ЗАДАЧИ К ЭКЗАМЕНУ ПО ПАХТ. Где fm и mc длины участков, измеренные на диаграмме

Название	Где fm и mc длины участков, измеренные на диаграмме
Дата	09.06.2019
Размер	1.53 Mb.
Формат файла
Имя файла	ЗАДАЧИ К ЭКЗАМЕНУ ПО ПАХТ.docx
Тип	Документы #81078
страница	1 из 3

1 2 3

Найти расход растворителя при одноступенчатой экстракции. Расход сырья 12 тонн/ч, содержание хорошо растворимого вещества в сырье 45% масс, в полученном рафинате содержится 20 % масс. компонента А и 0 % масс. компонента В.

Сырьё содержит 45% растворённого вещества В, отмечаем точку F с данной концентрацией на треугольной диаграмме (4,5 деления от точки А). Если рафинат содержит 20% компонента А, значит ему соответствует точка R на диаграмме (20% от точки . Двигаясь по хорде равновесия определяем точку М, которая соответствует смеси исходного сырья с требуемым количеством растворителя. Для того, чтобы определить количество растворителя, воспользуемся правилом рычага. Тогда количество растворителя:

12·22 / 32 = 8,25 тонн/ч

где FM и MC длины участков, измеренные на диаграмме

Найти тепловую нагрузку калорифера для нагрева воздуха и расход воздуха сушильной установки, установленной в г. Вологда, в которой высушивают 17 т/ч материала от 17 % до 7 % влаги в нем. Температура теплостойкости материала 170 ºС, на выходе из сушилки температура 50 ºС.

Количество влаги, удаляемое из материала в процессе сушки, при изменении влажности материала от u_н до u_к, равняется

_{Расход сухого воздуха в сушилке}_L_{(в кг/с):}

где W – производительность сушилки по испаряемой влаге, кг/с; l– удельный расход сухого воздуха, кг/кг испаряемой влаги:

_{где х}₀_{и х}₂_{– начальное и конечное влагосодержание воздуха.}
В Вологде в июле температура воздуха 17,6 ^оС, относительная влажность воздуха

φ = 70 %.

При температуре 17,6 ^оС и относительной влажности воздуха φ = 70 % влагосодержание равно 0,009 кг/кг сухого воздуха, при температуре 50 ^оС 0,06 кг/кг сухого воздуха, тогда

_{Расход сухого воздуха в сушилке:}

L = W · l = 0,508 · 19,6 = 9,96 кг/с

Расход теплоты в калорифере Q (в Вт) при нормальном варианте процесса сушки

Q = L · (I₁ – I₀ )

Энтальпии воздуха находим по диаграмме Рамзина I₀ = 48 кДж/кг, I₁= 210 кДж/кг

Расход тепла в калорифере составит

Q = 19,6 · (210 – 48) = 3175,2 кВт

Найдите расход поглотителя, если количество извлекаемого компонента 0,6 кг/с, относительные концентрации извлекаемого вещества на входе в абсорбер 0,23, на выходе 0,02. Степень насыщения поглотителя газом 0,85. На абсорбцию поступает чистый поглотитель.

Масса газа, переходящая в процессе абсорбции из газовой смеси в поглотитель за единицу времени, из уравнения материального баланса равна:

где L, G – расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с;

– начальная и конечная концентрация газа в поглотителя,

– начальная и конечная концентрация паров в газе.

Уравнение равновесной линии имеет вид:

_{где с}_n_–_{степень поглощения}

Значит m = 0,884 – коэффициент распределения;

Отсюда следует, что:

Рассчитав

мы можем найти минимальный расход поглотителя L_min:

Расход воды в абсорбер:

Т.к. в реальном процессе абсорбции используется не минимальный расход поглотителя, а несколько больший (для ускорения процесса), то необходимо пересчитать минимальный расход поглотителя на рабочий расход L_д с учетом коэффициента избытка поглотителя  коэффициент избытка поглотителя, принимаем равным 1,5.

Найти состав и количество экстрактного раствора при одноступенчатой экстракции. Расход сырья 10 т/час, содержание хорошо растворимого компонента в сырье 45 % масс., а в экстракте 80 % масс.

Сырьё содержит 45% растворённого вещества В, отмечаем точку F с данной концентрацией на треугольной диаграмме (4,5 деления от точки А). Экстракт должен содержать 80% вещества В, этому значению соответствует точка Е на диаграмме. Проводим прямую Е`С и определяем место пересечение с пограничной кривой Е. От этой точки движемся вдоль линии равновесия до пересечения с прямой FC в точке М, которая соответствует смеси исходного сырья с требуемым количеством растворителя.

