Добавил:

420 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Предмет:

Процессы и аппараты химической технологии

Файл:

Otvety_na_1_vopros_PAKhT

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

10.11.2019

Размер:

1.73 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 43 4 > Следующая >>>

Тогда с учетом того, что yW = xW, получим

После соответствующих преобразований имеем

(3.14)

где (рис. 3.16, б); – отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат.

При x = xW y = xW, т.е. рабочая линия исчерпывающей части колонны проходит через точку, лежащую на диагонали с абсциссой xW. Теперь выясним, где же эти линии пересекаются.

Ордината точки пересечения, определяемая по уравнениям (3.13) и (3.14), будет одинаковой. Следовательно, можно приравнять правые части этих уравнений:

или

Решая последнее выражение относительно абсциссы с координатой x, после простейших преобразований получаем x = xF, т.е. абсцисса точки пересечения рабочих линий равна составу исходной смеси (т.е. эта точка

соответствует сечению, на уровне которого подают питание в колонну). После этого можно построить рабочие линии для укрепляющей и исчерпывающей частей колонны.

На оси абсцисс откладывают заданные концентрации xF, xD, xW и находят точки а и с (рис. 3.16). Если

величина R задана, то на оси ординат откладывают отрезок и соединяют точку d c точкой а. Проведя вертикаль из точки xF до пересечения с линией ad, находят точку b пересечения рабочих линий и соединяют ее с точкой с. Таким образом, получают рабочие линии ab – для укрепляющей и bc – для исчерпывающей частей колонны.

18. Метод расчёта массообменных колонных аппаратов со ступенчатым контактом фаз, основанный на уравнении массопередачи. Связь локальной эффективности по Мерфри с числом единиц переноса для различных случаев структуры потоков фаз.

Расчет колонных массообменных аппаратов. В основном распространены противоточные аппараты. Рассмотрим колонный аппарат на примере абсорбции

Допущения:

1)Рассматривается перенос одного компонента, остальные компоненты считаем инертными

2)Фазы движутся по модели идеального вытеснения.

Материальный баланс для всего аппарата:	+		= +			(1)
н н		н		к	к к к
(1	− )	−		(1	− ) = 0	(2)
н	н		к		к
н(1	− н)	− к		(1	− к) = 0	(3)
+ = +						(4)
н	н	к		к

Уравнение (4) уже не является независимым, представляя собой сумму первых трёх уравнений.

Материальный баланс для верхней части аппарата:

− − = 0 (5)

−

(6)

к к

Аналогично для нижней части аппарата:

(6)

н н −

Уравнения (6) – это уравнения рабочих линий (связывают рабочие концентрации в фазах)

− ) = (1

− ) = (1 − ) (7)

− ) = н(1

− н) = к(1 − н) (8)

Тарельчатая колонна.

Контакт фаз ступенчатый.

+ − − = 0

н н

−

(9)

− )

= (1 − )

= (1 − ) (10)

+1(1

− +1) = н(1

− н) = к(1 − к) (10)

Расчёт аппаратов с непрерывной поверхностью контакта фаз

Два основных метода расчёта высоты колонных аппаратов:

1)метод теоретических ступеней

2)метод, основанный на уравнении массопередачи

Врезультате технологического расчёта получают:

1)высоту аппарата (высота насадки), число тарелок (высота тарельчатой части)

2)сечение аппарата (диаметр)

Объемный расход сплошной фазы
̇		=	2
=		=
	0		4
			4

В экстракции расходы обеих фаз.

0 - фиктивная скорость

Метод теоретической ступени разделения

Теоретическая тарелка – это участок аппарата, который покидают фазы, находящиеся в равновесии.
	= ( )

Равновесие определяется					P и T
	н	н	к	н		н
Дано: абсорбция		,	,	,		,

ВЭТС – высота, эквивалентная теоретической ступени. это экспериментальная величина Метод, основанный на уравнении массопередачи.

