Примеры выполнения задач, по определению параметров выпаривания

Задача 1. Определить минимальное и рабочее флегмовое число для ректификационной колонны, предназначенной для разделения водно-спиртовой смеси с содержанием этилового спирта Х_м =7,2 мас. % =3,03 мол. %. Содержание спирта в дистилляте Х_р =83,11 мас. % =66,0 мол.%.

Решение. Согласно (табл. П.3.3, приложения 3) равновесное содержание спирта в парах, полученных из жидкости состава Х_м =3,03 мол. %, Y_р = 24,5 мол. %, тогда по формуле (5.6) минимальное флегмовое число:

Приняв коэффициент избытка флегмы , определяем рабочее флегмовое число:

Задача 2 Концентрация спирта в исходной водно-спиртовой жидкой смеси Х_н =8,0% об. (2,6 % мол.), в дистилляте Х_д = 69,5 % об. (38,8% мол.). Определить минимальное флегмовое число.

Решение. По табл. П.3.3, приложения 3, находят равновесное содержание спирта в парах, полученных из исходной смеси состава Х_н =2,6% мол; Y_р =22,6% мол. Определяют минимальное флегмовое число по уравнению (5.6):

При решении уравнения все концентрации выражены в мольных долях.

Задача 3. Определить коэффициент испарения, если концентрация спирта в кипящей жидкости составляет 5,2% об.

Решение. Проводим перерасчет концентрации выраженной в % об., в % масс. по формуле (5.11), используя данные (табл. П.3.3, П.3.11, приложения 3) для нахождения

Пересчитываем концентрацию, выраженную в % мас., в % мол., по формуле (5.13):

где М_А = 46,07 кг/кмоль и М_В = 18,02 кг/кмоль (табл. П.3.12, приложения 3).

Из табл. П.3.3, приложения 3, находим равновесную концентрацию Y_р паров:

Y_р = 33,82% мас. = 16,32%мол.;

Определяем коэффициент испарения по формуле (5.15), если концентрации фаз выражены в % мас.

если концентрации выражены в % мол. то определяем так:

Задача 4. Из аппарата для простой перегонки в течение 6 ч отбирается 250 л дистиллята этилового спирта концентрацией Х_д =65% об. (57,1% мас.,34,2% мол.) при температуре 20 . Определить расход воды в конденсаторе-холодильнике, если температура воды на выходе на выходе

Решение. Определяем часовую производительность аппарата:

где - плотность дистиллята; определяют при температуре 20 и концентрации Х_д =57,1% масс. (табл. П.3.14, приложения 3):

Определяем температуру конденсации при Х_д= 34,2% мол. (табл. П.3.4, приложения 3):

Рассчитываем количество теплоты, отданной дистиллятором при конденсации пара:

Удельную теплоту конденсации пара дистиллята r находим по (табл. 13 приложение) при температуре t_к = 89,7 .

Рассчитываем количество теплоты, отданной дистиллятом при охлаждении:

Удельную теплоемкость дистиллята с_д определяют по табл. П.3.8, приложения 3, при x_д = 57,1% мас. и t_д = (89,7+20)/2=54,8 ; с_д = 3,94

Коэффициент неравномерности поступления дистиллята принимают равным 2.

Определяем расход охлаждающей воды из формулы:

Удельную теплоемкость (в кДж/кг К) водно-спиртовых растворов при разных температуре и концентрации спирта определяем по табл. П.3.8, приложения 3.

Задача 5. 2500 кг загрязнённого скипидара перегоняются в токе насыщенного водяного пара под атмосферным давлением (р = 760 мм.рт.ст.). Исходная смесь содержит 88 % масс. скипидара, 12% масс. воды и подаётся в аппарат при температуре 30 ^оС. Внешнего подогрева нет. При перегонке применяют насыщенный пар с давлением (в паропроводе) =1,5 кгс/см². Степень насыщения водяного пара скипидаром

Определить: а) расход пара на перегонку; б) массовый и мольный состав отгоняемых паров; в) парциальные давления скипидара и воды в смеси паров. Потери теплоты в окружающую среду принять в размере 10 % от полезной затрачиваемой теплоты. Физические характеристики для скипидара: мольная масса 136 кг/кмоль; удельная теплоемкость жидкого скипидара 1,76 10³ Дж/(кг К); удельная теплота испарения 310 10³ Дж/кг.

Решение. Определяем по рис.П.4.4., приложение 4, температуру перегонки и давление насыщенного пара скипидара. Температура перегонки 96 ; р_cк=115 мм рт. ст. Количество водяного пара, уходящего вместе с паром скипидара, находим по формуле:

Массовая доля в парах скипидара:

Воды:

Мольная доля:

Парциальные давления в смеси паров при общем давлении П =760 мм рт. ст.:

Определяем расход теплоты:

а) на подогрев исходной смеси от 30 до температуры перегонки 96 .

Скипидар:

Вода:

б) на испарение перегоняемого скипидара

,

в) на компенсацию потерь теплоты в окружающую среду:

Общий расход теплоты:

Определяем расход пара.

Абсолютному давлению насыщенного пара в трубопроводе (1,5 кгм/см²) соответствует температура 110,7 (рис.П.4.4., приложение 4); уходит с перегоняемым скипидаром 2330 кг пара при температуре перегонки 96 , причем выделяется теплоты:

где 1,97∙10³ – удельная теплоемкость водяного пара, Дж/(кг∙К) - табл. П. 2.2, приложение 2.

Остальное количество теплоты:

Расход конденсирующегося (греющего) пара с учетом предыдущих расчетов:

где =2700∙10³ Дж/кг - удельная энтальпия насыщенного пара при 1,5 кгс/см²;

=402∙10³ Дж/кг – удельная энтальпия воды при (табл. П.2.1., приложение 2).

Задача 6. При расчете ректификационной колоны с колпачковыми тарелками принято расстояние между тарелками 300 мм. Через колонну проходит 3200 м³/ч пара. Плотность пара 1,25 кг/м³ (расход и плотность пара – при нормальных условиях). Плотность жидкости 430 кг/м³. Абсолютное давление в колонне 1,2 кгс/см² и средняя температура плюс Определить требуемый диаметр колонны.

Решение. Для определения диаметра колонны необходимо найти допустимую рабочую скорость пара в ней. Воспользуемся формулой (5.18):

Значение С определено по рис. 20, с учетом расстояния между тарелками 300 мм.

Плотность пара при рабочих условиях:

Объемный расход пара в колоне при рабочих условиях:

Требуемая площадь поперечного сечения колонны:

S=V/ = 0,632/0,495=1,28 м³

Откуда диаметр колонны:

Дата добавления: 2015-07-11