Rachkovsky S.V. Ponikarov S.I. Ponikarov I.I. Calcule ale mașinilor și aparatelor pentru producția chimică și prelucrarea petrolului și gazelor (exemple și probleme). – M.: Alfa-M, 2008. – 720 p.
Kovalenko I.V. Malinovsky V.V. Dezvoltarea principalelor procese, mașini și aparate de producție chimică. – k.: „Norita Plus”, 2007. – 114 p.
Kosintsev V.I. Fundamentele proiectării producției chimice - Moscova: ICC "Akademkniga", 2005. - 332 p.
Baranov D.A., Kutepov A.M. Procese și dispozitive. – M.: Centrul editorial „Academia”, 2004. – 304 p.
Nouă carte de referință pentru chimist și tehnolog. Procese și aparate de tehnologii chimice. Partea I / ed. Ostrovsky G.M.- Sankt Petersburg: ANO NPO „Profesional”, 2004. - 848 p.
Ignatovici E. Inginerie chimică. Procese și aparate. – M.: „Tehnosferă”, 2007. – 656 p.
Procese și aparate de tehnologie chimică. Manual pentru universități / Ed. Zakharova A.A. – M.: Academia, 2006 –528 p.
1 SCHIMBĂTOARE DE CĂLDURĂ 3
1.1 Selectarea unui schimbător de căldură pentru scopul propus 3
1.2 Selectarea lichidului de răcire 3
1.3 Alegerea schimbătoarelor de căldură în funcție de metoda de transfer de căldură. 4
1.4 Schimbătoare de căldură cu recuperare de suprafață 5
1.5. Schimbătoare de căldură regenerativă (regeneratoare) 25
1.6. Amestecare schimbătoare de căldură 25
1.7. Calculul schimbătoarelor de căldură 29
2. EVAPORATORI 31
2.1. Selectarea condițiilor pentru procesul de evaporare 31
2.2. Selectarea evaporatorului 32
2.3. Calculul evaporatoarelor 39
Evaporatoarele adecvate sunt selectate conform catalogului sau standardelor. 43
REFERINȚE 44
1. Kasatkin A.G. Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice. – M.: SRL TID „Alianța”, 2004. – 753 p. 44
3.Kovalenko I.V. Malinovsky V.V. Dezvoltarea principalelor procese, mașini și aparate de producție chimică. – K.: „Norita Plus”, 2007. – 114 p. 44
4. Kosintsev V.I. Fundamentele proiectării producției chimice - M.: ICC „Academkniga”, 2005. - 332 p. 44
1. Kasatkin A.G. Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice. M: Chimie, 1973 - 750 p.
2. Pavlov K.F., Romannoe P.G., Noskov A.A. Exemple și sarcini pentru cursul Procese și aparate de tehnologie chimică. L: Chimie, 1987-576 p.
3. Gelperin I.I. Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice. M. Chimie, 1981. vol. 1.2 - 812 p.
4. Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice. Ghid de proiectare. Ed. doc. tehnologie. știință prof. Yu.I. Dytnersky. M.; Chimie. 1991-496 p.
5. Ioffe I.L. Proiectare de procese și aparate de tehnologie chimică. Manual pentru școlile tehnice. L.: Chimie, 1991 - 352 p.
6. Ramm V.M. Absorbția gazelor. M: Chimie, 1976 -655 p.
7. Lykov M.V. Uscarea în industria chimică. M.: Chimie, 1970-432 p.
6; Alpert L.Z. Bazele proiectării instalațiilor chimice. M: Liceu. 1982 - 304 p.
9. Florea O.. Smigelsky O, Calcule pentru procese și aparate de tehnologie chimică. Pe. din romana Ed. S.Z Kagan. M: Chimie. 1971 -448 p.
10. Mașini și aparate pentru producția chimică. Exemple și probleme În general, editat de V.I. Sokolova L... Inginerie mecanică, 1982 - 384 p.
11. Shtatov E.F., Shuvalov V.V., Fundamentele automatizării procese tehnologice producție chimică Manual pentru școlile tehnice. M. Chimie, 1988 - 304 p.
12. Taubman E.I. Evaporare. M.: Chimie, 1982 - 328 p.
13. Lashchinsky A.A., Tolchinsky A.R. Fundamentele proiectării și calculului echipamentelor chimice. Ed. a II-a L: Inginerie mecanică. 1970 - 752 p.
