пленки жидкости уменьшается, а ее толщина и количество удерживаемой жидкости в насадке увеличиваются. В режиме подвисания с повышением скорости газа нарушается спокойное течение пленки жидкости, появляются завихрения, брызги, увеличивается смоченная поверхность насадки и соответственно — интенсивность процесса массопередачи. Этот режим заканчивается в точке В.
3.Режим эмульгирования возникает при превышении скорости в точке В. В результате происходит накопление жидкости в свободном объеме насадки до тех пор, пока сила трения между стекающей жидкостью и поднимающимся по колонне газом не уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в насадке. При этом наступает обращение, или инверсия фаз (жидкость становится сплошной фазой, а газ — дисперсной). Образуется газожидкостная дисперсная система, по внешнему виду напоминающая барботажный слой (пену) или газожидкостную эмульсию. Режим эмульгирования начинается в самом узком сечении насадки, плотность засыпки которой неравномерна по сечению колонны. Путем тщательного регулирования подачи газа режим эмульгирования может быть установлен по всей высоте насадки (ВС). Этот режим соответствует максимальной эффективности насадочных колонн преимущественно вследствие увеличения контакта фаз, который в этом режиме определяется поверхностью образующейся газожидкостной эмульсии, заполняющей весь свободный объем насадки. Этот режим соответствует резкому увеличению гидравлического сопротивления.
4.Режим уноса или обращенного движения жидкости, выносимой из аппарата газом (от точки С и выше). Этот режим в технике не используется.
8.Описать с указанием необходимых обозначений и допущений построение рабочих линий для ректификационной колонны непрерывного действия при постоянстве расходов фаз.
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
Обозначим
y |
= x |
|
, тогда y=x |
− |
RP |
( x |
−x)= |
R |
x+ |
xp |
. |
||||
|
(R+1) P |
R+1 |
R+1 |
||||||||||||
p |
|
|
p |
|
|
|
p |
|
p |
|
|
|
|||
R |
= A ; |
x p |
=B |
, тогда y= Ax+B . |
|
|
|
|
|||||||
R+1 |
R+1 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
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 ' |
||||||||||||||||
|
|
G ' |
|
|
н |
|
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 ) |
. |
||||
|
|
|
G ' |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
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 |
|
||||||
9.Влияние флегмового числа на размеры ректификационной установки и расход греющего пара. Определение оптимального флегмового числа при расчете ректификационных колонн.
1. Rmin. |
R≠0 |
|
, иначе бы это была простая перегонка. Если R = Rmin, то |
|
|||||||||
B= |
|
x p |
|
|
=Bmax , т. е. когда рабочая линия пересечет равновесную в точке xF. В |
||||||||
|
Rmin+1 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
||||
этом случае y = y* и перегонка прекратится: |
yср=0 F = |
|
=∞ |
. Расход |
|||||||||
K y |
|
|
|||||||||||
греющего пара: |
|
|
|
yср |
|
||||||||
D= |
Qкип |
= |
1 |
(P Rmin rФ +P (H G−H F )+W (H W−H F )+Qп )= |
Qкип.min |
=Dmin |
|
||||||
r |
|
r |
|
r |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2.Rmax=R=∞ . Тогда B=0 , т. е. рабочая линия сливается с диагональю. В этому
случае yср= y−y*= yср.max и F = Fmin.
Реальное флегмовое число Rmin <R<Rmax , R=a Rmin , где a – коэффициент избытка флегмы, а = 1,1 — 3.
Для выбора оптимального флегмового числа прибегают к технико-экономической оптимизации.
Часто для упрощения выбор оптимального R проводят так. Задаются рядом значений R
пределах Rmin <R<Rmax и получают ряд положений рабочих линий на диаграмме y-x
с точками пересечения по вертикали с абсциссой xF. Для этих положений определяют число единиц переноса n0y и затем строят графическую зависимость
n0y (R+1) = f(R). Величина n0y~H, а (R+1)~G (расходу пара, выходящего из колонны). n0y (R+1) характеризует эксплуатационные затраты и капитальные вложения. Затем этом графике ищут минимум и получают Rопт.
10.Описать последовательность расчета расходов воздуха и тепла на сушку по основному варианту с использованием диаграммы «влагосодержание-энтальпия» (в теоретической и реальной сушке).
11.Расчет расхода воздуха и тепловой нагрузки калорифера в реальных конвективных сушилках, работающих по основному варианту. Обосновать построение процесса на диаграмме «влагосодержание-энтальпия».
12.Расчет расхода воздуха и тепловой нагрузки калорифера в теоретических и реальных конвективных сушилках, работающих по основному варианту. Обосновать построение процесса на диаграмме «влагосодержаниеэнтальпия».
