Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки

Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки

Количество и составы фаз будем выражать в мольных величинах (по НК).

Допущения для расчета процесса ректификации:

1. Правило Трутона: подразумевается, что при конденсации 1-го кмоль ВК за счет выделяющегося тепла испаряется 1 кмоль НК.

2. Состав пара отводящегося из колонны в дефлегматор равен составу дистиллата и флегмы.

3. Состав пара образующегося в кубе равен составу кубового Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки остатка.

С учетом допущений составим вещественный баланс.

Различают последующие виды мат. баланса:

Общий

По НК

Введем последующие обозначения:

-число питания;

- флегмовое число;

s w:ascii="Cambria Math" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/>=W"> – кубовое число.

Мат. баланс по пару

)

Построение сбалансированной и рабочей полосы процесса Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки ректификации. Диаграмма х-у.

Сбалансированная линия процесса определяется уравнением: . Строится по опытным данным. Линия равновесия лежит выше диагонали.

Из вещественного баланса случайного сечения колонны с учетом введенных обозначений запишем уравнение рабочей полосы для укрепляющей и исчерпающей части колонны.

– рабочая концентрация.

Уравнение укрепляющей (высшей части колонны)

Уравнение исчерпающей Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки (нижняя часть колонны)

Соответственно величины связаны с концентрацией –tg угла наклона.

Строим рабочую линию укрепляющей части колонны (верх).

Состав воды и пара на тарелке питания будет т.ж. лежать на этой прямой.

Координаты точки с составами пара в воды в кубе (низ колонны) в согласовании с дополнениями равны, означает эта точка Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки т.ж. лежит на диагонали.

В отличии от процесса абсорбции, где рабочая линия была на выше сбалансированной, в процессах ректификации рабочая линия ниже сбалансированной (смотри обоюдное размещение рабочей и сбалансированной линий). Обоюдное размещение линий по ректификации указывает, что процесс идет из воды в пар.

Движущая сила процесса Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки и малое флегмовое число

Движущая сила процесса равна разнице меж сбалансированной и рабочей линиями. По обоюдному расположению линий можно судить, в какую сторону идет процесс массопередачи. В- свободный член уравнения.

В на прямую находится в зависимости от флегмового числа , чем больше отрезок, тем меньше (т.е. ). Предельное положение состава воды Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки и пара на тарелке питания

Выразим отрезки через разность концентраций

Величина значения флегмового числа значительно оказывает влияние на высоту и поперечник колонны и расход ГП.

При рабочая линия совпадает с диагональю диаграммы х-у, в данном случае движущая сила процесса будет наибольшей, а число степеней контакта – наименьшим.

r w:top="1134" w:right Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/>">

С повышением значения в кубе будет нужно улетучить наибольшее количество воды, а как следует затратить наибольшее количество тепла. Если , то в точке В отсутствует движущая сила процесса. Чтоб добиться равновесие будет нужно очень огромное значение ступеней контакта стремится к бесконечности Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки. Это значит что высота колонны будет стремиться к бесконечности. Таким макаром с повышением флегмового числа высота аппарата миниатюризируется, а расход пара для нагрева куба увеличивается и напротив, при уменьшении флегмового числа высота колонны резко увеличивается и растут эксплуатационные издержки. На практике выбирают промежным.

– коэффициент излишка флегмы.

Средние значения этого Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки коэффициента лежат в границах от 1,04-1,5.

Значение коэффициента излишка флегмы определяются технико-экономическим расчетом, в который входят: эксплуатационные издержки, серьезные и общие издержки на ректификацию.

Термический баланс процесса ректификации

Основной целью составления термического баланса является определение количества тепла подаваемого в куб колонны, т.е с ГП.

C учетом уравнения вещественного баланса

- количество Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки тепла затраченное на испарение дистиллята;

- количество тепла затраченное на испарение флегмы;

- количество тепла затраченное на нагрев кубового остатка до температуры кипения.

Определение геометрических размеров ректификационной колонны

Поперечник колонны определяется по уравнению расхода, где употребляют величину большого расхода пара и скорость движения пара по колонне. Очень допустимая скорость пара для Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки тарельчатых колонн принимается несколько ниже предельной соответственной точке захлебывания (см. гидродинамику колонных аппаратов).

Высота колонны определяется по числу реальных тарелок (см. расчет числа реальных и теоретических тарелок).

Число теоретических ступеней контакта определяется методом вписывания треугольников меж сбалансированной и рабочей линиями, начиная с верха. Число реальных тарелок определяется как Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки:

Зная число реальных тарелок, общая высота будет равна:

- межтарельчатое расстояние.

