книги из ГПНТБ / Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник
.pdfВоздух, подаваемый в сушильную часть, предварительно нагре вается в калорифере от температуры до температуры бу, на это за трачивается тепло
Q12= c0L (б3—б2). |
(15-96). |
Тепловой баланс сушки сведен в табл. 15-3. |
Из теплового баланса |
видно, что к сушильным цилиндрам должно быть подведено тепла
Qc. u = Q i + Q2,3 + |
Q8 + Qe- |
(15-97) |
Затрата тепла в калорифере равна Q12. |
|
|
|
|
Т а б л и ц а 15-3 |
Тепловой баланс сушки |
|
|
П р и х о д тепла |
Р а с х о д |
тепла |
Тепло с паром, поступающим в цилиндры сушильной ча сти, <2с.ц
Тепло с паром, поступающим в калорифер, Q12’
Тепло, использованное в теп лообменнике, Q0
В с е г о : Qc. ц 4~ Qo 4- Q12
На подогрев сушимого вещества Qx
На сушку во втором и третьем периодах
*3 2, 3
На потери в окружающую среду Qe
На подогрев воздуха в теплообменнике Qg На потери тепла с неиспользованным воз
духом Q10
На потери тепла с уходящим воздухом Qls
В с е г о : Qj + Q 2, 3 + Qe 4~ Qo + Q10 4" Q 1 2
Если теплосодержание греющего пара I кдж/кг и температура вы« ходящего конденсата /к, то часовой расход пара (кг) будет:
в сушильной части
|
|
Dj. = |
Qc-ц |
|
(15-98) |
|
|
|
/ — c w t K |
|
|
в калориферах |
|
|
|
|
|
|
|
D, = |
Ql2 |
|
(15-99) |
|
|
|
/ — cw t K |
|
|
общий |
расход. |
D = Di 4 - Da. |
|
(15-100) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
П р и м е р ы |
расчет а суш ки |
|
|
Р а с ч е т в о з д у ш н о й с у ш к и ц е л л ю л о з ы |
|||
Для |
расчета задано: |
|
3000 кгіч абс. сухой целлюлозы. |
||
Часовая производительность сушилки G = |
|||||
Начальная влажность т 2% = 45%. |
Конечная влажность w 2% = |
10%. Воздух, |
|||
которым производится сушка, имеет начальную температуру |
= 10° С и на |
||||
чальную относительную влажность фх — 0,4. |
|
|
|||
Температуре = |
10° С по графику (рис. |
15-1) соответствует давление на |
|||
сыщенного пара рНІ = |
1250 н /м 2. |
|
|
|
|
327
Начальное влагосодержание воздуха по формуле (15-38) равно
Фі |
Р ні |
|
0,4- 1250 |
10в |
■= 0,622 |
ІО5 |
|
Xj = 0,622 |
|
‘ 0,0025 к г / к г . |
|
|
Р 1.1 |
|
1 - 0 , 4 - 1250 |
- Ф і ІО6 |
|
ІО5 |
|
Количество влаги, поступающей за 1 ч с целлюлозой в сушилку, по формуле
(15-34) равно
Г і: |
|
-G= |
45 |
• 3000 = 2454 кг/ч . |
|
|
l0Q — tnt % |
|
|
||||
|
|
|
100 — 45 |
|
||
Количество влаги, уходящей из сушилки с целлюлозой, по формуле (15-35) |
||||||
равно |
|
|
|
|
|
|
«7, |
w 2% |
^ |
= |
10 |
•3000= 333 кгіч. |
|
100 — w 2% |
G |
100— |
|
|||
|
|
|
10 |
|
||
Примем, что воздух нагревается в калорифере до температуры |
= 160° С. |
|||||
Теплосодержание нагретого воздуха |
|
по формуле (15-39) равно |
|
|||
/ = (1 + 1,92*!)»! + 2480л-! = (1 + 1,92-0,0025)- |
160 4- 2480-0,0025 = |
165 к д ж / к г . |
||||
Этому теплосодержанию воздуха по графику (рис. 15-2) соответствует тем пература мокрого термометра tM = t 2 — 40° С.
