2 сем / экз / Otvety_na_1_vopros_PAKhT

где: – объемный расход газовой фазы, м3/с; – площадь поперечное сечение, м2; D – диаметр колонны, м; – рабочая скорость газовой фазы, м/с.

Высота: для аппаратов с ступенчатым контактом фаз есть 3 метода нахожденя высоты.

A – необходимая площадь поверхности контакта фаз; Δna – мольный межфазный поток абсорбтива; Ky – коэффициент масопередачи; Δycp – средняя движущая сила;

р.т. = р.т.

2) Через число теоретических тарелок.

Nт.т.=3 (если числа дробные, округлять не надо). р.т. = т.т. ; η - тарельчатый КПД для всей колонны.

3) Метод кинетической (псевдоравновесной) линии.

Рис. 8. К определению числа реальных ступеней разделения по методу кинетической (псевдоравновесной) линии. 1

разделения определяют как число ступеней, вписанных между рабочей (1) и кинетической (2) линиями (считают число точек на кинетической кривой; в данном случае 6 ступеней).

Np.т.= 6 (если значения дробные, округляем в большую сторону).

Высота рассчитывается по формуле:

= н + ( р.т. − 1) р.т. + в

Вопрос №11

Вопрос №12 = №10

Вопрос № 13. Получить систему уравнений, описывающих процесс простой перегонки.

При простой перегонке образующийся пар отводится из аппарата и в каждый момент времени находится в равновесии с оставшейся жидкостью. Для составления материального баланса предполагают, что количество жидкости в некоторый момент времени равно L, а ее состав x (по НК) и y* (в паре над жидкостью). Тогда состав пара над жидкостью можно выразить как функцию состава жидкости, т. е. y* = f(x). За бесконечно малый промежуток времени количество жидкости и ее состав изменяются и составляют L – dL и x – dx. Количество образующегося пара равно dL, а его состав является равновесным с x. Содержание НК в жидкости в начале равно Lx, а в конце промежутка — (L-dL)*(x- dx).Количество НК, перешедшего в пар, равно dL y*. Тогда уравнение материального баланса по НК за это время:

Lx=(L−dL)*(x−dx)+dLy*=Lx−dLx−Ldx+dLdx+dLy* .

Бесконечно малой величиной второго порядка dLdx можно пренебречь. Тогда уравнение

Обычно уравнение решают графически по диаграмме жидкость-пар, строя график1/(y*-x) от x.

Вопрос 14. Материальный баланс процесса простой перегонки. Расчет количества кубового остатка, количества и среднего состава дистиллята.

Простая перегонка заключается в постепенном испарении жидкости и конденсации образующихся паров. Рассмотрим периодически действующую перегонку. В куб залита жидкая смесь. Составим уравнение материального баланса.

Пусть в момент времени τ в кубе L кг смеси, х – концентрация НК в смеси, Lх – количество НК в смеси.

За время dτ испарится dL кг смеси и концентрация уменьшится на dx. При этом образуется dL кг пара, равновесного с жидкостью и имеющего концентрацию у*; dLy* – количество НК в паре. В кубе останется остаток (L – dL) кг с концентрацией (х – dx).

Тогда уравнение материального баланса по НК:

Lx = (L–dL)(x–dx)+dLy*;

Раскроем скобки: Lх = Lх– dLх– Ldx+ dLdx+ dLy*,

после сокращения получим: dL(y*–х) = Ldx,

разделим переменные:

Это дифференциальное уравнение проинтегрируем от L = F (количество исходной смеси) до L = W (количество остатка) и по х от хF до хW (хF – концентрация НК в исходной смеси; хW –концентрация в остатке).

Тогда: ∫ dL/L = ∫ dx/(y* – х); ln(F/W) = ∫ dx/(y* – х) – W хW хW

– уравнение простой перегонки.

Вид функции у* = f(x) определяется формой кривой равновесия и не может быть установлен аналитически. Поэтому правую часть интегрируют графически.

Из уравнения можно получить W, зная F и хF, хW. Средний состав дистиллята хр можно определить из уравнения материального баланса по НК:

FхF = WхW + (F – W) (хр)ср. , где хр = (FхF – WхW)/(F – W).

Простая перегонка применяется для смесей, компоненты которых сильно различаются по летучести, простая перегонка – это довольно грубое предварительное разделение смесей.

Количество паров, поднимающихся по колонне

= + Ф = + = ( + 1)

= , = следовательно к =

В том же сечение колонны состав жидкости (флегмы) , поступающей из дефлегматора,

Ф = , то есть н =

Подставляя значения L, G, yк, xк , получаем:

= ( + 1) + [ − ( + 1) ]

Откуда

= +1 + +1 - эта зависимость является уравнением рабочей линии укрепляющей части колонны.

Количество жидкости, стекающей по исчерпывающей части колонны, составит:

′ = Ф + = + = ( + )

Количество пара, проходящего через нижнюю часть колонны, равно количеству пара, поднимающегося по верхней

(укрепляющей) ее части. Следовательно:

′ = = ( + 1)

Для низа колонны состав удаляющейся жидкости (остатка) x’к=xw и, согласно допущению, состав поступающего сюда из

кипятильника пара y’н= yw = xw . Подставив значения( + L)’, G’, x’к , y’н( в +первое) уравнение, получим:

= ( + 1) + [ − ( + 1) ]

После приведения к общему знаменателю и сокращения подобных членов находим:

16. Вывести уравнение рабочей линии для укрепляющей части ректификационной колонны. Описать, как строят рабочие линии на диаграмме y-x, сформулировав

необходимые допущения.

