Тепловой баланс простой сушилки

Тепловой баланс

- потери тепла с уходящим материалом

- удельный расход а.с.в.

Удельные потери тепла:

; ;;

- суммарные удельные потери тепла

- уравнение реального процесса сушки

характеризует отклонение реального процесса сушки от идеального

- уравнение идеального процесса сушки

в идеале ;

Расчет простой сушилки

Дано:G₁,W₁,W₂

t₀,φ₀ t₁ t₂

	А	B	Cтеор	Cдейств
x,	x0	x1= x0	(x2)T	(x2)g
t,0C	t0	t1	t2	t2
φ,%	φ0	φ1	(φ2)T	(φ2)g
J,	J0	J1	J2= J1	(J2)g

АВ – процесс нагрева воздуха в калорифере

ВС_Т– теоретический процесс сушки

ВС_g– действительный процесс сушки

Δ=q_CK+C_HOt-; пусть Δ>0, тогдаJ₂-J₁=иJ₂>J₁

Расчет:

1.W=G₁

2l =;

3. L=l·W

4. , Vy=f(x₀,t₀)

5. Расход тепла в калорифереQ_кал=L(J₁-J₀)[квт]

Основы теории массообмена

В технологии водоподготовки и очистки сточных вод важное условие имеют процессы массообмена, которые характеризуются переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Путем переноса одного или более компонентов из фазы в фазу можно разделять как гомогенные так и гетерогенные системы.

Виды процессов массопередачи:

• Абсорбция – поглощение газа жидкостью, обратный процесс- десорбция.

• Экстракция (в системе жидкость-жидкость)- извлечение вещества, растворенного в жидкости, другой жидкостью, практически не смешивающейся с первой. Обратный процесс- реэкстракция.

• Перегонка – разделение гомогенных жидких смесей путем взаимного обмена компонентами между жидкостью и паром, полученным испарением разделяемой смеси.

• Адсорбция – поглощение компонента газа , пара или раствора твердым пористым поглотителем. Обратный процесс – десорбция.

• Разновидностью адсорбции является ионный обмен – хемосорбция.

• Сушка-удаление влаги из твердых материалов путем испарения.

• Кристаллизация – выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов.

• Выщелачивание – переход твердой фазы в жидкую за счет избирательного растворения.

Массопередача включает в себя перенос вещества внутри одной фазы, перенос через поверхность раздела фаз и перенос в пределах другой фазы.

Массоперенос между фазами осуществляется до достижения равновесия , которое характеризуется равенством скоростей прямого и обратного процессов.

Фазовое равновесие на примере жидкостной экстракции

↓ ↓

Фазовое равновесие в жидкостной экстракции

1. Системы с взаимной нерастворимостью фаз

Равновесные кривые для системы вода-бензойная кислота-керосин

у_р=m_pх

m_p- отношение равновесных концентраций переходного компонента (ПК) в экстракте и рафинате

2. Системы с частично взаимной разностью фаз.

Фазовое равновесие таких систем изображено в треугольной диаграмме

Вершины характеризуют индивидуальные компоненты

Стороны – бинарные смеси

М - тройная система , где х_н+х_р+х_э=1

АМ₁-смешение,

конода-линия равновесных концентраций, m_p=у/х;

бинода- линия расслаивания, делит треугольник на 2 области – гомогенных растворов I и гетерогенной области – область расслаивания

Внешнее давление не влияет на фазовое равновесие при жидкостной экстракции (ЖЭ).

С ростом температуры уменьшается гетерогенная область, т.к. увеличивается взаимная разность фаз, t₃>t₂> t_{1 ,}

Непрерывная противоточная экстракция при взаимной нерастворимости фаз.