Температуру воздуха на выходе из сушилки выберем по формуле (15-40)
&з = t M+ A t = 40 + 25 = 65° С.
Снижение температуры воздуха при сушке по формуле (15-41) равно
Д9 = »! — Яд = 160 — 65 = 95° С.
Температура сушимого вещества после сушки по формуле (15-42) равна
|
|
<з = t 2 + 0,85 (&а — і 2) = |
40 + 0,85 (65 — 40) = |
61° С; |
||
средняя |
температура |
сушимого |
вещества во |
втором |
и третьем периодах |
|
сушки по формуле (15-43) |
равна |
|
|
|
||
|
|
t" = t 2 + 0,3 (»з — 12) = 40 + 0,3 (65 — 40) = |
48° С. |
|||
Затраты |
тепла: |
|
|
|
|
|
на нагрев сушимого вещества по формуле (15-44) |
|
|
||||
Q1 (cG + |
(i2 — |
= (1,45-3000 + 4,18-2454) • (40 — 20) = 292 000 кдж , |
||||
где начальная температура сушимого вещества |
= 20° С; на сушку во втором |
|||||
и третьем периодах по формуле (15-45) |
|
|
||||
<32,з = |
(1,45-3000 + 4,18-333) (61 — 40) — 12 390 (2454 — 333) = 5 193 737 кдж , |
|||||
где для |
t M = |
40° С по графику (рис. |
15-1) находим т = 2390 кдж /кг. |
|||
Коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней стенке камеры по фор |
||||||
муле (15-49) равен |
|
|
|
|
||
|
|
«1 = 8 + 29V w K = 8 + 291/4 = 6 6 |
к д ж / м -- ч - г р а д , |
|||
где w K — скорость воздуха вдоль стенок камеры, равная 4 -м /сек .
328
Температурный перепад ДtK находим из равенства (15-51)
|
|
|
|
|
|
0,1% |
ві Н~ |
|
|||
|
|
|
|
|
Д<к= |
|
|
|
2 |
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д*к=- |
|
|
|
|
|
||
V М<' |
|
0 , 1-66 |
0 , 1-66 |
160 + 65 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
+ |
66 |
•О, |
|
1 + |
66 |
|
2 |
|
|
|
|
0,58 |
|
|
0,58 • 0,1 |
|
|||||
где принимаем температуру окружающей среды И0 = |
25° С, толщину тепловой |
||||||||||
изоляции камеры |
6 = |
0,1 |
м и |
коэффициент теплопроводности изоляции Я = |
|||||||
= 0,58 кдж/м-ч-град. |
|
|
|
|
|
|
|
коэффициент теплоотдачи |
|||
Путем подбора находим ДtK = 26° С. При этом |
|||||||||||
от наружной стенки камеры к окружающему воздуху по формуле (15-50) |
равен |
||||||||||
|
“2 = |
10 |
|
= 10 V 26 = |
23 кдж/м2-ч-град. |
|
|||||
Коэффициент теплопередачи через стенки камеры по формуле (15-48) |
равен |
||||||||||
kc. к — ■ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
■= 4 кдж/м2-ч-град. |
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
% |
|
Я |
А2 |
66 |
0,58 |
|
23 |
|
|
||
Потеря тепла в окружающую среду по формуле (15-47) равна |
|
||||||||||
Qi —kc. I<кс. к Л + Ъ _ _ ЯЛ = 4 . 16о / )60 + |
65 |
25 = 55 680 кдж, |
|
||||||||
где поверхность камеры Fc. к = |
160 м2. |
|
|
|
|
|
|||||
