Вязкость жидкостей. Виды передачи тепла от одного тела к другому

,

где m - тангенс угла наклона линии равновесия. Коэффициенты массоотдачи и массопередачи выражены в кмоль/(м2•с)

знаменатели этих уравнений представляют собой общее диффузионное сопротивление, равное сумме диффузионных сопротивлений газовой и жидкой фаз.

Когда основное диффузионное сопротивление сосредоточено в газовой фазе, т.е. при

??, Ку?ву

Когда основное диффузионное сопротивление сосредоточено в жидкой фазе, т.е. при

??, Ку?Кх/m

Написать уравнения линий рабочих концентраций процесса ректификации и графически изобразить их в координатах у?х, показать расчет ректификационной колонны с помощью числа ступеней и изменения концентраций

Поскольку условия работы укрепляющей и исчерпывающей частей ректификационной колонны различны, уравнения рабочих линий для них различны.

Для верхней (укрепляющей) части колонны:

Для нижней (исчерпывающей) части колонны:

В ректификационной колонне принимают на основании теоретических предпосылок постоянными по высоте колонны общие мольные расходы пара и жидкости. В соответствии с этим в уравнениях рабочих линий применяются мольные расходы и концентрации.

Рис. 8 - Графическое определение числа теоретических тарелок; ОE - равновесная кривая; АВ и ВС - рабочие линии для укрепляющей в исчерпывающей частей колонны; 1-6 - тарелки

Для анализа работы колонны, расчета состава дистиллята и остатка и распределения концентраций легколетучего компонента по высоте аппарата используют понятие о теоретической ступени разделения, или теоретической тарелке. Такая ступень (тарелка) соответствует некоторому гипотетическому участку аппарата, где жидкость и покидающий ступень пар находятся в равновесии. Число теоретических тарелок (nт), необходимое для получения дистиллята и остатка заданного состава, можно найти графически с помощью у-х-диаграммы (рис. 7), описывающей зависимость между равновесными молярными концентрациями паровой (у*) и жидкой (х) фаз. Для определения nт на графике строят ступенчатую линию между равновесной кривой у* = f(х) и ломаной линией AВС. Линия АВ отвечает уравнению рабочей линии дляверхней части колонны, линия ВС-- уравнению рабочей линии в нижней части колонны. Из рисунка видно, что для разделения исходной смеси на дистиллят состава xD и остаток состава xW требуется по 3 теоретических тарелки в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны. Более точный метод расчета составов дистиллята и остатка при известном числе теоретических тарелок основан на последовательном вычислении составов пара и жидкости на каждой тарелке с использованием уравнений рабочих линий и теплового баланса. Учитываются также изменения потоков по высоте колонны вследствие неравенства теплот испарения компонентов.

Зная число теоретических тарелок можно определить высоту тарельчатой ректификационной колонны или расстояние Нт между верхней и нижней тарелками:

Нт=(nт?1)h,

где h - расстояние между тарелками.

Статическая и динамическая активность адсорбента. Расчет времени защитного действия слоя адсорбента

Основной характеристикой адсорбента является его активность, определяемая весовым количеством вещества, поглощенного единицей объема или веса поглотителя. Различают активность статическую и динамическую.

Статическая активность адсорбента характеризуется максимальным количеством вещества, адсорбированного к моменту достижения равновесия весовой или объемной единицей адсорбента при данной температуре и концентрации адсорбируемого вещества в газово-воздушной смеси.

Динамическая активность является характеристикой адсорбента при протекании паро-воздушной смеси через слой адсорбента до момента проскока адсорбируемого газа.

Если газовая смесь проходит через слой адсорбента, то в начальный период процесса адсорбтив полностью извлекается из газовой смеси. По истечении определенного промежутка времени в газовой смеси, уходящей из поглотителя, начинают появляться заметные, все возрастающие количества адсорбтива (проскок), и к концу процесса концентрация уходящего газа становится равной начальной концентрации паро-воздушной смеси. Время от начала процесса до момента проскока называют временем защитного действия и рассчитывают по уравнению:

,

Где ф' - продолжительность поглощения при бесконечно большой скорости поглощения, с; а - количество вещества, поглощаемое единицей объема адсорбента, в кгс/м3; L - высота слоя адсорбента в м; щу - скорость газового потока, м/с; С0 - начальное содержание поглощаемого вещества в газовой фазе, кгс/м3.

Фактическое время защитного действия ф слоя адсорбента длиной Д всегда меньше ф'. Разность ф0=ф'?ф называется потерей защитного действия. Тогда:

или или

Где - коэффициент защитного действия слоя; h - величина, характеризующая неиспользованную статическую активность слоя адсорбента.

