МОДУЛЬ 7: МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМАХ

СО СВОБОДНОЙ ГРАНИЦЕЙ ФАЗ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Цель обучения

В результате изучения модуля студент должен знать базовые закономерности, назначение и оптимальные условия проведения массообменных процессов, основы расчета аппаратов для их осуществления, уметь проводить эти расчеты с использованием экспериментальных и справочных данных, владеть навыками практической работы с массообменными аппаратами.

Программа модуля

Роль массообменных процессов в химической технологии. Классификация массообменных процессов.

Абсорбция. Физическая сущность процесса и границы его применения. Десорбция. Требования к абсорбенту. Фазовое равновесие при физической абсорбции. Материальный баланс и кинетические закономерности абсорбции. Тепловой баланс и температура абсорбента. Технико-экономический выбор оптимального расхода абсорбента. Принципиальные схемы процессов абсорбции. Конструкция и принцип действия абсорберов. Технологический расчет абсорберов.

Перегонка и ректификация. Физическая сущность процессов перегонки и ректификации. Равновесие в системах "жидкость - пар". Понятие о дефлегмации. Простая перегонка. Классификация процессов перегонки, сравнительная характеристика, области применения.

Ректификация. Материальный баланс и уравнения рабочих линий. Определение оптимального значения флегмового числа. Схемы процессов ректификации. Конструкции ректификационных аппаратов. Аппаратурное оформление и работа ректификационных установок, сравнительная характеристика, области применения. Особенности расчета ректификационных аппаратов. Тепловой баланс колонны. Тепловой расчет колонны. Азеотропная и экстрактивная ректификация. Ректификация многокомпонентных систем. Методы воздействие на эффективность работы ректификационных колонн.

Жидкостная экстракция. Характеристика процесса и области его применения. Требования, предъявляемые к экстрагенту. Равновесие в системах жидкость - жидкость. Треугольная диаграмма. Материальный баланс процесса жидкостной экстракции.Уравнениерабочейлиниипроцессаэкстракции. Основные способы проведения экстракции: схемы процессов, сравнительная характеристика. Устройство и принцип действия экстракторов: основные конструкции экстракторов, расчет, сравнительная характеристика. Основы выбора экстрактора.

Повторить материал раздела «Основы массопередачи», изученный в предыдущем семестре:

Общие сведения о массообменных процессах. Классификация процессов массообмена. Статика процесса массопередачи. Фазовое равновесие, равновесные линии. Материальный баланс, уравнение рабочей линии. Определение направления процессов массообмена и движущей силы.

Кинетика массообменных процессов. Механизмы массопереноса. Массопередача. Основное уравнение массопередачи. Коэффициент массопередачи. Определение средней движущей силы.

Молекулярная диффузия. Первый и второй закон Фика. Коэффициент молекулярной диффузии.

Конвективный массоперенос. Дифференциальное уравнение конвективного переноса вещества. Коэффициенты массоотдачи. Подобие массообменных процессов.

Связь между коэффициентами массоотдачи и массопередачи. Аддитивность диффузионных сопротивлений.

Теоретические модели процесса массопереноса. Определение основных размеров массообменных аппаратов. Понятие единицы переноса, числа единиц переноса, высоты единиц переноса, теоретической тарелки. Способы расчета числа единиц переноса: графическое интегрирование, аналитический расчет.

Объем модуля и виды учебных занятий

План – график изучения модуля «Массообменные процессы»

План – график модуля составлен исходя из того, что студент еженедельно 4...5 часов самостоятельно выполняет задания.

Планы практических занятий

Занятие №1

Основные понятия и термины

Абсорбция

Аддитивность фазовых сопротивлений

Высота единицы переноса

Движущая сила процессов массопереноса

Диффузионный пограничный слой

Диффузия

Критерий Шервуда

Направление массообменных процессов

Абсорбент

Фазовое равновесие

Коэффициент смачиваемости насадок

Насадки адсорберов

Свободный объем насадки

Удельная поверхность насадки

Удерживающая способность насадки

Плотность орошения

Режим подвисания

Занятие №2

Основные понятия и термины

Занятие №3

Основные термины и понятия

Занятие №4

Основные термины и понятия

1.6 Индивидуальное расчетное задание

Целью выполнения ИРЗ является получение практических навыков анализа и расчета основных характеристик массообменных процессов и аппаратов, работы с учебной и справочной литературой, оформление текстовых документов.

Последовательность работы над выполнением ИРЗ:

Этап 1: рассмотрение физической сущности и назначения процесса, анализ задания и всех имеющихся данных для его выполнения.

Этап 2: выбор соответствующей схемы процесса и конструкции аппарата, что предполагает не только знание факторов, влияющих на технико-экономические показатели процесса и характер этого влияния, но и умение находить оптимальные решения.

Этап 3: расчет заданных параметров процесса и аппарата. Выполнение этого этапа следует начать с анализа и выбора метода расчета (расчетной модели). При этом особое внимание следует уделить определению области применения того или иного метода расчета и сопоставления его с заданными условиями.

Этап 4: анализ полученных результатов, определение возможных путей интенсификации и совершенствования процесса его аппаратурного оформления.

Этап 5: оформление пояснительной записки.

Пояснительная записка к ИРЗ должна быть оформлена в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105-79 и ГОСТ 2.106-69 и включать, наряду с другими, следующие главы:

Краткие сведения о процессе (физическая сущность, основные закономерности, схемы, назначение и т.д.).