Сушка

Удаление воды из жестких и пастообразных материалов позволяет удешевить их транспортировку и предать определенные характеристики. Воду можно удалить из материалов механическими методами (отжим, фильтрация, центрифугирование). Но более полное удаление воды обеспечивается методом ее испарения и отвода образующихся паров.

- этот процесс Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки именуют термический сушкой. Термическая сушка может быть или естественной, т.е. под действием естественных наружных критерий (долгий). В хим технологии обычно употребляют искусственную сушку в особых аппаратах (сушилках). Процесс термический сушки является сочетанием 2-ух связанных меж собой процессов: массопередачи (переход воды из твердого вещества в газообразное) и теплопередачи, т Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки.к. процесс испарения воды осуществляется за счет подвода тепла к высушенным материалам различают:

1. Конвективная сушка – тепло передается при конкретном контакте материала и сушильного агента. В качестве сушильного агента употребляют:

· Жаркий воздух;

· Топочные газы;

· Смесь воздуха и топочных газов.

2. Контактная сушка – тепло передается от сушильного агента к материалу через Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки разбитую стену.

3. Радиационная сушка – сушка методом передачи тепла инфракрасными лучами.

4. Диэлектрическая – нагревание материала в поле тока высочайшей частоты.

5. Сублимационная – сушка в замороженном состоянии при глубочайшем вакууме.

Конвективная сушка

1 калорифер.

L - количество сушильного агента

- изначальное влагосодержание сушильного агента

- исходная температура сушильного агента

2 Сушилка. В нее подают мокроватый материал

- количество мокроватого материала

- влажность

- количество высушенного продукта

В паровую фазу уходит Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки сушильный агент и влага, которая улетучилась из материала ( .

Влажность материала

Различают относительную и абсолютную влажность.

Относительная – это количество воды к количеству мокроватого материала

Определяется в виде толикой либо процентов

Абсолютная влажность - отношение количества воды к количеству полностью сухого вещества

Принятая форма связи в материале

1. Хим влага. Более прочносвязанная влага методом сушки удалить эту Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки воду нельзя, только под воздействием больших температур (прокалка) либо хим реакцией, которая заберет воду.

2. Физико-химическая влага. Соединяет воединыжды внутри себя два вида воды, которая отличается прочностью связи в материале:

А) Адсорбционная – удерживается в порах и на поверхности материала за счет сил адсорбции, т.ж. как и хим тяжело удалима;

Б Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки) Осмотическая (влага набухания) – находится снутри клеток материала и удерживается осмотическими силами, она может быть удалена методом сушки, т.к. наименее крепко связана со структурой материала.

3. Физико-механическая форма связи воды материала: не связана ни адсорбционными, ни осмотическими силами. Состоит из капиллярной и поверхностной воды.

В процессе сушки идет удаление Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки капиллярной, поверхностной и осмотической воды.

Применительно к процессу сушки воду систематизируют в более широком смысле:

1. Свободная влага – та часть воды, скорость испарения которой равна скорости испарения воды со свободной поверхности. Испарение этой воды идет прямо до точки установления равновесия. При хоть какой относительной влажности сушильного агента

Под Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки кривой зона сушки. Над – зона увлажнения.

Завершается процесс сушки при достижении в материале сбалансированной влажности – это предельная влажность материала соответственная точке динамического равновесия.

Главные характеристики сушильного агента (воздуха)

При конвективной сушке СА передает свое тепло на высушивание материала. Из-за этого из материала высушивается влага , т.е СА играет двойную роль Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки: с одной стороны теплоносителя, с другой – влагоносителя. Мокроватый воздух является бинарной системой, т.е состоит из полностью сухого воздуха и паров воды.

Абсолютная влажность. Определяется количеством водяного пара в мокроватого воздуха. Так как мокроватый воздух с достаточной точностью для расчетов подчиняется законам ИГ, то можно принять что водяной пар занимает Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки весь объем. Т.е может быть принята за величину плотности водяного пара. На практике более комфортным является внедрение не абсолютной, а относительной воды. Она представляется в виде процентов либо толикой.

Под относительной влажностью (степенью насыщения) предполагают отношение массы водяного пара в мокроватого воздуха, т.е абсолютной влажности Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки воздуха при данных критериях к очень вероятной массе водяного пара в при тех же наружных критериях – такое очень вероятное состояние именуется насыщением.

