- •2.5. Содержание и выполнение курсового проекта
- •2.6. Содержание самостоятельной работы студента
- •3. Рекомендуемая литература
- •Статика процессов
- •2. Материальный баланс
- •3. Энергетический /тепловой/ баланс
- •4. Кинетика процессов
- •5. Основной размер аппарата
- •6. Технико-экономический анализ
- •1/ Физическое моделирование
- •2/ Математическое моделирование
- •3/ Элементное моделирование
- •1/ Разделение газовых неоднородных систем
- •2/ Разделение жидких неоднородных систем
- •Часть 4
- •3/ Псевдоожижение
- •4/ Перемешивание
- •1. Перемешивание газов.
- •2. Перемешивание ньютоновских жидкостей.
- •3. Перемешивание неньютоновских жидкостей
- •4. Перемешивание твердых сыпучих материалов.
- •Испытание элементного теплообменника
- •Конденсатор
- •Кипятильник
- •1. Тепловая нагрузка аппарата.
- •2. Средняя разность температур.
- •3. Расчётный коэффициент теплопередачи.
- •Выпаривание
- •Схемы выпаривания
- •Выпаривание
- •Некоторые свойства растворов при выпаривании
- •1. Растворимость.
- •2. Движущая сила и температурные депрессии.
- •3. Теплота растворения.
- •Многократное выпаривание
- •1. Материальный баланс.
- •2. Тепловой баланс.
- •Баланс тепла:
- •3. Полезная разность температур.
- •Распределение полезной разности температур.
- •4. Поверхность теплопередачи.
- •Оптимальное число корпусов выпарной установки.
- •5. Конструкции выпарных аппаратов.
- •Особенности расчёта коэффициента теплопередачи.
- •Перегонка Простая, периодического действия.
- •Непрерывная перегонка.
- •Перегонка с водяным паром.
- •Молекулярная перегонка.
- •Ректификация
- •Материальный баланс
- •Тепловой баланс
- •Уравнения линий рабочих концентраций
- •Оптимальное число флегмы
- •Ректификационные аппараты
- •См. Следующую страницу
- •Расчёт основных размеров колонного аппарата.
- •1. Диаметр колонны.
- •2. Высота колонны.
- •Расчёт тарельчатой ректификационной колонны.
- •Физические свойства компонентов.
- •Расчёты
- •1. Материальный баланс.
- •2. Флегмовое число.
- •3. Высота колонны.
- •4. Диаметр колонны.
- •5. Тепловой баланс.
- •Формы связи влаги с материалом
- •Параметры влажного материала.
- •Конвективная сушка. Параметры влажного воздуха.
- •Диаграмма состояния воздуха.
- •Статика сушки.
- •Материальный баланс.
- •Тепловой баланс. Теоретическая сушилка.
- •Действительная сушилка.
- •Варианты конвективной сушки с представлением на энтальпийной диаграмме.
- •Первый период сушки
- •Второй период сушки
- •1. Прямоток.
- •2. Противоток
- •3. Схема абсорбции с рециркуляцией жидкости.
- •1.Опорная тарелка. 2. Шаровая насадка. 3.Ограничительная тарелка. 4.Оросительное устройство. 5.Брызгоотбойник.
- •Принципиальные схемы экстракции.
- •1. Однократная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •2. Многократная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •Материальный баланс.
- •3. Противоточная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •Адсорбция
- •Краткая история.
- •Адсорбенты.
- •Теории адсорбции.
- •Равновесие в процессе адсорбции.
- •Принципиальные схемы адсорбции
- •Адсорбция с неподвижным зернистым адсорбентом.
- •Частные случаи.
- •Резюме.
- •Адсорбция с псевдоожиженным стационарным слоем адсорбента
- •Адсорбция с движущимся зернистым адсорбентом
- •Расчёт адсорбера.
- •Кристаллизация
- •Методы кристаллизации
- •Статика
- •Кинетика
- •Образование центров кристаллизации.
- •Рост кристаллов.
