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

ратура воды

t = 20° С; коэффициент

диффузии

SO2 в воздухе Dr =

= 0 , 1 2 - Ю - 4 мг/сек;

коэффициент

диффузии

S0 2

в воде

£ > Ж =1,6Х

Х І 0 - 9 м2/сек;

коэффициент

смачиваемости

насадки ф = 1 ; равно­

весная линия является прямой с тангенсом угла

наклона k = 20;

средняя движущая

сила процесса А с р = 0,005.

Р е ш е н и е .

1. Определяем высоту единицы переноса

для газо­

вой фазы.

Массовая

скорость

газа

G

2860

п ~ к

,

,

W * ~

36005 ~~

3600 • 2,27 ~ ~ U ' d D

кг1М~

'

СЄК-

Критерий Рейнольдса

(12-12):

DP

_

4-0,35

о 7

с

К Є

г —

200 • 0,186 • 10-4

, 3 / D -

Диффузионный критерий

Прандтля

р

' _ .

Иг

_

0,186-10-4

л

^ Г г

— P

r D r

~" 1,165 - 0.12 • 10-4

По формуле

(12-15) вычисляем

высоту

единицы

переноса: -

,

8,13-0,74

О7с0,25

л ,nVi

п л а

К——j

> 2 0 Q

3/6

• 1,32'3 =0,16

м.

2. Определяем высоту единицы переноса

для жидкой

фазы.

Массовая скорость жидкости:

,yr

L

68 650

о

.

, о

W

* ~

3600 • 5

~~ 3600 • 2,27 ~ 6

,

4 к г ' М

" ' С Є К -

Критерий Рейнольдса

(12-13):

Г?р —AW™

4

' 8 '

4

IRQ

fv-ж.

200 • Ю-з—

l u o

>

здесь (.1=1 спз=

1 • Ю - 3 н-сек/м2-—вязкость

воды при 20°С.

Диффузионный критерий

Прандтля

Рг'

^

-

1

• 1 0 - 3

figq

~ Р я А к

looo • 1.6 • ю-з — D Z U -

Приведенная толщина

пленки

v 0,33

(1 • 10-3)2

0,33

~ 1

?и

10002 . 9,81

. =0,467

п р , ш

_

0.05 — 0,002 _ Q

fi

" ' ~

0,005

— J

. b -

FP = 0,48Z,

где Yp и X — содержание

аммиака в газе (кг/кг

инертного газа) и

в жидкости

(кг/кг воды).

(в мм. рт. ст.), ха­

Задача 2. Определить

коэффициент Генри

туре 50°С

и давлении 0,981 бар (1 кгс/см2).

При данных

условиях

зависимость равновесной

концентрации

SO2 в газе

(кг/кг

воздуха)

от концентрации SO2 в

растворе

(кг/кг

воды)

выражается

урав­

нением

У = 24,7Л".

Задача

3.

Определить

растворимость

сернистого

ангидрида

(SO2) в воде

при давлении

0,98 бар и температуре

18° С,

если со­

держание SO2 в газовой

смеси с воздухом

равно

35 вес. %•

Задача

4. Какому содержанию

S0 2

в газе соответствует

рас­

творимость

сернистого

ангидрида

в воде,

равная

2,95 г

S0 2 на

100 г воды при температуре 10° С и давлении 1,96

бар?

Задача

5.

Определить

растворимость

сернистого

ангидрида

40° С, если раствор содержит 4,94 вес. % связанного S0

2 . В газовой

смеси (S0 2 +воздух) содержится 80 вес. % SO2.

поглоще­

Задача 6. В

абсорбере диаметром

1,6

м происходит

ние SO2 водой на беспорядочно

засыпанной

насадке

из колец

раз­

мером 15x15x 2

мм (удельная

поверхность

насадки

f = 330

м2/мг,

свободный объем

є ==0,7). Определить

сопротивление

слоя

насадки

высотой 2,4 м, если расход инертного газа

15 000 кг/ч,

температура

газа 40° С и плотность орошения (7 = 9,1 м3/м2

• ч.