14. Lashchinsky A A. Proiectarea aparatelor chimice sudate. Director. L.: Inginerie mecanică, 1981 -282 p.
15 Teterevkov A.I., Pechkovsky V.V. Echipamente pentru fabrici de substanțe anorganice și principii de proiectare. Minsk: Şcoala superioară, 1981 - 335 p.
16. Khusnutdinov V.A., Saifullin R.S. Khabibullin I.G. Echipamente pentru producerea substanțelor anorganice. Tutorial pentru universităţi.L: Chimie, 1987-248 p.
17.Cartea de referință a specialistului în azot. Ed. E.Ya Melnikova. M: Chimie, 1986, vol. 1 - 512 s., vol. 2 - 464 s.
18. Klinov I.P., Udema P. G. Molokanov A.V.. Gryainova A.V. Echipament chimic cu design rezistent la coroziune. Director. M: Chimie, 1970 - 592 p.
19. Vorobyova Ya.G. Rezistența la coroziune a materialelor în medii agresive de producție chimică. M.; Chimie 1975 -816 p.
20.Coroziunea și protecția echipamentelor chimice. Manual de referință în 9 volume. Sub. ed. A.M. Sukhotin. L.: Chimie 1969 -1972.
21. Sukhotin A.M., Zotikov V.S. Rezistența chimică a materialelor. Director. L: Chimie, 1975 - 408 p.
22.Romankov P.G., Kurochkina M.I. Diagrame de calcul și nomograme pentru cursul „Procese și aparate ale industriei chimice”. Manual pentru școlile tehnice. L..Chimie 1985-56,
23. Perry J. Manualul inginerului chimist. Pe. din a 4-a engleză ed. Ed. acad. Zhavoronkova I.M. și membru corespondent Academia de Științe a URSS Romankova P.G. L.. Chimie, 1969
24. Manualul Chimistului. Ed. În L. Nikolsky. M Chimie, vol. 1 -5, 1962-1966
25. Rakhmilevyach Z.Z., Radzin I.M., Faramazov S.A. Manual de mecanică a producției chimice și petrochimice. M; Chimie, 1985 - 568
26. Glinka N.L. Chimie generală. Manual pentru universități L.: Chimie, 1985-704p.
27. Petrov M.M., Mikhilev L.A... Kukushkin Yu.N. Chimie anorganică. L.: Chimie, 1989 544 pp."
28. Nechaev A.P., Eremenko T.V. Chimie organica. M.: Liceu, 1985 - 463 p.:
29. Medvedeva V.S. Bilinkis L.I. Securitate și protecție împotriva incendiilor în industria chimică. M; Chimie 1982-328 p.
30. Bondarenko B.I. Unități de cracare catalitică. - M.: Gostoptekhizdat, 1958-303 p.
31. Kuznetsov A.A. Kagermanov S.M. Sudakov E.N. Calcule ale proceselor și aparatelor din industria de rafinare a petrolului M: Chimie, 1966. - 336
CATALOGURI
1. Mașini verticale de sudate din oțel cu dispozitive de amestecare: Catalog - M. 1978
2. Evaporatoare tubulare verticale de uz general; Catalog. - M.., 1979
3. Aparatură coloană: Catalog. M, 1978
4. Echipamente. pentru amestecarea materialelor pastoase in vrac: Catalog - M.. 1978
5. Centrifuge industriale: Catalog: M, 1979
6 Dispozitive și instalații de uscare: Catalog - M. 1972
7. Reguli pentru proiectarea și funcționarea în siguranță a recipientelor sub presiune. Ministerul Situațiilor de Urgență al Republicii Belarus. Minsk: Asobny Dakh, 1998 - 186 p.
Manual pentru universități - ed. a X-a, stereotip, revizuit. Retipărit de la ed.
1973 - M.: SRL TID „Alliance”, 2004. - 753 p., ill. - ISBN 5-98535-004-5, dpi300, navigator. Cartea examinează bazele teoretice ale proceselor tehnologice chimice, metodele de calcul ale acestora și descrie proiectele de aparate standard.