Упрощающие допущения графического метода анализа работы и расчета ректификационной колонны.

1) Молярные теплоты испарения компонентов при одной и той же температуре приблизительно одинаковы (правило Трутона), поэтому каждый киломоль пара при конденсации испаряет 1 кмоль жидкости. Следовательно количество поднимающихся паров (в киломолях) в любом сечении колонны одинаково;

2) В дефлегматоре не происходит изменения состава пара. Если весь пар конденсируется в дефлегматоре, то это положение полностью

Также, при этом перед подачей в колонну смесь подогревают до температуры кипения жидкости в том сечении колонны, в которое она поступает.

6)На пересечении пунктирной линии и вертикали (при ) получаем точку пересечения рабочих линий (точку питания);

7)Соединяя =точку пересечения рабочих линий с точкой , получаем рабочую линию верхнейпунктирной линией;

8)Соединяя =точку пересечения рабочих линий с точкой , получаем рабочую линию нижней части колонны.

17.Вывести уравнения рабочих линий для ретификационной колонны непрерывного действия при постоянстве расходов фаз (с необходимыми

пояснениями и допущениями). Как зависит положение этих линий на диаграмме у-х от флегмового числа?части колонны;

Предварительно принимаются следующие основные допущения, мало искажающие действительный процесс, но существенно упрощающие его анализ и расчет:

1.Молярные теплоты испарения компонентов при одной и той же температуре приблизительно одинаковы (правило Трутона), поэтому каждый киломоль пара при конденсации испаряет 1 кмоль жидкости. Следовательно, количество поднимающихся паров (в киломолях) в любом сечении колонны одинаково.

2.В дефлегматоре не происходит изменения состава пара. Если весь пар конденсируется в дефлегматоре, то это положение полностью соответствует реальным условиям. Следовательно, состав пара, уходящего из ректификационной колонны, равен составу дистиллята, т.е. yD = xD.

3.При испарении жидкости в кипятильнике не происходит изменения ее состава. Следовательно, состав пара, образующегося в кипятильнике, соответствует составу кубового остатка, т.е. yW = xW.

4.Теплоты смешения компонентов разделяемой смеси равны нулю.

При этом предполагается, что перед подачей в колонну смесь подогревают до температуры кипения жидкости в том сечении колонны, в которое она поступает.

Расчетная схема установки представлена на рис. 3.15.

Рис. 3.15. К выводу уравнения материального баланса

Введены следующие обозначения (рис. 3.15):

F, xF – поток (кмоль/с) и концентрация (молярные доли) НК исходной смеси;

P, xD – поток и концентрация НК дистиллята;

W, xW – поток и концентрация НК кубового остатка;

Ф, xФ – поток и концентрация НК флегмы;

G – количество пара (кмоль/с), выходящего из колонны.

Тогда материальный баланс колонны по всему потоку

но G = P + Ф, и поэтому

F = P + W. (3.8)

Материальный баланс по низкокипящему компоненту

(3.9)

Уравнения рабочих линий. Поскольку условия работы укрепляющей и исчерпывающей частей ректификационной колонны различны, то рассмотрим материальные балансы для них отдельно.

Для укрепляющей части колонны возьмем произвольное сечение А – А (рис. 3.15), которому соответствуют текущие концентрации x и y, и составим материальный баланс по НК для верха этой части колонны:

откуда

(3.10)

где L – количество флегмы, стекающей в верхней части колонны.

Причем

(3.11)

где R – флегмовое число, равное отношению количества флегмы к количеству отбираемого из колонны дистиллята:

Количество поднимающихся по колонне паров

(3.12)

Так как по принятому допущению yD = xD, то уравнение (3.10) при подстановке в него соответствующих значений L и G принимает вид

откуда получаем уравнение рабочей линии укрепляющей части колонны:

(3.13)

При x = xD y = xD, т.е. рабочая линия укрепляющей части колонны пересекает диагональ с абсциссой xD, что и следовало ожидать, учитывая второе допущение.

Обозначим , а . Тогда уравнение (3.13) примет вид соотношения

которое является уравнением прямой линии. В нем А – тангенс угла наклона a рабочей линии к оси абсцисс, а В – отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат (рис. 3.16, а).

При выводе уравнений рабочей линии исчерпывающей части колонны следует учитывать, что количество орошения этой части колонны увеличивается на величину расхода F исходной смеси. Рассмотрим материальный баланс для низа исчерпывающей части колонны – ниже произвольного сечения В – В (рис. 3.15); текущие концентрации НК в фазах x и y .

Обозначим количества поднимающегося по нижней части колонны пара , а стекающей флегмы – . Тогда

Рис. 3.16. К выводу уравнений рабочих линий верхней (а) и нижней (б) частей ректификационной колонны

Если обозначить через то Количество стекающей по нижней части колонны

флегмы Количество поднимающегося по колонне пара не меняется, т.е.

откуда