При допущении что водяной пар подчиняется закону ИГ

Выражение для относительной влажности можно записать как

Величину при температурах можно отыскать в справочной литературе. При температуре больше 100С становится равным наружному Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки давлению (барометрическому).

Влагосодержание Х – количество водяного пара в кг содержащегося во мокроватом воздухе и приходящееся на 1 кг полностью сухого воздуха.

Если поменять плотности на парциальные давления

- парциальное давление водяного пара в СА .

Р – общее давление в системе

Энтальпия СА – количество тепла отнесенное к 1 кг мокроватого материала. Общая энтальпия мокроватого СА будет Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки складываться из теплосодержания сухого воздуха и водяного пара

- теплота парообразования при ;

– теплота СА;

- теплосодержание перегретого ВП;

Плотность мокроватого воздуха.

У-Х диаграмма Рамзина

- соединяет воединыжды внутри себя все вероятные характеристики СА.

Линия неизменных энтальпий;

Линия неизменного влагосодержания;

Линия относительной влажности.

Построение полосы неизменных температур

Последовательность :

Задаемся температурой 1. Подставляем в формулу

Полосы Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки неизменных температур не параллельные, т.к тангенс угла наклона изменяется.

Построение полосы неизменной относительной влажности

s New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/>нас">

- начальная формула для расчета точки с относительной влажностью где: Р- общее (наружное) давление (берутся по барометру)

По справочным данным находим парциальное давление насыщенного пара для этой температуры Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки.

Задаемся значением относительной влажности.

По формуле рассчитываем влагосодержание .

Получаем две координаты и

Линия относительной влажности- кривая, потому нужно отыскать еще точки

Аналогично находим значения. - то же. Потом находим еще 4-5 точек. По отысканным точкам строим кривую. Линия - агент становится насыщенным по ВП.

Вверху – СА, применимый к сушке. В Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки низу – конденсат.

Линия парциального давления

Т.к очень малая величина, то ею третируют.

Задаемся значениями х и по справочнику находим парциальное значение

Нельзя воспользоваться температурой при отрицательной температуре

1. Линия неизменного влагосодержания

2. Линия неизменной энтальпии идет под углом 135

3. Линия неизменной температуры

4. Линия неизменной относительной влажности

Нижняя линия %. Она разделяет диаграмму на две области Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки: вверху СА способен на сушку. Снизу происходит конденсация пара

Не считая всех перечисленных линий на диаграмму нанесены полосы неизменной температуры влажного указателя температуры (пунктирной линией), чуток выше полосы неизменной энтальпии.

Теория влажного указателя температуры

Психрометр – прибор состоящий из 2-ух термометров. 1-ый – сухой, меряет температуру среды. 2-ой снизу обмотан влажной тряпкой.

1-ый приобретает температуру СА Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки. 2-ой указывает температуру влажной тряпки. По мере высушивания влага из тряпки перебегает в СА. При всем этом температура СА будет уменьшаться, а температура тряпки возрастать.

Сушка- тепло –массообменный процесс. С одной стороны происходит испарение воды из материала. Количество тепла пошедшее на испарение воды из материала согласно закону массопередачи Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки можно записать:

-количество вещества перешедшего из фазы в фазу.

- поверхность тряпки.

Качестве движущей силы – разность парциальных давлений над поверхностью материала и в СА.

- теплота парообразования.

Испарение происходит за счет испарения тепла СА. Количество этого тепла можно высчитать исходя из уравнений теплопотери.

Тепло потраченное на испарение воды равно

В Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки состоянии равновесия температура указателя температуры становится равной температуре влажного указателя температуры (МТ). МТ указывает, на сколько СА способен высушить материал.

Температура МТ – предел остывания воздуха при неизменном теплосодержании.

В состоянии равновесия СА дает материалу столько тепла, сколько получает в виде пара. Разность именуется потенциалом сушки

Потенциал сушки охарактеризовывает: способность воздуха поглотить Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки воду из материала, как температура материала становится равной температуре МТ – процесс сушки идет с неизменной скоростью. Как эта температура становится равной температуре СА - потенциал сушки становится равным нулю – сушка прекращается. Величина потенциала охарактеризовывает значение скорости испарения воды.

Изображение процесса сушки на диаграмме Рамзина.

Воздух с влагосодержанием и температурой Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки попадает в калорифер. Точка 1 вход внешнего воздуха в калорифер. Характеристики точки на диаграмме могут быть найдены по хоть каким двум чертам СА. В калорифере происходит нагрев воздуха без конфигурации его влагосодержания, т.е . Линия нагрева в калорифере должна идти вертикально до последующей температуры.