Суммарная затрата тепла в сушилке по формуле (15-52) равна |
|
||||||||||
(? = (?! + Q2,3 + Q5 = 292 000 + |
5 193 737 + |
55 680 = 5 541 417 кдж. |
|
||||||||
Количество необходимого воздуха по формуле (15-53) |
|
||||||||||
|
|
|
L = ■ Q |
5541 417 = |
58 354 кг. |
|
|||||
|
|
|
|
с„Д& |
|
1-95 |
|
|
|
|
|
где теплоемкость воздуха са по формуле (15-54) |
равна |
|
|
||||||||
с0 — 1 + |
1,92% = 1 + 1,92-0,0025 = |
1,0 кдж/кг-град. |
|
||||||||
Количество влаги, поступающей с воздухом, по формуле (15-55) равно |
|||||||||||
|
|
|
Wn = %L = 0,0025-58354 = |
147 кг. |
|
||||||
Конечное влагосодержакие воздуха по формуле (15-56) равно |
|
||||||||||
% = %-)- |
|
|
|
0,0025 + |
----— |
= 0,039 кг/кг. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
58 354 |
|
|
||
Количество влаги, уходящей с воздухом, |
по формуле (15-57) равно |
|
|||||||||
Г м = |
WB1+ (Г х — Ws) = |
147 + |
(2454 — 333) = 2268 кг. |
|
|||||||
Потеря тепла с уходящим воздухом по формуле (15-58) равна |
|
||||||||||
Q6 = cqL |
— &j) = |
1 - 58 354 (65 — 10) = 3 209 470 кдж. |
|
||||||||
329
Общая затрата тепла, вносимого воздухом( подогреваемым в калорифере, по формуле (15-59) равна
Qo=Qi + Qs.а + Qb + Qo = 292 000 + 5 193 737 + 55 680+3 209 470= 8 750 887 кдж.
Материальный баланс сушки сведен в табл. 15-4, а тепловой баланс — в
табл. 15-5.
|
|
Т а б л и ц а |
15-4 |
|
Материальный баланс сушки |
|
|
Приход |
|
Расход |
|
наименование |
кг |
наименование |
кг |
Сухое вещество...................... |
3 000 |
|
Влага |
с сухим веществом . . |
2 454 |
Сухой воздух .......................... |
58 354 |
|
Влага |
с воздухом.................. |
147 |
|
В с е г о . . . |
63 955 |
Сухое вещество.................. |
3 000 |
Влага с сухим веществом |
333 |
Сухой воздух ...................... |
58 354 |
Влага с воздухом . . . . |
2 268 |
В с е г о . . . |
63 955 |
Т а б л и ц а 15-5 |
|
Тепловой баланс сушки
Приход |
|
|
|
Расход |
|
наименование |
кдж |
наименование |
кдж |
||
С воздухом при подогреве |
8 750 887 |
На подогрев |
сушимого |
292 000 |
|
в калорифере ................... |
вещ ества |
................... |
|||
\ |
|
На сушку во втором и |
5 193 737 |
||
|
третьем |
периодах . . |
|||
|
|
Потеря в окружающую |
55 680 |
||
|
|
среду .......................... |
с |
уходящим |
|
|
|
Потеря |
3 209 470 |
||
|
|
воздухом |
................... |
||
В с е г о . . . |
8 750 887 |
В с е г о . . . |
8 750 887 |
||
Коэффициент теплопередачи от воздуха к сушимому веществу по формуле
(15-64) равен
k = 28ш0,8 = 2840,8= 86 кдж/м2-<{-град,
где скорость воздуха внутри камеры w = 4 м/сек.
