Тепловые и массообменные процессы


Температура  кипения раствора во втором  корпусе, оС



Концентрация исходного раствора, % масс.



Концентрация раствора после  первого  корпуса, % масс.



Концентрация раствора после второго корпуса, % масс.



Температура поверхности первого   аппарата, оС



Температура поверхности второго аппарата, оС



Температура холодной воды, 0С



Температура смеси в барометрической трубе, 0С



Температура воздуха, 0С




3 Обработка опытных данных

 

3.1 Материальный баланс установки


Количество воды, выпариваемой в первом корпусе

,

где - количество исходного раствора,  кг/с;        

1 - концентрация исходного и упаренного раствора после корпуса 1, % масс.

Количество воды, выпариваемое во втором  корпусе

,

где - количество раствора, поступающего из первого во второй корпус, кг/с;

- конечная концентрация раствора во втором корпусе, % масс.

Общее количество выпариваемой воды


3.2 Тепловой баланс установки по корпусам


Расход тепла на выпаривание в первом  корпусе

Количество тепла, затраченное на нагрев исходного раствора от начальной температуры tH  до температуры кипения tK1       определяется по уравнению

,

где CH – удельная теплоемкость исходного раствора,  Дж/кг К.

Количество тепла, которое необходимо затратить на выпаривание воды в первом корпусе

 ,

где – удельная теплота парообразования при давлении в корпусе 1, Дж/кг.

Расход тепла на выпаривание во втором корпусе

Количество теплоты, выделяющееся  при охлаждении выпариваемого раствора от температуры  кипения в первом корпусе tK1 до температуры кипения tK2 во втором корпусе определяется по формуле

,

где СК1 - удельная теплоемкость раствора, поступающего из первого во второй корпус, Дж/кг К.

Количество тепла, затраченное на испарение воды во втором корпусе        

,

где - удельная теплота парообразования при давлении во втором корпусе, Дж/кг.

Потери тепла в окружающую среду первым и вторым  корпусом установки можно определить по уравнениям

 ,

где a1, a2 – суммарные коэффициенты теплоотдачи от стенки аппарата к воздуху,  Вт/м2  К;

FH1,  FH2 – наружная поверхность выпарных аппаратов (FH1 = FH2=1.92 м2);

tвозд., tст1,  tст2  – температура воздуха и стенок аппаратов, оС.

Суммарные коэффициенты теплоотдачи конвекцией и излучением от стенки аппарата к воздуху вычисляются по формуле

3.2           Коэффициенты теплопередачи  по корпусам


Коэффициенты теплопередачи определяют из основного уравнения теплопередачи для выпаривания

          ,

где Q – расход тепла на выпаривание в корпусе, Вт;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/м2 К;

F – поверхность теплообмена, м2; 

Δ tпол – полезная  разность температур (движущая сила процесса).

Коэффициенты теплопередачи вычисляют по формулам

,  .

Полезные разности температур по корпусам равны

, ,

где tгр.п.– температура греющего пара, оС;

tвт.п.– температура вторичного пара первого корпуса, оС.


3.3           Расход греющего пара


Расход первичного пара находят по уравнению

,

где r – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

x – паросодержание (степень сухости) греющего пара (x=0,95).

Расход греющего пара на 1 кг выпаренной воды определяют по формуле:

.

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ


Цель работы: изучение  процесса ректификации в тарельчатой колонне непрерывного действия, определение  числа теоретических тарелок и среднего КПД тарелок.

Приборы и принадлежности: установка ректификации, хроматограф ЛХМ-8 МД, бутылочки с пробками, смесь этиловый спирт – вода концентрацией 5 – 40 % массовых.


Введение


Ректификация – процесс  разделения  жидких гомогенных смесей путем взаимного обмена компонентами между жидкостью и паром, полученным испарением разделяемой  смеси. Этот процесс основан на различной летучести компонентов, составляющих смесь, т.е. на различии в температурах кипения компонентов при одинаковом давлении.

Процесс ректификации осуществляют в колоннах, представляющих собой вертикальные цилиндрические аппараты, с контактными устройствами. Наибольшее распространение в промышленности получили ректификационные колонны, в которых в качестве контактных  устройств используются колпачковые,  ситчатые и провальные тарелки [1, 2]. В ректификационной колонне навстречу друг другу проходят неравновесные по составу потоки пара и жидкости. Пар в колонне идет  снизу вверх, а жидкость стекает сверху вниз. На каждой тарелке колонны пар и жидкость вступают в контакт. Поскольку между жидкостью и паром отсутствует равновесие, то на тарелке между ними происходит обмен компонентами ( массообмен), в результате которого пар обогащается более летучим (низкокипящим) компонентом, а жидкость – менее летучим (высококипящим). В ректификационных колоннах массообмен между жидкостью и паром осуществляется через поверхность контакта паровой и жидкой фаз. Поверхность контакта фаз на тарелке образуется пузырьками и струями пара при прохождении (барботаже) его через  слой жидкости. На рисунке 1 показана схема ректификационной колонны с провальными ситчатыми тарелками.

