Техническое обслуживание

Техническое обслуживание заключается в периодическом визуальном осмотре на предмет надежности электрических соединений и контактов и целостности установки, а так же ее чистки по мере необходимости.

Расчетная часть

Материальный (а в дальнейшем и тепловой) расчет требует установления связи текущих (и конечной x_к) концентрации кубового остатка x_о и количества оставшейся (с начала процесса) жидкости в кубе G_к⁰ (или конечного значения G_к) либо отобранного дистиллята G_д⁰ (или конечного значения G_д).

Для процесса в целом:

(5.12.1)

Для процесса до некоторого промежуточного момента времени, когда концентрация спирта в кубе равна x_о, а количества дистиллята и кубовой жидкости – G_д⁰ и G_к⁰:

(5.12.2)

Расчет необходимого числа тарелок в ректификационной колонне связан с определением минимального флегмового числа R_min, теоретически обеспечивающего отбор дистиллята заданного состава x_д = const (при бесконечно большом числе тарелок). Оно изменяется в ходе процесса вслед за изменением состава кубовой жидкости. Для любого момента времени от начала процесса текущее (мгновенное) значение R_min можно определить по формуле:

, (5.12.3)

где x₀ и y₀ текущие и равновесные концентрации жидкости в кубе и пара над ней.

Концентрация x₀ непрерывно понижается в процессе периодической ректификации, поэтому величина предельного отрезка на оси ординат x_д/(R_min + 1) тоже уменьшается, так что значение R_min должно постепенно возрастать. Если в куб колонны загружается исходная жидкость состава x_н, а после завершения процесса получается кубовый остаток состава x_к, то минимальные флегмовые числа для начала и конца процесса выразятся соответственно:

; , (5.12.4)

где y_н и y_к – равновесные концентрации пара в кубе в начале и конце процесса.

Рабочие значения флегмовых чисел для начала и конца процесса R_н и R_к (их превышение над R_min) дает технико-экономический расчет; укажем, что коэффициенты избытка флегмы для начала и конца процесса в общем случае могут различаться.

Рис. 5.12.2. К установлению числа теоретических

тарелок в начале и конце процесса

Из рисунка 2 видно, что в ходе процесса рабочая линия поворачивается около точки на диагонали x_д = y^р, переходя из начального крайнего положения (x_н) в конечное (x_к); при этом она постепенно приближается к диагонали соответственно постепенному возрастанию R и уменьшению отрезка x_д/(R+1).

Располагая рабочими значениями R_н и R_к, с помощью рисунка 3 строят рабочие линии для начала и конца процесса. Далее, зная начальный x_н и конечный x_к составы кубовой жидкости, графическим построением определяют числа теоретических тарелок, необходимые для разделения в начале и конце процесса (рис. 2). В последующих расчетах ориентируются на большее число необходимых тарелок n_T, соответствующее более трудному разделению (в примере на рисунке 2 – это крайнее положение рабочей линии, отвечающее концу процесса).

Рис. 3. Диаграмма фазового равновесия жидкость-пар

в системе этиловый спирт-вода для определения числа

теоретических тарелок и связи R c Gд0

Сопоставить рассчитанное число теоретических тарелок с реальным числом тарелок в ректификационной колонне установки. Сделать вывод.

Затраты теплоты в кубе за весь процесс определяются по уравнению:

Q_к = G_кρ_кс_кt_к – G_нρ_нс_нt_н + (r_дR_ср + h_д)G_дρ_д, (5.12.5)

где ρ_к, ρ_н, ρ_д – плотности кубового остатка, начальной смеси и дистиллята соответственно, кг/дм³; с_к и с_н – удельные теплоемкости кубового остатка и начальной смеси соответственно, кДж/(кг К) (определяется по объемной доле этилового спирта (x_к x_н) и температуре кубового остатка и начальной смеси); t_к и t_н – температуры кубового остатка и начальной смеси, ºС; r_д – скрытая теплота парообразования дистиллята, флегмы), кДж/кг; h_д – теплосодержание выходящего из колонны пара; R_ср – среднее за процесс (строже – среднее по количеству дистиллята G_д) значение флегмового числа.

Величину среднего флегмового числа рассчитывают по формуле:

, (5.12.6)

Связь текущих R и G_д⁰, необходимую для вычисления интеграла, устанавливают с помощью диаграммы x-y (рис. 3): проводят в ней произвольную рабочую линию при промежуточном (фиксируемом) значении R, строят принятое число теоретических тарелок и получают текущую концентрацию спирта в кубе x₀. Затем по первой из формул (2) рассчитывают текущее значение G_д⁰. Эту операцию повторяют для полного диапазона изменения G_д⁰ от 0 до G_д и находят искомое значение интеграла.

Полученное значение Q_к перевести в кВт·ч (1 кВт·ч = 3,6×10⁶ Дж) и посчитать стоимость затраченной электроэнергии.

Количество теплоты, отданное дистиллятом при конденсации пара Q_конд (кДж):

Q_конд = (R_ср + 1)G_дρ_дr_д, (5.12.7)

Количество теплоты, отданное дистиллятом при охлаждении Q_о.к. (кДж):

Q_о.к = G_дρ_дс_дφ(t_конд – t_д), (5.12.8)

где с_д – удельная теплоемкость дистиллята, кДж/кг (определяется по объемной доле этилового спирта (x_д) и средней температуре (t_д) дистиллята); φ – коэффициент неравномерности поступления дистиллята (φ = 2), t_конд - температура пара в зоне конденсации, ºС.

Расход охлаждающей воды G_в (кг):

, (5.12.9)

где с_в = 4,19 кДж/(кг·К) – удельная теплоемкость воды; t_в^н, t_в^к – температура воды на входе и выходе соответственно, ºС.

Сопоставьте результаты расчетов с величинами из протокола эксперимента (табл. 1) и сделайте выводы.

Пользуясь табличными значениями G_д и G_в пересчитайте их в часовые величины, поделив на продолжительность эксперимента τ, и сравните с величинами из технической характеристики установки. Сделайте выводы.