Необходимая поверхность сушимого вещества для его подогрева по формуле
(15-60) равна |
|
|
|
Qi |
292 000 |
= 42 ж2, |
|
k(b — t’) |
86(112 — 30) |
||
|
где средняя температура воздуха в камере по формуле (15-62) равна
а = Ь + і з = і6і+.ЁІ = 112оС)
2 2
330
а средняя температура сушимого вещества по формуле (15-63)
2 |
20 + 40 |
30° С. |
|
|
|
2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
Необходимая поверхность сушимого вещества для |
сушки |
во |
втором и |
||
третьем периодах по формуле (15-61) равна |
|
|
|
|
|
Q2.3 |
5 193 737 |
|
|
|
|
F2,3 — k (Э — Г) |
86(112 — 48) |
950 ж2. |
|
|
|
Общая поверхность сушимого вещества по формуле (15-65) равна |
|||||
F = FX+ F2.3 = 42 + 950 = 992 ж3. |
|
|
|||
Р а с ч е т к о н т а к т н о й с у ш к и б у м а г и |
|
|
|||
Для расчета задано: Часовая |
производительность |
машины |
G = |
2000 кг/ч |
|
абс. сухой бумаги. Начальная влажность wx% = 70%. Конечная влажность
w2% = |
7%. Воздух для сушки имеет: начальную температуру |
= |
10° С; на |
|||||||||
чальную |
влажность |
ф4 = 0,4; конечную температуру |
і)4 = |
60° |
С; |
конечную |
||||||
влажность ф2 = 0,84. Температура греющего пара $пар = |
133° С. Количество |
|||||||||||
влаги, вносимой с бумагой, по формуле (15-66) равно |
|
|
|
|
||||||||
|
W |
- -----^ |
|
----- G = ------—---- 2000 = |
4667 кг. |
|
|
|||||
|
|
100 — к»!% |
|
100 —70 |
|
|
|
|
|
|||
Количество влаги, остающейся в бумаге, по формуле (15-67) равно |
||||||||||||
|
U7 = |
----- 40*%----- = -----1— 2000 = 151 кг. |
|
|
||||||||
|
|
|
100 — w2% |
100 —7 |
|
|
|
|
|
|||
Температурам воздуха |
9* = |
10° С и И4= |
60° С.по графику (рис. 15-1) соответст |
|||||||||
вуют давления насыщенного пара ра1 = 1250 н/м2 и рН2 — 20 300 |
н/м2. При |
|||||||||||
этом влагосодержания воздуха по формулам (15-68) и (15-69) равны |
|
|||||||||||
|
|
|
Рні |
|
|
|
0,4 1250 |
|
|
|
|
|
|
хх = 0,622 - |
|
105 |
|
= |
0,622 |
10s |
= 0,0025 |
кг/кг-, |
|||
|
1 —Ф Рні |
|
1250 |
|||||||||
|
|
|
|
1— 0,4 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
ІО5 |
|
|
105 |
|
|
|
|
||
|
|
Ф |
Рна |
|
|
|
0,84 20 300 |
|
|
|
|
|
x2= 0,622 • |
ІО6 |
= |
0,622 |
|
ІО5 |
|
0,123 кг/кг. |
|||||
1 -<рІ23- |
1— 0,84 20300 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
106 |
|
|
|
ІО5 |
|
|
|
|
|
Парциальное давление паров влаги в воздухе после сушки по формуле (15-71) |
||||||||||||
равно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ра = ФгРна = |
0,84-20 300 = 17 000 н/м3. |
|
|
|
||||||
Давление р2 = |
17 000 |
н/м2 по графику (рис. |
15-1) |
соответствует темпера |
||||||||
туре насыщения tH= 56° С.
Температура сушимого вещества в период сушки с постоянной средней ско ростью по формуле (15-72) равна
t2= tn + Д< = 56 + 4 = 60° С.
