Пример решения

Исходные данные: G_СК= 2500кг; исходная смесь содержит 88% (масс.) скипидара, 12% (масс.) воды; t_нач = 30 ºС.

Решение: Определяем по рис.П1.3 (прил.1) температуру перегонки и давление насыщенного пара скипидара.

Температура перегонки t_пер = 96 ºС; Р_СК = 115 мм рт. ст.

Количество водяного пара, уходящего вместе с паром скипидара, находим по формуле

(1.13)

Здесь G_В – количество водяного пара, уходящего с паром перегоняемой жидкости, кг; G_СК – количество перегоняемого скипидара, кг; М_В и М_СК – мольные массы воды и скипидара; Р_СК – давление насыщенного пара скипидара при температуре перегонки; П – общее давление смеси паров; φ – коэффициент, учитывающий неполноту насыщения водяного пара паром перегоняемого вещества (при ориентировочных расчетах принимают φ = 0,7÷0,8).

кг.

Массовая доля в парах:

- скипидара

;

- воды

.

Мольная доля:

;

.

Парциальные давления в смеси паров при общем давлении П = 760 мм рт.ст.:

р_СК = П·у_СК = 760 · 0,11 = 84 мм рт.ст.;

р_В = П – р_СК = 760 – 84 = 676 мм рт.ст.

Расход теплоты:

а) на подогрев исходной смеси от 30ºС до температуры перегонки 96ºС

Скипидар:

G_СК c_СК (t_пер – t_нач) = 2500·0,88·1,76·10³(96 – 30) = 256000·10³ Дж.

Вода:

G_В c_В (t_пер – t_нач) = 2500·0,12·4,19·10³(96 – 30) = 83000·10³ Дж.

Q_нагр = (256 + 83)10⁶ = 339·10⁶ Дж.

б) на испарение перегоняемого скипидара

Q_исп = G_СК r_СК = 2500·0,88·310·10³ = 682000·10³ Дж.

в) на компенсацию потерь теплоты в окружающую среду

Q_пот = 0,1 (Q_нагр + Q_исп) =0,1 (339000 + 682000)·10³ = 102000·10³ Дж.

Общий расход теплоты:

Q_общ = Q_нагр + Q_исп + Q_пот = (339000 + 682000 + 102000)·10³ =

= 1123000·10³ Дж = 1123·10³ кДж.

Определяем расход пара. Абсолютному давлению насыщенного пара в трубопроводе (1,5 кгс/см²) соответствует температура 111,32 ºС табл.П1.16 (прил.1); уходит с перегоняемым скипидаром 2330 кг пара при температуре перегонки 96ºС. Следовательно, этот уходящий пар охлаждается от 111,32 до 96 ºС, причем выделяется теплоты:

Q_выд = G_В c_В.П (t_п – t_пер) = 2330·1,97·10³(111,32 – 96) =

= 70320·10³ Дж = 70320 кДж.

где 1,97·10³ = 35,5·10³/18 – удельная теплоемкость водяного пара, Дж/(кг·К) – табл. П1.15 (прил.1).

Остальное количество теплоты

Q_ост = Q_общ – Q_выд = (1123000 – 70320)·10³ = 1053·10³ кДж

должно быть подведено за счет конденсации некоторого добавочного количества подаваемого пара и охлаждения получившегося конденсата до температуры перегонки.

Расход конденсирующегося (греющего) пара:

кг,

где 2700·10³ Дж/кг – удельная энтальпия насыщенного водяного пара при 1,5кгс/см²; 402·10³ Дж/кг – удельная энтальпия воды при 96ºС.

Общий расход пара:

G_П = G_В + G_конд = 2330 + 458 = 2788 кг.

Ответ: доля скипидара в парах: массовая - 0,485, мольная – 0,110; доля воды в парах: массовая – 0,515, мольная – 0,89; парциальные давления в смеси паров при общем давлении П = 760 мм рт.ст.: скипидара – 84 мм рт.ст., воды – 676 мм рт. ст.; расход пара на перегонку 2500 кг загрязненного скипидара составит 2788 кг.

1.6. Определить количество теплоты, которое выделяется за один период τ, мин при адсорбции паров вещества активным углем. Диаметр адсорбера D, м, высота слоя активного угля H, м.

Скорость паровоздушной смеси w, м/с; начальная концентрация ,кг/м³; концентрация смеси на выходе из адсорбера ,кг/м³; насыпная плотность слоя ρ_нас=500 кг/м³.