Определяем количество растворителя:

10·36 / 18 = 20 т/ч

Количество раствора сырья:

10 + 20 = 30 т/ч

Количество экстрактного раствора

30 · 47 / 53 = 26,6 т/ч

Чтобы определить состав экстрактного раствора проведём из точки Е прямые параллельные сторонам треугольника ABC.

Содержание вещества А – 3% масс

Содержание вещества В – 17% масс

Содержание вещества С – 80% масс.

Найти время защитного действия слоя адсорбента высотой 2 метра, диаметр 0,6 м. Насыпная плотность 600 кг/м³, статическая активность 0,4 кг/кг. Расход газа 1600 м³/ч, начальная концентрация извлекаемого компонента 0,01 кг/м³.

Масса извлеченного вещества определяется по уравнению:

где G – расход газа, м³/ч;

у₀ – начальная концентрация извлекаемого компонента, кг/м³;

τ_з.д- время защитного действия слоя адсорбента, ч,

V_ад – объем адсорбента, м³;

ρ_нас. – насыпная плотность адсорбента, кг/м³;

а_дин.- динамическая активность адсорбента, т.е. это количество вещества, поглощенного единицей массы адсорбента до проскока.

Величины динамической активности либо приводятся в литературе для различных адсорбентов, либо в приближенном расчете принимаются

.

где а* - статическая активность адсорбента.

Отсюда время защитного действия слоя адсорбента равно:

Смесь бензол – толуол с концентрацией Х_f= 30 % мол. подается в колонну при температуре начала кипения. Концентрация НКК в дистилляте Х_D= 95 % мол. Давление атмосферное. Расход дистиллята 1800 кг/час. Найти количество паров, поступающих из колонны в дефлегматор, а также количество тепла, которое необходимо отвести водой.

Минимальное флегмовое число R_min определяем по уравнению:

где x_D – концентрация низкокипящего (НКК) в дистилляте, мол. доли;

x_F – концентрация воды в сырье, мол. доли;

y*_F – мольная доля воды в паре, равновесном с жидкостью,; мол. доли.

По рис. 1 определяем y*_F = 52 %. Тогда минимальное флегмовое число равно:

Действительное флегмовое число определяем по уравнению Джиллиланда

Следовательно, в дефлегматор поступает паров:

Температуру верха колонны определяем по рис. 2. Она равна 82,5 ºС.

Количество тепла, отнимаемого водой в дефлегматоре, определяем по уравнению:

Вт

_{где теплоту конденсации дистиллята определяем по правилу аддитивности:}

Дж/кг

где r_б = 385,65 · 10³ Дж/кг - теплота конденсации бензола при температуре верха колонны, равной 91,2^оС (табл. ХLV, стр. 542 [1]), r_т = 373,12 · 10³ Дж/кг - теплота конденсации толуола при температуре верха колонны, равной 91,2 ^оС

$c:\documents and settings\123\local settings\temporary internet files\content.word\4.jpg$

Рис. 1

$c:\documents and settings\123\local settings\temporary internet files\content.word\4.jpg$

Рис. 2

Определить количество и состав пара при однократном испарении, если известно: смесь бензол – толуол, температура сырья 97 ^оС, содержание НКК в сырье x_F = 40 % мол., производительность по сырью 30000 кмоль/ч.

Задачу решаем, используя правило рычага. Значения количества пара и жидкости определяем по диаграмме:

Решаем систему и находим количество фаз:

п_п = 7826,1 кмоль,

п_ж = 30000 – 7826,1 = 22173,9 кмоль.

Тогдав паровой фазе содержится бензола

кмоль,

кг

толуола

кмоль,

кг.

b

a
$c:\documents and settings\123\local settings\temporary internet files\content.word\4.jpg$

8. Определить расход топлива в калорифере теоретической сушилки г. Новосибирска, в которой высушивают 2,3 т/час материала от 19 % до 2 % влаги в нем. Температура теплостойкости материала 145 ºС. На выходе из сушилки температура 48 ºС.

Количество влаги, удаляемое из материала в процессе сушки, при изменении влажности материала от u_н до u_к, равняется

_{Расход сухого воздуха в сушилке}_L_{(в кг/с):}

_{где х}₀_{и х}₂_{– начальное и конечное влагосодержание воздуха.}
В Новосибирске в июле температура воздуха 17,6 ^оС, относительная влажность воздуха

φ = 70 %.