331
Температура сушимого вещества в конце сушки по формуле (15-73) равна
*а = + 0.85 (9г. п — к) = 60 + 0,85 (123 — 60) = 114° С,
а средняя температура сушимого вещества во втором и третьем периодах по формуле (15-74) равна
t" = fa + 0,3 (&г.п — t2) = 60 + 0,3 (123 — 60) = 79°С,
где температуру греющей поверхности 9Г. п принимаем на 10° С меньше темпера
туры пара, т. е. |
123° С. |
|
|
|
воздуха по формуле (15-70) равно |
|
|||||||
|
Количество подаваемого в сушку |
|
|
||||||||||
|
|
|
*2 |
— *і |
|
4667— 151 |
= 37 633 кг. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
0,123 — 0,0025 |
|
|
|
|||||||
|
Затраты тепла: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на нагревание сушимого вещества по формуле (15-75) |
|
|
|
|||||||||
|
qx = (cG + cw Wx) (!fa — |
= |
(1,45-2000 + |
4,18-4667)(60 — 20) = 894 495 кдж, |
|||||||||
где начальная температура сушимого вещества |
= 20° С; |
|
|
|
|||||||||
|
на сушку во втором и третьем периодах по формуле (15-76) |
|
|||||||||||
|
<32 з = (cG + |
cw W2) (ts — t2) + г(Ц71_ |
Ц7з) = |
(1,45-2000 + |
4,18-151) X |
|
|||||||
|
X (114 —60)-f 2360(4667 — 151)= 10841 700 кдж, |
|
|||||||||||
где теплота парообразования для температуры tH= 56° С по графику (рис. |
15-1) |
||||||||||||
равна г = 2360 |
кдж/кг. |
|
». |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Коэффициент теплопередачи в период подогрева по формуле (15-80) |
|
|||||||||||
|
йі = ------------^----------- --- ---------------!--------------= 875 кдж/м2-ч-град, |
|
|||||||||||
|
_L + J L + _ L |
|
1 |
|
0,03 |
|
1 |
|
|
|
|
||
|
«1 |
X + |
aj |
6250+ |
|
165 + |
1250 |
|
|
|
|
||
где принимаем |
коэффициент |
теплоотдачи |
к |
стенке |
цилиндров |
а 2 = |
|||||||
= |
6250 кдж/м2-ч-град, коэффициент |
|
теплоотдачи от стенки |
цилиндров |
а 2 = |
||||||||
= |
1250 кдж/м2-ч-град, |
теплопроводность |
материала |
стенки |
X = |
||||||||
= |
165 кдж/м-ч-град и толщину стенки б = |
0,03 м. |
|
|
|
||||||||
|
Коэффициент теплопередачи во втором и третьем периодах сушки по фор |
||||||||||||
муле (15-81) равен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
й23 = ------------5----------- = ---------------5--------------= 1208 |
кдж/м2-ч-град, |
|
||||||||||
|
_L + |
J L + _ L |
|
1 |
, |
0.03 |
. |
1 |
|
|
|
|
|
|
«1 |
X |
«2 |
|
6250 |
' |
165 |
' |
2100 |
|
|
|
|
где коэффициент теплоотдачи от стенки цилиндра к сушимому веществу прини маем а 2 = 2100 кджІм2-ч-град.
Поверхность теплопередачи для подогрева по формуле (15-77) равна
F ,= |
|
|
894 500 |
11 M2, |
пар |
— t') |
875(133 — 40) |
||
(9 |
Qi |
|
|
где средняя температура сушимого вещества в период подогрева по формуле
(15-79)
f _ ^i ~Ь h _ |
20 ~t~ 60 _ |
Q |
2 |
2 |
|
332
Поверхность теплопередачи для сушки во втором и третьем периодах по формуле (15-78) равна
F,.B= |
2.3 |
10 841 700 |
= 166 Ж2. |
|
1208 (133 — 79) |
||||
2 |
пар — И |
|
||
* .з (»Q |
|
|
||
Общая поверхность теплопередачи по формуле (15-82) равна
F = F1 + FM =11 + 166= 177 ж2.