Задача 7. По условиям задачи 6 определить высоту

единицы

переноса для газовой фазы при давлении 0,981 бар

(1

кгс/см2).

Коэффициент смачиваемости насадки tp = 0,65.

Задача 8. В абсорбере с насадкой из правильно

уложенных

колец размером

80X80X8 мм

(удельная

поверхность

f = 8 0

м2/м3,

свободный объем

є =0,72)

вода поглощает SCb из газовой

смеси

SO-: — воздух. Расход воды

18 000 кг/ч, ее средняя

температура

20° С. Определить

высоту единиц переноса для жидкой

фазы,

если

/ — сернистый

углерод;

2—метиловый

спирт;

3 — этиловый

спирт;

4 — уксусная

кислота;

5 — скипидар . I мм рт. ст. = 133,3

чім-

3. Расход водяного пара

при перегонке не

смешивающихся

с водой веществ определяют по формуле

-Онер

.Л?*

„

'

(13-1)

П С Р

МперАіер?

где

Gn — количество водяного пара,

уходящего с перегоняе­

мым веществом, кг;

Мв,

Gnep — количество перегоняемого вещества, кг;

.Мпер — молекулярные массы

воды

и перегоняемого

веще­

ства;

Рв,

Рпер — парциальные

давления

водяного пара и пара

пере­

гоняемого вещества;

ср — коэффициент

насыщения водяных

паров, уходящих

из аппарата,

парами

отгоняемого

вещества; <р =

считывают по формуле

GF=GD+Gw,

(13-2)

где

Gj?—количество исходной смеси, кг/сек

(кмоль);

GD — количество дистиллята, кг/сек

(кмоль);

Gw — количество кубового остатка, кг (кмоль).

Баланс низкокипящего

компонента

GFXF =

GDXD+ GWXW,

(13-3)

где

xF, xD, X\Y

— содержание

низкокипящего

компонента в исход­

ной смеси, дистилляте и кубовом остатке, моль­

ные или массовые доли.

Количество

дистиллята

Go-

GfZ^

•

(13-4)

у = R лЧ

—

(13-5)

-> R +1 л і R+1 '

v

'

где у — мольная доля легколетучего

компонента

в паре, входя­

щем снизу на тарелку;

У = RR%F\ * - - 7 П Г Г

( 1 3 " 6 >

Флегмовое число

(13-7)

где вф — количество флегмы, кг

молей/сек.

6. Минимальное сЬлегмовое число

Рабочее флегмовое число находят из выражения

# = (!,2-*-2,5)#т ,„,

(13-9)

или определяют по формуле

R=l,3Rmin

+ 0,3.

(13-10)

Qi =

GFcFtF,

(13-12)

где

cF — теплоемкость исходной смеси, кдж/кг

•

град;

tF— температура исходной смеси, °С.

Количество тепла, вносимое флегмой

Qz = GDRcDtD,

(13-13)

где

tD — температура дистиллята, °С;

R — рабочее число флегмы.

Тепло, вносимое греющим

паром в калорифер, равно:

Q3 = D{in — Q,

(13-14)

где

D — расход греющего пара,

кг/сек;

t'n — теплосодержание греющего пара,

кдж/кг;

in — теплосодержание конденсата,

кдж/кг.

Количество тепла, уносимое парами, поднимающимися с верх­

ней тарелки

Qi = GD(l+R)(r

+ cDtD),

(13-15)

где

г — теплота

парообразования

легколетучего

компонента,

кдж/кг.

Тепло, уносимое остатком,

Qb = GwtwCw,

(13-16)

где

С\у — теплоемкость остатка, кдэю/кг •

град;

tw— температура остатка, °С.

