Раздел 3 массообменные процессы Тема 3.1 Основы теории массопередачи

Студент должен:

знать:

• виды массообменные процессов;

• способы выражения состава фаз;

• уравнение молекулярной и конвективной диффузии;

• движущую силу процесса массопередачи;

• материальный баланс процессов массообмена;

• уравнение оперативной линии;

• число единиц переноса;

уметь:

• рассчитывать состав фаз смесей;

• производить пересчет мольных концентраций в массовые и наоборот, рассчитывать молекулярную массу смеси по известным массовым и мольным концентрациям;

• рассчитывать среднюю плотность смеси по известным массовым, мольным и объемным концентрациям;

• определять число теоретических тарелок графоаналитическим методом.

Общие признаки массообменных процессов.

Виды массообменных процессов. Способы выражения состава фаз. Равновесие между фазами. Молекулярная и конвективная диффузии. Уравнения и коэффициенты молекулярной диффузии, массоотдачи. Основное уравнение массопередачи, коэффициент массопередачи. Средняя движущая сила процесса массопередачи.

Материальный баланс процессов массообмена. Уравнение оперативной линии. Число единиц переноса, число теоретических тарелок, методы их определения.

Практические занятия № 6

Методические указания

При изучении данной темы необходимо уделить особое внимание выражению состава фаз в различных концентрациях и пересчёту одних концентраций в другие.

Проведите аналогию между уравнениями массопередачи и теплопередачи, между уравнениями массоотдачи и теплоотдачи.

Познакомьтесь с основами составления материального баланса массообменных процессов, с понятием числа единиц переноса, теоретической тарелкой. Эти понятия понадобятся вам при изучении последующих тем.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие процессы называются массообменными? Для чего они применяются?

2. Каково математическое выражение уравнения равновесия в общем виде?

3. Какая концентрация называется массовой?

4. Какая концентрация называется мольной?

5. Какая концентрация называется объёмной?

6. Напишите уравнение, выражающее связь между массовой и мольной концентрациями.

7. Напишите уравнения для определения средней молекулярной массы через мольные и массовые концентрации.

8. Напишите уравнение массопередачи. Объясните каждую величину, входящую в уравнение.

9. Каков принцип составления материального баланса массообменного процесса?

10. Как вывести из уравнения материального баланса уравнение оперативной линии?

11. Как ведётся расчёт массообменных процессов по числу единиц переноса? Что называется числом единиц переноса?

12. Что называется теоретической тарелкой? Как рассчитать число теоретических тарелок, необходимых для ведения процесса?

Литература :[1], с.191-204; [2], с. 170-180; [3], с. 560-589.

Тема 3.2 Теория перегонки

Студент должен:

знать:

• определение равновесной системы;

• закон Рауля-Дальтона;

• кривые равновесия фаз, изобарные кривые;

• сущность константы фазового равновесия;

• сущность однократного и многократного испарения бинарных и сложных смесей;

• уравнения, используемые при расчете однократного испарения (ОИ) бинарных и сложных смесей;

уметь:

• строить изобарные кривые, кривые равновесия фаз;

• определять константу фазового равновесия и упругость паров для индивидуальных углеводородов и нефтяных фракций;

• строить кривые ОИ нефтепродуктов на основе истинных температур кипения (ИТК), используя график Обрядчикова и Смидовича;

• рассчитать ОИ сложных смесей.

Основные законы термодинамического равновесия. Краткие сведения о законах идеальных и реальных газов. Правило фаз, законы Дальтона, Рауля. Давление насыщенных паров и его определение. Равновесные системы. Закон Рауля-Дальтона. Коэффициент обогащения. Кривые равновесия фаз. Изобарные кривые.

Испарение и конденсация бинарных и многокомпонентных систем. Однократное и многократное испарение бинарных систем. Однократное испарение сложных смесей. Построение кривых однократного испарения нефтепродуктов на основе кривых ИТК, при помощи графиков Обрядчикова и Смидовича. Кривые равновесия фаз нефтяных фракций. Перегонка в присутствии водяного пара.

Практические занятие № 7, 8.

Лабораторная работа № 5.

Методические указания

Изучение этой темы следует начать с повторения основных законов термодинамического равновесия, затем изучить закон Рауля-Дальтона. Нужно понять физический смысл константы фазового равновесия К. константа фазового равновесия, как распределён данный компонент между паровой и жидкой фазами в состоянии равновесия. Например, если К=4, это означает, что содержание данного компонента в состоянии равновесия в парах в 4 раза выше, чем в жидкости.

При изучении состояния равновесия бинарных систем надо разобраться в графических зависимостях, характеризующих равновесия бинарных систем (изотерма, изобарные кривые, кривые равновесия фаз).

Расчёт однократного испарения производится с целью определения величины доли отгона при температуре и давлении однократного испарения. Доля отгона представляет отношение количество паров, образовавшихся при однократном испарении к количеству исходной смеси.

Разберите пример расчёта доли отгона сложной смеси [3]. Обратите внимание на таблицу, как на очень удобную форму записи расчёта.

При изучении перегонки с водяным паром обратите внимание на то, для чего применяется при перегонке водяной пар, как рассчитать необходимый расход водяного пара и давление углеводородных паров в смеси с водяными парами, как рассчитывается доля отгона в присутствии водяного пара. При перегонке применяется перегретый водяной пар.

Вопросы для самоконтроля

1. На чём основан процесс перегонки?

2. Какое состояние системы называется равновесным? Каковы условия равновесия?

3. Дайте определение понятиям: система, фаза, компонент.

4. Что называется числом степеней свободы?

5. Напишите и объясните физический смысл законов Дальтона, Рауля.

6. Напишите уравнение объединённого закона Рауля-Дальтона. В чём физический смысл константы фазового равновесия?

7. Что называется фугитивностью? В зависимости от каких величин она находится по графику?

8. Как строятся изобарные кривые?

9. В каких координатах строится кривая равновесия фаз? Почему кривая равновесия фаз выпуклая?

10. Что называется коэффициентом относительной летучести? Как он определяется?

11. Какое испарение называется однократным? Многократным? Постепенным?

12. Напишите уравнение материального баланса однократного испарения бинарной смеси.

13. Как перевести мольную долю отгона в массовую?

14. В чём заключатся метод Обрядчикова-Смидович приближённого построения кривых однократного испарения?

15. Какова роль водяного пара при перегонке?

16. Выведите уравнение для определения количества водяного пара необходимого для перегонки.

Литература :[1], с. 204-228; [2], с.181-209.