la separarea componentelor dintr-un amestec de mai multe componente miscibile, cu conditia ca acestea sa nu formeze intre ele amestecuri azeotrope. O conditie esentiala pentru separarea acestor amestecuri este ca sa nu aiba puncte de fierbere apropiate (diferentele de temperatura intre punctele de fierbere sa fie de cel putin 15-20°C).

Distilarea fractionata se executa cu ajutorul coloanelor de separare in care se creaza echilibre in faza de vapori-lichid intre vaporii componentelor mai volatile care urca in coloana si lichidul imbogatit in componentele mai putin volatile, care se condenseaza pe peretii coloanei si coboara inapoi in balon. Se cunosc mai multe tipuri de coloane de fractionare. In aceste coloane, amestecul de vapori (format din amestecul de lichide care sunt aduse la fierbere in balonul de distilare) intalnesc de-a lungul coloanei o serie de sicane (bule de sticla, bucati de tuburi de sticla, bile de sticla, etc.) cu care sunt umplute coloanele, precum si o multime de staturi de lichid condensat depuse pe sicanele coloanei. In acest mod vaporii mai volatili reusesc sa urce inspre varful coloanei, ajungand pana in refrigerent, unde se condenseaza, pe cand vaporii componentelor mai putin volatile, se condenseaza si cad din nou in balon.

Eficacitatea coloanelor de fractionare depinde de trei factori:

Dimensiunea coloanei de distilare; Tipul sicanelor; Raportul vapori-condensat.

De acesti factori se tine seama la fabricarea coloanelor. Aparatura utilizata la distilarea fractionata este formata din balonul de distilare, coloana de fractionare, refrigerentul si vasul colector. Operatia de distilare fractionata se executa ca si distilarea simpla, dar urmarindu-se cu atentie temperatura.

Practic: se va distila fractionat amestecul apa – alcool etilic – eter etilic.

Principiu de modelat:

Se urmareste o constructie a coloanei inferioare undeva la 300-400 mm inaltime. Coloana superioara, de acelasi diametru, va fi dimensionata in jurul valorii de 250mm inaltime. Serpentina rosie trebuie sa aiba ϕ8mm si cea ablastra ϕ10 mm, ambele confectionate din cupru alimentar.

Prin acest model se realizeaza simultan doua distilari, cu auto-ajustare. Totusi este nevoie de o reglare precisa a temperaturii debitului lichidului de racire. Vaporii circula prin coloana A, condensandu-se in drumul parcurs pe coloana de retur, pe o lungime de apoximativ 1m. In aceasta serpentina, fiind dispusa pe traseul pe care circula vapori de aproximativ 90°C, se

Figura 2 Princip[iu de modelat

produce o noua fierbere de distilare. La capatul inferior al acestei serpentine trebuie sa fie o depunere de 50 mm de lichid. Etanolul mai slab din aceasta serpentina circula in sus catre jonctiunea T, spre condensator, urmand ca lichidul mai greu sa revina in balonul de fierbere.

Ambele coloane vor fi modelate cu diametrul exterior de ϕ60mm. Sistemul este calibrat pe un recipient de fierbere de 20 de litri incalzit cu putere de 1kW. Lungimea serpentinei nu este critica, fiind suficient si 0.5m lungime. Cand serpentina A incepe sa se incalzeasca este momentul sa inceapa si procesul de racire, initial cu un debit foarte mic pentru a nu perturba prea mult procesul de transformare. Se urmareste o diferenta de temperatura in coloana superioara undeva intre 30°C jos si 50-60°C sus .

MODELAREA INSTALATIEI

Instalatia este compusa dintr-un recipient de fierbere, etanseizat cu un capac, si strans cu un sistem de fixare rapid. Recipientul si capacul se modeleaza in modulul generative sheetmetal design, iar sistemul de fixare in part design. Elementele standardizate se vor insera din baza de date „catalog browser”. Partea de fractionare, compusa din doua coloane, un element de legatura si trei serpentine se vor modela tot in part design, cu migrari in wireframe and surface design. Se urmareste o modelare si mai ales o pozitionare interactiva, in assembly design, pe masura ce constuctia prinde forma. Se va avea in vedere o constructie cat mai realista.

Prima etapa a constructiei recipientului de fierbere consta in definirea parametrilor „foii de tabla” prestabiliti, conform cu figura 3.

Figura 3 Definirea parametrilor de grosime si raza medie de indoire

Modelarea continua urmand pasi logici, dupa cum urmeaza:

Figura 4 Generarea fundului recipientului prin comanda wall, pe baza unei schite dimensionate corespunzator cerintlor

Figura 5 Flange

Se considera in aceasta etapa, indoirea marginilor superioare ale recipientului, pentru asigurarea unei asamblari corespunzatoare cu capacul, pentru protectie si mai ales pentru a conferi recipientului o anume rezistenta la deformare. Pentru aceste considerente se foloseste functia teardrop, dupa cum se prezinta in figura 6.

Figura 6 Modelarea unei margini de protectie prin intermediul functiei tear drop

Asemanator se realizeaza si forma capacului, dimensionandul complementar recipientului de fierbere. Practic se utilizeaza urmatoarele functii:

Figura 7 Flange definition (pe baza unui „perete” anterior definit)

Figura 8 Se repeta comanda flange, pe bordura anterior definita

Figura 9 Gaura cu bordura (in vederea legaturii cu un element de legatura de tip flansa)

Pentru realizarea legaturii cu coloana inferioara se foloseste o asamblare demontabila, in speta o asamblare prin flansa si surub-piulita. Practic flansa se va suda de corpul capacului, fiind anterior prelucrata separat. Modelarea flansei se face in modulul part design (figura 10).

Figura 10 Pad flansa

In continuare se modeleaza cele doua coloane, elementul de legatura intre ele, cele doua elemente de fixare-strangere si cele trei serpentine(fig 11-18).

Figura 12 Coloana superioaraFigura 11 Coloana inferioara

Figura 15 Serpentina retur

Figura 16 Inel fixare

Figura 17 Inel fixare

Figura 18 Element de legatura

Figura 19 Render model final

Figura 20 Model final

Figura 21 Render model final

CONCLUZII

Prezentul model poate constitui baza unui studiu mai amanuntit cu privire la aplicativitatea principiului de distilare fractionata a etanolului, studii de comportament in regim de temperatura, deformabilitate sau alte aspecte de analiza FEA. Totodata poate fi considerat motel teoretic pentru o constructie de prototip.

BIBLIOGRAFIE

Ionut Gabriel GHIONEA- CATIA V5 Aplicatii in ingineria mecanica

http://ro.wikipedia.org/wiki/Distilare

http://homedistiller.org/equip/types

http://homedistiller.org/equip/types/fraction

http://homedistiller.org/equip/designs

http://homedistiller.org/equip/photos-alex