Точка 2 – характеристики СА на входе в сушилку Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки. В сушилке происходит насыщение СА влагой, т.е влагосодержание вырастает, а температура падает. Если угол наклона полосы сушки совпадает с углом наклона неизменной энтропии, т.е сушка происходит без конфигурации теплосодержания СА , то такая сушка именуется теоретической. Если линия идет выше либо ниже – действительная сушка.

Определение характеристик СА по Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки диаграмме Рамзина

1. - влагосодержание. Определяется: опуститься от точки А до оси Х вертикально вниз по полосы неизменного влагосодержания. На оси смотрим значение (кг воды/кг сухого воздуха).

2. теплосодержание у – из точки А провести линию, параллельную наиблежайшей полосы неизменной энтальпии (под углом 135 ), на оси у находим значение.

3. Температура. Из точки А Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки проводим линию параллельную наиблежайшей полосы неизменной температуры. На левой оси смотрим температуру( .

4. - температура влажного указателя температуры. Нужно пользоваться 2-мя линиями: неизменная температура МТ – штриховая и относительная влажность 100%. Из точки А проводим линию параллельную наиблежайшей пунктирной полосы неизменной температуры МТ. До скрещения с линией . Из приобретенной точки С проводим линию параллельную наиблежайшей Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки полосы неизменной температуры. На шкале температур находим температуру МТ.

5. - температура точки росы, при которой СА становится насыщенным по ВП. Из точки А проводим линию вертикально вниз до скрещения с линией . Получаем точку В. Линия АВ – линия остывания СА без конфигурации влагосодержания. Проводим параллельно полосы температур и Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки находим температуру росы.

6. - определение парциального давления ВП. Пользуемся линией парциального давления. Из точки А опускаем перпендикуляр до скрещения с линией парциального давления. Получаем точку Д. на правой оси имеем значение парциального давления ВП.

Определение на диаграмме У-Х точки, соответственной СА

Эту точку можно отыскать по хоть каким двум показателям: либо .

Построение полосы Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки смешивания топочных газов и воздуха. На практике более прибыльно (заместо калорифера) использовать топочные газы (от сжигания водянистого либо газообразного горючего) для обогрева СА, т.к топочные газы имеют высшую температуру 1000 и больше перед внедрением в сушилке их нужно разбавить прохладным воздухом.

Точка с параметрами консистенции будет лежать Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки на прямой, соединяющей точки с этими координатами. Уравнение этой полосы:

Где - число кг топочных газов, приходящихся на 1 кг начального воздуха (кратность).

Вещественный баланс сушки

Баланс по высушиваемому материалу.

С- сушилка;

- количество сырого материала;

- количество высушенного материала;

- относительная влажность сырого материала;

- относительная влажность высушенного материала.

Общий мат баланс

В высушенном материале Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки находится влага и полностью сухое вещество

Баланс по влаге материала

- количество воды в сыром материале

Баланс по полностью сухому веществу материала

- если в процентах. Если в толиках, то 100% заменяем на 1.

Целью вещественных расчетов является определение испаренной воды

Если влажность материала выражать через абсолютную влажность, тогда (см отношение влажности материала)

Мат баланс по СА

L – кол-во СА

X Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки1 – влагосодержание (см. схему)

Если СА подогревается в калорифере, то X1 = X0 (см. схему с калорифером)

В процессе процесса сушки влага добавляется в СА и становится X2

Общий мат баланс по влаге:

Из этого уравнения L – расход СА, определяется

Либо для систем с калорифером.

Обычно при расчете пользуются l – удельный Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки расход СА к испаряемой влаге:

Термический баланс сушки

L,I0,x0­­­­­­­­­ - тепло калорифера

п

Qk

В сушильной камере могут устанавливаться дололнительные подогревательные устройства

Приход Расход
-

- теплоемкость материала

- температура материала

тр – транспортные устройства

–количество тепла приходящее в калорифер с СА ;

– количество тепла передаваемое в основную сушильную камеру;

– тепло приходящее с сухим материалом;

– тепло приходящее с влагой испаренной из Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки материала;

– количество тепла приходящее с транспортными устройствами;

- количество тепла, уходящее с СА;

- количество тепла, уходящее с высушенным материалом;

- количество тепла, отводимое с транспортными устройствами;

– утраты.