Пар, поступающий  под нижнюю тарелку ректификационной колонны из кипятильника 1, имеет низкую концентрацию низкокипящего компонента. С верхней тарелки колонны пар с высокой концентрацией низкокипящего компонента уходит в дефлегматор 4,  в котором он полностью конденсируется. Часть образовавшегося конденсата поступает на верхнюю тарелку для орошения колонны. Эта жидкость называется флегмой Ф. Остальную жидкость из дефлегматора отбирают в качестве верхнего продукта разделения – дистиллята Р. Деление конденсата на флегму и дистиллят осуществляется с помощью флегмоделителя 5. Часть жидкости, поступающей в кипятильник с нижней тарелки, отбирают в качестве  кубового остатка W.

Исходную смесь F непрерывно  подают на одну из тарелок в средней части, которая делит колонну на верхнюю укрепляющую 3 и нижнюю исчерпывающую 2 части. Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения исходной смеси F на дистиллят Р с высоким содержанием низкокипящего  компонента и  кубовой остаток W с низким   его содержанием. Концентрации получаемых продуктов разделения зависят от числа тарелок в колонне и от режима ее работы.


1 Требования безопасности


Перед пуском установки убедиться в исправности ректификационной колонны, куба-испарителя, дефлегматора, трубопроводов, арматуры, приборов КИП, заземления, тепловой изоляции. Проверить наличие   воды в магистральном трубопроводе.

1-кипятильник (куб-испаритель); 2-исчерпывающая часть колонны; 3-укрепляющая часть колонны; 4-дефлегматор; 5-флегмоделитель; 6-контактные тарелки.

Рисунок 1 - Схема работы ректификационной колонны

Пуск установки проводить в присутствии учебного мастера и под его непосредственным руководством.

Работая на площадках с высокой отметкой и вблизи  вращающихся частей проявлять осторожность и аккуратность. Включение трубчатых электронагревателей производить стоя на диэлектрическом коврике. При отборе проб  пара необходимо помнить, что на входе в пробоотборник он имеет температуру около 100оС. К  выполнению лабораторной работы  студенты допускаются только  после прохождения инструктажа по безопасности труда и пожарной безопасности в лаборатории и на рабочем  месте.


2 Описание установки и порядок выполнения работы


Исходная смесь хранится в баке-хранилище 3, из которого насосом 9 через фильтр 11 подается в напорный бак 4. Из напорного бака 4 исходная смесь самотеком через ротаметр поступает в подогреватель, расположенный в кубе 2, где она нагревается  кубовым остатком. Температуру исходной смеси после подогрева определяют по показанию термометра. В ректификационную колонну 1 подогретая исходная смесь поступает на 7, 9 или 11 тарелку, считая сверху. Колонна имеет 12 ситчатых тарелок с сегментными сливными устройствами. Внутренний диаметр колонны 200мм. Для визуального наблюдения за процессом барботажа имеется смотровое окно.

С нижней тарелки  жидкость стекает в куб-испаритель 2, имеющий  внутри змеевик, обогреваемый паром. Конденсат греющего пара из змеевика отводится в канализацию через конденсационный горшок. Расход греющего пара регулируется вентилем, а давление определяется по манометру. В кубе-испарителя часть жидкости превращается в пар, а другая отводится в качестве кубового остатка. Кубовый остаток проходит  холодильник 7, где охлаждается водой, и поступает в сборник 8. Из сборника 8 кубовый остаток возвращается в бак-хранилище 3. Сборники 6, 8 и межтрубное пространство дефлегматора 5 сообщены с атмосферой, что обеспечивает работу   колонны под атмосферным давлением. С верхней тарелки колонны пар, обогащенный низкокипящим компонентом, поступает в дефлегматор 5, который охлаждается водой. Расход воды измеряется ротаметром, а температура ее на входе и выходе – термометрами. Жидкость, образовавшаяся в дефлегматоре после полной конденсации пара,  делится на две части. Одна в виде флегмы подается на орошение колонны, а другая отбирается в виде дистиллята,  который поступает в сборник 6 и далее направляется в бак-хранилище 3. Количество флегмы и дистиллята измеряется  ротаметрами.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать