Процесс выпаривания растворов (стр. 6 из 7)

Отсюда следует, что при конденсации в колонне 1 кмоль ВКК испаряется 1 моль НКК, т.е. мольное количество паров, поднимающихся по колонне постоянно.

2. Состав пара y_D, удаляющегося из колонны в дефлегматор, равен составу дистиллята х_Р. При этом допускается, что укрепляющим действием дефлегматора в процессе конденсации в нем паров можно пренебречь и принять

, гдеу_Р - состав дистиллята в паровой фазе.

3. Состав пара yW, поднимающегося из кипятильника в колонну, равен составу жидкости xW, стекающей в кипятильник из нижней части колонны. В этом случае пренебрегают исчерпывающим действием кипятильника, т.е. изменением состава фаз при испарении в нем жидкости.

4. Теплоты смешения компонентов разделяемой смеси равны нулю.

5. Исходная смесь поступает в колонну нагретой до температуры кипения.

35. Уравнение рабочих линий

Для получения уравнений рабочих линий используем общее для всех массообменных процессов уравнение, выразив применительно к ректификации входящие в него концентрации в мольных долях

, т.к баланс по распределяемому компоненту: , то: , в итоге получим: .

Укрепляющая часть колоны. L=Ф=PR, количество поднимающихся паров: G=P+Ф=P (R+1), y_G=y_p и согласно допущению y_p=x_p, значит y_к=x_p. Подставляя данные получим:

.

Исчерпывающая часть колонны. L'=Ф+F=P (R+f) G'=G=P (R+1) x_к=x_Wy_н=y_W=x_W. Подставляем:

.

36. Построение рабочих линий по y-xдиаграмме

Для построения рабочих линий откладывают на оси абсцисс диаграммы составы x_W, x_F, x_p. Учитывая принятые допущения о равенстве составов пара и жидкостей на концах колонны, строят y_p. Величина Rизвестна, на оси ординат откладывают B=x_p/ (R+1), соединяют с точкой a. Из x_fподнимают перпендикуляр, получают точку b. ab - раб. Линия укрепляющей части колонны. В точке x_W- перпендикуляр до точки C. b_c - рабочая линия исчерпывающей части колонны. НКК переходит в паровую фазу, стремящуюся к равновсию с жидкой фазой.

37. Минимальное и действительное флегмовое число, связь с размерами аппарата и расходом тепла в кубе колонны

При заданном составе дистиллята величина отрезка В зависит только от флегмового числа. С уменьшением R отрезок В увеличивается и рабочая линия как бы поворачивается вокруг точки а. Однако величину R можно уменьшать только до некоторого предела, определенного движущей силой процесса массопередачи между жидкой и паровой фазами. С уменьшением R точка b перемещается по вертикали и движущая сила снижается, пока не превратится в нуль. При этом рабочая линия отсекает от оси ординат максимальный отрезок, которому при заданном составе исходной смеси соответствует минимальное флегмовое число R_min.

Отметим, что в некоторой точке, лежащей на вертикали с абсциссой xF выше линии равновесия, рабочие линии пересечься не могут, так как в этом случае движущая сила будет отрицательной, что лишено физического смысла.

Очевидно, что нижнее предельное положение рабочих линий должно соответствовать точке их пересечения с диагональю диаграммы.

При этом B=B'=0, что истинно только при бесконечном флегмовом числе (R=∞). Поэтому действительное флегмовое число Rд, при котором должна работать колонна, находится в пределах от Rmin до R=∞.

Рациональный выбор действительного флегмового числа представляет собой сложную задачу. Это объясняется тем, что флегмовое число определяет в конечном счете размеры аппарата и расходы теплоносителей (греющего пара в кипятильнике и воды в дефлегматоре). Следовательно, от значения флегмового числа зависят капитальные и эксплуатационные расходы на ректификацию.