Уравнение теплового

баланса

для

ректификационной

колонны

имеет вид:

Qi+Qz+Qa^Qb+Qs

+

Qm

(13-17)

где

Qn — потери тепла.

Расход греющего пара

D_Qi

+ Q5+

Qn-(Qi

+ О2)

(13-18)

9. Количество

тепла,

получаемого

кипящей

жидкостью в кубе

от греющего пара, находят из теплового баланса

колонны

QK = QD+ GWCw

(tw

—

tF) —

GDcD(tF

—

tD) + Q N ,

(13-19)

где

Q K — количество

тепла,

переданное

в

кубе

от

греющего

пара, вт;

QD — количество

тепла,'отнимаемое

в

дефлегматоре

водой от

конденсирующегося

пара, вт;

tF, tD и

tw — температуры

исходной жидкости, дистиллята и

кубового остатка, °С;

CD,

C\Y — теплоемкости

дистиллята и кубового остатка,

Давление насыщенного пара 2 кгс/см2.

Степень

насыщения

водя­

ного

пара

скипидаром ф = 0,8. Найти

расход пара на

перегонку

скипидара,

если

исходная

смесь подается

при

температуре /Н ' =

=

15° С, потери

тепла в окружающую

среду составляют

12% от

тепла на нагрев и испарение смеси.

Р е ш е н и е .

1. Молекулярная масса

скипидара

равна

М с

к = 1 3 6 ,

теплоемкость с с к = 1,76 кдж/кг,

теплота парообразования 310

кдоіс/кг.

По рис. 13-1 парциальное давление воды

р в

= 645

мм рт. ст., скипи­

дара р с к = 1 1 5

мм рт. ст. при температуре кипения смеси / К Ш і = 9 6 ° С .

Молекулярная масса воды У И в = 18.

2. Количество водяного пара, уходящего вместе с паром скипи­

дара, находим из выражения

(13-1):

GB =2000 • 0,92

1 1 5 6 4 і з 6

1 8 0

8

= 1 7 1 0

кг.

3. Расход тепла на подогрев исходной смеси скипидара и воды

до температуры кипения

Qnarp=

QCK4~ QB = GCKCOK (*КИП

*н) + G B C B (*кіш— *п)

=

= 2000 • 0,92 • 1760 • (96 — 15) + 2000 • 0,08 • 4190 (96 — 15)

=

=

804 000

кдж.

t

4.

Расход тепла на испарение скипидара

(? и с п =(5скГск = 2000- 0,92 -310-

103 =570 000

кдж.

5.

Общий расход тепла

Qo = Qsarp + Qnon + QHOT = (804 000 + 570 000)

1,12 =

1 540 000

кдж.

скипидаром,

имеет

температуру £ П = 1 2 0 ° С .

Пар

охлаждается

до

температуры кипения смеси скипидара, при этом выделяется

тепло

(Эвыд=О в с в . „(/ п — ^ип) = 1710-1970(120 —96) = 81 ООО кдж,

где св.и=

1970 дж/кг

- град

— теплоемкость водяного

пара.

Расход конденсирующегося водяного пара равен

Qo

Овыд

1 540 000 — 81 000

=631

кг,

"коид

_ j ,

2710 — 403

где i " = 2710

кдэю/кг — теплосодержание

водяного

пара при

р =

= 2

кгс/см2;

Г = 4 0 3

кдою/кг — теплосодержание

конденсата

при

гКип =

Общий расход пара

= 96° С.

G = GB+GK0„R=

1710 + 631 =2341

кг.

О т в е т :

2341 кг.

Пример 3. В ректификационную колонну непрерывного дейст­

вия поступает смесь метилового спирта с водой. Ректификация

про­

изводится

при атмосферном

дав­

лении.

В исходной

смеси

содер­

жится

28,5 мол. %

метилового

спирта,

в дистилляте

98 мол.%-

Определить

минимальное

флег-

мовое число.

Р е ш е н и е .

