1.8 Контрольные вопросы

1. Какие системы называются равновесными?

2. Выразите в общем виде условия равновесия в массообменных процессах.

3. Сформулируйте закон Рауля и следствия из него.

4. Как выражается движущая сила массообменных процессов?

5. Как с помощью равновесных и рабочих концентраций определить направление массопереноса?

6. От чего зависит средняя движущая сила процесса массопередачи?

7. Уравнение массопередачи. Какая связь существует между коэффициентом массопередачи и массоотдачи?

8. Как определяют высоту массообменного аппарата с помощью уравнения массопередачи?

9. Что представляет собой объемный коэффициент массопередачи?

10. Как определяют диаметр массообменного аппарата?

11. Определите высоту массообменного аппарата с помощью числа и высоты единиц переноса.

12. Определите высоту массообменного аппарата с помощью теоретической ступени изменения концентрации.

1.9 Тестовые задания

1. В общем случае массообменные процессы протекают лишь при…

а) неравенстве концентраций распределяемого компонента в фазах;

б) нарушении фазового равновесия.

2. Коэффициент массоотдачи показывает, какое количество вещества переходит в единицу времени при движущей силе, равной единице…

а) из фазы в фазу;

б) из ядра потока к поверхности раздела фаз и наоборот;

в) от единицы поверхности раздела фаз в ядро потока и наоборот.

3. Уравнение аддитивности фазовых сопротивлений:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

4. Высота массообменного аппарата зависит, прежде всего, от…

а) его производительности;

б) скорости массопереноса;

в) скорости движения сплошной фазы.

5. Высота единицы переноса h_0y – такой участок массообменного аппарата, на котором:

а) в результате взаимодействия фаз наступает равновесное состояние системы;

б) изменение рабочей концентрации распределяемого между фазами вещества равно средней движущей силе на этом участке;

в) число единиц переноса равно нулю.

6. Значение высоты единицы переноса h_ВЕП с увеличением коэффициента массопередачи:

а) увеличится;

б) уменьшится;

в) не изменится.

7. «Теоретическая тарелка» (ТТ) – такой участок массообменного аппарата, на котором…

а) в результате взаимодействия фаз система достигает равновесного состояния;

б) изменение рабочей концентрации распределяемого между фазами вещества равно средней движущей силе на этом участке;

в) число единиц переноса равно 1.

8. Высота массообменного аппарата с непрерывным контактом фаз может быть рассчитана по уравнению:

а) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д).

9. Основной характеристикой массообменных процессов является количество передаваемого вещества М, которое определяется из уравнения:

а) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) .

10. Высота единицы переноса h_oy определяется из уравнения:

а) ;

б) ;

в) .

11. Какое из уравнений устанавливает связь между общими высотами единиц переноса в жидкой и газовой фазах?

а) ;

б) ;

в) .

2 Лабораторная работа 2 «исследование процесса периодической ректификации» (4 часа)

2.1 Цель работы

Изучение и расчет процесса периодической ректификации.

2.2 Подготовка к лабораторной работе

2.2.1 Изучить материал по теме данной работы в настоящем пособии, а также в рекомендованной литературе ([1], С. 99–140; [2], С. 403–453).

2.2.2 Выучить определения основных понятий и терминов темы (см. Приложение Б).

Основные термины и понятия:

– дистиллят;

– закон Дальтона;

– закон Рауля;

– концентрация вещества;

– линия равновесия;

– перегонка;

– рабочая линия процесса;

– рабочие концентрации;

– равновесная линия;

– равновесные концентрации;

– флегма.

2.3 Теоретические сведения

Ректификация – наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Этот процесс основан на различной летучести составляющих смесь компо­нентов, т.е. на различии в температурах кипения компонентов при одинаковом давлении. Процесс ректификации заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при частичной конденсации паров.

2.3.1 Принцип ректификации

Процесс ректификации иллюстрируется -диаграммой (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Температурная диаграмма процесса ректификации

На этой диаграмме по оси абсцисс отложены концентрации жидкой х и паровой y фаз, отвечающие различным температурам. Точки, лежащие на кривой , отвечают жидкой фазе, находящейся при температуре кипения. Очевидно, что любая точка, лежащая ниже этой кривой, характеризует систему, состоящую только из жидкой фазы. Аналогично любая точка, лежащая выше кривой, характеризует систему, состоящую только из паровой фазы. Точки, находящиеся между кривыми кипения и конденсации отвечают равновесным парожидкостным системам.

Принцип ректификации состоит в следующем. При нагревании жидкой смеси состава х₁ до температуры кипения t₁ получается пар равновесного состава , после конденсации которого образуется жидкость составах₂, обогащенная легколетучим компонентом. В результате последующего нагревания этой жидкости до температуры кипения t₂ и конденсации паров получают жидкость состава , причем, т.е. жидкость обогащена низкокипящим компонентом. Таким образом, проводя многократное испарение жидкости и конденсацию паров, можно разделить исходную смесь на чистые легколетучий и труднолетучий компоненты.