3.5 Ректифікація (самостійне вивчення)

Мета: - розвинути у студента навики самостійної роботи з спеціальною літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

• надати студентам загальні відомості про устрій ректифікаційних апаратів, їх принцип дії та класифікацію.

Завдання: прочитати текст в підручники А.Н. Плановський, В.М. Рамм, С.З. Каган «Процессы и аппараты химической технологии» стр.688-692. Скласти конспект згідно питань, приведених нижче. Відповісти на питання для самоконтролю.

Для ректифікації застосовується майже виключно апарати колонного типу – насадкові та барботажні ректифікаційні колони. Як вони побудовані, як працюють та як їх класифікують? Відповісти на ці питання за наступним планом.

1. Як класифікують ректифікаційні колони?

2. Як працюють насадкові та барботажні ректифікаційні колони?

3. Як працюють теплообмінні устрої ректифікаційних колон?

4. Охарактеризуйте експлуатацію ректифікаційних колон.

5. Описати процес ректифікації знижених газів.

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

Запитання для самоконтролю

1. Як розділяють ректифікаційні колони?

2. Охарактеризуйте принцип дії насадкових ректифікаційних колон.

3. Як працюють барботажні ректифікаційні колони?

4. Як проводять ректифікацію знижених газів?

5. Які переваги та недоліки різних типів ректифікаційних колон?

3. 6 Сушіння

(лекція)

Мета: ознайомитися з загальними відомостями про сушіння та статикою сушіння, вивчити властивості вологого газу (повітря).

План

1. Загальні відомості про сушіння

2. Принципові схеми сушіння.

3. Статика сушіння.

4. Абсолютна вологість повітря.

5. Відносна вологість повітря.

Загальні відомості

Теплове сушіння, або просто сушіння, представляє собою процес видалення вологи з твердих вологих матеріалів шляхом ії випаровування і відведення утворених парів. Сушіння є найбільш розповсюдженим засобом видалення вологи з твердих та пастоподібних матеріалів і проводиться двома основними спобами:

1. Шляхом безпосереднього доторкання сушильного агенту (нагрітого повітря, паливних газів) з матеріалом, що висушують, – конвективне сушіння;

2. Ш ляхом нагрівання матеріалу тим чи іншим теплоносієм через стінку, що підводить тепло, – контактне сушіння.

Принципові схеми сушіння цими засобами зображені на рис. 1.

Сушіння відбувається також шляхом нагрівання матеріалів, що висушуються, токами високої частоти (діелектричне сушіння) або інфрачервоними променями (радіаційне сушіння). В особливих випадках застосовується сушіння деяких продуктів в замороженому стані при глибокому вакуумі – сушіння возгонкою, або сублімацією.

Статика сушіння

При сушінні процес передачі речовини з одної фази в іншу (випаровування рідини) супроводжується процесом теплопередачі, при цьому температури фаз не однакові. Кількість тепла, що передається від газоподібного сушильного агенту до рідини шляхом конвекції при температурі газу t, що перевищує температуру матеріалу (рідини), складає:

,

де α – коефіцієнт теплопередачі.

Кількість вологи, що випаровується, переходить у вигляді пари в газову фазу та передає від рідини до газу тепло, що відповідає теплоті випаровування цієї рідини:

Q₂=М · r = r K F(p* - p),

де r – теплота випаровування; p* - тиск пари над рідиною (при температурі ); р – парціальний тиск пари в газовій фазі.

Усього передається тепла від газу до рідини:

Q = Q₁ - Q₂

І це тепло розходжується на нагрівання рідини.

Температура, яку приймає рідина, при випаровуванні ії після досягнення теплової рівноваги (Q = 0), називається температурою мокрого термометру і визначається t_м.т.. Це – температура термометру, кулька, якого вкрита вологою тканиною, з якої відбувається випаровування вологи.

Вологий матеріал може не лише віддавати вологу шляхом ії випаровування в довкілля; при визначених умовах він може також поглинати вологу з навколишнього середовища. Для проведення сушіння необхідно знати умови, при яких матеріал здатен віддавати вологу.

При сушінні протягом визначеного часу вологість матеріалу наближається до деякого ліміту, який відповідає рівнянню:

р_м = р_п,

де р_п­ - парціальний тиск водяної пари у повітрі ;

р_м – тиск парів вологи у поверхні матеріалу, який висушують.

Коли досягається це рівняння, наступає рівновага в процесі обміна вологою між матеріалом та середовищем. Цьому стану відповідає деяка стала вологість матеріалу, що називається рівноважною вологістю, за якої процес сушіння припиняється. Рівноважна вологість та протікання процесу сушіння залежить від властивостей матеріалу, який висушують, характеру зв’язку з ним вологи та параметрів в довкілля.

Зв'язок вологи з матеріалом може бути механічним, фізико-хімічним, хімічним.

Механічно пов’язані з матеріалом поверхнева волога та волога, що заповнює крупні капіляри матеріалу в результаті змочування. Ця волога менш над усе пов’язана з матеріалом і легше видаляється з нього (іноді ії називають зовнішня).

Більш прочно пов’язана з матеріалом волога, яка поглинається поверхнею дрібних капілярів або проникає внаслідок дифузії внутри кліток матеріалу. Вологу, фізико-хімічно пов’язану з матеріалом, видалити значно важче. Волога, хімічно пов’язана з матеріалом, в процесі сушіння звичайно не видаляється і тому при розрахунку сушарок не враховується.

Незалежно від характеру зв’язку вологи що прочне пов’язана з матеріалом, на відміну від зовнішньої вологи називають гігроскопічною. Вся волога, що видаляється з матеріалу в умовах теплового сушіння, називається вільною вологою.