Студопедия — примеры
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

примеры

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА “ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ”

 

 

УТВЕРЖДАЮ:

Проректор по учебной работе

Доцент __________ А. И. Любимов

Г.

 

Основы массопередачи. Абсорбция. Ректификация

 

Методическое руководство к решению примеров и задач по курсу “Процессы и аппараты”

Ижевск -1998 г.


Составитель:

Иванов В. И. - к. т. н., заведующий кафедрой “Процессы и аппараты.” ИжГСХА.

Рецензент:

Касаткин В. В. - Заведующий кафедрой “Механизация переработки сельскохозяйственной прдукции.”

Ответственный за выпуск - заведующий кафедрой “Процессы и аппараты” к. т. н., доцент Иванов В. И.

Одобрено и рекомендовано к изданию методической комиссией факультета механизации сельского хозяйства ИжГСХА.

(протокол №______от”____”________199__г.)

_______________________________________

Зак. Тир. п. л. ИжГСХА 199__г.


СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Основы массопередачи. Абсорбция.

Основные зависимости и расчетные формулы 2

Примеры 21

Глава 2. Перегонка и ректификация.

Основные зависимости и расчетные формулы 50

Примеры 59

 

Глава 1.

Основы массопередачи. Абсорбция

 

Основные зависимости и расчетные формулы

 

Способы выражения состава фаз двухкомпонентных систем жидкость-газ (пар) представлены в табл. 1.1.

Формулы для пересчета концентраций (в жидкой фазе) даны в табл.1.2. Для газовой (паровой) фазы справедливы те же соотношения, но с заменой обозначений x на y, X на Y, С X на С y

2. Концентрация компонента в газовой фазе может быть выражена так же через его парциальное давление. На основании уравнений Клайперона и Дальтона мольная (объемная) доля у любого компонента смеси идеальных газов равняется:

 

y=р/П, (1.1)

 

где р-парциальное давление компонента газовой смеси; П=рАВС+...-общее давление смеси газов или паров, равное сумме парциальных давлений всех компонентов.

 

3. Законы межфазного равновесия для идеальных растворов.

а) Закон Генри:

 

р*=Еx, (1.2)

 

где р*-парциальное давление компонента в газовой фазе; над равновесной с газом жидкостью; x-мольная доля компонента в жидкости; Е-коэффициент Генри, зависящий от температуры и от природы газа и жидкости.

Значения Е для водных растворов некоторых газов даны в табл.XLI.

Подставляя в уравнение (1.2) значение р*=y*П по уравнению (1.1), получаем:

 

y*=mx. (1.3)

 

Т а б л и ц а 1.1.

    Концентрация   Обозначение концентрации компонента А
в жидкой фазе в газовой или паровой фазе
Мольная доля,   x   y
Массовая доля   `x   `y
Относительная мольная концентрация (доля),   X   Y
Относительная массовая концентрация (доля),   `X   `Y
Объемная мольная концентрация, СX Сy
Объемная массовая концентрация,   `СX y

 

 

Здесь y*-мольная доля компонента в газовой фазе, равновесной с жидкостью; m=Е/П-безразмерный коэффициент (коэффициент распределения), постоянный для данной системы газ-жидкость при t=const и П=const

Если применительно к двухфазной трехкомпонентной системе (газовая фаза: А+В, жидкая фаза А+С), подставить в уравнение равновесия (1.3) значения x и y* (для компонента А, выраженные через его относительные концентрации X и Y*, `X и `Y* (табл. 1.2), получим:

; (1.4)


 

Т а б л и ц а 1.2

Выражение концентрации компонента А   x   `x   X   `X   Cx   `Cx
  x   - или         или   или  
  `x   -
  X   -
  `X   -
  Cx   -
  `Cx   r`x   МАСx   -

МА, МВ, Мсм-мольные массы компонентов и смеси, кг/кмоль; Мсм= МАx+ МВ(1-x); r-плотность смеси, кг/м3. Для смеси идеальных газов: .

