Ciśnienie atmosferyczne a temperatura wrzenia cieczy.

[33cezary]

Witam wszystkich.
W ostatnim czasie dosyć mocno zajmowałem się zagadnieniem ciśnienia atmosferycznego w stosunku do temperatury stabilizacji.
Bardzo często wcześniej niektórzy koledzy wytykali że tolerancja temperatury stabilizacji którą stosuję w automacie wynosząca 0,2 lub 0,3 stopnia – jest nieprawidłowa – powinna być 0,1 lub nawet mniejsza.

Po serii doświadczeń zwłaszcza na kolumnie z 250 litrowym zbiornikiem gdzie czas całego procesu sięga 6 – 8 godzin mogę powiedzieć że (moje osobiste stwierdzenie, oparte na doświadczeniach):
W większości obserwowanych przypadków nie jest możliwe przeprowadzenie pełnego procesu z dokładnością 0,1 stopnia Celsiusa bez dodatkowych kalibracji (bieżących zmian) temperatury wrzenia destylatu ze względu na ciśnienie atmosferyczne.
Jeżeli zastosuje się dodatkowy moduł który będzie na bieżąco kontrolował ciśnienie i „poprawiał” temperaturę wrzenia destylatu – która jest odnośnikiem do dokładności – wtedy TAK – taki proces jest możliwy (według mnie).

Wiem że tym stwierdzeniem mogę wywołać małą burzę na forum. A jak do tego doszedłem, w skrócie.

Nie znalazłem (według mojej wiedzy, mogę się mylić) stałego wzoru na zmianę ciśnienia wrzenia destylatu w stosunku do zmiany ciśnienia. Doświadczalnie ustaliłem na bazie pomiarów kilkunastu procesów że taki stosunek wynosi około:
Zmiana ciśnienia atmosferycznego o wartość OKOŁO 2,8hPa – zmienia temperaturę wrzenia destylatu o około 0,1 stopnia Celsjusza.
I dla przykładu – poniżej diagram z pomiarów ciśnienia dla Warszawy i Ostrołęki z ostatnich 7 dni. Jasno wynika z niego że raczej niezmiernie trudno (lub niemożliwe) uzyskanie takiej dokładności odbioru ze względu na ciągłą zmianę temperatury wrzenia destylatu.

Reasumując – jeżeli przy jednym z procesów przeprowadzonych z dokładnością 0,1 stopnia idzie nam ładnie – równo, bez problemów (zwłaszcza w krótkich odcinkach czasu) – to mamy w miarę stałe ciśnienie i jest OK. Jeżeli jednak cały czas nam się „łamie” stabilizacji, nie osiąga temperatury założonej, trwa niemiłosiernie długo, lub leci destylat szybko i dużo, ale nie ma 96% to nastąpiła zmiana ciśnienia (wzrost lub spadek) i mimo naszej 0,1 stopniowej dokładności nic nie będzie nam wychodzić (zwłaszcza teraz na jesieni).

Cezary

[czekan]

Witam!

Nie wiem czy to pomoże, ale fizyka mówi, a dokładniej równanie Clausiusa-Clapeyrona, że zależność ciśnienia i temperatury wrzenia nie jest liniowa. Jest ona dana wzorem do wyczytania np. z Wikipedii:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Temperatura_wrzenia

Dla etanolu, bo o gazy tej substancji zapewne chodzi parametry wynoszą:
T_0 = 78,3 st. C = 351,45 K
delata H_vap = 38,56 kJ/mol

W równaniu należy dokładnie pilnować jednostek !

[Kula]

W sumie bardzo logiczne co pisze Cezary.
Praktyczny wniosek jest bardzo prosty - jak zmienia się pogoda lub proces trwa bardzo długo to w trakcie odbioru trzeba zrobić dodatkową stabilizację (ale taką kilkuminutową na ustalenie temperatury). Można także zbudować moduł kontroli ciśnienia

[czekan]

Witam ponownie !