При температуре 18,7 ^оС и относительной влажности воздуха φ = 59 % влагосодержание равно 0,008 кг/кг сухого воздуха, при температуре 50 ^оС 0,045 кг/кг сухого воздуха, тогда

_{Расход сухого воздуха в сушилке:}

L = W · l = 1,11 · 27,03 = 30 кг/с

Расход теплоты в калорифере Q (в Вт) при нормальном варианте процесса сушки

Q = L · (I₁ – I₀ )

Энтальпии воздуха находим по диаграмме Рамзина I₀ = 38 кДж/кг, I₁= 170 кДж/кг

Расход тепла в калорифере составит

Q = 30 · (170 – 38) = 3960 кВт.

9. Определить флегмовое число, если расход воды в дефлегматоре 100 т/ч, вода нагревается на 15 ^оС. Расход дистиллята 1,5 т/ч. Дистиллят принять за чистый метиловый спирт. Давление атмосферное.

Расход охлаждающей воды определяется по формуле:

где Q_деф – количество тепла, отнимаемого водой в дефлегматоре, Вт,

с_в – теплоемкость воды, принимаем ориентировочно с_в = 4190 Дж/(кг·ºС),

t_н и t_к – начальная и конечная температуры воды соответственно, ^оС.

Отсюда тепло, отнимаемое водой в дефлегматоре, равно:

Количество теплоты, отнимаемого водой в дефлегматоре, можно также определить по формуле:

где G_D – расход дистиллята, кг/с,

R – флегмовое число,

r_D – теплота конденсации дистиллята, Дж/кг.

Отсюда

Принимаем, что давление вверху колонны атмосферное, тогда температура кипения дистиллята (метилового спирта) равна 64,7 ^оС (табл. XLIV, стр. 541, [1]). Теплота конденсации метилового спирта при температуре кипения 64,7^оС равна 1099,06 кДж/кг (определено методом интерполяции по табл. XLV, стр. 541 [1]). Подставляя чиленные значения, получим:

10. Найти высоту слоя адсорбента для работы в течение 10 часов. Подается 900 кг/час газа в абсорбер при давлении 0,3 МПа и температуре 30 ºС. Молярная масса газа 40 кг/кмоль. Скорость газа принять самостоятельно. Насыпная плотность адсорбента 700 кг/м³, статистическая активность 0,26 кг/кг. Начальная концентрация извлекаемого компонента в газе 0,02 кг/кг.
Масса извлеченного вещества определяется по уравнению:

где G – расход газа, м³/ч;

Плотность газа ρ_гпри заданных условиях ( при давлении 0,3 МПа и температуре 30 ºС) равна:

кг/м³

Отсюда расход газа в м³/ч равен:

м³/ч

у₀ – начальная концентрация извлекаемого компонента, кг/м³;

τ- время работы адсорбента, ч,

h – высота адсорбента, м;

ρ_нас. – насыпная плотность адсорбента, кг/м³;

а* - статическая активность адсорбента.

S – площадь поперечного сечения абсорбера, можно определить из соотношения

где W_г- скорость газа в свободном сечении адсорбера, м/с. Скорость движения газа в свободном сечении адсорбера принимается обычно W_г ≤ 0,2 м/с. Низкие скорости поддерживаются для снижения гидравлического сопротивления. Принимаем W_г= 0,1 м/с = 360 м/ч.

Тогда высота адсорбента составит:

11. Найти расход растворителя, необходимого для получения экстрактного раствора, его состав и количество при одноступенчатой экстракции. Расход сырья 15 т/ч. Содержание хорошо растворимого компонента в сырье 30 % масс. , а в экстракте 85 % масс.

Сырьё содержит 30% растворённого вещества В, отмечаем точку F с данной концентрацией на треугольной диаграмме (3 деления от точки А). Экстракт должен содержать 85% вещества В, этому значению соответствует точка Е на диаграмме. Проводим прямую Е`С и определяем место пересечение с пограничной кривой Е. От этой точки движемся вдоль линии равновесия до пересечения с прямой FC в точке М, которая соответствует смеси исходного сырья с требуемым количеством растворителя.

Определяем количество растворителя:

15·23 / 33 = 10,5 т/ч

Количество раствора сырья:

15 + 10,5 = 25,5 т/ч

Количество экстрактного раствора

25,5 · 29 / 51 = 14,5 т/ч

Чтобы определить состав экстрактного раствора проведём из точки Е прямые параллельные сторонам треугольника ABC.

Содержание вещества А – 3% масс

Содержание вещества В – 24% масс

Содержание вещества С – 73% масс

12. . Определить среднюю движущую силу процесса абсорбции, если относительные концентрации извлекаемого компонента на входе в абсорбер 0,23, на выходе 0,01. Степень насыщения поглотителя газом 0,5. На абсорбцию поступает чистый поглотитель.