 
 

, (1.5)

 

где МА- мольная масса распределенного между фазами компонента А; МВ-то же второго компонента бинарной газовой смеси; МС-то же второго компонента бинарной жидкой смеси.

 

При малых концентрациях распределенного компонента в газе и в жидкости, когда Y*<< 1 и X << 1, в знаменателях уравнения (1.4) величинами Y* и X можно пренебречь, и оно получает вид:

 

Y* =mX. (1.6)

 

Аналогично при `Y*<< и `X << из уравнения (1.5) получим:

 

(1.6а)

 

б) закон Рауля:

 

р*=Рx, (1.7)

 

где р*-парциальное давление компонента в парогазовой смеси над жидкостью в условиях равновесия; Р-давление насыщенного пара чистого компонента- однозначная функция температуры; Р= f(t); x-мольная доля компонента в жидкости.

 

При подстановке в уравнение (1.7) значенияр*=y*П из уравнения (1.1) получаем:

 

, (1.8)

 

где y*-мольная доля компонента в парогазовой фазе, равновесной с жидкостью.

Для двухкомпонентной смеси, когда оба ее компонента следуют закону Рауля, уравнение (1.8) приводится к виду:

. (1.9)

 

Здесь a=РАВ-коэффициент относительной летучести; РА-давление насыщенного пара более летучего (низкокипящего) компонента при той же температуре; РВ- давление насыщенного пара менее летучего (высококипящего) компонента при той же температуре.

 

4. Многочисленные экспериментальные данные о равновесных составах жидкости и пара для различных растворов имеются в справочнике*. Для некоторых бинарных смесей данные о равновесных составах жидкости и пара при П=const приведены в табл. XLVII и на рис. XXI и XXII.

5. Причиной (движущей силой) процесса массопередачи-перехода какого-либо компонента из одной фазы в другую (например, из жидкой фазы Фx с мольной концентрацией переходящего компонента x в газовую фазу Фy с мольной концентрацией y) является неравновесность соприкасающихся фаз, их отклонение от состояния динамического равновесия. В химической термодинамике устанавливается, что величина этого отклонения, при равенстве температур и давлений фаз, определяется разностью химических потенциалов переходящего компонента (mx-my), которая и является движущей силой процесса массопередачи. При равновесии фаз потенциалы mx и my ðàâíû.

Заменяя потенциал mx равным ему потенциалом равновесной газовой смеси , получим для движущей силы процесса массопередачи выражение

 

mx-my= -my.

Аналогично, заменяя потенциал my равным ему потенциалом равновесной жидкой фазы , получим:

 

mx-my=mx- .

 

Из последних равенств следует, что движущая сила процесса (mx-my) может быть выражена двумя способами: либо как разность химических потенциалов, взятых по газовой фазе, либо как разность потенциалов, взятых по жидкой фазе. При этом необходимо помнить, что газовая фаза с потенциалом и концентрацией y*, так же как и жидкая фаза с потенциалом и концентрацией x*,-фазы гипотетические, в реальном процессе массопередачи отсутствующие - см. рис. 1.1.

Рис 1.1.Схема процесса массопередачи:

00-граница раздела фаз.

 

В технических расчетах применяют не химические потенциалы, а более простые, легко определяемые величины-концентрации, с помощью которых также может быть охарактеризовано отклонение фаз Фx и Фy от состояния равновесия. Однако, в отличие от разности химических потенциалов (mx-my), которая равна нулю при равновесии фаз, разность концентраций (x-y), в общем случае не равная нулю при равновесии*, не может служить мерой отклонения фаз от равновесного состояния, т. е. движущей силой процесса массопередачи. При технических расчетах движущую силу процесса массопередачи-отклонение системы от состояния равновесия-выражают поэтому как разность концентраций (y*-y) или (x-x*). Так как концентрации могут быть выражены в различных единицах, то движущая сила процесса массопередачи может иметь различные значения-см. пример 1.3.