Соответственно потеря времени защитного действия слоя получится из равенства:

Процесс адсорбции в неподвижном слое адсорбента является неустановившимся, поэтому определение времени защитного действия слоя адсорбента и изменения концентрации газа по высоте слоя представляет собой весьма сложную задачу.

Какой размер массообменного аппарата (высота, диаметр) влияет на производительность и какой на качество (на эффективность массопередачи)?

При проведении технологических расчетов массообменных аппаратов определяют их диаметр (если аппараты цилиндрической формы) и высоту (или длину). Диаметр или сечение аппарата отражают его производительность, а высота - интенсивность протекающих в аппарате процессов.

Обычно диаметр или поперечное сечение S массообменного аппарата определяют по уравнению расхода: Q=S•щ0.

Где Q - объемный расход сплошно1 фазы, м3/с; щ0 - приведенная (или фиктивная) скорость той же фазы, отнесенная к полному сечению аппарата, м/с.

Для аппаратов круглого поперечного сечения диаметром D:

Рабочую высоту массообменного аппарата Н принципиально можно найти по основному уравнению массопередачи:

М=КуДуF=КхДхF

F=НSа

где а - количество вещества, поглощаемое единицей объема адсорбента, в кгс/м3; Н - высота аппарата; S - поперечное сечение аппарата (при круглом сечении S=рD2/4).

Тогда:

После некоторых преобразований:

Таким образом, число nу - характеризует массообменную способность (эффективность) аппарата; оно называется числом единиц переноса.

Изобразить на диаграмме Рамзина, как по показаниям сухого и мокрого термометров находится точка, соответствующая этим параметрам воздуха. Для полученной точки показать, как находится влагосодержание, теплосодержание, относительная влажность, парциальное давление паров и температура точки росы.

Состояние влажного воздуха характеризуется на I-х-диаграмме пересечением четырех линий: постоянной температуры (изотермы) t, постоянного влагосодеожания х, постоянной относительной влажности ц и постоянного теплосодержания (энтальпии) I (рис. 9). По оси ординат откладывают энтальпию на 1 кг сухого воздуха, а по оси абсцисс - влагосодержание воздуха (в г на 1 кг сухого воздуха). I-х-диаграмма построена в косоугольной системе координат с углом между осями 135є. Такая система позволяет расширить на диаграмме область ненасыщенного влажного воздуха, что делает ее удобной для графических построений. Линии постоянной энтальпии (I=соnst) проходят под углом 135є к ординатам, а линии влагосодержания (х=соnst) располагаются параллельно оси ординат.

Рис. 9 - Диаграмма Рамзина

Рис. 10 - Определение относительной влажности воздуха по показаниям сухого и мокрого термометров

На рисунке 10 показан порядок определения относительной влажности воздуха по показаниям сухого и мокрого термометров: находим на диаграмме точку пересечения изотермы tм с линией ц= соnst (т. А на рис. 10); из этой точки, двигаясь по линии постоянной температуры мокрого термометра (tм=соnst) доходим до пересечения с изотермой t. В точке пересечения В находим искомое значение относительной влажности ц. Линии tм=соnst на диаграмме Рамзина обычно не нанесены, и искомую относительную влажность воздуха можно приближенно определить, двигаясь из т. А по линии I=соnst до пересечения ее с изотермой t. Линии tм=соnst и I=соnst близки и, при небольших значениях разности (t-tм) погрешность при таком приближении невелика.

Чтобы найти влагосодержание воздуха, соответствующего таким показаниям, следует из т. В опустить перпендикуляр на ось х. двигаясь из т. В по линии I=соnst находим теплосодержание, а проецируя эту же точку на линию «парциальное давление пара» и откладывая перпендикуляр на вторую ось ординат (справа) ? парциальное давление водяных паров.

Точка росы соответствует той температуре, при которой паровоздушная смесь с данным влагосодержанием становится насыщенной водяным паром. при охлаждении влажного воздуха ниже этой температуры происходит конденсация водяных паров. Для определения точки росы необходимо из точки, характеризующей состояние воздуха опуститься по линии х=соnst до пересечения с кривой ц=100%, т.е. до линии насыщения, откуда по изотерме находим температуру точки росы.

Показать на диаграмме Рамзина процессы нагревания воздуха, охлаждения его и смешение воздуха разных параметров.

Процесс нагревания воздуха

При нагревании воздуха линия термодинамического процесса проходит по прямой АВ (рис.11) с постоянным влагосодержанием (d = const). Температура воздуха и энтальпия увеличиваются, а относительная влажность уменьшается. Расход тепла на нагрев воздуха равен разности энтальпий конечного и начального состояний воздуха.