Pierwsza zasada "nie ufaj rodzicom ... zrób się sam" tu należałoby parafrazować "nie ufaj Wikipedii ... całkuj sam" we wzorze przy wyprowadzeniu ktoś pomylił granice całowania co sprowadza się do tego że logarytmy naturalne powinny byś ze ze znakami przeciwnymi.

Popełniłem tabelkę z wykresem w OpenOffice dla zakresu ciśnień atmosferycznych występujących w Polsce.

Dla badanego zakresu wyniki Pana Cezarego są zbieżne z teorią Clausiusa-Clappeyrona z dokładnością do kilku procent.

[Partyzant]

A zwróciliście uwagę na księżyc Mówię powarzenie

[33cezary]

Dzięki Panowie za tak dokładne dane.
Automatycznie nasuwa się rozwiązanie z zamontowaniem czujnika ciśnienia do jednostki sterującej i wgrania tabeli temperatur. Procesor pobierał by wartość ciśnienia i aktualizował by „temperaturę dnia” na bieżąco.

Jednak według mojego doświadczenia, „pokłoni się” tutaj nam inny problem – doskonałości pomiaru temperatury, używamy czujników o dosyć dużej tolerancji, dodatkowo występują nieokreślone „straty” pomiaru na obudowie czujnika, przewodach czujnika, oraz napięciu podawanego w celu realizacji pomiaru.
Dokładność rzędu 0,1 stopnia jest naszym „błogosławieństwem” jako gwarancja jakości procesu, jednak również „przekleństwem” z powodu potrzeby przeprowadzenia bardzo dokładnych i precyzyjnych pomiarów.

A może inne rozwiązanie, zakładając że błąd pomiaru temperatury jest constans (abstrahując czy wyniesie on 0,1 stopnia, czy 1,0 stopnia) ale jest STAŁY dla wszystkich pomiarów w czasie trwania procesu.
Stabilizujemy kolumnę i uzyskaną temperaturę stabilizacji (ja nazywam ją „temperaturą dnia”) przypisujemy do bieżącego pomiaru ciśnienia atmosferycznego. Następnie procesor w określonych pętlach czasowych dokonuje pomiaru ciśnienia, jeżeli nastąpi zmiana ciśnienia o jakąś wartość w stosunku do pierwotnej (ostatniej zapisanej) to na bieżąco procesor oblicza korzystając z wzoru Clausiusa-Clapeyrona wartość plus lub minus temperatury jaka wynikła z tej różnicy ciśnień i koryguje „temperaturę dnia” o powstały wynik – ustalając nową i tak do zakończenia procesu.

Cezary

[Partyzant]

Jest jeszcze jeden szczegół który trzeba mieć pod uwagą.
Jeśli ktoś mieszka 1000 metrów nad poziomem morza, to ciśnienie jest inne niż powiedzmy w Elblągu gdzie jest poniżej. Specjalnie podałem dwa skrajne przypadki.

Dlatego niektórzy mają problem z odczytem swoich termometrów. Na różnych wysokościach woda wrze w rożnych temperaturach.

[lesgo58]

Nie widzę ,żadnych problemów.Wystarczy obserwować ciśnienie atmosf. na swoim terenie.
A także odpowiednio wykalibrować termometry.
Tzn. przyjąć temper. wrzenia wody jaką ma pokazywać termometr w kegu i względem tego termometru ustalić wskazania na termometrach w wypełnieniu i głowicy.
A jeśli ktoś korzysta ze sterownika to wystarczy w kegu ustalić wzorzec jak w poprzednim przykładzie , a w wypełnieniu i głowicy ustalić wzorzec dla temp. etanolu.
Ot i wszystko.

[Partyzant]

Zgadzam się, że jest to proste, ale nikt tego nie dostrzegł, a diabeł tkwi w szczegółach.