- •2.5. Содержание и выполнение курсового проекта
- •2.6. Содержание самостоятельной работы студента
- •3. Рекомендуемая литература
- •Статика процессов
- •2. Материальный баланс
- •3. Энергетический /тепловой/ баланс
- •4. Кинетика процессов
- •5. Основной размер аппарата
- •6. Технико-экономический анализ
- •1/ Физическое моделирование
- •2/ Математическое моделирование
- •3/ Элементное моделирование
- •1/ Разделение газовых неоднородных систем
- •2/ Разделение жидких неоднородных систем
- •Часть 4
- •3/ Псевдоожижение
- •4/ Перемешивание
- •1. Перемешивание газов.
- •2. Перемешивание ньютоновских жидкостей.
- •3. Перемешивание неньютоновских жидкостей
- •4. Перемешивание твердых сыпучих материалов.
- •Испытание элементного теплообменника
- •Конденсатор
- •Кипятильник
- •1. Тепловая нагрузка аппарата.
- •2. Средняя разность температур.
- •3. Расчётный коэффициент теплопередачи.
- •Выпаривание
- •Схемы выпаривания
- •Выпаривание
- •Некоторые свойства растворов при выпаривании
- •1. Растворимость.
- •2. Движущая сила и температурные депрессии.
- •3. Теплота растворения.
- •Многократное выпаривание
- •1. Материальный баланс.
- •2. Тепловой баланс.
- •Баланс тепла:
- •3. Полезная разность температур.
- •Распределение полезной разности температур.
- •4. Поверхность теплопередачи.
- •Оптимальное число корпусов выпарной установки.
- •5. Конструкции выпарных аппаратов.
- •Особенности расчёта коэффициента теплопередачи.
- •Перегонка Простая, периодического действия.
- •Непрерывная перегонка.
- •Перегонка с водяным паром.
- •Молекулярная перегонка.
- •Ректификация
- •Материальный баланс
- •Тепловой баланс
- •Уравнения линий рабочих концентраций
- •Оптимальное число флегмы
- •Ректификационные аппараты
- •См. Следующую страницу
- •Расчёт основных размеров колонного аппарата.
- •1. Диаметр колонны.
- •2. Высота колонны.
- •Расчёт тарельчатой ректификационной колонны.
- •Физические свойства компонентов.
- •Расчёты
- •1. Материальный баланс.
- •2. Флегмовое число.
- •3. Высота колонны.
- •4. Диаметр колонны.
- •5. Тепловой баланс.
- •Формы связи влаги с материалом
- •Параметры влажного материала.
- •Конвективная сушка. Параметры влажного воздуха.
- •Диаграмма состояния воздуха.
- •Статика сушки.
- •Материальный баланс.
- •Тепловой баланс. Теоретическая сушилка.
- •Действительная сушилка.
- •Варианты конвективной сушки с представлением на энтальпийной диаграмме.
- •Первый период сушки
- •Второй период сушки
- •1. Прямоток.
- •2. Противоток
- •3. Схема абсорбции с рециркуляцией жидкости.
- •1.Опорная тарелка. 2. Шаровая насадка. 3.Ограничительная тарелка. 4.Оросительное устройство. 5.Брызгоотбойник.
- •Принципиальные схемы экстракции.
- •1. Однократная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •2. Многократная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •Материальный баланс.
- •3. Противоточная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •Адсорбция
- •Краткая история.
- •Адсорбенты.
- •Теории адсорбции.
- •Равновесие в процессе адсорбции.
- •Принципиальные схемы адсорбции
- •Адсорбция с неподвижным зернистым адсорбентом.
- •Частные случаи.
- •Резюме.
- •Адсорбция с псевдоожиженным стационарным слоем адсорбента
- •Адсорбция с движущимся зернистым адсорбентом
- •Расчёт адсорбера.
- •Кристаллизация
- •Методы кристаллизации
- •Статика
- •Кинетика
- •Образование центров кристаллизации.
- •Рост кристаллов.
- •Конструкции кристаллизаторов
- •Расчёт кристаллизаторов.
- •1. Материальный баланс.
- •2. Тепловой баланс.
- •3. Расчёт основных размеров.
- •Содержание
- •Приложения
Материальный баланс
1) По всему продукту
(118)
делим на : (119)
Вводим обозначения: - удельное питание,
- удельный расход кубового остатка.