Составим термический баланс в виде уравнения

подводится к СА

в виде удельных расходов тепла на 1 кг использованной воды, т.е обе части делим на количество Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки испаренной воды.

- внутренний баланс сушильной установки. Он выражает разность меж приходом и расходом тепла в камере конвективной сушилки без учета тепла приносимого СА нагретом в главном калорифере.

Из уравнения вещественного баланса для СА (см. выше) величина удельного расхода СА ( ) определяется:

Тогда, внутренний баланс сушильной установки

Построение процесса сушки на диаграмме Рамзина

Выберем Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки точку А с параметрами на входе в калорифер. В калорифере осуществляется нагрев СА без конфигурации влагосодержания. АВ – линия нагрева. Точка В – точка характеристик СА на входе в сушилку. Проведем через В линию с неизменной энтальпией

В большей степени может быть положение полосы сушки (ЛС) последующим образом: когда ЛС идет по полосы Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки , это означает что . Линия ВС – линия теоретической сушки.

Теоретическая сушилка

- значит, что внутренний баланс сушильного устройства равен нулю ( ), т.е тепло приходящее с СА не тратится на нагрев начального материала, транспортных устройств, т.ж отсутствуют утраты тепла в окружающую среду.

-сколько тепла СА дал на процесс сушки Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки, ровно столько же тепла возвратилось в него в виде пара, т.е все физическое тепло СА расходуется на испарение воды, которую он заполучил в калорифере: ; - удельный расход СА теоретической сушилки. .

В реальности линия сушки может идти или выше, или ниже теоретической.

Действительная сушилка (см набросок)

В ДС физическое тепло СА расходуется не Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки только лишь на испарение воды, да и на нагрев материала, транспортирующих устройств и компенсацию утрат тепла в окружающую среду.

Линия ВС,, ( ) (см уравнение по термическому балансу)

Линия ВС, :
;

Построение полосы реальной сушки

Построение сводится к определению угла наклона сушки.Уравнение справедливо для хоть какой точке, лежащей на полосы ВС потому Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки избираем всякую точку. Разглядим и и . У их есть общий катет.

из подобия треугольников. Где значения влагосодержания и энтальпии промежной точки Е.

Общая схема построения

Зная величину внутреннего баланса ( ) задаемся хоть каким промежным значением влагосодержания СА . По уравнению рассчитываем значение текущей энтальпии. По координатам ( ) строим точку Е. через точку Е Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки проводим линию до скрещения с известным параметром СА на выходе из сушилки.

Варианты процесса сушки

С целью смягчения температурных критерий при осуществлении процесса сушки термически не стойких материалов употребляют последующие схемы процесса сушки:

Сушка с неоднократным обогревом СА

Сушка с частичной рециркуляцией СА

Часть отработанного СА ворачивается в точку перед калорифером Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки. Соединяем конечную и исходную точки, и зависимо от соотношения L2 и L0 точка будет лежать на полосы АС. Характеристики определяются по точке А,.

Сушка с неоднократным обогревом и рециркуляцией СА по зонам

Сушка топочными газами

Кинетика сушки

Процесс диффузии пара из глубины материала к поверхности

Таким макаром, процесс представляется многоступенчатым и на Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки каждой ступени скорость сушки будет различная

Изменение влажности материала. Если материал имеет влажность А то после прогрева она понижается (АВ). ВС – линия сушки, при неизменной температуре материала. СД – линия сушки при прогреве материала выше температуры влажного указателя температуры.

Изменение температуры материала в процессе сушки

Нагрев до температуры МТ. Дальше температура Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки материала становится равной температуре МТ. Участок ВС – 1-ый период сушки (период неизменной скорости сушки). В этом периоде влажность материала меняется по линейному закону, а температура материала равна температуре МТ СА . Испаряется влага с наружной поверхности (см выше), т.е не связанная.

Период СД (2) – период падающей скорости сушки. Влагосодержание меняется не Материальный баланс непрерывно действующей ректификационной установки существенно и только за чет испарения внутренней воды. Температура материала при всем этом начинает расти. И в точке Д становится равной температуре СА. Сушка прекращается.

Скорость сушки – изменении влагосодержания материала в единицу времени


materialnie-na-oplatu-truda-otchisleniya-na-socialnie-nuzhdi-summa-nachislennoj.html
materialnie-potoki-v-logisticheskoj-sisteme.html
materialnie-resursi-shkoli-uchebnij-plan-shkoli-9-profilnoe-obuchenie-11-elektivnie-kursi-i-chasi-uchenicheskogo-komponenta.html