Cartea este un manual pentru universitățile de inginerie chimică. Poate fi folosit și ca manual pentru ingineri și lucrători tehnici din industria chimică și industriile conexe. Informații generale
Subiectul cursului: „Procese și aparate”
Apariția și dezvoltarea științei proceselor și aparatelor
Clasificarea principalelor procese
Principii generale de analiză și calcul a proceselor și a aparatelor
Procese hidromecanice
Bazele hidraulicei. Probleme generale ale hidraulicii aplicate în echipamentele chimice
Hidrostatică
Hidrodinamică
Caracteristicile de bază ale mișcării fluidelor
Fundamentele teoriei similarității și analizei dimensionale. Principii de modelare
Asemănarea hidrodinamică
Hidrodinamica straturilor granulare la fierbere (fluidizate).
Elemente de hidrodinamică a fluxurilor bifazate
Structura fluxurilor și distribuția timpului de rezidență a lichidului în dispozitive
Lichide în mișcare (pompe)
Parametrii de bază ai pompelor
Pompe centrifuge
Pompe cu piston
Tipuri speciale de pompe cu piston și centrifuge
Comparația și aplicațiile diferitelor tipuri de pompe
Mișcarea și compresia gazelor (mașini cu compresoare)
Fundamentele termodinamice ale procesului de comprimare a gazelor
Compararea și aplicațiile diferitelor tipuri de mașini cu compresoare
Separarea sistemelor eterogene
Separare sisteme lichide
Advocacy
Filtrare
Centrifugarea
Separarea sistemelor de gaze (purificarea gazelor)
Caracteristici comparative și selecția echipamentelor de curățare a gazelor
Amestecare în mediu lichid
Agitarea mecanică
Dispozitive mecanice de agitare
Amestecare pneumatică
Amestecare în conducte
Amestecare cu duze și pompe
Procese termice
Fundamentele transferului de căldură în instrumentația chimică
Bilanțele termice
Încălzire, răcire și condens
Răcirea la temperaturi normale
Răcirea la temperaturi scăzute
Proiectări de schimbătoare de căldură
Caracteristici comparative ale schimbătoarelor de căldură
Condensatoare de amestecare
Calculul schimbatoarelor de caldura
Calculul condensatoarelor de vapori
Evaporare
Design evaporator
Calculul evaporatoarelor cu efecte multiple
Procese de transfer în masă
Bazele transferului în masă
Calculul dimensiunilor principale ale dispozitivelor de transfer de masă
Transfer de masă cu fază solidă
Absorbţie
Construcția aparatelor de absorbție
Calculul absorbantelor
Desorbție
Scheme ale instalațiilor de absorbție
Distilarea lichidelor
Caracteristicile sistemelor bifazate lichid-vapori
Distilare simplă
Rectificare
Tipuri speciale distilare.
Extracţie
Procese de extracție în sisteme lichid-lichid
Procese de extracție și dizolvare în sisteme solid-lichid
Metode de extracție și dizolvare
Proiectare aparat de extractie
Calculul dispozitivelor de extracție
Adsorbţie
Desorbție
Proiectare de adsorbante si scheme de instalatii de adsorbtie
Calculul adsorbanților
Procese de schimb ionic
Uscare
Opțiuni de proces de uscare
Viteza de uscare
Design uscător
Tipuri speciale de uscare și tipuri de uscători
Cristalizare
Design cristalizator
Calculele cristalizatorului
Procese de refrigerare
Refrigerare artificială
Răcire moderată
Răcire profundă
Cicluri cu reglaj de gaz
Cicluri bazate pe o combinație de throttling de gaz și expansiune într-un expander
Ciclu Stirling pentru gaze de lichefiere
Cicluri pompe de căldură
Comparația ciclurilor de bază de răcire adâncă
Metode de separare a gazelor
Procese mecanice
Slefuirea materialelor dure
Zdrobire grosieră
Zdrobire medie și fină
Măcinare fină
Măcinare ultrafină
Clasificarea si sortarea materialelor
Screening
Clasificare hidraulică și separare a aerului
Amestecarea materialelor solide V
Literatură
Kasatkin A.G. Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice. – M.: 1973, 754 p.
Skoblo A.I., Tregubova I.A., Molokanov Yu.K. Procese și aparate ale rafinării petrolului și industriei petrochimice. – M.: Chimie, 1982, 584 p.
Molokanov Yu.K. Procese și aparate de rafinare a petrolului și gazelor. – M., Chimie, 1980, 408 p.
Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Exemple și sarcini pentru cursul despre procese și aparate de tehnologie chimică. Manual pentru universități. – L.: Chimie, 1987, 576s
1 SEMNELE GENERALE ALE PROCESELOR DE TRANSFER DE MASĂ
Procesele de transfer de masă sau difuzie sunt asociate cu trecerea componentelor de la o fază la alta în scopul separării lor.
Toate procesele de transfer în masă au o serie de caracteristici comune.
Sunt folosite pentru a separa amestecurile.
Orice proces presupune cel puțin două faze: lichid și vapori (distilare și rectificare), lichid și gaz (absorbție), solid și vapori-gaz (adsorbție), solid și lichid (adsorbție, extracție), două lichide (extracție).
Tranziția unei substanțe de la o fază la alta are loc datorită difuziei.
Forța motrice din spatele proceselor de transfer de masă este diferența de concentrație sau gradientul de concentrație. Procesul decurge în direcția fazei în care concentrația componentului este mai mică.
Transferul unei substanțe de la o fază la alta are loc prin limita de fază, la care se presupune o stare de echilibru de fază.
Procesele de difuzie sunt reversibile, de ex. direcția procesului este determinată de legile echilibrului de fază.
Starea de echilibru trebuie înțeleasă în așa fel încât schimbul dintre faze să nu se oprească, dar ratele de tranziție a componentelor de la o fază la alta să fie egalizate.
Clasificarea proceselor de transfer de masă
Sursa de fază |
||||
Receptor de fază | G | ȘI | T |
|
G | Membrană proceselor | rectificare prin distilare Desorbția I | Desorbția II |
|
ȘI | absorbţie | extracţie | Desorbția II |
|
T | adsorbţie | Tranziție de fază de ordinul 2 |
Rectificare- procesul de contact multiplu în contracurent a fluxurilor de neechilibru contrar de vapori și lichid pentru a separa amestecurile omogene lichide în fracții.
Absorbţie– procesul de absorbție selectivă a componentelor unui amestec de gaze de către un absorbant lichid - absorbant.
Extracţie- procesul de extragere selectivă a componentelor dintr-un amestec lichid (sau dintr-un solid) cu un extractant lichid.
Adsorbţie– procesul de absorbție selectivă a componentelor unui amestec gazos sau lichid de către un absorbant solid - adsorbant.
Uscarea este procesul de îndepărtare a lichidului (umidității) din materialele solide
Procesele cu membrană sunt extracția selectivă a componentelor amestecului sau concentrarea acestora folosind o membrană de despărțire semipermeabilă.
Ecuația de bază a transferului de masă
Viteza de transfer al materiei de la o fază la alta dM este proporțională cu forța motrice a procesului D, care caracterizează gradul de abatere a sistemelor de la starea de echilibru și suprafața de contact de fază dF. Prin urmare:
unde K este coeficientul de transfer de masă (similar cu transferul de căldură).
Coeficientul de transfer de masă caracterizează masa unei substanțe transferată de la o fază la alta pe unitatea de timp printr-o suprafață de contact de fază unitară cu o forță motrice a procesului egală cu unitatea.
Coeficientul de transfer de masă reflectă nivelul de intensificare a procesului: cu cât valoarea lui K este mai mare, cu atât este mai mică dimensiunea aparatului necesar pentru a transfera o anumită cantitate de substanță. În același timp, ar trebui să se influențeze dimensiunea suprafeței de contact de fază, urmărind dezvoltarea și reînnoirea maximă a acesteia pe unitatea de volum a aparatului. Cea mai mare influență asupra intensității transferului de masă o exercită factorii hidrodinamici și de proiectare.
3. APLICAREA REGULEI FAZEI GIBBS LA PROCESELE DE TRANSFER ÎN MASĂ
La echilibru, presiunea și temperatura trebuie să fie constante în toate părțile sistemului, altfel vor avea loc procese de transfer de masă și căldură.
Pentru sistemele de echilibru este îndeplinită regula fazei Gibbs, care stabilește dependența numărului de grade de libertate (N)
unde N este numărul de grade de libertate ale sistemului; LA- numărul de componente; F- numărul de faze.
Numărul de grade de libertate ale unui sistem este numărul de variabile independente (temperatura, presiunea, concentrația componentelor) care pot fi modificate în mod arbitrar în anumite limite fără a modifica echilibrul sistemului.