На диаграмме H-x можно показать, каким образом будут изменяться параметры сушильного агента при его последовательном прохождении через калорифер и сушильную камеру, а затем определить его расход и необходимое количество теплоты на сушку. Нагрев воздуха от исходных параметров (x0, H0) до конечного состояния в калорифере (x1, H1) характеризуется вертикальной линией АВ., т. к. влагосодержание в калорифере не меняется. Во время сушки все параметры, характеризующие состояние газа, являются переменными. Изменение энтальпии и влагосодержания описывается
уравнением: |
|
H 2−H 1 |
= |
H 2−H 1 |
= . В общем виде: |
||
|
x2−x0 |
|
|||||
|
H−H 1 |
|
|
|
x2−x1 |
||
|
= |
. Это линейное уравнение, где величина , |
|||||
|
|
||||||
|
x−x0 |
|
|
|
|
|
|
называемая внутренним балансом сушильной камеры, представляет собой наклон линии
сушки. Ее находят по уравнению: |
=(qдоп +свθ 1)−(qм+qТ +qп) . |
|
= 0 в двух случаях: |
|
|
1) |
qдоп = θ1 = qм = qт = qп = 0 – теоретическая сушка; |
|
2) |
когда расходы теплоты компенсируются ее подачей: qдоп+свθ 1=qм+qТ +qп . |
|
В условиях теоретической сушки влага из материала, находящегося при нулевой температуре, испаряется за счет теплоты охлаждающего газа, энтальпия которого остается постоянной за счет того, что убыль теплоты компенсируется энтальпией переходящих в газ
паров влаги. Определив величину |
и построив линию реального сушильного процесса с |
||
помощью уравнения |
H−H 1 |
= |
, задавшись произвольным значением H или x, |
|
|||
|
x−x0 |
|
|
определяют величину конечного влагосодержания воздуха x2 (или H2) как значение, соответствующее точке пересечения линии с любым известным параметром влажного газа на выходе из сушильной камеры. При этом удельные расходы воздуха и теплоты на сушку
определяются по уравнениям: l= |
1 |
, qк=l (H 1−H0) . |
|
x2−x1 |
|||
|
|
13.Привести схему процесса конвективной сушки с рециркуляцией отработанного воздуха. Каково назначение циркуляции? Как определить параметры смеси свежего и рециркулирующего воздуха?
При сушке по этой схеме исходный воздух предварительно смешивается с частью отработанного воздуха. При смешении L0 (кг/ч) свежего и L2 (кг/ч) отработанного воздуха (с известными параметрами x0, H0 и x2, H2) параметры смеси (xсм и Hсм) можно определить,
пользуясь правилом аддитивности: |
xсм= |
L0 x0 +L2 x 2 |
, H см= |
L0 H 0+ L2 H 2 |
. |
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L0 +L2 |
|
L0+ L2 |
|
Разделив числитель и знаменатель правой части уравнения на L0, найдем , |
|||||||||||||||||||||||
|
|
H |
0 |
+ |
|
L2 |
H |
2 |
|
H0 |
+nH 2 |
|
|
L2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
H см= |
|
|
|
L0 |
= |
, где |
n= |
- кратность смешения (циркуляции). Выразим n: |
|||||||||||||||
|
1+ |
L2 |
|
|
1+n |
L0 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
L0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
n= |
xсм−x0 |
= |
H см−H 0 |
|
. Это уравнение на диаграмме H-x изобразится прямой линией АС, |
||||||||||||||||||
|
H 2−H см |
||||||||||||||||||||||
|
x2−xсм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
проходящей через точки, характеризующие состояние смеси.
Расходы теплоты в данной сушилке и в сушилке, работающей по основной схеме, будут одинаковы. Однако в данной сушилке обеспечиваются более мягкие условия сушки, а увеличение количества воздуха, проходящего через сушильную камеру приводит к повышению скорости процесса. Вместе с тем при этом увеличиваются расход энергии на прокачивание воздуха и капитальные вложения вследствие некоторого увеличения объема сушильной камеры.
14.Привести варианты конвективной сушки с с
дополнительным вводом теплоты в сушильную камеру и с промежуточным подогревом воздуха между зонами: их обоснование, изображения рабочих процессов на диаграмме «влагосодержание-энтальпия».
Обычно при расчете сушилок задаются верхние и нижние пределы температур воздуха t1 и t2. Для упрощения будем рассматривать процесс в теоретической сушке. Такая сушилка состоит из нескольких зон, в каждой из которых устанавливается калорифер. Вначале обычным путем определяется точка А, затем воздух нагревается в калорифере 1 от t0 до t1 и после этого поступает в зону I, где, взаимодействуя с материалом, охлаждается до температуры t2. Далее воздух поступает в калорифер 2, нагревается до температуры t1 и поступает в зону II, пройдя которую охлаждается до температуры t2 и т. д. Конечные параметры воздуха характеризуются точкой С. Таким образом, воздух последовательно проходит все зоны сушки, в каждой из которых процесс сушки осуществляется по основной схеме. Изменение состояния воздуха описывается ступенчатой линией. При проведении аналогичного процесса в основной сушилке потребовался бы нагрев воздуха до температуры t1' (точка В), существенно превышающую t1. Расходы теплоты и воздуха, зависят от начальных и конечных параметров воздуха, поэтому для этой схемы эти расходы определяются по тем же уравнениям, что и для основной схемы.