Поверхность цилиндров сушки, соприкасающаяся с воздухом, по формуле (15-84) равна
р |
^ F = 1— 0,65 177 = 95 ж2, |
ß0,65
где коэффициент использования поверхности цилиндров принят ß = 0,65. Поверхность FB. с сукносушителей, соприкасающуюся с воздухом, прини
маем равной 20% от поверхности Fв, т. е. FB. с = 0,2-95 = 19 ж2. Коэффициент теплопередачи через поверхность цилиндров, соприкасаю
щуюся с воздухом, по формуле (15-86) равен
kB—■■ |
1 |
|
|
|
= 40 кдж/м--ч-град, |
||
|
|
|
|
0,03 |
|||
ГУ |
~ , |
~ |
" |
|
1 |
||
6250 |
165 + |
40 |
|||||
аі |
Я |
|
а2 |
||||
где коэффициент |
теплоотдачи |
от стенки |
цилиндра к воздуху примят а0 = |
||||
= 40 кдж/м--ч-град. |
Средняя толщина стенки цилиндра примята б = 0,03 ж. |
||||||
Температура воздуха, с которой он поступает в сушильную часть, по формуле
15-89) равна |
|
|
|
|
с0Я»4 — kB(FB |
Fв. с) ^9Пар---- 0 |
|
||
»я = |
CqL — kB (FB+ FB. с) -JJ- |
|
||
|
|
|||
|
|
2 |
|
|
-37 633-60 — 40 (95 + |
19) [ 133 — |
)-0,7 |
|
|
1-37 633 — 40 (95+ 1 9 ) ^ |
= |
53° C, |
||
|
|
|||
где коэффициент использования тепла, отданного воздуху, |
принимаем т| = 0,7 |
|||
и теплоемкость воздуха |
определяем |
по формуле (15-90): |
|
|
с0 = 1+ |
1,92*4 = 1 + |
1,92-0,0025 = 1 |
кдж/кг-град. |
|
Тепло, отдаваемое цилиндрами окружающему воздуху, по формуле (15-85) |
||||
равно |
=40 (95 + ,9)/із з _54-^60^ =363 371 кдж_ |
|||
|
||||
Qi = kB{FB + FB. c) ^’п ар |
|
|
|
|
Тепло, воспринятое воздухом, по формуле (15-88) равно |
||||
Qb = caL (IV,! — Я3) = 1- 37 633 (60 — 53) = |
263 429 кдж. |
|||
Потеря тепла в окружающую среду по формуле (15-87) равна
Qe = Qi — Qb = 363 371 — 263 429 = 99 942 кдж.
333
Тепло, уносимое воздухом, уходящим из сушильной части, по формуле
(15-91) равно
Q, = c0L (Я4— 84) = 1.37 633 (60 — 10) = 1881 645 кдж.
Тепло, воспринятое свежим воздухом в теплообменнике, по формуле (15-92) равно
Q8= c0U (&2— 8х) = 1• 41 500 (30 — 10)= 829 995 кдж,
где температура воздуха после теплообменника принята 82 = 30° С н количество свежего воздуха L? = 41 500 кг, т. е. на 10% больше потребности для сушки.
Тепло, использованное от теплообменника, по формуле (15-93) равно
Qg= c0L (&2— 8J = 1 - 37 633 (30 — 10) = 752 660 кдж.
Потери тепла с неиспользованным воздухом по формуле (15-94)
Qm = Qs — Qg = 829 995 — 752 653 = 77 342 кдж.
Потеря тепла с воздухом, уходящим из теплообменника, по формуле (15-95) равна
Qu = Q, — Qg = 1 881 645 — 829 995 = 1 051 650 кдж.
Затраты тепла на подогрев воздуха в калорифере по формуле (15-96) равны
Qi2= c„L (83 — Э„) = 1■37 633 (53 — 30) = 865 558 кдж.