6. В соответствии с двумя возможными способами выражения движущей силы процесса массопередачи по газовой фазе (Dy=y*-y) или по жидкой фазе (Dx=x-x*)-уравнение массопередачи, аналогичное уравнению теплопередачи, может быть написано в двух видах:

 

М=КyDyсрF (1.10)

 

или

М=КxDxсрF (1.11)

 

Здесь М-расход компонента, переходящего из одной фазы в другую, кмоль/с; F-площадь поверхности массопередачи, м2; Кy-коэффициент массопередачи, отнесенный к движущей силе Dy, выраженной через мольные доли компонента в газовой фазе, кмоль/(м2×с)**; Кx - коэффициент массопередачи, отнесенный к движущей силе Dx выраженной через мольные доли компонента в жидкой фазе, кмоль/(м2×с); Dxср и Dyср-соответствующие средние для всего процесса движущие силы (см. ниже).

В последних уравнениях вместо мольных расходов и концентраций могут быть массовые, а вместо Dyср могут быть DYср; DСyср и Dрср; соответственно вместо Dxср могут быть DXср или DСxср.

7. При определенных допущениях (отсутствие диффузионного сопротивления при переходе компонента через поверхность раздела фаз, существование равновесия на этой поверхности, линейность уравнения равновесия y*=mx или y*=mx+b) получаются следующие зависимости между коэффициентами массопередачи Кy и Кx и фазовыми коэффициентами массопередачи by и bx :

 

; (1.12)

 

, (1.13)

 

где m-тангенс угла наклона линии равновесия. Коэффициенты массоотдачи и массопередачи выражены в кмоль/(м2×с).

 

Знаменатели последних уравнений представляют собой общее диффузионное сопротивление, равное сумме диффузионных сопротивлений газовой и жидкой фаз.

Когда основное диффузионное сопротивление сосредоточено в газовой фазе, т. е. при << ,

 

Кy» by . (1.14)

Когда основное диффузионное сопротивление сосредоточено в жидкой фазе, т. е. при << ,

 

Кx» bx . (1.15)

 

Из уравнений (1.12) и (1.13) следует, что

 

Кyx/m (1.16)

 

8. Основные диффузионные критерии подобия установившихся процессов массоотдачи.

Диффузионный критерий Нуссельта:

 

Nu¢=bl/D. (1.17)

 

Диффузионный критерий Пекле:

Pe¢=wl/D. (1.18)

 

Диффузионный критерий Прандтля:

 

Pr¢= Pe¢/Re=n/D. (1.19)

 

Здесь b - коэффициент массоотдачи, м/с ;

l-характерный линейный размер, м; D-коэффициент молекулярной диффузии, м2/с; w-скорость газа или жидкости, м/с; n-кинематический коэффициент вязкости, м2/с.

 

Та б л и ц а 1.3.

Атомный объем, см3/атом Мольный объем, см3/моль
В 27,0 С 14,8 Cl 24,6 H 3,7 N в первичных аминах 10,5 N во вторичных аминах 12,0 N с двумя насыщенными связями 15,6   О с двумя насыщенными связями 7,4 О в альдегидах и кетонах 7,4 О в сложных эфирах 9,1 О в простых эфирах 9,9 О в высших простых и сложных эфирах 11,0 О в кислотах 12,0 О в соединениях с S, P, N 8,3 S 25,6 I 37,0 H2 14,3 O2 25,6 N2 31,2 Воздух 29,9 CO 30,7 CO2 34,0 SO2 44,8 NO 23,6 NO2 36,4 NH3 25,8 H2O 18,9 H2S 32,9 COS 51,5 Cl2 48,4 Br2 53,2 I2 71,5

 

Cтруктурные постоянные*

 

Бензольное кольцо -15

Нафталиновое кольцо -30

Антраценовое кольцо -47,5

 

9. При отсутствии экспериментальных данных коэффициент диффузии (молекулярной) газа А в газе В (или газа В в газе А) может быть вычислен по формуле:

 

, (1.20)

 

где Dг-коэффициент диффузии, м2/с; Т-температура, К; р-давление (абсолютное), кгс/см2; МА и МВ-мольные массы газов А и В; uА и uВ -мольные объемы газов А и В, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа- см. пример 1.6 (атомные объемы некоторых элементов и мольные объемы некоторых газов приведены в табл. 1.3).

 

Как следует из формулы (1.20), если известно значение коэффициента диффузии D1 при температуре Т1 и давлении р1, то значение его D2 при температуре Т2 и давлении р2 можно найти из уравнения:

 

. (1.21)

 

Значения коэффициентов диффузии в воздухе для некоторых газов и паров приведены в табл. XLII.

10. Коэффициент диффузии в жидкости Dж при 20°С можно вычислить по приближенной формуле:

 

, (1.22)

 

где Dж- коэффициент диффузии, м2/с; m-динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа×с; uА и uВ -мольные объемы растворенного вещества и растворителя; МА и МВ- мольные массы растворенного вещества и растворителя; А и В -коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя.

 

Значения коэффициентов А для некоторых веществ, растворенных в воде:

 

Для газов 1

для этилового спирта 1,24

для метилового спирта 1,19

для уксусной кислоты 1,27

 

Коэффициент В равен:

 

Для воды 4,7

для этилового спирта 2,0

для метилового спирта 2,0

для ацетона 1,15

для неассоциированных жидкостей 1,0

 

Коэффициент диффузии газа в жидкости Dt (при температуре t) связан с коэффициентом диффузии D20 (при температуре 20°С) следующей приближенной зависимостью

 

Dt= D20[1+b(t-20)], (1.23)

 

в которой температурный коэффициент b может быть определен по эмпирической формуле:

 

, (1.24)

 

где m-динамический коэффициент вязкости жидкости при 20°С, мПа×с; r-плотность жидкости, кг/м3.

 

Значения коэффициентов диффузии некоторых газов в воде приведены в табл. XLIII.

Коэффициент диффузии в разбавленных растворах может быть вычислен также по формуле:

 

. (1.25)

 

Здесь Dж- коэффициент диффузии, м2/с; М-мольная масса растворителя; u-мольный объем диффузирующего вещества; Т-температура, К; m-динамический коэффициент вязкости растворителя, мПа×с; b-параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя и равный:

 

 

Для воды 2,6

для этилового спирта 1,5

для метилового спирта 1,9

для бензола, эфира, гептана 1

 

11. Материальный баланс абсорбера (рис. 1.2).

12.

 

Рис. 1.2 Схема абсорбера.

Рис. 1.3 Рабочая и равновесная линии абсорбера:

АВ - рабочая линия при расходе поглотителя L; АС - рабочая линия при расходе поглотителя Lмин; ОС - равновесная линия Y*=f(`X).

 

При расчете абсорбера с нелетучим жидким поглотителем массовые (или мольные) расходы поглотителя и инертного, нерастворяющегося в жидкости газа будут постоянными по высоте абсорбера. Выражая концентрации поглощаемого компонента в газе и жидкости в относительных массовых (или мольных) единицах, получим уравнение материального баланса (в массовых единицах):

 

М=G(Yн-`Yв)=L(Xн-`Xв), (1.26)

 

где М-расход поглощаемого компонента, кг/с; и L- расходы инертного газа и жидкого поглотителя, кг/с; `Yн и`Yв - концентрации поглощаемого компонента в газе в низу и на верху абсорбера, кг/кг инертного газа; `Xн и`Xв- то же в жидкости в низу и на верху абсорбера, кг/кг жидкого поглотителя.

 

В координатах `Y -`X уравнение (1.26), при постоянных G и L, выражает отрезок прямой, проходящей через точки В [`Yн,`Xн] и А [`Yв,`Xв] - см. рис. 1.3.

Уравнение этой прямой- рабочей линии:

 

`Y=`Yн+ (`X-`Xн) (1.27)

 

или

 

`Y=`Yв+ (`X-`Xв) (1.28)

 

где`Y и`X-переменные по высоте колонны концентрации поглощаемого компонента в контактирующих неравновесных потоках газа и жидкости в данном сечении абсорбера - рис. 1.2.