Материальный баланс по потокам:

Wх_H+D_У=Wх+Dу_К

Линия, характеризующая изменение концентраций в процессе массообмена называется рабочей линией и описывается уравнением:

у=(х-х_н)+у_к – рабочая линия

Процесс массообмена характеризуется равновесной и рабочей линиями, которые изображены на графике:

Адсорбция

Селективное поглощение твердых или жидких компонентов из жидкой и газовой среды с помощью твердых сорбентов называется адсорбцией. Адсорбция применяется при малых концентрациях извлекаемых веществ.

Требования к сорбентам:

1. Селективность.

2. Высокая емкость по поглощаемому компоненту

3. Легкость регенерации.

4. Прочность гранул сорбента.

Сорбенты – высокопористые вещества, активная поверхность пор достигает 100÷5000, размер пор 20 А⁰.

По характеру взаимодействия поглощающего компонента и сорбента различают физическую, химическую (хемосорбция) адсорбцию и капиллярную конденсацию.

При физической адсорбции возникает разность во взаимном притяжении молекул в объеме и на границе раздела фаз, проявляется за счет изменения сил Вандер-Ваальса.

Капиллярная конденсация – адсорбция из газовых, паровых сред

Промышленные сорбенты:

Активированные угли (АУ) , активная поверхность пор S_акт=600÷2000 м²/г

Селикагели (Si₂O·nH₂O)

Алюмогели [Al(OН)₃+Al₂O₃] активная поверхность пор S_акт = 600 м²/г

Цеолиты – молекулярные сита, поглощают молекулы, размеры которых соответствуют размерам пор, характеризуются наибольшей селективностью.

Иониты – ионообменные смолы (хемосорбция)

Фазовое равновесие при физической адсорбции

- равновесная концентрация в растворе;

х=[] - равновесная концентрация на сорбенте;

С ростом температуры поглощающая способность уменьшается.

В области низких концентраций равновесные состояния описывает уравнение Фрейндлиха:

У=кХⁿ ,

к и n – константы, которые могут быть определены экспериментально.

Изотермы сорбции приведены на рисунке:

При хемосорбции При капиллярной конденсации

Рабочие диаграммы процессов

Прямоток Противоток

W, D – потоки инертов х, у – концентрации.

Матбаланс по переходному компоненту

Уравнение рабочей линии – геометрическое место сопряженных концентраций.

Сопряженные концентрации – концентрации переходного компонента в потоках, встречающихся в одном сечении аппарата

W=const D= const α=

D=const W= const α=

Совмещение линии равновесия и рабочей линии

Эффективность массообменных процессов оценивается числом теоретических тарелок (ступеней)

Теоретическая тарелка – гипотетическое устройство, где или, что приводит к достижению равновесия

xnиyn– равновесие концентрации→линия равновесия. концентрации потоков, встречающихся в одном сеченииколонны, - (сопряженные концентрации) рабочая линия

противоток

Для прямотока О<N_теор О<N_теор

Число действ. тарелок N_g=

Число действительных тарелок определяется графическим методом, базируясь на реальную рабочую линию – построенную по реальному профилю концентраций .

Основное уравнение массопередачи

Количество вещества, которое переходит из одной фазы в другую в процессе массообмена пропорционально площади контакта, движущей силе и коэффициенту массопередачи.

М=К_оу(Δу)_срF= К_ох(Δх_ср)F ,

где М – количество передаваемой массы, К коэффициенты массопередачи по фазе х или у; Δу_ср ; Δх_ср – движущие силы процесса, F- поверхность массообмена.

М=W(х_Н-х_К)=D(y_K-y_H) – материальный баланс при массообмене

Коэффициенты массопередачи зависят от коэффициентов массоотдачи

К_оу=;

К_ох=

Частные коэффициенты массоотдачи иопределяются на основе теории подобия (моделирование массообменных процессов)

Средняя движущая сила массообменных процессов

движущие силы

Локальные значения, меняются по длине и высоте аппарата

(Δу)_ср= m_pconst

(Δx)_ср=

S_x и S_у – число единиц переноса (ЧЕП)

S_у=

(Δу)_ср=(Δx)_ср=