Процесс охлаждения воздуха

Процесс охлаждения воздуха на d-h диаграмме отражается прямой, направленной вертикально вниз (прямая АС, рис. 11). Расчет производится аналогично процессу нагревания. Однако если линия охлаждения идёт ниже линии насыщения, то процесс охлаждения пойдет по прямой АС и далее по линии ц = 100 % от точки С1 до точки С2. Параметры точки С2: d = 4,0 г/кг; t = 0,5 °С.

Процесс осушения влажного воздуха

Осушение влажного воздуха абсорбентами без изменения теплосодержания (без отвода и подвода тепла) происходит по прямой h = const, то есть по прямой АD, направленной вверх и влево (прямая АD1, рис. 1.2.2). При этом влагосодержание и относительная влажность снижаются, атемпература воздуха возрастает, так как в процессе абсорбции происходит конденсация пара на поверхности абсорбента, и освобожденная скрытая теплота пара переходит в тепло явное. Пределом этого процесса является точка пересечения прямой h = const с ординатой d = 0 (точка D1). Воздух в этой точке полностью освобожден от влаги.

Адиабатическое увлажнение и охлаждение воздуха

Адиабатическое увлажнение и охлаждение (без теплообмена c внешней средой) на d-h диаграмме от исходного состояния (точка N) отражается прямой, направленной вниз по h = const (точка K, рис. 11). Процесс происходит при контакте воздуха с водой, постоянно циркулирующей в оборотном цикле. Температура воздуха при этом падает, влагосодержание и относительная влажность возрастают. Пределом процесса является точка на кривой ц = 100 %, которая является температурой мокрого термометра.

Рис. 11 - Процессы обработ ки воздуха на d-h диаграмме

Одновременно эту же температуру должна приобрести рециркулирующая вода. Однако в реальных СКВ при адиабатических процессах охлаждения и увлажнения воздуха точка ц = 100 %, несколько не достигается.

Смешение воздуха с различными параметрами

На d-h диаграмме параметры смешанного воздуха (с параметрами, соответствующими точкам (X и Y) можно получить следующим образом. Соединяем точки Х и Y прямой. Параметры смешанного воздуха лежат на этой прямой, и точка Z делит ее на отрезки, обратно пропорциональные массе воздуха каждой из составных частей. Если обозначить пропорцию смеси n = Gx / Gy, то, чтобы на прямой ХY найти точку Z, необходимо прямую ХY разделить на количество частей n + 1 и от точки X отложить отрезок, равный одной части. Точка смеси всегда будет ближе к параметрам того воздуха, сухая часть которого имеет большую массу.

При смешивании двух объемов ненасыщенного воздуха с состояниями, соответствующими точкам Х1 и Y1, может случиться, что прямая Х1Y1 пересечет кривую насыщения ц = 100 % и точка Z1 окажется в области туманообразования. Такое положение точки смеси Z2 показывает, что в результате смешения будет происходить выпадение влаги из воздуха. Точка смеси Z1 при этом перейдет в более устойчивое состояние на кривую насыщения ц = 100% в точку Z2 по изоэнтальпе. При этом на каждый килограмм смеси выпадает dZ1 - dZ2 грамм влаги.

Угловой коэффициент на d-h диаграмме

Изменения состояния влажного воздуха на d-h диаграмме можно разделить на 4 характерных сектора (рис. 1.2.3).

Сектор I - процессы, в которых происходит повышение влагосодержания иувлажнение воздуха при контакте воздуха с водой при температуре воды выше температуры мокрого термометра.

Сектор II - процессы осушки воздуха с повышением его теплосодержания. Такие процессы возможны при применении химических поглотителей влаги с одновременным подогревом воздуха и встречаются на практике крайне редко.

Сектор III - процессы с уменьшением тепло- и влагосодержания воздуха. Их можно осуществлять при контакте воздуха с водой при температуре ее ниже точки росы.

Сектор IV - процессы понижения теплосодержания воздуха с одновременным увлажнением.

Отношение однозначно определяет характер процесса изменения влажного воздуха. Причем значения величин ?h и ?d могут иметь знак «+» или «-», либо они могут быть равны нулю.

Величина е называется тепловлажностным отношением процесса изменения влажного воздуха, а при изображении процесса лучом на d-h диаграмме - угловым коэффициентом:

Таким образом, угловой коэффициент равен отношению избытков тепла к массе выделившейся влаги. Угловой коэффициент изображается отрезками лучей на рамке поля d-h диаграммы.

Рис. 12 - Угловой коэффициент на d-h диаграмме

Размещено на Allbest.ru