5. Законы сохранения массы и энергии. Законы равновесия системы. Принцип движущей силы и законы переноса массы и энергии.

Равновесие. Равновесные системы. Если в любой точке рассмат­риваемой системы или поля потенциал одинаков, т. е. движущая сила переноса равна нулю, то говорят, что нет причин для переноса. Система находится в равновесии. Отсутствие потенциала свиде­тельствует о равновесии в системе.

Следовательно, перенос возможен, только если система не нахо­дится в состоянии равновесия, а движущая сила переноса тем боль­ше, чем дальше от состояния равновесия находится система. Это положение, справедливое для любых процессов, особенно важно при выражении движущей силы процессов переноса массы.

Законы переноса массы и энергии. Основное кинетическое уравне­ние. Экономическая эффективность всякого производства в значи­тельной степени зависит от скорости протекания технологических процессов. Эта скорость тем больше, чем больше движущая сила, и тем меньше, чем больше сопротивление осуществляемому дей­ствию. Эти простые рассуждения можно сформулировать уравне­нием

где у — скорость протекания процесса; R — сопротивление; Δ— движущая сила.

Величину 1/R можно заменить проводимостью к, и полученное выражение изменит вид:

Это выражение носит название основного (общего) кинетического уравнения. Зная движущую силу конкретного процесса, воспользо­вавшись общим кинетическим уравнением, можно написать основ­ное уравнение для любого процесса.

Так, для процесса теплопередачи можно записать

6. Адсорберы с подвижным слоем адсорбента. Назначение, устройство и принцип действия.

Адсорберы непрерывного действия бывают с движущимся плот­ным или псевдоожиженным слоем адсорбента.

Адсорберы с движущимся слоем зернистого адсорбента представляют собой полые колонны с перегород­ками и переливными патрубками и аппараты с транспортирующими приспособлениями (см. главу 20). На рис. 21.7 показан многосек­ционный колонный адсорбер для очистки парогазовых смесей, состоящий из холодильника, подогревателя и распределительных тарелок.

В первой секции адсорбент охлаждается после регенерации. Эта секция выпол­нена в виде кожухотрубчатого теплообменника. Охлаждающая жидкость подается в межтрубное пространство теплообменника, а адсорбент проходит по трубам.

Вторая секция представляет собой собственно адсорбер, в котором адсорбент взаимодействует с исходной парогазовой смесью. Из первой секции во вторую адсор­бент перетекает через патрубки и распределительные тарелки, обеспечивающие рав­номерное распределение адсорбента по сечению колонны и служащие затворами, раз­граничивающими первую и вторую секции. Далее адсорбент поступает в десорбцион-ную секцию, представляющую собой кожухотрубный теплообменник, в которой на­гревается и взаимодействует с десорбирующим агентом — острым водяным паром. Регенерированный адсорбент удаляется из адсорбера через шлюзовой затвор.

Адсорберы с псевдоожиженным тонкозернистым адсорбентом бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми.

Одноступенчатый адсорбер с псевдоожи­женным слоем показан на рис. 21.8. Он представляет собой цилиндрический вертикальный корпус, внутри которого смонтиро­ваны газораспределительная решетка и пылеулавливающее устрой­ство типа циклона. Адсорбент загружается в аппарат сверху через трубу и выводится через трубу снизу. Исходная парогазовая смесь вводится в адсорбер при скорости, превышающей скорость начала псевдоожижения, под газораспределительную решетку через ниж­ний патрубок, а выводится через верхний патрубок, пройдя предва­рительно пылеулавливающее устройство.

Многоступенчатый тарельчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем показан на рис. 21.9. Он пред­ставляет собой колонну, в которой расположены газораспредели­тельные решетки с переливными патрубками, служащими одновре­менно затворами для газового потока. Адсорбент поступает в верх­нюю часть адсорбера и перетекает с верхней тарелки на нижнюю. С нижней тарелки адсорбент через шлюзовой затвор выгружается из адсорбера. Исходная парогазовая смесь поступает в адсорбер снизу и удаляется через верхний патрубок.

Многоступенчатый адсорбер отличается от одноступенчатого

тем, что работает по схеме, близкой к аппаратам идеального вытес­нения, что позволяет проводить процесс адсорбции в противотоке. Применяют установки с адсорбцией с псевдоожиженным слоем и десорбцией в движущемся слое адсорбента.

7. Принцип оптимизации проведения процесса.

8. Ректификационные установки. Назначение, устройство и принцип действия.

Любая ректификационная установка состоит из колонной части, в которой расположены тарелки или насадка, и кипятильника (ку­ба), представляющего собой кожухотрубчатый или змеевиковый теплообменник. Кипятильник может быть встроенным в нижнюю колонную часть либо вынесенным за пределы колонны.

В пищевой промышленности используют главным образом тарельчатые и насадочные ректификационные колонны .

Рис. 18.15. Ректификационная установка непрерывного действия:

/ — сборники; 2 — подогреватель; 3 — ректификационная колонна; 4—дефлегматор; 5 — раздели­тельный сосуд; 6 — холодильники; 7— насосы; 8 — кипятильник

Ректификационная установка непрерывного действия Исходная смесь, нагретая в подогревателе, подается на тарелку питания ректификационной колонны и за счет теплоты, поступающей из кипятильника, разделяется в результате ректифи­кации на дистиллят и кубовый остаток. Пары, выходящие из колон­ны, конденсируются полностью или частично в дефлегматоре. В случае полной конденсации паров полученный дистиллят в раздели­тельном сосуде разделяется на две части. Одна часть — флегма через гидрозатвор поступает на орошение колонны на верхнюю тарелку, вторая часть — дистиллят охлаждается в холодильнике и направляется в сборник.

В случае неполной конденсации паров в дефлегматоре они посту­пают в конденсатор-холодильник,, где конденсируются и охлажда­ются. Кубовый остаток, в зависимости от его ценности либо соби­рается в емкости, либо как сточные воды направляется на утилиза­цию.

На практике часто встречаются случаи разделения исходной смеси на три и более части. Так. в спиртовом производстве из бражки выделяют этиловый спирт, эфироальдегидную фракцию и сивуш­ные масла.

Рис. 18.17. Ректификационная установка периодического

действия:

/ — кипятильник; 2 — колонна; 3 — дефлегматор; 4 — холодиль­ник; 5 — сборник

Ректификационная установка для разделения многокомпонен­тной смеси Установка многоколонная, пред­назначена для непрерывного разделения исходной смеси на три части: А, В и С.

Первая колонна обеспечивает разделение смеси на А+ВС или АВ+С. Для последующего разделения смеси на п частей требуется ректификационная установка, состоящая из п-\ ректификацион­ных колонн.

Ректификационная установка периодического действия, исполь­зуемая в малотоннажных производствах, показана на рис. 18.17. Исходная смесь загружается в кипятильник, который обогревается насыщенным водяным паром. После нагрева смеси до температуры кипения ее пары поступают в нижнюю часть ректификационной колонны. Поднимаясь по колонне, пары обогащаются легколету­чим компонентом и поступают в дефлегматор, в котором конденси­руются. Как и при непрерывной ректификации, конденсат разделя­ется на флегму и продукт, который после охлаждения в холодиль­нике собирается в сборнике. После извлечения продукта кубовый остаток сливают и загружают в куб новую порцию исходной смеси.