 

Расход жидкого поглотителя:

 

L=jLмин. (1.29)

 

Здесь j>1-коэффициент избытка поглотителя; Lмин-теоретически минимальный расход поглотителя, определяемый графическим (см. рис. 1.3) или аналитическим путем:

 

Lмин= . (1.30)

 

Степенью поглощения (или извлечения) называется величина

 

сП= . (1.30а)

 

12. Средняя движущая сила в абсорбере с непрерывным контактом фаз.

В общем уравнении массопередачи

 

(1.31)

 

(где F - поверхность массопередачи в абсорбере, м2; М - расход поглощаемого компонента, кг/с; К`y - коэффициент массопередачи, ) средняя движущая сила D`Yср определяется следующим образом.

Если в пределах от `Xв до`Xн (рис. 1.3) линия равновесия прямая, то

 

, (1.32)

 

где D`Yн и D`Yв- концевые движущие силы; D`Yн =`Yн -`Yн* - в низу абсорбера при `X =`Xн; D`Yв =`Yв -`Yв*- на верху абсорбера при `X=`Xв.

Когда отношение D`Yн и D`Yв находятся в пределах

 

0,5 £ D`Yн / D`Yв £ 2,

 

среднюю движущую силу в абсорбере можно рассчитывать по более простой формуле:

 

D`Yср = (D`Yн+D`Yв)/2. (1.33)

 

Если же линия равновесия не прямая, то

 

. (1.34)

 

Величину интеграла в знаменателе последнего уравнения находят графическим построением или методом графического интегрирования. Другой метод расчета при криволинейной линии равновесия: разбивают равновесную линию на участки, принимаемые приближенно за отрезки прямых, и для каждого участка в отдельности определяют среднюю движущую силу по уравнению (1.32) или (1.33).

При расчетах абсорберов движущую силу часто выражают в единицах давления - см. пример 1.9.

13. Определение диаметра насадочного абсорбера.

Диаметр абсорбционной колонны D (в м) рассчитывают по уравнению расхода для газового потока:

 

, (1.35)

 

где V - расход газа, проходящего через абсорбер, м3/с; w - скорость газа, отнесенная к полному поперечному сечению колонны (фиктивная), м/с.

 

Скорость газа w находят следующим путем.

Сначала рассчитывают фиктивную скорость газа w3 в точке захлебывания (инверсии) по уравнению (при rж >> rг):

 

. (1.36)

 

Здесь s-удельная поверхность насадки, м23; g-ускорение свободного падения, м/с2; Vсв- свободный объем насадки, м33; rг и rж- плотности газа и жидкости, кг/м3; mж-динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа×с; L и G-массовые расходы жидкости и газа, кг/с; А=0,022 для насадки из колец или спиралей*, для ректификации А=-0,125.

 

Затем определяют рабочую скорость газа w (фиктивную), принимая для абсорберов, работающих в пленочном режиме

 

 

w=(0,75 ¸ 0,9) wз (1.37)

 

14. Определение высоты насадочного абсорбера.

а) Через высоту единицы переноса (ВЕП).

Поверхность контакта фаз в абсорбере при пленочном режиме работы:

F= НнSsy, (1.38)

 

где Нн- высота слоя насадки, м; S=pD2/4-площадь поперечного сечения колонны, м2; D-диаметр колонны, м; s-удельная поверхность сухой насадки, м23; y-коэффициент смоченности насадки, безразмерный - расчет величины этого коэффициента см.*

 

Высота слоя насадки:

 

(1.39)

 

 

Здесь G - постоянный по высоте колонны расход инертного газа, кг/с или кмоль/с; Кy - средний коэффициент массопередачи, или ; h0y-высота единицы переноса, м:

 

; (1.40)

n0y-общее число единиц переноса:

 

. (1.40а)

Из уравнения (1.34) следует:

 

n0y=(`Yн -`Yв)/ D`Yср. (1.41)

 

При прямолинейной равновесной зависимости среднюю движущую силу D`Yср рассчитывают по уравнению (1.32) или (1.33), при криволинейной равновесной зависимости число единиц переноса n0y находят графическим построением или методом графического интегрирования-см. пример 1.10.