− ( ) = ( − )

Ky – коэффициент массопередачи по газовой фазе
A – поверхность контакта фаз
− − − ( − ) = 0 (11)
[ (1 − )] = 0	(12)
По инертному газу
(1 − ) + (1	− ) = 0

(1 − ) − = 0

(121)

−

1 −

− − − ( − ) = 0

1 −

– удельная поверхность [м2/м3]

− (

+ 1) − ( − ) = 0

1 −

−

− ( − ) = 0

1 −

∫ = − ∫ (1 − )( − )

0 = ∫ н н

(13)

(1− )( − )

= 1

= ( ) = ( )

= ( )

( ) = ( )

≠

Для жидкой фазы

= ∫ к

(14)

(1− )( − )

Если линия равновесия прямая = + 0, то безразлично по какому из уравнений считать.

Выбирается уравнение для фазы, в которой сосредоточено основное сопротивление.

Частные случаи:

I. Процесс изотермический, концентрации малы

→ 0 = + 0

Линия равновесия прямая


н
н
= ∫ ( − )


к

(1 − ) → 1 ≈

1	= 1	+	≈

=		∫ н		(15)
			−
		к
	hoy			noy

noy – общее число единиц переноса по газовой фазе hoy – высота единиц переноса


					н
					н
				= ∫ (1 − )( − )

					к

							н
				= ∫ −					= 0	0

							к
= + 0 – равновесная линия прямая
					+			= +
						н	к		к к
				(1	− ) (1 − ) = (1 − )
						н		н	к	к
					≈			≈
							н	к
				(1 − ) = н(1			− н) = к(1 − к)
					≈			≈
							н	к
Уравнение рабочей линии
	к		н
= +		−	(для верхней части)	(16)
	н		к
= +		− (для нижней части)		(17)

					= ∫н
					0			−
					0

					= к + 0

− = − − 0 = − − − 0 = (1 − ) − − 0 = (1 − ) − − 0

= – фактор массопередачи

Отношение наклона равновесной линии

к наклону рабочей линии

= ∫

(1 − ) − −

≠ 1

0 =

(1 − ) − −

1 −

(1 − − −

)

(1 − ) +

− −

1 −

(1 − +

− −

)

;

=Fm

0 = 1−

ln н−к−0

(18)

− −

Fm=1

Наклон равновесной и рабочей линий одинаков

−

0 = ∫

н к

(1 −

) − −

(− −

)

= −

(из 16)

= −

(из 17)

−

к н

+ 0

−

0 =

(19)

− +

II.Концентрации не малы, процесс изотермический, коэффициенты массопередачи слабо зависят от

концентрации
концентрации
	= ∫ (1 − )( − )

(1 − ) = (1 − )

= (1 − )

1 −

= н 1 − н

(1− )

(20)

∫ н

(1− )2( − )

0 0

= ( )

Ограничений на кривизну линий не накладывается

≈

Для постоянного Ky необходимо, чтобы 1

Если

1 , то следует записать по жидкой фазе

≈

= н(1− н) ∫ к

(21)

(1−)2( − )

Другой случай, когда в обеих фазах МИС

− [ −

( )] = 0

− )

= (1 − )

1 −

к = н

1 − н

−

1 −

= 0

н − [ − ( )]

н н

н 1 −

− к − +

н н

1к −

н к

н н к

− [ − ( )] = 0

(

− )

= (1 − ) [ − ( )]

−

= (1 − ) − ( )

−

= ∫

н к

−

= − ( ) (22)

(МИС+МИС)

Расчёт высоты колонных аппаратов при ступенчатом контакте фаз

В тарельчатых аппаратах взаимодействие фаз рассматривают только на тарелках. За пределами тарелок фазы не взаимодействуют

I.Метод теоретической тарелки

Фазы, покидающие тарелку, находятся в состоянии равновесия (достигли состояния равновесия)
( +1)		( )
		н

= ŋт – число реальных тарелок

II. Метод, основанный на понятии коэффициента массопередачи (на уравнении массопередачи)– приходит на тарелку, – покидает тарелку, Ŋ – средний КПД ступени по колонне,

		−
	−1 н
−1
1) КПД Мерфри =		− (	)

Показывает, во сколько реальное изменение концентрации отличается от изменения концентрации на теоретической тарелке

МИС+МИС =

н−к

(22)

− ( )

−

−1

= [

−1

− ) = − 1

0 −

( ) = − (

) +

−

− (

)] − (

= 1 −

−1

(23)

1−

= ∫н

−

− ( )

= ∫ −

( ) = ln

−1

− ( )

−

− ( ) =

−1

− (

−

[

− ( )]−(

− )

= 1 −

= 1 − −0

(24)

−1

)

−1

− (

)

−1

E0 – локальная эффективность по Мерфри (без учёта реальных факторов брызгоуноса, байпасирующей жидкости и др.)

