- •2.5. Содержание и выполнение курсового проекта
- •2.6. Содержание самостоятельной работы студента
- •3. Рекомендуемая литература
- •Статика процессов
- •2. Материальный баланс
- •3. Энергетический /тепловой/ баланс
- •4. Кинетика процессов
- •5. Основной размер аппарата
- •6. Технико-экономический анализ
- •1/ Физическое моделирование
- •2/ Математическое моделирование
- •3/ Элементное моделирование
- •1/ Разделение газовых неоднородных систем
- •2/ Разделение жидких неоднородных систем
- •Часть 4
- •3/ Псевдоожижение
- •4/ Перемешивание
- •1. Перемешивание газов.
- •2. Перемешивание ньютоновских жидкостей.
- •3. Перемешивание неньютоновских жидкостей
- •4. Перемешивание твердых сыпучих материалов.
- •Испытание элементного теплообменника
- •Конденсатор
- •Кипятильник
- •1. Тепловая нагрузка аппарата.
- •2. Средняя разность температур.
- •3. Расчётный коэффициент теплопередачи.
- •Выпаривание
- •Схемы выпаривания
- •Выпаривание
- •Некоторые свойства растворов при выпаривании
- •1. Растворимость.
- •2. Движущая сила и температурные депрессии.
- •3. Теплота растворения.
- •Многократное выпаривание
- •1. Материальный баланс.
- •2. Тепловой баланс.
- •Баланс тепла:
- •3. Полезная разность температур.
- •Распределение полезной разности температур.
- •4. Поверхность теплопередачи.
- •Оптимальное число корпусов выпарной установки.
- •5. Конструкции выпарных аппаратов.
- •Особенности расчёта коэффициента теплопередачи.
- •Перегонка Простая, периодического действия.
- •Непрерывная перегонка.
- •Перегонка с водяным паром.
- •Молекулярная перегонка.
- •Ректификация
- •Материальный баланс
- •Тепловой баланс
- •Уравнения линий рабочих концентраций
- •Оптимальное число флегмы
- •Ректификационные аппараты
- •См. Следующую страницу
- •Расчёт основных размеров колонного аппарата.
- •1. Диаметр колонны.
- •2. Высота колонны.
- •Расчёт тарельчатой ректификационной колонны.
- •Физические свойства компонентов.
- •Расчёты
- •1. Материальный баланс.
- •2. Флегмовое число.
- •3. Высота колонны.
- •4. Диаметр колонны.
- •5. Тепловой баланс.
- •Формы связи влаги с материалом
- •Параметры влажного материала.
- •Конвективная сушка. Параметры влажного воздуха.
- •Диаграмма состояния воздуха.
- •Статика сушки.
- •Материальный баланс.
- •Тепловой баланс. Теоретическая сушилка.
- •Действительная сушилка.
- •Варианты конвективной сушки с представлением на энтальпийной диаграмме.
- •Первый период сушки
- •Второй период сушки
- •1. Прямоток.
- •2. Противоток
- •3. Схема абсорбции с рециркуляцией жидкости.
- •1.Опорная тарелка. 2. Шаровая насадка. 3.Ограничительная тарелка. 4.Оросительное устройство. 5.Брызгоотбойник.
- •Принципиальные схемы экстракции.
- •1. Однократная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •2. Многократная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •Материальный баланс.
- •3. Противоточная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •Адсорбция
- •Краткая история.
- •Адсорбенты.
- •Теории адсорбции.
- •Равновесие в процессе адсорбции.
- •Принципиальные схемы адсорбции
- •Адсорбция с неподвижным зернистым адсорбентом.
- •Частные случаи.
- •Резюме.
- •Адсорбция с псевдоожиженным стационарным слоем адсорбента
- •Адсорбция с движущимся зернистым адсорбентом
- •Расчёт адсорбера.
- •Кристаллизация
- •Методы кристаллизации
- •Статика
- •Кинетика
- •Образование центров кристаллизации.
- •Рост кристаллов.
- •Конструкции кристаллизаторов
- •Расчёт кристаллизаторов.
- •1. Материальный баланс.
- •2. Тепловой баланс.
- •3. Расчёт основных размеров.
- •Содержание
- •Приложения
Принципиальные схемы экстракции.
1. Однократная экстракция для частично растворимых жидкостей.
Схема установки представлена на рис. 284.
Рис. 284. Однократная экстракция. 1 - экстрактор, 2 - отстойник,
F - исходная смесь, S - растворитель, М - смесь двухфазной системы, E - экстракт, R - рафинат.
Материальный баланс
Соотношение потоков определяется по правилу отрезков на треугольной диаграмме / Розебума/, которая представлена на рис. 285.
Рис. 285. Изображение однократной экстракции на треугольной
диаграмме.
1 - бинодальная кривая, К - критическая точка, 2 - коннода /хорда равновесия/.
Из диаграммы на рис. 285
;
Расход растворителя
;
Очевидно, что в точке М1, расход растворителя будет минимальным, а в точке M2 - максимальным.
Точка Е' определяет состав экстракта после удаления растворителя.
Для более полного извлечения компонента из исходной смеси применяют многократную экстракцию.
2. Многократная экстракция для частично растворимых жидкостей.
Схема установки и треугольная диаграмма представлены на рис.286.
Рис. 286. Схема установки а/ и треугольная диаграмма
б/ для многократной экстракции. 1 - экстрактор, 2 - отстойник /сепаратор/.
Материальный баланс.
Первая ступень.
; ; ;
Вторая ступень.
; ; ;
Третья ступень.
