- •Федеральное агентство по образованию
- •Бийский технологический институт (филиал)
- •Массообменные процессы Модули 4,7,8
- •Предисловие
- •Введение
- •1 Лабораторная работа 1 «ознакомление с основами расчета массообменных аппаратов на примере ректификации» (4 часа)
- •1.1 Цель работы
- •1.2 Подготовка к лабораторной работе
- •1.3 Теоретические сведения
- •1.3.1 Равновесие массообменных систем
- •1.3.2 Движущая сила массообменных процессов
- •1.3.3 Основное уравнение массопередачи
- •1.3.4 Основы расчета массообменных аппаратов
- •1.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •1.5 Описание установки
- •1.6 Методика проведения работы
- •1.7 Обработка опытных данных
- •1.8 Контрольные вопросы
- •1.9 Тестовые задания
- •2 Лабораторная работа 2 «исследование процесса периодической ректификации» (4 часа)
- •2.3.2 Сущность процесса ректификации
- •2.3.3 Непрерывная ректификация
- •2.3.4 Периодическая ректификация
- •2.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •2.5 Описание установки
- •2.6 Методика проведения работы
- •2.7 Обработка опытных данных
- •2.8 Контрольные вопросы
- •2.9 Тестовые задания
- •3 Лабораторная работа 3 «изучение гидродинамики насадочных колонн» (4 часа)
- •3.1 Цель работы
- •3.2 Подготовка к лабораторной работе
- •3.3 Теоретические сведения
- •3.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •3.5 Схема и описание установки
- •3.6 Методика проведения работы
- •3.6.1 Гидравлические испытания сухой насадки
- •3.6.2 Гидравлические испытания орошаемой насадки
- •3.7 Обработка результатов эксперимента
- •3.8 Контрольные вопросы
- •3.9 Тестовые задания
- •4 Лабораторная работа 4 «исследование процесса конвективной сушки» (4 часа)
- •4.1 Цель работы
- •4.2 Подготовка к лабораторной работе
- •4.3 Теоретические сведения
- •4.3.1 Виды сушки
- •4.3.2 Кинетика сушки
- •4.3.3 Изменение температуры материала в процессе сушки
- •4.3.4 Продолжительность сушки
- •4.3.5 Массоперенос при сушке
- •4.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •4.5 Описание установки
- •4.6 Методика проведения работы
- •4.7 Обработка результатов
- •4.8 Контрольные вопросы
- •13. Назовите методы интенсификации процессов сушки.
- •4.9 Тестовые задания
- •Приложение а порядок оформления отчета по лабораторной работе
- •Приложение б основные термины и определения
- •Приложение в инструкция по техникЕ безопасности при выполнении лабораторных работ
- •Приложение г справочный материал
- •Приложение д графики тарировки
- •Литература
- •Содержание
2.3.4 Периодическая ректификация
При периодическом процессе ректификации (рисунок 2.5) в колоннепроисходит только укрепление паров (роль исчерпывающей
части играет куб). Поэтому всей колонне соответствует одна рабочая линия, определяемая уравнением (2.3). Процесс периодической ректификации проводится: при постоянном флегмовом числе (R = const); при постоянном составе дистиллята (хd = соnst).
При периодической ректификации содержание низкокипящего компонента в смеси, кипящей в кубе, уменьшается во времени. Поэтому при возврате постоянного количества флегмы в колонну, т.е. в случае работы при R = соnst, дистиллят также обедняется низкокипящим компонентом. В результате дистиллят получают в виде различных по составу фракций, отбираемых в отдельные сборники.
Проведение процесса с получением дистиллята постоянного (начального) состава хd = const возможно путём постепенного увеличения во времени количества возвращаемой в колонну флегмы (при работе с постоянно возрастающим флегмовым числом R). Осуществление процесса таким способом связано с автоматическим регулированием количества флегмы, возвращаемой в колонну, или количества пара, поступающего из кипятильника, что усложняет установку.
1 – куб; 2 – ректификационная колонна; 3 – дефлегматор;
4 – делитель флегмы; 5 – холодильник; 6 – сборники дистиллята
Рисунок 2.5 – Схема ректификационной установки периодического действия
В процессе периодической ректификации при R = const концентрация НК в кубе постепенно уменьшается от хF (в начальный момент) до хw (в конечный момент), принимая во времени промежуточные значения (рисунок 2.6а). Как видно из рисунка, при R = const наклон рабочей линии, равный R/(R+1), не зависит от концентрации, и поэтому рабочая линия смещается параллельно своему первоначальному положению.
Однако при всех положениях рабочей линии число единиц перекоса в колонне остаётся неизменным. В связи с этим изменяется во времени состав дистиллята, концентрация НК в нем снижается, принимая последовательно значения хdн (при составе хF в кубе) до конечного значения хdк, соответствующего заданному составу остатка хwк. В результате получают дистиллят, средний состав которого может быть рассчитан по формуле
. (2.5)
Интеграл в правой части этого уравнения определяют методом графического интегрирования, пользуясь графиком зависимости между составом дистиллята и кубовой жидкости хd = f(х).
В процессе периодической ректификации при хd = const для сохранения постоянного состава дистиллята необходимо увеличивать флегмовое число. Возрастание его соответствует увеличению наклона рабочей линии, т.е. повороту её против часовой стрелки вокруг точки "а" (рисунок 2.6б).
а б
Рисунок 2.6 – Расчёт периодической ректификации при постоянном
флегмовом числе (а) и при постоянном составе дистиллята (б)
2.4 Оборудование, технические средства и инструменты
Для проведения лабораторной работы необходимы:
– установка для проведения опыта;
– смесь этилового спирта и воды;
– рефрактометр;
– сборники дистиллята;
– мерный цилиндр;
– секундомер.