Расчет нормализованного конденсатора (стр. 1 из 3)

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра химической технологии и промышленной экологии

Контрольная работа № 2

по расчету нормализованного конденсатора

Выполнила

студентка III-ЗФ-240403 гр. №19

Е.А. Рябинина

г. Самара 2010 г.


Пункт 1

Определим мольную долю каждого компонента в составе конденсирующегося пара. Для этого сделаем пересчет из массовых процентов в мольные доли по формуле:

,

где

- соответственно массовые проценты бензола и толуола в составе конденсирующегося пара,
- мольные доли этих компонентов, М1 –мольная масса бензола, М2 – мольная масса толуола.

Мольная масса второго компонента:

.

Если расчет выполнен верно, то сумма мольных долей должна быть равна 1.

Проверяем:

.

Мольные доли компонентов определены правильно.


Пункт 2

Определение температуры начала конденсации пара.

Так как конденсируется не чистый компонент, а смесь паров двух компонентов, то такой пар начнет конденсироваться при одной температуре (мы ее обозначаем

), а закончит при более низкой (эту конечную температуру мы обозначаем
).

Для нахождения температуры начала конденсации пара заданного состава при заданном давлении используется уравнение изотермы паровой фазы:

где Р- давление, при котором проводится процесс конденсации; Р1 - давление пара чистого бензола, Р2 - давление пара чистого толуола, у1 – мольная доля бензола, у2 – мольная доля толуола. необходимые для расчета давления паров чистых компонентов Р1 и Р2 можно рассчитать по уравнению Антуана

где А,В и С – коэффициенты уравнения Антуана. Для бензола и толуола значения этих коэффициентов равны:

Компонент

А

В

С

Бензол

15,9008

2788,51

-52,36

Толуол

16,0137

3096,52

-53,67


Необходимо отметить, что в результате расчета по уравнению Антуана давление будет иметь размерность мм рт.ст.

Расчет температуры начала конденсации пара выполняем методом последовательного приближения.

1. Задаемся первым предполагаемым значением температуры 109о С.

2. Для этой температуры по уравнению Антуана находим давления паров чистых бензола Р1 и толуола Р2 .

Выполнив аналогичный расчет для толуола, получим:

Проверим полученное значение суммы уравнения изотермы паровой фазы. Если бы мы «угадали» значение температуры начала конденсации пара, то сумма получилась бы равной 1. Но мы конечно же «не угадали» эту температуру. Поэтому значение суммы будет или больше (если мы задались слишком низкой температурой), или меньше 1 (если взято слишком большое значение температуры).

Все давления, входящие в уравнение изотермы паровой фазы, должны быть выражены в одних единицах. система СИ требует использования только паскалей. Но в этом случае нам придется постоянно переводить мм рт.ст. в паскали. Проще один раз перевести общее давление Р в мм рт.ст. путем деления заданного значения на 133,3 (Р=170000/133,3=1275мм рт.ст.). Тогда получим

.

Как видим, значение суммы оказалось больше 1.

Задаемся вторым значением температуры начала конденсации пара 113о С и повторяем расчет.

.

Теперь значение суммы получилось меньше единицы, что хорошо – мы теперь примерно знаем, между какими значениями лежит искомая температура начала конденсации пара.

Для нахождения искомой температуры начала конденсации используем метод подобия треугольников АВС и ADF.

Из этого подобия следует, что

. Если теперь найти неизвестный нам отрезок DF и прибавить его значение к температуре, для которой получилось большее значение суммы, то в результате получим:

.

Тогда температура, при которой сумма левой части уравнения изотермы паровой фазы будет равна единице, составит

,

где t tНК – начальная температура пара на входе в конденсатор (температура начала конденсации пара).

Пункт 3

Определение температуры конца конденсации пара. Это та температура, при которой пара больше нет. Вместо него появилась жидкая фаза. Поэтому расчет искомой температуры t1 K теперь будем вести по уравнению изотермы жидкой фазы.

где х1 – мольная доля первого компонента (в нашем случае это бензол) в составе образовавшегося конденсата, х2 – мольная доля второго компонента (в нашем случае это толуол). Понятно, что у11 , а у22 . Т.е. численные значения концентраций остались прежними, изменилось только обозначение.

Нахождение искомой температуры t1 K проводим точно также, как и t .

1. Задаемся первым предполагаемым значением температуры 95о С.

2. Для этой температуры по уравнению Антуана находим давления паров чистых бензола Р1 и толуолаР2 .

Выполнив аналогичный расчет для толуола, получим:

Находим значение суммы:

.

Значение суммы получилось больше 1. Это означает, что температура взята слишком высокой. Понизим температуру до 85о С и повторим расчет:

Выполнив аналогичный расчет для толуола, получим:


Находим значение суммы:

.

Используя уже знакомый нам прием, из подобия треугольников АВС и ADF, найдем катет DF:

Тогда значение искомой температуры конца конденсации пара будет равно:

.

Итак, поступающий в аппарат пар начнет конденсироваться при температуре

, а закончит при
.

Для дальнейших расчетов нам потребуется средняя температура конденсата в аппарате. Найдем ее как среднее арифметическое:

Пункт 4

Определение тепловой нагрузки конденсатора Q. В этом разделе нам нужно определить количество теплоты, которое передает конденсирующийся пар воде. Для этого нужно составить тепловой баланс, который для рассматриваемого случая выглядит так:

где G1 - секундный расход пара; r1 - удельная теплота парообразования (она же теплота конденсации); G2 – расход охлаждающей воды; с2 – удельная теплоемкость воды; t2 H t2 K – начальная и конечная температура воды.

Удельную теплоту конденсации пара найдем по правилу аддитивности по формуле:

.

Здесь rбен и rтол – удельные теплоты парообразования бензола и толуола при средней температуре конденсации t1ср =100о С, а

- массовые доли первого и второго (в нашем случае бензола и толуола) компонентов в составе конденсирующегося пара.

Находим удельные теплоты парообразования бензола и толуола при температуре 100о С.

.

Теплота конденсации смеси составит:

.


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.