Задача 1 3 Задача 2 4 Задача 3 5 Задача 4 7 Задача 5 12 Список литературы 16 Задача 1

• Название: Задача 1 3 Задача 2 4 Задача 3 5 Задача 4 7 Задача 5 12 Список литературы 16 Задача 1
• Дата: 24.01.2023
• Размер: 0.74 Mb.
• Имя файла: PAKhT_kr2_variant_4.docx
• Тип: Задача; #903292

Титул

СОДЕРЖАНИЕ

Задача 1 3

Задача 2 4

Задача 3 5

Задача 4 7

Задача 5 12

Список литературы 16

Задача 1

Жидкая смесь, состоящая из компонентов А (хлороформ) и В (бензол), содержит С_А = 35 об. компонента А и С_В = 65% об. компонента В. Определить содержание каждого из компонентов в указанной смеси при нормальных условиях в мольных долях и относительную массовую концентрацию.

Решение:

1. Справочные данные:

- молярная масса веществ ;

;

- плотности веществ при н.у. кг/м³;

кг/м³;

2. Мольная доля компонента смеси представляет собой отношение количества вещества компонента к общему количеству вещества смеси:



3. Находим количества веществ:

кмоль;

кмоль;

кмоль;

4. Мольные доли компонентов:





5. Относительная массовая концентрация:

кг хлороформа на 1 кг бензола.

Задача 2

Влажный воздух с температурой t₀ = 25 ºС и относительной влажностью φ₀ = 80% нагревается в калорифере до температуры t₁ = 140 ºС. Определить влагосодержание, теплосодержание, плотность и удельный объём воздуха на входе и выходе из калорифера. Атмосферное давление 760 мм рт. ст.

Решение:

1. Справочные данные:

- давление насыщенного водяного пара при температуре 25℃ равно – р₀=23,77 мм.рт.ст. или 3169 Па.

2. Начальное влагосодержание:

кг/кг сухого пара;

3. Теплосодержание:

кДж/кг

4. Плотность влажного воздуха:

кг/м³;

5. Удельный объем воздуха:



6. Параметры на выходе из калорифера:

- изменение состояния воздуха при нагревании его в калорифере происходит при постоянном влагосодержании, то есть = =0,0164 кг/кг.

- теплосодержание нагретого воздуха:

кДж/кг

Находим по таблице свойств насыщенного водяного пара в зависимости от температуры

При t₁ = 140; =3,685 кгс/см³ = 3,685*9,81*10⁴=361498,5

Плотность влажного воздуха равна:

кг/м³

Задача 3

Определить коэффициент массопередачи в водяном скруббере при поглощении из газа диоксида углерода по следующим данным. В скруббер поступает G = 4600 м³/ч газовой смеси при рабочем давлении и температуре. На скруббер подаётся Q = 620 м³/ч чистой воды, начальное содержание СО₂ в газе Х_н = 29,7% (об.). Конечное содержание СО₂ в газе Х_к = 0,38% (об.). Давление в скруббере Р_абс = 160·10⁴ Па. Температура t = 23ºС. В нижнюю часть скруббера загружено 3 т керамических колец 50×50×5 мм. В верхнюю часть загружено 17 т колец 35×35×4 мм. Коэффициент смоченности считать равным 1.
Решение:

1. Вычислим суммарную поверхность всех колец. Поверхность колец 50x50x5 мм:

м²;

где к/м³ - насыпная плотность насадки из колец 50X50X5 мм, м²/м³ - удельная поверхность насадки (табл. XVII).

Аналогично вычисляем поверхность колец 35x35x4 мм:

м²;

Суммарная поверхность всех колец:

м²;

Определим количество диоксида углерода, поглощенного водой. Начальное количество диоксида углерода в газе (в низу скруббера):

м³/ч;

Количество диоксида углерода в выходящем газе (в верху скруббера):

м³/ч;

Поглощается водой:

м³/ч;

кг/ч т.е 2475,72/44=56,27 кмоль/ч

где - 1,976 кг/м³ - плотность СО₂ при нормальных условиях; 44 кг/кмоль - мольная масса диоксида углерода

Находим движущую силу процесса абсорбции в низу скруббера.