EMy – реальный КПД Мерфри

( )

= (

)

19. Вывести формулу для расчета минимального флегмового числа при непрерывной ректификации. Какие принципы используют для оптимизации при определении флегмового числа?

Упрощающие допущения графического метода анализа работы и расчета ректификационной колонны.

5)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;

6)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. ;

7) При испарении жидкости в кипятильнике не происходит изменения ее состава. Следовательно, состав пара, образующегося в кипятильнике, соответствует составу кубового остатка, т.е. = ;

8)Теплоты смешения компонентов разделяемой смеси равны 0.

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

Вывод формулы для расчета минимального флегмового числа при непрерывной ректификации

При пересечении рабочих линий в точке b рабочие концентрации равны

∆ = 0 0

равновесным, что возможно только при бесконечно большой поверхности массопередачи, так как при этом ср .

В этом случае (линия ad1 на графике) флегмовое число должно быть минимальным, а величина отрезка B – максимальной.

+ 1

∙ + + 1

Уравнение рабочей линии верхней части колонны:

Преобразовав уравнение рабочей линии верхней части колонны к

линейному виду, получим:

y = A x + B, где

B =

xр ;A =

R+1

В нашем случае:

или

= р− (Bmax определяется графически)

Из уравнения рабочей линии верхней части колонны для рассматриваемого случая:

+ 1

Откуда последует, что:

= /( ) =

−

+ 1

( −

) = (

( − ),

Решая уравнение относительно Rmin, получим:

( − )

= ( − ) +

(

− ),

( − − + )

= −

−

= р

−

Выбор рабочего флегмового числа

Вопрос выбора оптимального флегмового числа наиболее правильно

решать путем технико-экономического процесса.

•

↑ Эксплуатационные затраты ↑

Поскольку:

•

↑ капиталовложения ↓ (до определенного значения R)


	• При последующем ↑		↑ доп	↓	к	↑ ↑ капиталовложения ↑
опт		орош.колонны	пара		к	к
	определяется по соответствующему графику из минимума на линии общих затрат.

величина 0		( + 1) характеризует как
величина 0		( + 1) характеризует как
0	( + 1) = ( ) вместо величины 0
и	капитальные вложения.		Для

поставить			Т( + 1).

Для упрощения выбор оптимального флегмового числа проводят по

следующей методике:

1)	Задать ряд значений Rв пределах		< < ∞;
2)	Получить ряд положений рабочих линий на диаграмме y-x с точками

пересечения (1,2,3) по вертикали с абсциссой ;
3)	Определить для этих положений рабочих линий соответствующие
числа единиц переноса 0		;
числа единиц переноса 0		;
				( + 1) = ( )
4)	Построить графическую зависимость 0			( + 1) = ( )
					~ , ( + 1)~ ,
			~ , 0 ( + 1)~ ~

				Таким		образом,
			эксплуатационные затраты, так
			упрощения построения графика
			на	оси	ординат	можно

<<< < Предыдущая 1 23 / 43 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке экз

#
10.11.20194.95 Mб25Ekzamen_-_Otvety_-_1_shpargalka_-_2004.pdf
#
10.11.20195.28 Mб18Ekzamen_-_Otvety_-_2_shpargalka_-_2004.pdf
#
10.11.20191 Mб24Ekzamen_-_Otvety_-_3_shpargalka_-_2004.pdf
#
10.11.20192.14 Mб125Otvety_na_1_vopros_PAKhT.docx
#
10.11.20191.73 Mб74Otvety_na_1_vopros_PAKhT.pdf
#
10.11.20193.29 Mб82Otvety_na_2_vopros_PAKhT.docx
#
10.11.20192.61 Mб111Otvety_na_2_vopros_PAKhT.pdf
#
10.11.20193.04 Mб140Otvety_na_3_vopros_PAKhT.docx
#
10.11.20191.54 Mб95Otvety_na_3_vopros_PAKhT.pdf
#
10.11.20198.11 Mб45Pakhom_Timyanovich.pdf