Într-un sistem de echilibru (N = 0), numărul de faze coexistente nu poate fi mai mare de Ф=К+2.
Pentru sistemele cu două faze, numărul de grade de libertate ale sistemului este egal cu numărul de componente (N = K). Cursul se va concentra în principal pe sisteme în două faze.
Amestecul binar K=2, N=2, puteți modifica temperatura și concentrația, la o presiune externă constantă. Aparatul trebuie să aibă un gradient de t și x la constanta π.
Pentru sistemele multicomponente (petrol) K→∞ și N→∞ Prin urmare, pentru sistemele multicomponente (caracteristice rafinării petrolului) numărul de grade de libertate poate fi foarte mare.
Compoziția de masă, molară și volumetrică
Fracția de masă a unui component este determinată de raportul dintre masa acestui component și masa întregului amestec
(1)
Avand in vedere ca masa totala a amestecului este egala cu suma maselor componentelor individuale ale amestecului, i.e.
poti sa scrii
acestea. suma fracțiilor de masă ale tuturor componentelor amestecului este egală cu unitatea
Fracția molară a oricărei componente a unui amestec este definită ca raportul dintre numărul de moli ai acestui component și numărul total de moli ai amestecului
(4)
Unde N i numărul de moli este determinat de următoarea relație:
(5)
Fracția de volum a unui component dintr-un amestec este egală cu raportul dintre volumul acestui component și volumul întregului amestec
(7)
(8)
Fracțiile de volum sunt utilizate în cazurile în care nu există nicio modificare a volumului componentelor în timpul amestecării.
Pentru recalcularea reciprocă a fracțiilor de masă și molar, se folosesc următoarele rapoarte:
(9)
(10)
Când convertiți concentrațiile volumetrice în concentrații de masă sau molare (de exemplu, când convertiți curbele de accelerație reprezentate în fracții de volum), utilizați formulele de calcul adecvate:
( 11)
unde ρ cm este densitatea medie a amestecului.
L 2
4 ESENȚA PROCESULUI DE RECTIFICARE
Există diverse abordări și metode pentru fundamentarea tehnologiei de distilare și rectificare, precum și principiile de alegere a designului unui aparat pentru separarea unui amestec binar.
Ca exemplu, luați în considerare separarea unui amestec binar de benzen-toluen. Compoziția și proprietățile componentelor amestecului inițial sunt cunoscute. Să facem o serie de experimente. Să punem un lichid cu o compoziție cunoscută (40% benzen și 60% toluen) într-un balon de distilare (Figura 4.1), iar din acest amestec este necesar să se obțină un condensat cu o compoziție de 99,9% benzen și 0,01% toluen.
După evaporarea și condensarea treptată (Figura 4.1), determinăm compoziția condensului, s-a dovedit a fi 85% benzen și 15% toluen. Acestea. Un grad suficient de bun de separare a componentelor nu se realizează prin evaporare treptată. Acest design este inacceptabil în practică.
Principiul unei singure evaporări (condensare) este implementat într-un aparat gol numit separator de gaz sau separator de abur (Figura 4.1), compoziția rezultată a condensatului este inacceptabilă (65% benzen și 35% toluen), dar designul aparatului este mai mult de succes comparativ cu aparatul anterior.
Să repetăm procesele de unică evaporare și condensare de mai multe ori, instalând o serie de astfel de dispozitive (Figura 4.1). În acest caz, se realizează compozițiile dorite ale fazelor de vapori și lichide, dar masa condensatului este nesemnificativă în comparație cu masa amestecului inițial. De asemenea, această tehnologie necesită hardware mai voluminos și mai scump.
Toate dezavantajele anterioare sunt implementate într-un singur aparat, care include procese de evaporare și condensare multiplă la fiecare etapă de contact, numite tăvi. Pe orice placă a coloanei are loc contactul între vaporii care se ridică pe această placă și lichidul care curge pe această placă (Figura 4.2)
Evident, se va produce o modificare a compoziției fazelor dacă există un gradient de concentrații și temperaturi. Deoarece presiunea din coloană este constantă, această condiție va fi îndeplinită dacă temperatura fluxului de lichid este mai mică decât temperatura vaporilor. Temperatura cea mai scăzută ar trebui să fie în partea de sus a coloanei, iar cea mai ridicată în partea de jos a coloanei. Când aceste fluxuri intră în contact, compoziția fazelor se schimbă la echilibru. Partea inferioară a coloanei necesită alimentare cu căldură, iar partea superioară necesită răcire.
