контрольная. Задачи ПИАХТ. Решение Температура конденсации водяного пара при р 2 ат. 1 стр 537, табл. Lvii с средняя разность температур С

• Название: Решение Температура конденсации водяного пара при р 2 ат. 1 стр 537, табл. Lvii с средняя разность температур С
• Анкор: контрольная
• Дата: 03.05.2022
• Размер: 350.5 Kb.
• Имя файла: Задачи ПИАХТ.docx
• Тип: Решение; #508796

1. В кожухотрубном теплообменнике из углеродистой стали нагревается 126 м3/ч 25% раствора поваренной соли от 20 до 80°С. Плотность раствора 1173 кг/м3, вязкость 0,94 сПз, теплопроводность 0,5 Вт/(м К), теплоемкость 3410 Дж/(кг К). Нагрев производится насыщенным водяным паром под давлением 2 ат. Определить поверхность теплопередачи, если теплообменник двухходвой. В теплообменнике 253 трубки, диаметром 25х2мм. Коэффициент теплоотдачи от пара 5000 Вт/м2 К.

Решение

Температура конденсации водяного пара при Р = 2 ат. [1 стр 537, табл. LVII] С

Средняя разность температур



С

С

 С.

Количество передаваемой теплоты от раствора



где Дж/кг К - теплоемкость 25% раствора поваренной соли

- массовый расход раствора

кг/с

кВт

Определяем расход пара

кг/с

где кДж/кг – теплота парообразования [1 стр 537, табл. LVII]

Определяем коэффициент теплоотдачи от 25% раствора поваренной соли в трубах

Скорость течения

м/с

где z – число ходов в теплообменнике

Критерий Рейнольдса

>10000

где - динамический коэффициент вязкости воды при 115С [стр. 537 табл. XXXIX]

Коэффициент Прандтля для нагреваемой жидкости



где - коэффициент теплопроводности при 115С [стр. 537 табл. XXXIX]

Режим течения спирта в трубах турбулентный, принимаем формулу для расчета 4.17, полагая



Примем =1



Тогда

Вт/(м²·К);

Коэффициент теплопередачи



где - коэффициент теплоотдачи от воды к стенке 840 Вт/(м²·К)

- суммарная тепловая проводимость стенки со стороны раствора 5800 м²*К/Вт, со стороны пара 5800 м²*К/Вт. [табл. XXXI]

= 0,001 мм – толщина стенки

Вт/(м²·К)

Площадь поверхности теплообмена:




2. В выпарном аппарате выпаривается 2,69 т/ч 7% (масс.) водяного раствора при атмосферном давлением 760 мм.рт.ст. Температура кипения раствора в аппарате 103 °С. Начальная температура разбавленного раствора 15 °С. Давление греющего пара 3 ат. Поверхность теплообмена в аппарате 52 м², коэффициент теплопередачи 974 Вт/(м² К). Тепловые потери аппарата в окружающую среду составляют 10% от тепла, затраченного на испарение. Определить конечную концентрацию упаренного раствора и расход греющего пара в кг/ч, при влажности его 5%

Решение:

Теплота в выпарном аппарате определиться по формуле:



- температура процесса



- температура греющего пара XXXIX р_абс = 3 кгс/см²



Вт

Определяем расход греющего пара при влажности его 5%.



где - удельная теплота конденсации греющего пара = 2171 кДж/кг, при средней температуре греющего насыщенного водимого пара 3 кгс/см² (1 т LVII c 549).

х = (100 – 5) /100 =0,95 – степень сухости.

кг/ч

Составляем уравнение выпаривания и определяем потерю теплоты в окружающую среду.



Из уравнения определяем количество выпариваемой воды



- теплоемкость разбавленного раствора

Дж/(кг. К)

=4,19 кДж/(кг К) - теплоемкость воды

кДж/кг - энтальпия вторичного пара при 103 °С (1 табл. LVI c 548)

- потери теплоты составляют 10% от тепла, затраченного на испарение (т.е от значения )

Дж/кгК

кг/с

Из уравнения определяем



=18,3%.
3. В теоретической сушилке производительностью 600 кг/ч по высушенному материалу сушится материал от 35 до 8% влажности (считая на общую массу). Показания психрометра, установленного в помещении, из которого поступает воздух в калорифер: 20°С – температура сухого термометра, 15 - температура «мокрого» термометра. Выходящий из сушилки воздух имеет температуру 40 °С и относительную влажность 0,7. Определить расход сухого греющего пара (кг/ч) и поверхность нагрева калорифера, если давление пара 2 ат и коэффициент теплоотдачи 31 Вт/(м2-К). Давление воздуха в сушилке 745 мм.рт.ст