Уравнение равновесной линии имеет вид:

_{где с}_n_–_{степень поглощения}

Значит m = 0,926 – коэффициент распределения;

Отсюда следует, что:

Движущая сила внизу абсорбера на входе газа

Вверху абсорбера на выходе газа

Т.к. отношение

, то средняя движущая сила

13. Определить действительное число тарелок в ректификационной колонне для разделения смеси хлороформ – бензол под атмосферным давлением. Исходная смесь содержит 40 % (мольн) хлороформа, дистиллят 80 % (предположим) хлороформа, остаток 90 % (мольн) бензола. Коэффициент избытка флегмы 1,5. На одну ступень изменения концентрации приходится 2 тарелки.
Минимальное флегмовое число определяется по следующей формуле:

где

- мольная доля хлороформа в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, определяется по рис. 1 (

= 0,62)

Тогда:

_{Так как коэффициент избытка флегмы равен 1,5, то действительное флегмовое число равно}

Относительный мольный расход питания находим по уравнению:

Уравнения рабочих линий

- верхней (укрепляющей) части колонны

- нижней (отгонной) части колонны

Вписываем ступени между рабочей и равновесной линиями, получаем в верхней части – 3 теоретические тарелки, в нижней части – 4 теоретические тарелки. Так как на одну ступень изменения концентрации приходится 2 тарелки, то в верхней части необходимо установить 6 тарелок, в нижней 8 тарелок.

32 %

Х_W = 10 %

Х_D = 80 %

Х_F = 40%
$c:\documents and settings\123\local settings\temporary internet files\content.word\4.jpg$
14. Определить среднюю движущую силу процесса абсорбции, если относительные концентрации извлекаемого компонента на входе в абсорбер 0,2, на выходе 0,05. Степень насыщения поглотителя газом 0,5. На абсорбцию поступает чистый поглотитель.

Уравнение равновесной линии имеет вид:

_{где с}_n_–_{степень поглощения}

Значит m = 0,726 – коэффициент распределения;

Отсюда следует, что:

Движущая сила внизу абсорбера на входе газа

Вверху абсорбера на выходе газа

Т.к. отношение

, то средняя движущая сила

15. Определить действительное число тарелок в ректификационной колонне для разделения смеси ацетон – бензол под атмосферным давлением. Исходная смесь содержит 50 % (мольн) ацетона, дистиллят 95 % (мольн.) ацетона, остаток 95 % (мольн) бензола. На одну ступень изменения концентрации приходится 3 тарелки.

Минимальное флегмовое число определяется по следующей формуле:

где

- мольная доля ацетона в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, определяется по рис. 1 (

= 0,71)

Тогда:

Действительное флегмовое число определяем по уравнению Джиллиланда

Относительный мольный расход питания находим по уравнению:

Уравнения рабочих линий

- верхней (укрепляющей) части колонны

- нижней (отгонной) части колонны

Вписываем ступени между рабочей и равновесной линиями, получаем в верхней части – 5 теоретических тарелок, в нижней части – 6 теоретических тарелок. Так как на одну ступень изменения концентрации приходится 3 тарелки, то в верхней части необходимо установить 15 тарелок, в нижней 18 тарелок.

Х_W = 5 %

Х_D = 95 %

Х_F = 50%

18,6 %
$c:\documents and settings\123\local settings\temporary internet files\content.word\4.jpg$

16. Найти количество и состав рафинатного раствора при одноступенчатой экстракции. Расход сырья 7 т/ч, содержание хорошо растворимого вещества в сырье 45 % масс., в рафинате 15 % масс.

Количество извлекаемого при экстракции вещества определяем из уравнения материального баланса равна:

где G, L – расходы соответственно сырья и рафината, т/ч;

– начальная и конечная концентрация компонента в сырье,

– начальная и конечная концентрация извлекаемого компонента в растворителе.

Отсюда количество рафината равно

Количество хорошо растворимого вещества в рафинате составит

21000 ·0,15 = 3150 кг/ч,

Количество раствора 21000 – 3150 = 17850 кг/ч.

17. Определить минимальное флегмовое число для разделения смеси хлороформ – бензол, если концентрация НКК составляет (% мольн.) в дистилляте 96 %, остатке 5 %, сырье 20 %. Определить коэффициент избытка флегмы, если количество паров на выходе из колонны 30 кмоль/ч, орошение составляет 25 кмоль/ч.

Минимальное флегмовое число определяется по следующей формуле:

где

- мольная доля хлороформа в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, определяется по рис. 1 (

= 0,37)

Тогда:

Так как количество паров на выходе из колонны 30 кмоль/ч, орошение составляет 25 кмоль/ч, то выход дистиллята составит 5 кмоль/ч,

_{Действительное флегмовое число равно}

_{Коэффициент избытка флегмы равен}

Х_D = 96 %

Х_F = 20%

1 2 3