К сушильным цилиндрам машины должно быть подведено тепло, равное по формуле (15-97)
Qc. ц = Qi + Q2,3 + Q5+ |
Qo = |
894 500 + |
10 841 700 -|- 263 429 + |
99 942 = |
' |
|
= |
12 099 571 кдж. |
|
|
|
Тепловой баланс сушки сведен в табл. |
15-6. |
|
15-6 |
||
|
|
|
Т а б л и ц а |
||
|
Тепловой баланс сушки |
|
|
||
Приход тепла |
|
|
Расход тепла |
|
|
наименование |
кдж |
наименование |
кдж |
|
|
Тепло с паром, поступаю- |
|
||
щим |
в сушильные ци- |
12 099 571 |
|
линдры .............................. |
|
||
Тепло с паром, поступаю- |
865 558 |
||
щим в калориферы . . |
. |
||
Тепло, |
использованное |
в |
752 660 |
теплообменнике . . . . |
|
||
На подогрев сушимого |
|
вещ ества.................. |
894 495 |
На сушку во втором и |
|
третьем периодах . . |
10 841 700 |
На потери в окружаю- |
|
ідую с р е д у ............... |
99 942 |
На потери с ненсполь- |
|
зованным воздухом . |
77 342 |
На подогрев воздуха в |
|
теплообменнике . . . |
752 660 |
На потери с уходящим |
|
воздухом .................. |
1 051 650 |
В с е г о . . . |
13 717 789 |
В с е г о . . . |
13 717 789 |
Если принять теплосодержание греющего пара / = 2750 кдж/кг и темпера туру конденсата в цилиндрах t K = 133° С, то часовой расход пара равен
Di |
Qc. ц |
10 841 700 |
5520 |
кг~, |
|
/ — cwtK |
2750-4,18-133 |
||||
|
|
|
334
в калориферах по формуле (15-99) |
|
|
|
||
D~ |
Q]2 |
865 558 |
394 |
кг. |
|
/ — cwtK |
2750-4,18-133 |
||||
|
|
|
|||
Общий расход пара D = 5520 + 394 = 5914 кг.
Глава 16. РЕКТИФИКАЦИЯ
Все жидкие смеси в зависимости от степени взаимной растворимости их компонентов подразделяются на смеси полностью растворимых, частично растворимых и нерастворимых одна в другой жидкостей.
Взаиморастворимые жидкости делятся на и д е а л ь н ы е |
и н е |
и д е а л ь н ы е , Идеальные смеси характеризуются тем, |
что силы |
взаимодействия молекул данного компонента и молекул разных компо нентов в них одинаковы.
В неидеальных смесях эти силы не равны. При этом, если силы взаимодействия между молекулами данного компонента больше, чем между молекулами разных компонентов, такие смеси называют сме
сями с п о л о ж и т е л ь н ы м о т к л о н е н и е м о т |
и д е |
а л ь н ы х ; если эти силы меньше, о т к л о н е н и е с ч и т |
а е т с я |
о т р и ц а т е л ь н ы м .
Жидкие смеси можно разделить на компоненты при помощи про цессов перегонки и ректификации. Трудность разделения зависит от характера исходной смеси. В целлюлозно-бумажной промышленности перегонку и ректификацию применяют при очистке скипидара-сырца, отгонке этилового спирта из сульфитных щелоков после сбраживания их сахаристой части и пр., т. е. при получении побочных продуктов основного производства.
ПРИНЦИП И СХЕМА РЕКТИФИКАЦИИ
Каждое жидкое вещество, находящееся в чистом виде или в смеси, при любых температуре и давлении в некоторых количествах способно
переходить в |
парообразное состояние. Это явление называется л е |
т у ч е с т ь ю . |
Количественной характеристикой летучести жидкого |
вещества является давление (или упругость) его насыщенных паров при данных условиях.
Летучим компонентом смеси называется такой компонент, который имеет наибольшую упругость пара при данной температуре по срав нению с упругостью паров любого компонента смеси. Соответственно летучий компонент имеет наименьшую температуру кипения, поэтому иначе его называют низкокипящим компонентом (НК). Компонент смеси, обладающий наименьшей упругостью, или соответственно наи высшей температурой кипения, называется труднолетучим, или высококипящим компонентом (ВК).
Отношение давления насыщенного пара чистого н.изкокипящего компонента рнк к давлению насыщенного пара чистого высококипя-.