Парциальное давление диоксида углерода на входе в скруббер

кПа

где кПа - общее давление в скруббере.

Мольная доля СО₂ в воде, вытекающей из скруббера:



Коэффициент Генри Е для диоксида при 15 °С равен 0,93·10⁶ мм рт. ст. (табл. ХLI), или 0,124·10⁶ кПа; отсюда парци­альное давление диоксида углерода в газе, равновесном с жидко­стью, вытекающей из скруббера [уравнение (6.2)]:

кПа;

Движущая сила процесса абсорбции в низу скруббера:

кПа;

Определяем движущую силу процесса абсорбции на верху скруббера.

Парциальное давление диоксида углерода в газе, выходящем вверху из скруббера:

кПа;

Так как вода на орошение скруббера подается чистая, то пар­циальное давление диоксида углерода в равновесном с водой газе равно нулю; отсюда движущая сила процесса абсорбции на верху скруббера:

;

Средняя движущая сила для всего процесса:

кПа;

Коэффициент массопередачи:

кг/м²·ч·кПа

Задача 4

В ректификационную колонну непрерывного действия с колпачковыми тарелками поступает смесь ацетон–вода. Исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения на тарелке питания, нагреваясь предварительно за счёт теплоты кубового остатка. Колонна работает с запасом флегмы β= 2,2. Дефлегматор колонны охлаждается водой с начальной температурой t₁ = 15ºС и конечной температурой t₂ = 50ºС. Расход исходной смеси F = 1300 кг/час. Определить число действительных тарелок и расход охлаждающей воды в дефлегматоре.
Таблица 1 – Исходные данные

Величины	Варианты
	4
F, кг/час	1300
Запас флегмы β	2,2
Состав исходной смеси:
вода, % вес	80
ацетон, % вес	20
Состав кубового остатка:
вода, % вес	99,0
ацетон, % вес	1,0
Состав дистиллята:
вода, % вес	1
ацетон, % вес	99
t2, ºС	55
t1, ºС	10

Решение:

Справочные данные состава жидкости (х) и пара (y) по наиболее высококипящему компоненту (ацетону) представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Состав жидкости (х) и пара (y) по наиболее высококипящему компоненту

X	0	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	100
Y	0	63,9	76,3	82,7	84,5	85,7	86,7	87,7	88,7	89,8	92,7	96,2	100
t,°C	100	77	69,1	64,3	62,4	61,2	60,2	59,3	58,4	57,6	56,8	56,5	56,1

Рисунок 1 - Диаграмма t-x,y для смеси ацетон - вода
Материальный баланс колонны

1. Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку
Таблица 6 - Температуры кипения и молекулярные массы разделяемых компонентов

	tк, С	М, кг/кмоль
ацетон	56	58 (МА)
вода	100	18 (МВ)

Обозначим массовый расход дистиллята G_D кг/с, кубового остатка через G_W кг/с, тогда

,



, 0,29 кг/с



Питание:

Дистиллят:

Кубовый остаток:

Относительный мольный расход питания




2. Расчет оптимального флегмового числа



Рисунок 2 - Кривые равновесия при П=760 мм рт. ст.:

1 - ацетон-вода; 2 - четыреххлористый углерод-ацетон.
Минимальное число флегмы



Где =0,68 - мольную долю ацетона в равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме - х. Рабочее число флегмы



Уравнения рабочих линий

а) верхней (укрепляющей) части колонны





б) нижней (исчерпывающей) части колонны






Рисунок 3 – Построение теоретических тарелок

Теоретическое количество ступеней – 6.

Число тарелок рассчитываем по уравнению



Для определения среднего к. п. д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов и динамический коэффициент вязкости смеси μ при средней температуре в колонне, равной 77^oC. При этой температуре давление насыщенного пара ацетона мм рт. ст., воды Р_В=314,1 мм рт. ст., откуда . Динамический коэффициент вязкости ацетона при t=77 ^oC равен 0,2·10^-3Па·с, воды 0,3702·10^-3 Па·с. Принимаем:



Тогда:



По графику находим .

Тогда действительное число тарелок равно:

– принимаем 8 тарелок.

3. Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе



Здесь



где r_A и r_В - удельные теплоты парообразования ацетона и воды.

Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 35^оС

а) в дефлегматоре

Задача 5

Определить холодильный коэффициент и удельную холодопроизводительность паровой компрессионной аммиачной холодильной установки при температуре в испарителе

t₀ = –15ºС и температуре конденсации t = 20ºС. Построить теоретический цикл работы холодильной установки в диаграмме Т – S или в диаграмме p – i и по построенному циклу определить требуемые величины. Нарисуйте схему холодильной установки.
Решение:

Аммиак применяется в холодильных машинах (ХМ) при температуре конденсации не выше 55 ⁰C и температуре кипения до –30 ⁰C в случае использования одноступенчатых циклов, и до –60 ⁰C для двухступенчатых. Мощность используемых аммиачных ХМ находится в диапазоне от нескольких десятков кВт до нескольких МВт.

Основными элементами ХМ являются: компрессор, конденсатор, испаритель и устройство для расширения рабочего вещества. Отдельно стоит отметить абсорбционные ХМ, которые нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, и использующие аммиак в качестве рабочего тела. В данных машинах механический компрессор заменяется сразу несколькими аппаратами: генератором, абсорбером и насосом.

Одноступенчатая паровая ХМ с дроссельным вентилем является наиболее простой схемой и применяется в установках небольшой мощности. Схема ХМ представлены на рис.4.


Рисунок 4 – Схема холодильной машины
Расчет рабочего процесса холодильной установки.

Для построения процесса в диаграмме lgP-h обычно определяют конкретные параметры: температуру кипения хладагента, температура конденсации, температура всасывания, температура переохлаждения.

1. Температура кипения хладагента в испарителе при закрытой рассольной схеме охлаждения:

t₀= -15˚С

2. Температура конденсации паров хладагента зависит от температуры и количества воды, подаваемой в конденсатор.

t_K=20˚С

3. Температура переохлаждения перед регулирующим вентилем:

t_П=t_К ^–Δt_П ,

где Δt_П=4˚С

t_П=20 - 4=16˚С

4. Температура всасывания:

t_ВС=t₀ +Δt_ВС ,

где Δt_ВС =7˚С

t_ВС= -15+7= -8˚С
Построение цикла холодильной машины

Прежде всего определяем по диаграмме значения и по температурам, соответствующим кипению и конденсации:

- для =>

- для =>

Проводим на диаграмме две горизонтальные прямые – изобары (рис. 5).

Пересечение изобары кипения с кривой насыщенного пара (точка 1) показывает состояние хладагента на выходе из испарителя. Перегрев пара во всасывающем трубопроводе или регенеративном теплообменнике перед компрессором происходит при до (без учета потерь давления на трения и местные сопротивления). Поэтому точка 1 лежит на пересечении изобары и изотермы в области перегретого пара.



Рисунок 5 - Цикл холодильной машины
При сжатии в компрессоре давление пара повышается до , а сам процесс сжатия считается адиабатическим, поэтому точка 2 конца сжатия лежит на пересечении адиабаты, проведенной из точки 1, и изобары . Температуру этой точки называют температурой нагнетания компрессора. Из компрессора перегретый пар поступает в конденсатор, где сначала охлаждается до состояния насыщения (точка ), а затем конденсируется при постоянной температуре до жидкого состояния (точка ).
По построенному циклу определяем параметры хладагента:

Таблица 1.

№ точки	Давление Р,МПа	Температура, ˚С	Энтальпия, кДж/кг	Удельный объем, м3/кг	Состояние
1’	0,2404	-15	1675,25	0,550	СНП
1	0,2404	-5	1769,69	0,4075	ПП
2	1,65	49	1930	0,110	ПП
2’	1,65	15	1708	0,078	СНП
3’	1,65	15	608	--	жидкость
3	1,65	12	590	--	переохл. жидк.
4	0,2404	-10	1749,4	0,4177	ВНП
4’	0,2404	-10	1749,4	0,4177	ВНП

Удельный холодильный коэффициент:

Список литературы

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1987. 576 с.

2. плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. процессы и аппараты химической технологии. Л.: Химия, 1966. 848 с.

3. Перри Дж. Справочник инженера-химика. Т. 1, 2. Л.: Химия, 1969. 639 с., 504 с.