2) По л/л компоненту
Подставляем , тогда (120)
Для удельных расходов
Откуда (121)
3) Баланс дефлегматора по всему продукту
Делим на :
Вводим обозначение: D=R+1 (122)
=R – флегмовое число, показывает какое количество флегмы, приходящееся на единицу дистиллята, подаётся на орошение верхней, укрепляющей части колонны.
Тепловой баланс
или
Откуда, без учёта потерь, расход тепла на кипятильник:
(123)
Расход греющего пара с учётом 5 % потерь:
(124)
Для холодной флегмы:
Тогда (125)
Уравнения линий рабочих концентраций
А. Для верхней, укрепляющей части колонны.
Схема потоков показана на рис. 139.
Рис.139. Схема удельных потоков для верхней части колонны.
Материальный баланс в дифференциальной форме по л/л компоненту для произвольного сечения а) - б):
1) Допущение: (точка 1 будет находиться на диагонали диаграммы У-Х).
2) Допущение: постоянство мольного расхода паровой фазы по всей колонне.
(R+1)=const.
Интегрирование:
Откуда (126)
В. Для нижней, исчерпывающей части колонны.
Схема потоков показана на рис. 140.
Рис.140. Схема удельных потоков для нижней части колонны.
Материальный баланс в дифференциальной форму по л/л компоненту для произвольного сечения а) – б):
3) Допущение: (точка 2 на диагонали диаграммы У-Х).
Интегрирование
Откуда (127)
С. Построение линий рабочих концентраций.
Доказывается, что точка 3 с координатой должна принадлежать обеим линиям рабочих концентраций.
Откуда , что соответствует материальному балансу (формула 121).
Порядок построения:
1. На оси абсцисс наносятся концентрации .
2. На диагонали диаграммы У-Х отмечаются точки 1 и 2.
3. Рассчитывается и наносится на ось ординат отрезок .
4. На линии 1-В отмечается точка 3, которая соединяется с точками 1 и 2.
(1-3) и (3-2) – линии рабочих концентраций для верхней и нижней части колонны, как это показано на рис. 141.
Рис.141. Линии рабочих концентраций для ректификации.
(1-3) – верхняя часть, (3-2) – нижняя часть колонны.
Разность между равновесной и рабочей концентрациями (заштрихованная область на рис.141) определяет движущую силу процесса ректификации. Согласно основному уравнению массопередачи, чем больше будет эта разность, тем меньше будут габариты колонны.
Оптимальное число флегмы
Возможны два крайних положения точки 3: .
1) Точка . Положение точки показано на рис.142.
Рис.142. Положение линий рабочих концентраций для минимального флегмового числа.
В этом случае отрезок ''В'', отсекаемый на оси ординат, становится максимальным, а тангенс угла наклона линии 1- - минимальным.
Из треугольника abc следует:
Откуда минимальное флегмовое число: (128)
В точке движущая сила процесса ректификации равняется нулю, поэтому колонна должна иметь бесконечно большие размеры, что нереально.
2) Точка . Положение показано на рис.143.
Рис.143. Положение линий рабочих концентраций для бесконечного флегмового числа.
Для этого случая отрезок ''В'', отсекаемый на оси ординат, будет равен нулю. Тогда флегмовое число будет равняться бесконечности.
Это возможно, когда не будет отбора дистиллята, т.е. весь конденсат из дефлегматора будет возвращаться обратно в колонну в виде флегмы. Колонна будет работать ''на себя'', что используется в лабораторной практике.
Таким образом, рабочее флегмовое число должно находиться в пределах:
Для определения оптимального флегмового числа принимается функция оптимизации (129)
где - число теоретических ступеней изменения концентраций.
Функция (129) определяет габариты колонны и расход греющего пара на кипятильник, поэтому стремятся к минимуму этой функции. Для этого между точками намечают ряд точек: а, б, в …. Каждую точку соединяют с точками 1 и 2. Между кривой равновесия и линиями рабочих концентраций строят ступенчатую ломаную линию. Число ступенек этой линии определяет число теоретических ступеней изменения концентраций. Оптимальное флегмовое число определяется из графика на рис. 144б.
Рис.144. К определению оптимального флегмового числа.
а) Определение числа теоретических ступеней,
б) определение оптимального флегмового числа.
Полученное оптимальное флегмовое число является предварительным, необходим для начала расчётов. На производстве определяют экономически оптимальное флегмовое число на основе технико-экономического анализа.