C увеличением флегмового числа высота аппарата уменьшается, а расход теплоносителей возрастает. Вместе с тем с ростом R возрастает количество орошающей жидкости и поднимающихся паров, поэтому увеличивается диаметр аппарата, при прочих равных условиях.

38. Тепловой баланс ректификации

Тепловой баланс ректификационной колонны. Приход тепла: С теплоносителем

в кипятильнике (Q_кип=I_кG_п), с исходной смесью (Q_F=Fi_F), с флегмой (Q_Ф=Фi_Ф). Расход тепла: с парами, поступающими из колонны в дефлегматор (Q_G=GI), с остатком (Q_W=Wi_W), потери тепла (Qп).

I_к, I, i_F, i_W и i_Ф - энтальпии соответственно греющего пара, паров, выходящих из колонны, исходной смеси, кубового остатка и флегмы. Приравнивая приход и расход тепла, получим уравнение теплового баланса

Решая уравнение относительно расхода греющего пара в кипятильнике, получим

Потери тепла в окружающую среду обычно выражают в долях тепла, подводимого в кипятильник, т.е. принимают Qпот=αQкип, где при наличии хорошей тепловой изоляции α=0,03-0,05. Тогда окончательно уравнение примет вид

39. Расчет числа ступеней ректификации

а) R - бесконечное, б) R-минимальное.

40. Рекификация многокомпонентных смесей

В промышленностти часто разделяют не бинарные, а много компонентные смеси. В отличии от бинарных смесей, обладающих двумя степенями свободы, у многокомпонентной смеси число степеней свободы равно числу комнонентов.

Число колонн для ректификации многокомпонентной смеси должно быть на 1 меньше, чем число компонентов, которые требуется разделить.

а. компоненты А и В более летучи, чем С

б. компоненты В и С менее летучи, чем А

41. Сушка, способы и особенности процесса сушки

Сушка - сложный диффузионный тепло - и массообменный процесс. Скорость сушки определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду.

По способам подвода тепла выделяют следящие виды сушки:

конвективная сушка (непосредственное соприкосновение материала с сушильным агентом (обычно нагретый воздух, топочные газы))

контактная сушка (тепло передается от теплоносителя к материалу через стенку)

специальные виды сушки (радиационная (инфракрасными лучами), диэлектрическая (токами высокой частоты), сублимационная (сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме))

Выбор типа сушилки зависит от химических свойств материала. Так, при сушке материалов с органическими растворителями используют герметичные аппараты и сушку обычно проводят под вакуумом; при сушке окисляющихся материалов применяют продувку инертными газами; при сушке жидких суспензий используют распыливание материала.

42. Основные параметры влажного газа, I-x диаграмма

Абсолютная влажность, [кг/м³] - количество водяного пара в объеме влажного воздуха.

Относительная влажность (степень насыщения) - отношения массы водяного пара в 1м³ влажного воздуха при данных условиях к максимально возможной массе водяного пара в 1м³ воздуха при тех же условиях.

Влагосодержание - масса водяного пара во важном воздухе, приходящаяся на 1 кг абсолютно сухого воздуха.

Энтальпия - относится к 1 кг абсолютно сухого воздуха и определяется при данной температуре воздуха как сумма энтальпий сухого воздуха и водяного пара

I=с_{с. в.} t+xi_п

I-xдиаграмма влажного воздуха:

43. Изображение процессов при сушке на I-x диаграмме

Теоретическая сушилка Действительная сушилка

С предварительным прогревом по зонам

44. Примерный механизм процесса сушки

При конвективной сушке физическая сущность процесса сводится к удалению влаги из материала за счет разности парциальных давлений над материалом

и в окружающей среде . Процесс сушки происходит при условии, что . При равенстве парциальных давлений наступает состояние равновесия и процесс сушки прекращается. При этом в материале установится влажность, называемая равновесной . Если сушить материал до влажности ниже равновесной, то неизбежно наступит состояние, при котором , и материал начнет увлажняться. Этот процесс называют сорбцией. Обычно сушку ведут до равновесной влажности.