книги из ГПНТБ / Болдырев Ю.Н. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов целлюлозно-бумажного, лесохимического и гидролизного производств учеб. пособие для целлюлоз.-бумаж. техникумов

Q, =

Q0G =

9361 - - ^ = 3 7 5 0 0 0 0

кдж/ч.

Пример 5. Определить количество веществ, поступающих в ме­

ханическую колчеданную печь

производительностью 500

кг/ч.

Р е ш е н и е . В

печь

поступает колчедан,

азот

и кислород

воз­

духа.

J. Формула горения

колчедана

4FeS2+1102 = 2Fe2O3+8SO2.

480 + 352 = 320 +

512;

2. Принимая, что в колчедане влага

составляет аур = 2%,

рабо­

чая зольность Л р = 1 8 % ,

теоретическое количество

кислорода,

необ­

ходимого для сжигания

1 кг колчедана должно быть

р.

352

80

~ J-Q

U 2 0 ~ " 4 8 0

Ї 0 0 " ~ и ' Й У K Z ;

3. То же при

избытке воздуха

а = 2,1

с

учетом

формулы

(10-14)

0 2 = 2,1 • 0,59-500 = 619 дг;

4. Теоретическое количество воздуха на 1 кг колчедана

О 2 0

0,59

=2,56 кг,

0

0,23

0,23

печи 500 кг/ч составит

1 = 2,56-2,1 • 500 = 2690 кг/ч;

6. Количество

азота, поступающее в печь

с воздухом, равно

VNl

=0,77 • L = 2690 -0,77 = 2070

кг/ч,

уходящего

из печи производительностью 500 кг/ч.

Теплоемкость

газов равна

при £=650° С для S0 2 — 0,482, для N2 и Ог — 0,324.

Р е ш е н и е . Тепло уходит

из печи с продуктами

горения,

огар­

ком, охлаждающим воздухом и рассеивается в окружающую

среду

конвекцией

и излучением.

•,

__ 4,01- 7,3

„ 0

3.

K so,+so3 —

100

~ v > 6 т

'

l/ N : + o, = 4,01—0,3 = 3,71

нм3,

тогда

Q i = (0,3 • 0,482+3,71 • 0,342)650 • 500 = 437

125 ккал/ч =

= 1 840 000

кдж/ч.

2. Для определения количества тепла Q2, уходящего с огарком»

ланса), температуру огарков £=185° С, теплоемкость

огарков при

этой температуре с=0,18 ккал/кг

• град, тогда

Q2 = 0,18- 185-365=12 155 ккал!ч = ЪШ

кдж/ч.

3.

Тепло, уносимое с воздухом Q3 охлаждающим

вал и ручки

печи,

рассчитаем, приняв расход воздуха GB = 6,5

кг

на

1 кг кол­

чедана, температуру поступающего воздуха £B = 20°C и температуру

уходящего воздуха £у х = 250°С,

теплоемкость воздуха

с в

= 1,0. При

этих условиях

Q3

= 6,5-500- 1,0(250 —20) =748 000 кдж/ч = 183 000

ккал/ч;

приняв его равным 2% от теплотворности

сжигаемого колчедана

Qp = 5696 кдж. Следовательно,

Q4 = 0,02 • 5696 • 500 = 56 960 кдж/ч

= 13 550 ккал/ч.

Ср

0,20;

Sp

0,01;

Л р . .'

0,25

Нр

0,02;

Op

0,12;

w?

• . 0,40

( F e S 2 ) p ,

%

"У %

F e p , %

sp. %

2

18

37,2

42,8

80

Р а з д е л

IV

МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Тема 11. Теория процессов

массопередачи

Основные понятия

и расчетные

формулы

1. При рассмотрении процессов массообмена применяются сле­

дующие способы выражения состава фаз.

Весовые доли:

G

G

« А = - £ - ;

ав—тг

•••>

( п - 1 )

где

G — масса всей фазы, кг;

GA,

G B — массы компонентов А, В . . . кг.

Молярные доли:

^ А — ^ ;

* в = - # - . . . .

(п-2)

где

п — количество киломолей в фазе;

ПА,

" В — число киломолей компонентов А, В.

Объемная концентрация:

c A = - ^ = - % L = f l A p ;

с в = ^ = я в р . . . .

(и - з)

где V — объем фазы, м3;

кг/м3.

р — плотность смеси,

Объемная концентрация газообразной смеси:

Г -

М*Р*

. С

_ МВРВ

П

и 4 )

где MA, MB- . • — молекулярные массы

компонентов;

РА,

рв- • • — парциальное давление компонентов;

R — газовая

постоянная

(8314

дж/кмольград);

Т — температура смеси, °К.

Состав фаз может

быть выражен

в весовых или молярных про­

компонента

М определяют из

материаль­

А

/С

ного

баланса

массообменного

аппарата:

М== G (Yi — У2) = L {Xi — Х2),

(11-13)

где

Y\,

У2 — начальное

и конечное

содер­

жание данного компонента в

В

носителе G (например, газе);

А'о, Xi — начальное

и конечное

содер­

жание этого же компонента в

носителе L

(например, жид­

*2

ij

л

кости).

Соотношение между

количеством но­

Рис.

11-1. Диаграмма

сителей в обеих фазах

X—

Y.