Содержание

лег­

колетучего компонента в паре ур

находим по

равновесной

кривой

(рис. 13-2),

построенной

по экс­

периментальным данным. При со­

держании

метилового

спирта в

исходной

схеме xF=0,285

моля,

КІТ = 0,65 моля. Содержание

мети­

лового

спирта

в дистилляте

л"в =

Рис.

13-2 (к примеру 3)

= 0,98

моля

задано.

Минималь-

ное флегмовое число рассчитываем по уравнению

(13-8)

0,98 — 0,65

= 0,903.

0,65 — 0,285

О т в е т :

0,903.

Р е ш е н и е .

1. Строим

диаграмму равновесия жидкости и пара

смеси

вода—уксусная

кислота

(рис.

13-3).

Из

точек

на оси

абс­

у

цисс Хо,

Xiv и

Хр восстанавливаем

вертикали до пересечения с диаго­

і

налью в точках А и С и кривой

рав­

новесия в точке В\.

Количество воды,

г

іі

содержащееся в паре исходной сме-

сиг уР

= 0,421.

V

і

2.

Находим

минимальное флег-

- h

г

і

мовое

число

по формуле (13-8):

і

п

-

0.96-0.421

$

У\

і

Амин

0,421—0,30 ~" ' ° '

і

і

3.

Принимаем

коэффициент

из­

і

і

бытка

для флегмы равным 1,7, тог­

х„ 0J

0,2

XіF

0.U

0,5 0,6 0,7

0,8

0,9XD\0

да рабочее флегмовое

число

Рис.

13-3

(к

примеру 4)

/? =

1,7 -4,45

=

6,67.

4. Уравнение рабочей линии для укрепляющей части колонны

рассчитываем по уравнению (13-5):

6,67

0,96

6,67

+ 1

•х-

6,67 + 1 • = 0 , 8 7 х + 0 , 1 2 5 .

На оси .ординат

отложим

отрезок О£> = 0,125

и нанесем линию ра­

1,7-

13 = 22, в нижней —1,7-

10 = 17, всего 39 тарелок.

О т в е т : 39

тарелок.

Пример 5. Для отгонки скипидара из смеси его с метилсульфи-

дом

применяется периодическая

перегонная колонна.

Исход­

ная смесь в количестве Gjfr=1000 кг

содержит метилсульфида aF =

= 30 вес.%,

в дистилляте

й.о = 96%,

в кубовом остатке

aw =

= 6 вес.%. Определить количество дистиллята и остатка.

Р е ш е н и е . Составим

уравнения

материального баланса (13-2)

и баланс низкокипящего

компонента

(метилсульфида) (13-3):

1000 =

GD+GW;

1000 • 0,3 = GD0,96+

GV0.05.

непрерывного

действия под

атмо­

сферным

давлением. Исходная смесь

Дистиллят Go,tD

в количестве Г т/ч подается

нагре­

той до температуры

кипения.

Дис­

Флегма

тиллят содержит

95 вес. %

спирта,

остаток

2 вес. %.

Исходная

смесь

подается

при

28,5

вес. %

спирта.

Потери

тепла

принять

равными

6000 кдж/ч.

Строим

диаграм-

Исходная ,

Р е ш е н и е . 1.

смесьв^

\

му t — х,

у

по

экспериментальным

данным

(рис. 13-4). По

этой диа-

t'c

100\

Остаток

90 I '

W W I

ТО

I

—

s i

60 ь -

*

і

і*

so lb

*

I

і

x» 0,1 0,2 0,3 ОМ 0,5 0,6 OP 0,8 0,9 1JlX;y

Рис.

13-4 (к примеру 6)

Рис.

13-5 (к примеру 6)

tp + t w _

78 + 99

= 89°С.

2

2

cD = caD+cw{i

— aD) =2,85-0,98+4,19(1 — 0,98) =

= 2,874 кдж/кг • град.