82
Рисунок 3.9 – График для определения КПД тарелки
здесь аср - средняя по высоте колонны концентрация летучего компонента
а |
ср |
|
аd aw |
, |
μ |
и |
μ |
- вязкость летучего и нелетучего компонентов при тем- |
|||
|
|||||||||||
|
2 |
|
a |
|
b |
|
|
|
|
||
пературе кипения исходной смеси; |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
g α 9 |
Тb Тa |
, |
(3.35) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тb Тa |
|
|
где Тa и Тb – абсолютная температура кипения чистых компонентов.
3.6 Определение геометрических размеров ректификационной колонны
Основными размерами колонны являются ее диаметр и высота.
Определение диаметра колонны Диаметр колонны можно определить из уравнения неразрывности, пред-
ставленного для потока паров, подымающихся по колонне снизу вверх:
V |
|
π D2 |
w |
п |
, |
(3.36) |
|
||||||
п |
4 |
|
|
|
||
где D - диаметр колонны, wп - скорость паров; Vп |
- объемный расход паров, |
|||||
движущихся по колонне.
Скорость движения паров должна обеспечивать наиболее оптимальные ус-
ловия процессов, происходящих на контактных устройствах. Она находится в
83
диапазоне wп 0,3...3,0 м / с и может быть определена по графику
(рисунок 3.10) [2].
Плотность, кг/м3
Рисунок 3.10 – График для определения допустимой скорости пара
Скорость определяется расстоянием между тарелками h , которое зависит от диаметра колонны и принимается из ряда 250; 300; 350; 400; 450 и т.д. до
900 мм. Если расстояние между тарелками мало, то происходит унос капель с нижележащей тарелки на вышерасположенную, что плохо. Т.е. необходимо обеспечить достаточную сепарацию паров от капель. Увеличивая расстояние между тарелками, увеличиваем высоту колонны, что отражается на капиталь-
ных затратах в сторону их увеличения. Поэтому есть рекомендации по соотно-
шению диаметра колонны и расстояния между тарелками.
Средняя плотность паров
|
|
|
п п a |
п b , |
|
(3.37) |
||||
где п a |
и п b - плотность паров летучего и нелетучего компонентов |
|||||||||
|
ρ |
|
μа Тн |
, |
ρ |
п b |
|
μb Тн |
, |
(3.38)-(3.39) |
|
|
|
||||||||
|
п а |
|
22,4 Тd |
|
|
22,4 Тw |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
84
здесь μа и μb - мольная масса летучего и нелетучего компонентов; Тн – абсо-
лютная температура при нормальных условиях; Тd td 273 ; Т w tw 273 .
В случае отличия давления в колонне от нормального ( рн 760 мм рт.ст ),
объемный расход паров находится из уравнений объединенного закона газового состояния
р Vп |
|
рн Vн |
, откуда V |
|
рн Vн T |
, |
(3.40) |
|
|||||||
|
|
|
|||||
T |
|
п |
|
р Tн |
|
||
Tн |
|
|
|||||
где р , Vп , T - давление, объемный расход и температура пара при заданных
условиях; рн , Vн , Tн - то же при нормальных условиях.
Vн 22,4 М , здесь М – молярный расход паров по колонне
М |
Gd R 1 |
, |
(3.41) |
|
|||
|
μсм |
|
|
где μсм - молярная масса смеси при средней концентрации по колонне
μ |
μ |
|
aср |
μ |
100 aср |
, |
(3.42) |
|
a 100 |
100 |
|||||||
см |
|
b |
|
|
||||
Средняя температура и массовое содержание летучего компонента верх-
ней, нижней частей колонны и в целом по колонне
t |
ср в |
|
td t f |
; t |
ср н |
|
t f tw |
; |
t |
ср |
|
tср в tср н |
; |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||
а |
ср в |
|
аd а f |
; |
а |
ср н |
|
а f аw |
; |
а |
ср |
|
аср в аср н |
. |
|
||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||||
Предельная скорость паров в колонне определяется по графику (рисунок 3- |
|||||||||||||||||||||||||
10 [2]). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рабочая скорость паров |
|
ωр 0,8...0,9 ωпр |
|
|
|
(3.43) |
|||||||||||||||||||
Определение высоты колонны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Общая высота колонны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H Hт Hсеп Hкуб |
, |
|
(3.44) |
||||||||||
85
где Hт , Hсеп и Hкуб - высота тарельчатой части колонны, сепарационного
пространства над верхней тарелкой и куба-испарителя, соответственно. |
|
Hт h nд 1 , |
(3.45) |
здесь h - расстояние между тарелками; nд - действительное число тарелок.
Высота сепарационного пространства над верхней тарелкой принимается
|
Hсеп 0,5...1,0 D |
(3.46) |
Высота куба испарителя также принимается (в зависимости от вида рас- |
||
твора и диаметра колонны) |
|
|
Hкуб 1...2 D |
(3.47) |
|
86
Тема 4. СУШИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ Сушкой называется термический процесс удаления влаги из материала.
Подвод теплоты к материалу может осуществляться конвекцией, излучением,
теплопроводностью или любой комбинацией этих процессов.
Различают три формы связи влаги с материалом: химическую, физико-
химическую, физико-механическую. В процессе сушки химическая влага не удаляется из материала.
Процесс сушки состоит из перемещения влаги внутри материала, парооб-
разования и перемещения пара из зоны фазового превращения влаги в окру-
жающую среду. При соприкосновении влажного материала с нагретым возду-
хом влага на поверхности начинает испаряться, диффундируя в окружающую среду. Испарение влаги с поверхности создает перепад влагосодержания между внутренними и наружными слоями, что вызывает перемещение влаги к поверх-
ности материала под действием градиента влагосодержания. Таким образом, в
процессе сушки наблюдается непрерывный подвод влаги из внутренних слоев к поверхности, вследствие чего уменьшается среднее влагосодержание материа-
ла.
Если G – масса материала, Gc – масса сухой части, а W – масса влаги в
материале, то G G |
c |
W . Влажность материала w |
W |
100, % . |
|
G |
|||||
|
|
|
Предположим, имеем сушильную камеру, в которой высушивается влаж-
ный материал. Обозначим: G1 и G2 - расход влажного материала на входе в
сушилку и высушенного на выходе из нее, w1 и w2 - влажность материала на
входе в сушилку и выходе из нее.
Материальный баланс сушильной камеры (по материалу)
|
G1 G2 W , |
(4.1) |
откуда |
W G1 G2 , |
(4.2) |