ОС—

линия

равновесия;

G

Х\ — Х> кг\кг.

(11-14)

АВ — рабочая

линия

Зависимость

между

неравновесными

составами

фаз У, X в лю­

бом сечении

аппарата

характеризуется уравнением

рабочей линии:

Y=Y2+l{X

— X2).

(11-15)

В системе координат X—У рабочая линия является прямой, ко­

торая проходит через точки с координатами А'2, У2 и

Xi,

Yi (на

рис.

11-1 это линия АВ).

3.

Разность

концентраций — рабочей

концентрации

вещества

в

одной

из

фаз и

равновесной

концентрации

данного

вещества

в

той

же

фазе — является

движущей силой процесса

массопере-

дачи Д.

Количество вещества, передшедшего из одной фазы в другую

при данной движущей силе Д, определяется уравнением

массопере-

дачи:

M = KFA,

(11-16)

где F — поверхность соприкосновения фаз, м2;

К — коэффициент

массопередачи,

размерность

которого

зави­

сит от единиц, принятых для выражения

движущей силы:

г

г М і

г

кг

і

t

'

[ F Д

J

[ м2

• сек • (ед. деиж. силы)

\ '

Движущая сила

процесса

массообмена может

быть

выражена

в виде разности объемных концентраций

(кг/м3),

тогда

M = KeF(Cv—C).

(11-17)

Размерность

коэффициента массопередачи в этом случае

[кс]=\ 2

кг

/ 3 1 = Г - * - 1 .

1

CJ

[м2

• сек • кг/м3

і

I сек J

При

массообмене

в газовой фазе

движущую

силу часто

выра­

КР=^КС.

(11-19)-

то

М = KF (хр

— х)

(11-20)

и коэффициент массопередачи равен:

К=

к=р.к

Е:

(11-21)

Мкх + /Ин (1 — х)

с

р ж 2 • сек {мол. доля)

4

'

К = рКс

= -тт- РКо — 5

—

т- •

(11-22)

г

с

Мк

р

м2 • сек • кг/кг

4

'

4. Коэффициент диффузии газа А в газе В (или наоборот)

при

температуре Т (°К) и давлении Р равен

г,

0,0043 • 1 0

— 4 Г 5 / ї

1 /

/" Л

;

І

сек,

, , ,

„„,

D——-гтп

г,яч9

т т - +

-ьг- м

(11-23)

^ ( " А

+ W B )

г

А

В

здесь ул и ив — молекулярные объемы газов А и В; некоторые

зна­

чения

v

приведены

в работе [33] стр. 575.

Если дан коэффициент диффузии D0

при температуре 7о = 273° К

и давлении Р о = 1 кгс/см2,

то при других условиях

он равен

D=D0

. ^ L . ( - ^ - ) 3

/ \

(Ц-24)

А о = А В Т ^ ( < / ° + ^

) 2

|

/ м

2 1

™

к >

(П-25)

здесь

р — вязкость растворителя при 20° С, спз;

А

и В — поправочные

коэффициенты: для

газов А = \, для

воды В =4,7,

для

метилового

и

этилового

спирта

В = 2 .

t:

Коэффициент диффузии в

жидкостях

при температуре

D = D20[[

+ b(t —20)].

(11-26)

» -

0,2 У7

(П-26а)

3 / - _ .

У Р

где р — плотность растворителя,

кг/м3.

5. При конвективной диффузии количество вещества,

которое

Af = B F A 4 a c T кг/сек,

(11-27)

где

F — поверхность соприкосновения фаз, м2\

Дчаст — частная движущая сила,

т. е. разность

концентраций

распределяемого вещества

в фазе и у поверхности фаз;

|5 —коэффициент массоотдачи, размерность

которого зави­

сит от размерности Дч а ст

и может быть такой же, как

6.

и у коэффициента массопередачи К.

Количество вещества, которое переходит из фазы G в фазу

L , определяют по формуле

M = KF(Y — YP),

(11-28)

'"-дГ

2 '3 , е-д7

где Ді и До — значения движущей

силы на входе и выходе из аппа­

рата.

ДІ

Если 2>—г—>0,5, то можно пользоваться формулой

д 2

д _

А, 4- А2

С Р

2

7. Рабочая высота

массообменного аппарата

рассчитывается

по формуле

где 5 — площадь поперечного сечения аппарата, м 2

\

f — удельная поверхность соприкосновения фаз в единице объ­

ема аппарата,

M2JM3.

Формула

(11-31) может быть записана в виде

H = nh,

(11-32)

здесь п--

Л

— число единиц переноса,

соответствующее из-

ср

Л = А і + — • /ц,

(11-33)

где

/SPi

высота единицы переноса для фазы G;

L

высота единицы переноса для фазы L ;

fSh

L

количеств носителя в фазах.

l=-fj—отношение

* i = 0,849;

х2=0,064;

* 3 = 0,087.

Весовые доли

вычисляем

по формуле (11-6),

результаты рас­

чета сводим в табл. 11-1.

Таблица 11-1

Результаты расчета весового состава

Компоненты

Молекулярная

Молярная

МКХК

Весовая

масса Мк

доля .i"K

доля aR

s o 2

64

0,849

54,34

0,906

28

0,064

1,79

0,030

44

0,087

3,83

0,064

Всего . . .

—

1,000

59,96

1,000