Решение

1. Определяем количество испаренной при сушке влаги:



кг/ч

Удельный расход теплоты в теоретической сушилке



По диаграмме Рамзина определяем параметры процесса сушки. Определяем начальную точку: исходя из точки росы t_м =15°С по линии I-const идем до пересечения t₀=20°С, получаем следующие параметры х₀=0,009кг/кг сухого воздуха; I₀=43кДж/кг. Конечная точка с параметрами t₂=40°С и φ₂=0,7, определяем остальные параметры: х₂=0,031кг/кг сухого воздуха; I₂=125кДж/кг. Определяем температуру калорифера, которая находится на пересечение прямых: вертикальной линии начальной точки и линии I-const конечной точки получаем t₁=98°С.



кДж/кг испаренной влаги

Определяем расход теплоты в калорифере

кВт;

Расход греющего пара



где -удельная теплота парообразования при Р_абс=2кгс/см²  кДж/кг табл. LVII стр. 549.

кг/ч

Средняя разность температур в калорифере



С

С

 С.

Площадь поверхности нагрева калорифера составит



м²
4. Скруббер для поглощения паров ацетона из воздуха орошается водой в количестве 3 м3/ч. Через скруббер снизу подается смесь воздуха с парами ацетона (при 0°С), содержащая 6% (об) ацетона. Расход воздуха 1806 кг/ч. В скруббере улавливается 98% ацетона. Уравнение линии равновесия при растворении ацетона в воде Y = 1,68X, где У – кмоль ацетона/кмоль возд; Х - кмоль ацетона/кмоль воды. Определить среднюю движущую силу процесса Хср в кмоль ацетона/кмоль воды и число единиц переноса. Давление в аппарате 760 мм.рт.ст.

Решение

Пересчитаем исходные концентрации в относительные мольные доли

кмоль ацетона/кмоль воздуха;

кмоль ацетона/кмоль воздуха;

где с – степень извлечения ацетона

Отсюда расход поглощаемого ацетона



Определим конечную концентрация ацетона в воде

кмоль ацетона/кмоль воды

- коэффициент распределения



где - массовое количество воды

кг/с

- плотность воды [1 табл. XXXIX]

Тогда начальное содержание ацетона в смеси

кмоль ацетона/кмоль воды

Тогда средняя движущая сила процесса Хср в кмоль ацетона/кмоль воды составит

кмоль ацетона/кмоль воды

Определяем число единиц переноса при условии, что равновесная имеет форму прямой получим





кмоль ацетона/кмоль возд

кмоль ацетона/кмоль возд

кмоль ацетона/кмоль возд



5. В ректификационную колонну поступает 5000 кг/ч смеси, состоящей из 29% (масс.) метилового спирта и 71% (масс.) воды. Уравнение рабочей линии верхней (укрепляющей) части колонны: у = 0,73х + 0,264. Кубового остатка получается 3800 кг/ч. Опре­делить: а) массовый процент метилового спирта в кубовом остатке; б) количество пара (в кг/ч), поступающего из колонны в дефлег­матор; в) расход воды в дефлегматоре, если она нагревается в нем на 12 К.

Решение:

Уравнение рабочей линии верхней (укрепляющей) части колонны:

у = 0,73х + 0,264

при х = 0 у = 0,264

Так как уравнении рабочей линии составит по формуле 7.6 стр 320



то , а



отсюда кмоль/кмоль смеси

Переводим из массовых частей в массовые по формуле стр 283 табл. 6.2



% масс.

Из уравнения материального баланса формула 7.5 стр. 319



кг/ч





формула 7.5 стр. 319 (та же формула для вывода )

% масс.



Определяем количество пара (в кг/ч), поступающего из колонны в дефлегматор

кг/ч. стр. 329

Определяем расход воды в дефлегматоре, если она нагревается в нем на 12 К.

стр. 329

Дж/кг К - теплоемкость воды табл. XXXIX

Кол-во теплоты в дефлегматоре

Дж формула 7.15 стр. 321

- удельная теплота парообразования смеси % (где 97,6% этилового спирта и (100-97,6)% воды)



где - удельная теплота парообразования метилового спирта по табл. XLV стр. 541, кДж/кг при температуре кипения метилового спирта 64,7ºС определенная по таблице XLIV стр. 541

- удельная теплота парообразования воды по табл. XLV стр. 541, кДж/кг при температуре 64,7ºС.

кДж/кг

кг/ч.
Список используемых источников
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу ПАХТ: Учебное пособие для вузов/ Под редакцией чл-корр. АН СССР П.Г. Романкова. -9-е изд., перераб. и доп. -Л.: Химия, 1981. - 560с., ил.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983-272с., ил.