Объемным коэффициентом массопередачи КyV называют величину

 

КyV= Кysy= Куа, (1.42)

 

где а=sj-удельная смоченная (активная) поверхность насадки, м23; при y=1 а=s.

 

Применяя объемный коэффициент массопередачи, получаем для высоты единицы переноса:

Рис.1.4. Графическое определение числа ступеней изменения концентрации (теоретических тарелок) в абсорбере

 

. (1.43)

 

б) Через высоту, эквивалентную теоретической тарелке (ВЭТТ).

Высота слоя насадки Нн может быть рассчитана также по уравнению:

 

Нн=hэnт, (1.44)

 

где hэ - высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ) или теоретической ступени (ВЭТС), м (определяется по экспериментальным данным); nт - число теоретических тарелок (ступеней изменения концентрации).

Число теоретических тарелок-ступеней изменения концентрации в абсорбере определяют обычно графическим путем (рис. 1.4). На этом рисунке АВ - рабочая линия, построенная по уравнению (1.27) или (1.28), ОС - равновесная линия.

15. Критериальные формулы для расчета коэффициентов массоотдачи в насадочных абсорберах с неупорядоченной насадкой (навалом) при пленочном режиме.

а) Для газовой фазы:

 

. (1.45)

 

Здесь ; ; ; bг- коэффициент массоотдачи для газа, ; Dг- коэффициент диффузии поглощаемого компонента в газе, м2/с. Остальные обозначения - см. формулы (1.36) и (1.38).

 

Уравнение (1.45) справедливо при значениях Reг от 10 до 10 000.

б) Для жидкой фазы:

 

, (1.46)

 

где ; ; ; bж - коэффициент массоотдачи для жидкости, м/с; -так называемая приведенная толщина жидкой пленки, м; Dж- коэффициент диффузии поглощаемого компонента в жидкости, м2/с; L - массовый расход жидкости, кг/с.

 

Выражение для критерия Reж получено следующим путем.

Обозначения-см. уравнения (1.36) и (1.38).

Омываемый жидкостью периметр сечения абсорбера находим из уравнения (1.38):

П=F/Нн=Ssy. (1.47)

 

Скорость течения пленки жидкости через насадку:

 

, (1.48)

 

где d - средняя толщина пленки, м.

 

Эквивалентный диаметр жидкой пленки:

 

dпл=4Пd/П=4d. (1.49)

 

Подставляя эти значения в выражение для критерия Reж, получаем:

. (1.50)

16. Определение диаметра и высоты тарельчатой абсорбционной колонны проводится так же, как и для тарельчатых ректификационных колонн-см. гл. 2. Диаметр тарельчатого абсорбера рассчитывают по уравнениям (2.16) и (2.17). Высоту тарельчатой части абсорбера Нт определяют по уравнению (2.18). Требуемое число тарелок находят графически с применением кинетических зависимостей для расчета коэффициентов массопередачи или ВЕП. При приближенных расчетах для определения числа тарелок находят графически число ступеней изменения концентрации (рис. 1.4) и затем число тарелок n по уравнению (2.19).

 

примеры

Пример 1.1. Жидкая смесь содержит 58,8% (мол.) толуола и 41,2% (мол.) четыреххлористого углерода (ч. х. у.). Определить относительную массовую концентрацию толуола `X (в кг толуола/кг ч. х. у.) и его объемную массовую концентрацию `Сx (в кг/м3).

Р е ш е н и е. Относительная массовая концентрация толуола:

 

,

где Мтол- мольная масса толуола (92 кг/кмоль); Мч.х.у.- то же четыреххлористого углерода (154 кг/кмоль); x - мольная доля толуола.

Имеем:

 

кг толуола/кг ч. х. у.

Чтобы рассчитать объемную массовую концентрацию толуола `Сx, необходимо знать плотность смеси rсм. Для расчета плотности предварительно найдем массовую долю толуола `x.

По табл. 1.2:

 

.

