Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Pakhom_Timyanovich.pdf
Скачиваний:
237
Добавлен:
13.02.2015
Размер:
8 Мб
Скачать
☆

7.Материальный баланс непрерывного установившегося процесса при различных способах выражения составов фаз и их расходов. Уравнения рабочих линий.

При непрерывном противотоке материальный баланс для произвольного сечения аппарата при бесконечно малом пути выражается следующими соотношениями:

по всему потоку: dG=−dL , по i-му компоненту: d(Gyi) = -d(Lxi).

Интегрирование в пределах от начальных значений до значений в произвольном сечении

дает: Gн−Lк=Gк−Lн=G−L

и Gн yiн−Lк xiк=Gк yiк−Lн xiн=Gyi−Lxi .

При малом изменении величин G и L по высоте аппарата:

y

= y

+

L

( x −x

)= y +

L

(x

−x

) .

G

G

i

iн

 

i iк

iк

i

iн

 

Это соотношение называют уравнением рабочей линии непрерывного противоточного массообменного процесса.

При непрерывном прямотоке фазы движутся в одном направлении. Уравнения материального баланса: для всего потока dG = -dL; для i-го компонента d(Gyi) = -d(Lxi).

При интегрировании до конечного значения получаем:

Gк−Gн =Lн−Lк ; Gн yiн−Gк yiк=Lн xiн−Lк xiк , откуда Gн + Lн=Gк +Lк ; Gн yiн+ Lн xiн=Gк yiк+ Lк xiк .

При интегрировании до значений в произвольном сечении:

Gн + Lн=G +L=const ; G yi + L xi =Gн yiн+ Lн xiн=const

Если G и L мало изменяются по высоте аппарата, то:

y

= y

−

L

( x

−x

 

)

- уравнение

G

 

 

i

 

iн

i

 

iн

 

 

рабочей линии непрерывного прямоточного аппарата.

8.Вывести уравнение для расчета средней движущей силы массопередачи для случая прямой линии равновесия.

Движущая сила массообменных процессов — это разность между рабочими и равновесными концентрациями.

Рассмотрим вариант, когда в массообменном аппарате фазы движутся противоточно по отношению друг к другу, аппарат работает в стационарном режиме. Полагаем, что перенос вещества происходит из фазы Фy в фазу Фx, т. е. y > y*. Для этого случая линия равновесия располагается выше линии рабочих концентраций.

Для каждой точки или сечения аппарата

y= y− y* .

Для фазы Фx

x=x*−x .

 

 

M = KyF yср или M = KxF xср .

 

 

Движущая сила для верха колонны:

yк= yк− y*Xн .

Движущая сила для низа колонны:

yн= yн− y*Xк .

Количество массы, ушедшей из фазы Фy в элемента dF: dM =−G dy . Это же масса по основному уравнению

массопередачи: dM =K y( y− y*)dF .

Получаем:

G dy= K y ( y− y* )dF .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yн

dy

 

 

 

 

F

 

 

K y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разделяем переменные и интегрируем по всему аппарату:

∫yк

 

=∫0

 

 

 

 

 

dF .

 

 

 

 

y− y*

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yн

dy

 

 

 

 

K y F

 

 

 

 

 

 

K y F

 

 

Если Ky и G не зависят от поверхности массопередачи, то

∫

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

G=

 

 

 

.

 

y− y

*

 

G

 

yн

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y− y

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yк

 

 

Масса, ушедшая из фазы Фy, для всего аппарата:

M =G ( yн−yк )=K y F

 

yн−yк

.

 

 

 

yн

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yк

y− y

 

 

 

 

Сопоставив это выражение с

M =K

y

F

y

ср

, получаем, что

y

ср

=

 

 

yн− yк

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yн

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yк y−y

 

 

 

 

Если

 

y* (x)=mx , то при интегрировании получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

ср

=

 

yн−yк

=

( yн− y*Xк)−( yк− y*Xн)

=

 

yб− y м

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d ( y− y*X )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yн

 

 

yн− y*Xк

 

 

 

 

 

ln

yб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

*

 

ln

 

 

 

 

 

 

yм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yк

y− y X

 

 

yк− yXн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично в концентрациях фазы Фx:

xср=

 

xб−

 

xм

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

 

xб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.Вывести уравнения для расчета средней движущей силы массопередачи для случая прямой линии равновесия. Организация потоков в массообменных аппаратах.

10.Методы расчета высоты массообменных аппаратов с непрерывным контактом фаз. Вывести уравнения аддитивности для ЧЕП, ВЕП.

Уравнение массоотдачи для всей поверхности: M = KyF yср. => F = M / (Ky yср)

Часто за основную характеристику массообменного аппарата принимают его высоту H. В этом случае трудно определимую величину F связывают с высотой аппарата следующим образом: F = Va = HSa, где S – поперечное сечение аппарата, S = Q/W; a – удельная поверхность контакта фаз, м2/м3.

Откуда H = F/(Sa).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заменяя F выражением, получаем H =

 

M

 

 

 

 

или

H =

M

 

.

 

 

K y S a

 

yср

K x S a xср

 

 

Т. к. M = G (yн — yк) = L (xк — xн), то

H =

G

 

 

yн− yк

 

или

H =

 

G xк−x

н

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K y

S a yср

K x S a xср

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначим

y н− yк

=n0y и

xк−xн

=n0x .

 

 

 

yср

xср

Тогда по смыслу n0y и n0x – общее число единиц переноса (ЧЕП) — изменение рабочей концентрации распределяемого между фазами вещества, приходящееся на единицу движущей силы.

Обозначим

 

 

G

 

 

 

=h0y

 

и

 

G

 

=h0x .

 

 

 

 

 

 

K y S a

 

 

K x S a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h0y и h0x – выражают высоту массообменного аппарата, эквивалентную одной единице

переноса, или высоту единицы переноса (ВЕП).

 

 

 

 

Тогда

H =h0y n0y=h0x n0x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

=

1

+

 

m

 

 

L

 

h

0y

=

 

G

+ mG

L

=h

y

+ mG h

x

- уравнение аддитивности для

 

K y a

β y a

β x a L

S β y a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L S β x a

 

L

 

ВЕП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично,

 

 

h

0x

=h

+

L

 

h

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

mG

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.Вывести уравнение простой перегонки. Уравнения материального баланса процесса.

При простой перегонке образующийся пар отводится из аппарата и в каждый момент времени находится в равновесии с оставшейся жидкостью.

Для составления материального баланса предполагают, что количество жидкости в некоторый момент времени равно L, а ее состав x (по НК) и y* (в паре над жидкостью). Тогда состав пара над жидкостью можно выразить как функцию состава жидкости, т. е. y* = f(x). За бесконечно малый промежуток времени количество жидкости и ее состав изменяются и составляют L – dL и x – dx. Количество образующегося пара равно dL, а его состав является равновесным с x. Содержание НК в жидкости в начале равно Lx, а в конце промежутка — (L-dL)(x-dx). Количество НК, перешедшего в пар, равно dL y*. Тогда уравнение материального баланса по НК за это время:

Lx=(L−dL)(x−dx)+dLy*=Lx−dLx−Ldx +dLdx +dLy* .

Бесконечно малой величиной второго порядка dLdx можно пренебречь. Тогда уравнение

 

dL

 

dx

 

F

dL

xF

dx

 

F

xF

dx

 

принимает вид:

L

=

 

. Интегрируем:

∫W

L

=∫xW

 

ln

 

=∫xW

 

, где F –

y*−x

y*−x

W

y*−x

начальное количество смеси, W – конечное количество смеси, xW и xF – составы по НК.

Обычно уравнение решают графически по диаграмме жидкость-пар, строя график 1/(y*-x) от x.

12.Вывести уравнения рабочих линий ректификационной колонны непрерывного действия.

Т. к. условия работы укрепляющей и исчерпывающей частей колонны различны, рассмотрим их отдельно.

Для укрепляющей части материальный баланс по НК:

Gy+Lx p=Gy p+Lx y= yp−GL ( x p−x) , где L – количество флегмы, стекающей в верхней

части колонны.

L=Ф= RP G=Ф+R= PR+ R=P (R+1) .

Принимаем

y

= x

 

, тогда

y=x

 

−

RP

( x

−x)=

R

x+

xp

.

 

 

(R+1) P

R+1

R+1

 

p

 

p

 

 

p

 

p

 

 

 

Для исчерпывающей части следует учитывать, что количество орошения этой части увеличивается на величину расхода F исходной смеси:

y' =

L '

x' +( y

−

 

L '

x

)

 

, где

 

G '=G=P (R+1) - количество поднимающегося пара по

 

 

 

 

 

 

 

G '

 

 

н

 

G '

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нижней части колонны;

 

 

L '=Ф+ F =PR+ fP=P (R+ f )

 

- количество стекающей флегмы;

f =

F

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда y= y

 

+

L'

(x−x

)= y

 

 

 

+(x−x

)

P (R+ f )

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

G '

 

W

 

W

 

 

W

 

 

P (R+1)

 

 

Т. к. xW = yW, то

 

y=x

W

+

R+ f

 

 

(x−x

W

)=

R+ f

x−

f −1

x

W

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R+1

 

 

 

 

 

R+1

 

 

R+1

 

13.Вывести уравнение теплового баланса ректификационной колонны непрерывного действия. Как определяется расход греющего пара в кипятильнике?

Тепловой баланс колонны непрерывного действия имеет вид: Qкип+QF +QФ=GG +QW +Qn ,

где Qкип — приход теплоты с теплоносителем в кипятильнике; QF – приход теплоты с исходной смесью; QФ — приход теплоты с флегмой; QG – расход теплоты с уходящим из колонны паром; QW – расход теплоты с уходящим из колонны кубовым остатком; Qп – потери теплоты в окружающую среду.

С учетом того, что F = P + W, G = P(R + 1) и Ф = PR, получаем:

Qкип+(P +W ) H F + PRH Ф=P ( R+1) H G+WH W +Qп , откуда

Qкип=P (R+1)H G+WH W +Qп−( P+W ) H F −PRH Ф=PR( HG−H Ф )+P (H G−H F )+W ( H W−H F )+Qп

Но HG – HФ = rФ (теплота испарения флегмы), тогда

Qкип=PRrФ +P (H G−H F )+W (H W−H F )+Qп , где PRrФ — теплота, идущая на испарение флегмы; P(HG – HF) – теплота на испарение дистиллята; W(HW – HF) – теплота на испарение

кубового остатка от температуры исходной смеси на входе в колонну до температуры кипения остатка.

Расход греющего пара: D=

Qкип

, где r – теплота парообразования греющего пара.

r

 

 

Если HФ ~= HF, то уравнение упрощается: Qкип=P (R+1)rФ +W (H W−H F )+Qп .

14.Вывести уравнение теплового баланса ректификационной колонны непрерывного действия. Как определяется расход теплоносителя в дефлегматоре?

15.Получить уравнения материального и теплового балансов воздушной конвективной сушилки.

Материальный баланс имеет целью определение количества испаренной влаги и расхода

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]