щего компонента рвк, взятых при одной и той же температуре, назы
вается их о т н о с и т е л ь н о й |
л е т у ч е с т ь ю а ^ |
|
а |
Рнк |
( 16- 1) |
|
Рвк
335
Для смеси, состоящей из компонентов А, В, С...........N, где высоко-
кипящим является компонент N, относительная летучесть |
компонен |
|||||||||||||
тов равна |
|
|
Рл_ . а |
|
Рв |
|
|
Рс |
|
|||||
|
а |
A N |
B N |
. |
а |
(16-2) |
||||||||
|
|
Pn |
’ |
|
Pn |
’ |
|
CN ' |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Pn |
|
|||||||
Очевидно, чем больше величина относительной летучести компо |
||||||||||||||
нентов, тем легче разделить смесь. При а |
= |
|
1 разделить смесь в обыч |
|||||||||||
|
|
|
|
ных условиях невозможно, так как ком |
||||||||||
|
|
|
|
поненты |
имеют |
одинаковые температуры |
||||||||
|
|
|
|
кипения. |
|
Неидеальные |
смеси, |
имеющие |
||||||
|
|
|
|
а — 1, называются нераздельнокипящими, |
||||||||||
|
|
|
|
или азеотропными. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
Если двухкомпонентная (бинарная) |
|||||||||
|
|
|
|
смесь имеет а > |
|
1 , для разделения ее на |
||||||||
|
|
|
|
компоненты можно прибегнуть к такому |
||||||||||
|
|
|
|
способу: нагреть смесь до температуры |
||||||||||
|
|
|
|
кипения, |
которая лежит в пределе темпе |
|||||||||
|
|
|
|
ратур кипения чистых НК, и ВК, в ре |
||||||||||
|
|
|
|
зультате чего НК будет испаряться, а ВК |
||||||||||
|
|
|
|
останется в жидком состоянии. |
Пары НК |
|||||||||
|
|
|
|
конденсируют и получают так называемый |
||||||||||
|
|
|
|
дистиллят. Неиспаренная жидкость назы |
||||||||||
|
|
|
|
вается остатком, который в основном будет |
||||||||||
|
|
|
|
состоять из ВК. Описанный процесс назы |
||||||||||
|
|
|
|
вается |
п р о с т о й |
п е р е г о н к о й . |
||||||||
|
|
|
|
После его |
|
проведения не удается получить |
||||||||
|
|
|
|
чистых ВК и НК, так как в силу летучести |
||||||||||
Рис. 16-1. Схема непрерыв |
ВК частично испаряется и переходит в дис |
|||||||||||||
тиллят, а НКзадерживается в остатке. |
||||||||||||||
ной ректификации: |
|
|
Для более эффективного разделения сме |
|||||||||||
1 — колонна; |
2 — куб; |
3 — |
|
|||||||||||
си прибегают к ректификации, являющейся |
||||||||||||||
дефлегматор; |
4 — подача |
сме- |
||||||||||||
сн; 5 — остаток; С — дистиллят; |
более сложным |
видом перегонки. Она за |
||||||||||||
7 — флегма |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
ключается в противоточном взаимодей |
||||||||||
|
|
|
|
ствии паров, образующихся при перегонке |
||||||||||
и исходной смеси,'и части дистиллята, |
направляемого обратно в аппа |
|||||||||||||
рат. Схема ректификации показана на |
рис. |
|
16-1. В |
качестве ректифи |
||||||||||
кационных аппаратов чаще всего применяют тарельчатые барботаж ные колонны, описанные в главе 13, стр. 272.
Та часть дистиллята, которая используется для орошения в ко лонне при ректификации, называется флегмой. Вследствие смешения пара с флегмой на каждой тарелке происходит частичная конденсация пара и теплота конденсации передается жидкости, температура ко торой близка температуре кипения. В результате теплообмена часть жидкости снова превращается в пар. В этих процессах конденсации и испарения в первую очередь конденсируется ВК, а испаряется НК Проходя по аппарату с большим числом ступеней контакта фаз, под нимающийся вверх пар постепенно освобождается от ВК и обогащается низкокипящим компонентом, а опускающаяся вниз жидкость — осво
336