3.4 Методические указания к решению
3.4.1 Расчет ректификационной установки
Уравнение материального баланса процесса ректификации
Уравнение материального баланса процесса по легколетучему компоненту (ЛК)
где
-
массовые доли ЛК компонента в исходной
смеси, дистилляте и кубовом остатке.
Из уравнений материального баланса определяются расход кубового остатка
и расход дистиллята
.
Для дальнейших расчетов необходимо перевести концентрации компонента в средах, выраженную в массовых долях в мольные доли [4].
На
основании опытных данных строится
кривая равновесия для исходной смеси
в
координатах.
Определяется минимальное флегмовое число:
где
-
мольная доля ЛК компонента в паре,
равновесная с концентрацией ЛК в исходной
жидкости (определяется по диаграмме
).
Определяется рабочее флегмовое число:
Производится построение рабочих линий, которые описываются уравнениями:
для верхней части колонны
,
для нижней части колонны
,
где относительный мольный расход питания
.
Построение рабочих линий выполняется следующим образом:
откладывается
на оси ординат отрезок, равный
и соединяется с точкой с координатами
(
),
получается рабочая линия для верхней
части колонны. Рабочая линия для нижней
части колонны строится соединением
прямой линией точки с координатами (
)
и точки с координатами (
).
Определяется
число теоретических тарелок
путем
построения ступеней ломанной кривой
между кривой равновесия и рабочими
линиями. Число действительных тарелок
определяется с учетом коэффициента
полезного
[4,
6]:
.
Рабочая высота (высота тарельчатой части) колонны
,
где
- расстояние между тарелками.
Определение диаметра колонны.
где
--
объемный расход пара в колонне;
- рабочая скорость пара в колонне [6].
Объемный расход пара в колонне
где
- средний массовый расход пара в колонне
-
средняя плотность паров.
Средние концентрации жидкости
в верхней части колонны
в нижней части колонны
Определяются
средние концентрации пара по уравнениям
рабочих линий для верхней части колонны
и для нижней части колонны
.
Пользуясь
этими значениями находятся средние
температуры пара для верхней части
колонны
и для нижней части колонны
при помощи диаграммы
.
Плотности паров
в верхней части
в нижней части
где
- средние мольные концентрации паров в
верхней и нижней частях колонны
Средние массовые потоки пара в колонне
в верхней части колонны
в нижней части колонны
где
- мольная масса дистиллята.
Средний массовый поток пара
Средняя плотность пара в колонне
Средняя
плотность жидкости в колонне
находится как средняя между плотностью
ЛК
при температуре жидкости в верхней
части колонны
и
плотностью ТК
при температуре жидкости в нижней части
колонны
.
Определяется диаметр колонны.
Задача 3
Определить
расход воздуха, а также расход теплоты
и необходимый расход греющего пара для
непрерывно-действующей сушилки.
Производительность сушилки по влажному
материалу
;
начальная влажность материала
;
конечная влажность материала
;
удельная теплоемкость высушенного
материала
;
масса транспортного устройства (стальной
транспортер)
;
теплоемкость транспортного устройства
;
температура материала поступающего на
сушку
;
температура материала, выходящего из
сушилки
;
температура транспортного устройства
на входе в сушилку
;
температура транспортного устройства
на выходе из сушилки
.
Характеристика состояния воздуха:
температура наружного воздуха
;
относительная влажность наружного
воздуха
;
температура воздуха на выходе из
калорифера
;
температура воздуха на выходе из сушилки
;
тепловые потери сушилки и калорифера
в окружающую среду от суммы всех остальных
слагаемых теплового баланса
;
влажность греющего пара
.
Исходные данные для решения задачи
предоставлены в таблице 3.4.
Таблица 3.4.
Последняя цифра |
кг/ч |
% |
% |
, кДж/кг |
кг |
кДж/кг |
% |
Предпоследняя |
0С |
0С |
0С |
0С |
0С |
% |
0С |
0С |
% |
1 |
3000 |
32 |
10 |
2,14 |
1700 |
1,6 |
12 |
0 |
19 |
54 |
26 |
59 |
21 |
60 |
95 |
54 |
96 |
2 |
2000 |
31 |
11 |
2,18 |
1100 |
1,54 |
10 |
1 |
20 |
60 |
27 |
65 |
22 |
55 |
110 |
60 |
92 |
3 |
5000 |
34 |
11 |
2,25 |
2100 |
1,5 |
13 |
2 |
21 |
50 |
28 |
55 |
23 |
58 |
100 |
50 |
95 |
4 |
4500 |
30 |
9 |
2,14 |
2000 |
1,59 |
15 |
3 |
20 |
56 |
27 |
61 |
22 |
70 |
105 |
56 |
90 |
5 |
3500 |
32 |
10 |
2,20 |
1900 |
1,68 |
12 |
4 |
23 |
60 |
30 |
65 |
25 |
65 |
120 |
60 |
97 |
6 |
1500 |
35 |
10 |
2,37 |
1100 |
1,62 |
10 |
5 |
21 |
50 |
28 |
55 |
23 |
57 |
105 |
50 |
91 |
7 |
2500 |
33 |
11 |
2,22 |
1200 |
1,65 |
14 |
6 |
19 |
58 |
26 |
63 |
21 |
69 |
95 |
58 |
98 |
8 |
4000 |
31 |
9 |
2,18 |
1600 |
1,55 |
11 |
7 |
21 |
57 |
28 |
62 |
19 |
65 |
90 |
57 |
95 |
9 |
1000 |
34 |
10 |
2,25 |
1000 |
1,6 |
12 |
8 |
18 |
55 |
25 |
50 |
20 |
60 |
110 |
55 |
94 |
0 |
3000 |
30 |
11 |
2,14 |
1800 |
1,57 |
10 |
9 |
20 |
60 |
27 |
65 |
22 |
68 |
100 |
60 |
93 |