 

Далее по табл. IV находим: плотность толуола rтол=870 кг/м3, плотность четыреххлористого углерода rч.х.у.=1630 кг/м3.

Считая, что изменение объема при смешении не происходит, т. е. объем смеси равен сумме объемов компонентов, находим объем одного кг смеси

 

м3,

 

откуда плотность смеси:

 

кг/м3.

 

Можно рассчитать rсм и так:

 

кг/м3.

 

Объемная массовая концентрация толуола:

 

x=r`x=1160×0,461=535 кг/м3.

 

Пример 1.2. Воздух атмосферного давления при температуре 34°С насыщен водяным паром. Определить парциальное давление воздуха, объемный и массовый % пара в воздушно-паровой смеси и его относительную массовую концентрацию, считая оба компонента смеси идеальными газами. Атмосферное давление 745 мм рт. ст. Определить также плотность воздушно-паровой смеси, сравнить ее с плотностью сухого воздуха.

Р е ш е н и е. По табл XXXVIII находим, что при t= 34°C давление насыщенного водяного пара составляет 39,9 мм рт. ст. Это давление является парциальным давлением водяного пара рп в воздушно-паровой смеси, а парциальное давление воздуха равняется:

 

pв=П - pп=745-39,9» 705 мм рт. ст.

 

Мольная (объемная) доля водяного пара в меси:

 

y=pп/П=39,9/745=0,0535.

 

Массовая доля пара:

 

 

Относительная массовая концентрация

кг пара/кг воздуха.

 

Плотность воздушно-паровой смеси рассчитываем как сумму плотностей компонентов, взятых каждая при своем парциальном давлении:

 

 

= =(29×705+18×39,9)=1,105 кг/м3.

 

Можно рассчитать плотность смеси иначе.

Мольная масса смеси:

Мсмпy+Мв(1-y)=18×0,0535+29×0,9465=28,4 кг/кмоль.

Плотность смеси при П=745 мм рт. ст. и t=34°C:

кг/м3

Плотность сухого воздуха при тех же давлении и температуре:

кг/м3.

 

Пример 1.3. При температуре 25°С приведены в соприкосновение: воздух атмосферного давления, содержащий 14% (об.) ацетилена (С2Н2), и вода, содержащая растворенный ацетилен в количестве: а) 0,29×10-3 кг на 1 кг воды; б) 0,153×10-3 кг на 1 кг воды. Определить: 1) из какой фазы в какую будет переходить ацетилен; 2) движущую силу этого процесса перехода в начальный момент времени (в относительных мольных концентрациях). Атмосферное давление 765 мм рт. ст. Равновесные концентрации ацетилена в газовой и в жидкой фазах определяются законом Генри.

Р е ш е н и е. Закон Генри [уравнение (1.2)]:

 

p*=Еx.

 

По табл, XLI находим, что при t=25°С коэффициент Генри Е=1,01×106 мм рт. ст.

Парциальное давление ацетилена в воздухе по уравнению (1.1):

p=yП=0,14×765=107 мм рт. ст.

 

а) Мольная доля ацетилена в воде при `X=0,29×10-3кг ацетилена/кг воды (табл. 1.2):

 

.

 

Ответы на вопросы примера могут быть получены двумя путями.

I. В условиях равновесия парциальное давление ацетилена в газовой фазе над жидкостью с x=0,2×10-3 по закону Генри должно составлять:

 

p*=Еx=1,01×106×0,2×10-3=202 мм рт. ст.

 

Имеющееся в действительности над этой жидкостью парциальное давление ацетилена меньше: p=107 мм рт. ст. Чтобы в процессе массопередачи система газ-жидкость приближалась к состоянию равновесия, парциальное давление ацетилена в газовой фазе должно увеличиваться, т. е. он будет переходить из воды в воздух.

Движущая сила этого процесса перехода (отклонение от состояния равновесия) в начальный момент времени будет равна: в единицах парциального давления ацетилена

 

Dp=p*-p=202-107=95 мм рт. ст.