;; ; ;
Расход растворителя
Выход экстракта
Рафината
R3
3. Противоточная экстракция для частично растворимых жидкостей.
Схема аппарата представлена на рис. 287.
Рис. 287. Колонный аппарат для противоточной экстракции.
К недостаткам многократной экстракции следует отнести громоздкость аппаратуры и большой расход растворителя. Этих недостатков лишена противоточная экстракция в аппарате колонного типа.
Для изображения процесса противоточной экстракции на треугольную диаграмму наносят точки F, E1, S и Rк. Соединяют точки F и Е1 , Rk и S. Линии продолжают дальше. Пересечение прмых F Е1 и RkS определяет полюс диаграммы Q. Условным построением коннод R1E1, R2E2, RkE3, определяется число теоретических ступеней /в данном случае Nc = 3/. Диаграмма представлена на рис. 288.
Материальный баланс.
Для представления материального баланса условно соединют
точки F и S 1, Rк и E1. Линия RкE1 не является коннодой.
Потоки:
; ; ; ;
4. Противоточная экстракция для взаимно нерастворимых жидкостей.
Для этой системы применимы обозначения и теория основ массо-передачи. Схема аппарата и диаграмма У-Х приведены на рис. 289.
Рис. 289. Схема аппарата а/ и диаграмма У-Х б/ для противоточной экстракции при взаимно нерастворимых жидкостях.
1 - исходная смесь, 2 - рафинад. 3 - растворитель. 4 - экстракт.
Материальный баланс
Удельный расход растворителя
Конструкции экстракторов
1. Смесительно-отстойные.
2. Полые /распылительные/ колонны.
3. Насадочные колонны.
4. Тарельчатые колонны /ситчатые тарелки/.
5.Роторно-дисковые.
6. Пульсационные.
7. Центробежные /экстрактор Подбельняка/.
8. Инжекторные.
И другие.
Конструкции рассмотреть самостоятельно по учебнику
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ
Экстракция в системе твердое тело - жидкость. Широко применяется в производстве органических полупродуктов, красителей, минеральных удобрений, при химической переработке рудных материалов, в химико-фармацевтической промышленности, в производстве сухих порошков для приготовления различных напитков и др.
Статика растворения
В качестве растворителей используют воду, водные растворы некоторых минеральных кислот и щелочей, органические растворители.
Состояние равновесия твердой и жидкой фаз характеризуется кривой растворимости. Обозначим:
У - концентрация компонента в жидкой фазе,
Х - концентрация компонента в твердой фазе.
Диаграмма растворимости представлена на рис. 290.
Рис. 290. Диаграмма растворимости.
1 - пересыщенный раствор /область кристаллизации, 2 - кривая растворимости /насыщенный раствор/, 3 - ненасыщенный раствор /область растворения и выщелачивания/.
Движущая сила в начале и в конце процесса выщелачивания
Изменение движущей силы с течением времени представлено на рис. 291. Площадь под кривой
Откуда
или
Рис. 291. Изменение движущей силы с течением времени.
М атериальный баланс для произвольного аппарата аналогичен предыдущему:
Расход растворителя.
Кинетика растворения.
Схема массоотдачи представлена на рис. 292.
Закон Щукарева
Полагаем
Тогда
/161/
Рис. 292. Схема массоотдачи. |
Расчеты продолжительности выщелачивания по уравнению /161/ затрудняются зависимостью двух величин от времени
Для определения коэффициента массоотдачи применяется
критериальное уравнение
Из кинетики следуют пути интенсификации процесса выщелачивания
/ увеличение /:
1. Увеличение поверхности F твердого материала /измельчение/.
2.Увеличение относительной скорости движения жидкой фазы W.
3. Увеличение температуры проведения процесса t .
Аппаратура для выщелачивания.
1. Аппараты с мешалкой.
2. Аппараты с пневматическим перемешиванием.
3. Аппараты с пневмомеханическим перемешиванием.
4. Аппараты с просачиванием жидкости через неподвижный слой зернистого материала / перколяторы/.
5. Аппараты под давлением / автоклавы/.
6. Шнековые.
7. Барабанные.
8. Трубчатые.
9. Со взвешенным слоем.
10. Каскад аппаратов с мешалками.
В качестве примера рассмотрим переход от аппарата с мешалкой /1/ к каскаду аппаратов /10/.
/1/. Аппарат с мешалкой.
Схема аппарата и график изменения концентрации компонента в твердой фазе с течением времени представлены на рис. 293.
Рис. 293. Схема аппарата с мешалкой а/ и график изменения концентрации X с течением времени б/.
В общем случае продолжительность выщелачивания зависит от концентрации компонента в твердой фазе, температуры процесса и диаметра частиц твердой фазы.
/10/ Каскад аппаратов с мешалками.
Д ля перехода от периодического процесса в одном аппарате к каскаду аппаратов непрерывного действия, под кривой на рис. 293(б) строят ступенчатую ломаную линию. Число ступеней определяет число аппаратов в каскаде. Это показано на рис. 294.
Рис. 294. Определение ступеней для каскада аппаратов.
В принципе под кривой /рис. 294/ можно построить сколько угодно ступеней. Поэтому оптимальное число ступеней принимается на основе технико-экономического расчета, принимается критерий оптимальности
где:
С- себестоимость единицы продукции,
К - объем капиталовложений,
П - объем продукции,
- нормативный срок окупаемости
Оптимальное число ступеней определяется по минимуму критерия "Е", как это показано на рис. 295.
Рис. 295. Определение оптимального числа ступеней для каскада аппаратов с мешалками.