Тепловой баланс простой сушилки

Тепловой баланс

 - потери тепла с уходящим материалом

 - удельный расход а.с.в.

Удельные потери тепла:

 ;  ;  ;

     

- суммарные удельные потери тепла

 - уравнение реального процесса сушки

 характеризует отклонение реального процесса сушки от идеального

- уравнение идеального процесса  сушки

в идеале ;

Расчет простой сушилки

Дано: G₁, W₁, W₂

t₀,φ₀    t₁ t₂

	А	B	Cтеор	Cдейств
x,	x0	x1= x0	(x2)T	(x2)g
t,0C	t0	t1	t2	t2
φ,%	φ0	φ1	(φ2)T	(φ2)g
J,	J0	J1	J2= J1	(J2)g

 

 

АВ – процесс нагрева воздуха в калорифере

ВС_Т – теоретический процесс сушки

ВС_g – действительный процесс сушки

Δ=q_CK+C_{H O}t - ; пусть Δ>0, тогда J₂-J₁=  и J₂>J₁

Расчет:

1. W=G₁

2. lg= ;

3. Lg =lg·W

4. , Vy=f(x₀,t₀)

5. Расход тепла в калорифере Q_кал= Lg(J₁- J₀)[квт]

                         Основы теории массообмена

 

В технологии водоподготовки и очистки сточных вод важное условие имеют процессы массообмена, которые характеризуются переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Путем переноса одного или более компонентов из фазы в фазу можно разделять как гомогенные так и гетерогенные системы.

Виды процессов массопередачи:

- Абсорбция – поглощение газа жидкостью, обратный процесс- десорбция.

- Экстракция (в системе жидкость-жидкость)- извлечение вещества, растворенного в жидкости, другой жидкостью, практически не смешивающейся с первой. Обратный процесс- реэкстракция.

- Перегонка – разделение гомогенных жидких смесей путем взаимного обмена компонентами между жидкостью и паром, полученным испарением разделяемой смеси.

- Адсорбция – поглощение компонента газа, пара или раствора твердым пористым поглотителем. Обратный процесс – десорбция.

- Разновидностью адсорбции является ионный обмен – хемосорбция.

- Сушка-удаление влаги из твердых материалов путем испарения.

- Кристаллизация – выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов.

- Выщелачивание – переход твердой фазы в жидкую за счет избирательного растворения.

Массопередача включает в себя перенос вещества внутри одной фазы, перенос через поверхность раздела фаз и перенос в пределах другой фазы.

Массоперенос между фазами осуществляется до достижения равновесия, которое характеризуется равенством скоростей прямого и обратного процессов.

Фазовое равновесие на примере  жидкостной экстракции

       ↓                                      ↓

Фазовое равновесие в жидкостной экстракции

1. Системы с взаимной нерастворимостью фаз

Равновесные кривые для системы вода-бензойная кислота-керосин

у_р=m_pх

m_p- отношение равновесных концентраций переходного компонента (ПК) в экстракте и рафинате

 

2. Системы с частично взаимной разностью фаз.

Фазовое равновесие таких систем изображено в треугольной диаграмме

       

Вершины характеризуют индивидуальные компоненты

Стороны – бинарные смеси

М - тройная система, где х_н+х_р+х_э=1

 

   

АМ₁-смешение,

конода-линия равновесных концентраций, m_p=у/х;

бинода- линия расслаивания, делит треугольник на 2 области – гомогенных растворов I и гетерогенной области – область расслаивания

 

Внешнее давление  не влияет на фазовое равновесие при жидкостной экстракции (ЖЭ).

                                        

С ростом температуры  уменьшается гетерогенная область, т.к. увеличивается взаимная разность фаз, t₃>t₂> t_1,

 

 

Непрерывная противоточная экстракция при взаимной нерастворимости фаз.

 

 

Материальный баланс по потокам:

Wх_H+D_У=Wх+Dу_К

Линия, характеризующая изменение концентраций в процессе массообмена называется рабочей линией и описывается уравнением:

у= (х-х_н)+у_к – рабочая линия

Процесс массообмена характеризуется равновесной и рабочей линиями, которые изображены на графике:

 

                                                Адсорбция

Селективное поглощение твердых или жидких компонентов из жидкой и газовой  среды с помощью твердых сорбентов называется адсорбцией. Адсорбция  применяется при малых концентрациях  извлекаемых веществ.

Требования к сорбентам:

1. Селективность.

2. Высокая емкость по поглощаемому компоненту

3. Легкость регенерации.

4. Прочность гранул сорбента.

Сорбенты – высокопористые вещества, активная поверхность пор достигает  100÷5000 , размер пор 20 А⁰.

  По характеру взаимодействия поглощающего  компонента и сорбента различают физическую, химическую (хемосорбция) адсорбцию и капиллярную конденсацию.

При физической адсорбции возникает разность во взаимном притяжении молекул в объеме и на границе раздела фаз, проявляется за счет изменения сил Вандер-Ваальса.

 

 

Капиллярная конденсация  – адсорбция из газовых, паровых сред

 

Промышленные сорбенты:

Активированные угли (АУ), активная поверхность пор   S_акт=600÷2000 м²/г

Селикагели (Si₂O·nH₂O)

Алюмогели [Al(OO)₃+Al₂O₃] активная поверхность пор S_акт = 600 м²/г

Цеолиты – молекулярные сита, поглощают молекулы, размеры которых соответствуют размерам  пор, характеризуются наибольшей селективностью.

Иониты – ионообменные смолы (хемосорбция)

 

                          

 

 

Фазовое равновесие при физической адсорбции

- равновесная концентрация в растворе;

 х=[ ] - равновесная концентрация на сорбенте;

С ростом температуры поглощающая способность уменьшается.

 

 

В области низких концентраций равновесные состояния описывает  уравнение Фрейндлиха:

У=кХⁿ,

 

к и n – константы, которые могут быть определены экспериментально.

 

Изотермы сорбции приведены на рисунке:

 

При хемосорбции                                При капиллярной конденсации

                   

 

 

Рабочие диаграммы процессов

 

Прямоток                                           Противоток

                            

W, D – потоки инертов х, у – концентрации.

Матбаланс по переходному компоненту

 

                                                

                                                   

Уравнение рабочей  линии – геометрическое место сопряженных концентраций.

Сопряженные  концентрации – концентрации переходного компонента в потоках, встречающихся в одном сечении аппарата

 

 

W=const D= const α=

D=const W= const α=

 

 

Совмещение линии равновесия   и рабочей линии

Эффективность массообменных процессов оценивается числом теоретических тарелок (ступеней)

Теоретическая тарелка – гипотетическое устройство, где  или , что приводит к достижению равновесия

xn и yn – равновесие концентрации→линия равновесия. концентрации потоков, встречающихся  в одном сечении  колонны, - (сопряженные концентрации) рабочая линия

 

противоток

Для прямотока О<N_теор                       О<N_теор  

Число действ. тарелок N_g=                 

 

Число действительных тарелок определяется графическим методом, базируясь на реальную рабочую линию – построенную по реальному профилю концентраций.