- •Конструкции кристаллизаторов
- •Расчёт кристаллизаторов.
- •1. Материальный баланс.
- •2. Тепловой баланс.
- •3. Расчёт основных размеров.
- •Содержание
- •Приложения
Расчёт основных размеров колонного аппарата.
Расчёт обычно проводится отдельно для верхней и нижней части колонны, или для всей колонны по среднему составу фаз.
1. Диаметр колонны.
(134)
где объемный расход паровой фазы определяется по формуле
(135)
2. Высота колонны.
(136)
Для тарельчатой колонны расчётная высота определяется
(137)
где - расстояние между тарелками, принимается в зависимости от диаметра колонны;
- число действительных тарелок, в наиболее простом варианте определяется
(138)
КПД тарелки принимается на основе опытных данных или рассчитывается по эмпирическим формулам. Например, В.Н. Стабников приводит зависимость КПД ситчатой тарелки от скорости пара в колонне для системы этанол-вода, что показано на рис. 163.
Рис.163. Зависимость КПД ситчатой тарелки от скорости пара в колонне.
В общем случае и скорость паровой смеси, и КПД тарелки по высоте колонны будут переменны. Поэтому более точно число действительных тарелок определяется на основе кинетического расчёта от тарелки к тарелке с применением ЭВМ.
В насадочной колонне насадка располагается слоями, высотой по 3-4 м каждый. Общая расчётная высота слоя насадки:
(139)
где - высота, эквивалентная теоретической ступени (ВЭТС).
Величина рассчитывается по эмпирической формуле В.В. Кафарова
(140)
где - эквивалентный диаметр насадки, м,
m – тангенс угла наклона равновесной линии,
- для верхней части колонны,
- для нижней части колонны,
- число Рейнольдса для паровой фазы.
Расчёт тарельчатой ректификационной колонны.
Задание.
Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения под атмосферным давлением 5 т/ч жидкой смеси метанол-вода.
Содержание метанола: мольн.
Исходная смесь подаётся в колонну при температуре кипения. Греющий пар имеет давление 0.2 МПа. Схема установки представлена на рис.164.
Рис.164. Схема ректификационной установки.
1-колонна, а) – верхняя часть, б) – нижняя часть, 2-дефлегматор,
3-разделитель, 4-кипятильник.
Физические свойства компонентов.
Сведены в таблицу 7.
Таблица 7. Физические свойства компонентов.
Наименование |
Обозначение |
Метанол |
Вода |
Молекулярная масса |
М |
|
|
Температура кипения, |
|
64.5 |
100 |
Плотность жидкости, |
|
|
|
Теплота парообразования, кДж/кг |
|
=1109.5 |
|
Теплоёмкость, |
С |
|
|
Данные по равновесию представлены в таблице 8.
Таблица 8. Равновесие системы метанол-вода.
|
|
|
Р |
0 |
0.0 |
100 |
760 мм рт. ст. |
10 |
41.8 |
87.7 |
|
20 |
57.9 |
81.7 |
|
30 |
66.5 |
78.0 |
|
40 |
72.9 |
75.3 |
|
50 |
77.9 |
73.1 |
|
60 |
82.5 |
71.2 |
|
70 |
87.0 |
69.3 |
|
80 |
91.5 |
67.5 |
|
90 |
95.8 |
66.0 |
|
100 |
100.0 |
64.5 |
По данным таблицы 8 строится диаграмма равновесия (рис.165) и изобара равновесия (рис. 166).
На ось абсцисс наносятся точки: .
Из диаграммы рис.165 определяется или 0,675 (доли).
На изобаре рис.166 определяются температуры:
.
Рис.165. Диаграмма равновесия системы метанол-вода.
Р ис.166. Изобара равновесия системы метанол-вода.
Массовые доли метанола
Аналогично
Теплоёмкость исходной смеси
Плотность пара метанола при
Плотность пара воды при
Параметры греющего пара при Ргр.=0.2 МПа (2 ата):