 

в мольных долях

Dy=y*-y= -0,14=0,264-0,14=0,124;

 

в относительных мольных концентрациях

 

 

=0,359-0,163=0,196 кмоль ацетилена/кмоль воздуха.

 

II. В условиях равновесия с газовой фазой, в которой парциальное давление ацетилена равняется 107 мм рт. ст., вода по закону Генри должна иметь концентрацию ацетилена (в мольных долях):

.

Имеющаяся в действительности мольная доля ацетилена в воде больше: x=0,2×10-3. Для того чтобы в процессе массоперехода система приближалась к состоянию равновесия, мольная доля ацетилена в воде должна уменьшаться, т. е. ацетилен будет переходить из воды в воздух.

Движущая сила этого процесса перехода в начальный момент времени (считая ее по концентрации в жидкой фазе):

в мольных долях

Dx=x-x*=0,2×10-3-0,106×10-3=0,094×10-3;

в относительных мольных концентрациях

.

Так как в данном примере x и х* оба много меньше единицы, то в знаменателях последнего уравнения ими можно пренебречь и

DX=x-x*=0,094×10-3кмоль ацетилена/кмоль воды.

б) Мольная доля ацетилена в воде:

х» 18×0,153×10-3/26=0,106×10-3.

Перехода ацетилена из одной фазы в другую не будет, так как соприкасающееся фазы находятся в равновесии:

x=x*=0,106×10-3, y=y*=0,14.

Пример 1.4. В массообменном аппарате, работающем под давлением рабс=3,1 кнс/см2, коэффициенты массоотдачи имеют следующие значения: by=1,07 кмоль/м2×ч(Dy=1), bx=22 кмоль/м2×ч(Dx=1). Равновесные составы газовой и жидкой фаз характеризуются законом Генри р*=0,08×106x. Определить: а) коэффициенты массопередачи Ку и Кх; б) во сколько раз диффузионное сопротивление жидкой фазы отличается от диффузионного сопротивления газовой фазы:

Р е ш е н и е. Приведем уравнение равновесия к виду y*=mx:

.

Находим коэффициенты массоопередачи:

=0,396 кмоль/м2×ч(Dy=1),

=13,9 кмоль/м2×ч(Dx=1).

Проверка:

Кху=13,9/0,396=35,1=m.

Отношение диффузионных сопротивлений жидкой и фазовой фаз при движущей силе Dу:

Такое же отношение будет и при движущей силе Dх.

Диффузионное сопротивление жидкой фазы в 1,17 раза больше сопротивления газовой фазы.

Пример 1.5. В массообменном аппарате-абсорбере коэффициент массопередачи Ку=10,4 кмоль/м2×ч×кмоль/м3. Инертный газ (не переходящий в жидкость)-азот. Давление - р


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
 | СЕМИНАРСКИХ (ПРАКТИЧЕСКИХ) ЗАНЯТИЙ

Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 2046. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Механизм действия гормонов а) Цитозольный механизм действия гормонов. По цитозольному механизму действуют гормоны 1 группы...

Алгоритм выполнения манипуляции Приемы наружного акушерского исследования. Приемы Леопольда – Левицкого. Цель...

ИГРЫ НА ТАКТИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Методические рекомендации по проведению игр на тактильное взаимодействие...

Лечебно-охранительный режим, его элементы и значение.   Терапевтическое воздействие на пациента подразумевает не только использование всех видов лечения, но и применение лечебно-охранительного режима – соблюдение условий поведения, способствующих выздоровлению...

Тема: Кинематика поступательного и вращательного движения. 1. Твердое тело начинает вращаться вокруг оси Z с угловой скоростью, проекция которой изменяется со временем 1. Твердое тело начинает вращаться вокруг оси Z с угловой скоростью...

Условия приобретения статуса индивидуального предпринимателя. В соответствии с п. 1 ст. 23 ГК РФ гражданин вправе заниматься предпринимательской деятельностью без образования юридического лица с момента государственной регистрации в качестве индивидуального предпринимателя. Каковы же условия такой регистрации и...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.015 сек.) русская версия | украинская версия