Contactarea contra-fluxurilor de faze se realizează până când se obțin compozițiile dorite ale produselor coloanei. Acest proces se numește rectificare, iar coloana se numește coloană de distilare. Partea superioară va fi de concentrare sau de întărire, iar partea inferioară va fi de distilare sau exhaustivă locul în care sunt introduse materiile prime în coloană se numește secțiune de alimentare.
Fig.4.1. Principalele tipuri de procese de evaporare și condensare:
I-procese de evaporare; a-gradual; b - singur (OS); în-multiplu;
II- procese de condensare; a - treptat; d- singur (OK); V -
multiplu; 1, 1" - evaporator; 2, 2" ~
condensator; 3
- receptor; 4, 4" -
evaporator; 5 , 5" -
vas de separare (separator).
În funcție de scop, coloanele pot fi complete, care au secțiuni de concentrare și stripare, sau incomplete: coloana de întărire nu are o secțiune de stripare, iar coloana de stripare nu are o secțiune de concentrare. În plus, se face distincția între coloanele simple și cele complexe. Într-o coloană simplă, materiile prime sunt împărțite în două produse, iar într-o coloană complexă, numărul de produse selectate este mai mare de două.
Astfel, proiectarea aparatului pentru separarea unui amestec binar a fost justificată și este necesar să se dovedească prin metode de calcul că acest aparat este acceptabil.
Nu
Fig.4.2. Schema unei coloane de distilare.
5 CURBURI DE TEMPERATURĂ ISOBARE
Să construim izobare de lichid și vapori (la presiune constantă). Axa absciselor arată concentrațiile fazelor lichide și vaporilor, iar axa ordonatelor arată temperatura (Figura 7.1, curbele inferioare). Rezultă două curbe care au două puncte comune: punctul A at, corespunzător punctului de fierbere al benzenului și punctului ÎN at, corespunzător punctului de fierbere al toluenului. Curba AA 1
A 2
ÎN, relația definitorie dintre temperatura sistemului și compoziția fazei lichide se numește linie de fierbere. Curba AB 1
ÎN 2
ÎN, care determină relația dintre temperatura sistemului și compoziția fazei de vapori, se numește linia de condensare sau vapori saturați.
Vaporii lichizi pot fi saturați și supraîncălziți. Vaporii care sunt în echilibru cu lichidul se numesc saturati. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare presiunea la care se află acest sistem de echilibru. Pentru vaporii saturați există o relație clară între presiunea vaporilor și temperatură. Vaporii nesaturați (supraîncălziți) sunt cei care, la o anumită temperatură și presiune, formează un sistem monofazat. Nu există fază lichidă.
Fazele de echilibru vapori și lichide au aceeași temperatură și de aceea, pe curbele de temperatură izobară, compozițiile de echilibru ale fazelor vor fi determinate de punctele de intersecție a orizontalelor cu liniile de fierbere și de condensare aceste segmente orizontale se numesc conode (pentru exemplu A 1 ÎN 1 ).
Aria diagramei care se află sub curbă AA 1 A 2 ÎN, corespunde unui lichid care nu fierbe (punctul F).Aria diagramei deasupra curbei de condensare AB 1 ÎN 2 ÎN, corespunde vaporilor supraîncălziți (punctul E).
Orice punct situat între curbele de condensare și de fierbere, de exemplu punctul C, caracterizează un sistem în două faze (vapor-lichid).
5.2 Legea Raoult-Dalton
Curbele izobarice pot fi construite experimental, precum și prin calcul.
Punct A 1 pe curba de fierbere a unui lichid poate fi găsit folosind legea lui Raoult. Presiunea parțială a componentelor p i a unei soluții ideale este egal cu produsul presiunii vaporilor saturați P i la o temperatură dată asupra concentraţiei molare a componentei în faza lichidă X':
(20)
Presiunea de vapori saturați a fiecărei componente este calculată folosind formule empirice. De exemplu, după formula lui Antoine
(21)
Unde A, B, C- constante care depind de proprietatile substantei si sunt determinate experimental;
t - temperatura.
Se știe că un lichid începe să fiarbă la o temperatură la care presiunea vaporilor saturați devine egală cu presiunea exterioară.
Starea lichidului de fierbere:
- a obţinut ecuaţia izobarei inferioare. (23)
Conform legii lui Dalton, presiunea parțială a unei componente dintr-un amestec de gaze este egală cu produsul presiunii din sistem și fracția molară a componentei din amestecul de gaze.
(24)
La echilibru, presiunea în toate punctele sistemului este aceeași. Legea combinată Raoult-Dalton
p i = P B X' i = P y' i . (25)
, -ecuația izobarei superioare (26).
În consecință, având în vedere temperatura și presiunea sistemului, compozițiile de echilibru ale fazelor de vapori și lichide sunt determinate în mod unic de presiunile vaporilor saturați ai componentelor amestecului.
6 ECUATIA SI CURBA DE ECHILIBRI A FAZELOR DE AMESTEC BINAR
Compoziții X'Și tu Fazele lichide și de vapori de echilibru pentru un amestec binar pot fi reprezentate grafic la o anumită presiune a sistemului (Figura 6.1). Legea Raoult-Dalton poate fi reprezentată astfel:
Pentru componenta cu punct de fierbere scăzut:
, (29)
Pentru componenta cu punct de fierbere ridicat:
(30)
Împărțiți ecuația la ecuație, notați P 1
/P 2
=
A- elasticitate relativă
(31)
Ecuația de echilibru de fază este o hiperbolă care trece prin originea coordonatelor (Fig. 4.2) ale diagramei X' - tu(punctul 0 și punctul A cu coordonate X' = y' = 1).
Coeficientul de volatilitate relativă crește odată cu scăderea presiunii.
Figura 6.1 Curba de echilibru
7 Diagrama entalpie
Pentru analizarea și calcularea proceselor de distilare și rectificare se folosesc diagrame entalpie, care dau relația dintre compozițiile fazelor lichide și de vapori și entalpiile acestora.
Entalpia (sau conținutul de căldură) al unui lichid este egală cu cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi lichidul de la 0°C la o anumită temperatură. Entalpia aburului este egală cu cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unei substanțe de la 0°C la o temperatură dată, ținând cont de căldura de evaporare și supraîncălzirea vaporilor.
Valoarea entalpiei este determinată empiric folosind tabele sau formule aproximative:
(27)
(28)
Diagramele entalpie sunt utilizate în calculele de distilare și rectificare, atunci când este necesar să se ia în considerare simultan fluxurile de material și căldură.
Diagrama entalpie arată curbele entalpiei unui lichid în fierbere și a entalpiei vaporilor saturați în funcție de concentrație.
Orice punct A pe diagrama entalpie, faza lichidă situată sub curba entalpiei caracterizează un sistem format numai din faza lichidă. Orice punct A4 situat deasupra curbei entalpiei fazei de vapori este format din vapori supraîncălziți. Puncte situate între curbe, de exemplu A 2 caracterizează sistemele bifazate.
Segmentele verticale dintre curbele entalpie ale fazelor de vapori și lichide corespund căldurii latente de evaporare (condensare) a unui amestec de o anumită compoziție.
Sensul fizic al căldurii latente de evaporare
Deoarece Deoarece căldura latentă de evaporare a diferitelor substanțe nu coincide, curbele entalpie ale lichidului și vaporilor nu sunt paralele.
Pe diagrama entalpie, conodurile sunt reprezentate ca linii drepte înclinate. Deoarece pe graficele izobare conodele sunt situate orizontal, i.e. poziția lor este ușor de determinat, iar pe diagrama entalpie sunt înclinate la unghiuri diferite față de axa absciselor, apoi pentru comoditatea construcției, diagrama entalpie este de obicei combinată cu un grafic al curbelor de temperatură izobară (Figura 7.1).
Fig.7.1. Reprezentarea procesului OR (OK) al unui amestec binar pe o diagramă entalpie și curbe de temperatură izobară
Prefaţă
Introducere
1. Subiectul tehnologiei chimice și obiectivele cursului
2. Clasificarea proceselor
3. Calcule materiale și energetice
Concepte generale de echilibru material. Ieșire. Performanţă. Intensitatea proceselor de producție. Bilanțul energetic. Putere și eficiență.
4. Dimensiunea mărimilor fizice
PARTEA ÎNTÂI. PROCESE HIDRODINAMICE
Capitolul întâi. Bazele hidraulicei
A. Hidrostatica)