Цель и методы расчета, сравнительный анализ и выбор.

• Технологические расчеты.
• Гидравлические расчеты.

· Анализ полученных результатов и возможных способов интенсификации процесса.

• Пояснительная записка к ИРЗ оформляется на стандартных листах, формата А4. Текстовые материалы оформляются, как правило, рукописным способом, причем можно использовать обе стороны листа. Терминология и определения в записке должны быть едиными и соответствовать установленным стандартам, а при их отсутствии – общепринятым в научно-технической литературе. Сокращения слов в тексте и подписях, как правило, не допускаются, за исключением сокращений, установленных ГОСТом 2.316-68.
• Все расчетные формулы в пояснительной записке приводятся сначала в общем виде, нумеруются, дается объяснение обозначений и размерностей всех входящих в формулу величин. Затем в формулу подставляются численные значения величин и записывают результат расчета.
• В тексте указывают ссылки в квадратных скобках на источник основных расчетных формул, физических констант и других справочных данных.
• Все иллюстрации (графики, схемы, чертежи и т.д.) именуются рисунками, которые также как и уравнения, и таблицы нумеруются. Подписи под рисунками и названиями таблиц должны быть краткими.

· В списке использованной литературы, источники, на которые ссылаются в пояснительной записке, располагаются в порядке упоминания их в тексте или по алфавиту (по фамилии первого автора работы).

• Допускается и рекомендуется выполнять ИРЗ с применением ЭВМ и использованием типовых программ, которые представлены в данном пособии, или разработаны исполнителем.
• При выполнении ИРЗ следует иметь в виду, что умение мобилизовать все накопленные знания и опыт для решения конкретной задачи, тщательно обосновывать любое решение, критически относиться к полученным результатам, постоянно искать оптимальное, «лучшее» решение – это то, что нужно и необходимо всегда, в любых ситуациях, это то, что в себе надо всегда и постоянно тренировать.

· Содержательная и методическая сторона учебных заданий предполагает, что самостоятельная работа должна протекать по ряду параллельных направлений, отличных друг от друга по своим образовательным и формирующим целям: работа с учебной и научной литературой, выполнение лабораторных работ, тестовых заданий, решение типовых задач, выполнение индивидуальных заданий, написание докладов, сообщений, рефератов, подготовка к промежуточным экзаменам и т.д.

· Пояснительные записки к ИРЗ представляют собой письменные отчеты, в которых студент показывает:

· - как он представляет постановку типовых задач;

· - как понимает суть теоретического обоснования для выбора метода решения (расчета) поставленной в ИРЗ задачи;

· - как усвоил и овладел техникой решения задач;

· - как выполняет расчеты, подбирает графические иллюстрации;

· - как умеет оценивать точность и достоверность решения;

· - как усвоил приемы и технологию оформления пояснительных записок и представления результатов решения.

ВАРИАНТЫ РАСЧЕТНОГО ЗАДАНИЯ

Задача 1

Абсорбция

Рассчитать по данным таблицы абсорбер для улавливания из воздуха G компонента А. Содержание компонента А в воздухе y_Н. Начальное содержание поглощаемого компонента в поглотителе х_Н=0. Степень извлечения компонента , %. Температура, поступающей в абсорбер газовой смеси t_СМ. Давление в абсорбере атмосферное. Расход поглотителя на % больше минимального. Выбрать схему установки. Определить диаметр и высоту абсорбера. Привести график для определения оптимального расхода абсорбента.

Таблица 1. Исходные данные к расчетному заданию.

Последняя цифра	Расходвоздушной смеси G, м3/ч	уН, % об.	tсм,0C	Предпоследняя. цифра	Компонент А	a, %	b, %	Данные по равновесию
		6,5			Аммиак
		5,8			Хлор
		6,0			Диоксид Углерода
		5,5			Серово- дород
		5,0			Ацетон
		4,5			Двуокись Серы
		5,2			Оксид Азота
		5,4			Аммиак
		4,2			Этиловый Спирт
		4,0			Двуокись Серы

Задача 2

Ректификация.

Рассчитать непрерывно действующую ректификационную установку для разделения G смеси, содержащей легколетучего компонента, Требуемое содержание ЛК в дистилляте , требуемое содержание ЛК в кубовом остатке . Исходная смесь подается в колонну с температурой t_Н. Давление греющего пара Р.

Таблица 2. Исходные данные для расчета ректификационных колонн

Таблица 3. Исходные данные для расчета ректификационных колонн

Предпоследняя цифра	Содержание ЛК	Температура исходной смеси tн, С
			0,5
			0,8
			1,0
			1,2
			1,4
			1,6
			1,8
			2,0
			0,6
			1,1

4.7 Тестовые задания

1. Сущность процесса абсорбции заключается в избирательном извлечении одного или нескольких компонентов:

а) из жидкой смеси газовым поглотителем;

б) из газовой смеси твердым поглотителем;

в) из газовой смеси жидким поглотителем;

г) из жидкой смеси твердым поглотителем.

2. Укажите направление переноса вещества в процессе абсорбции на диаграмме у – х.

а) стрелка 1;

б) стрелка 2;

в) стрелка 3;

г) стрелка 4.

3. В каких условиях процесса абсорбции абсорбент обладает большой поглотительной способностью?

а) при повышенной температуре и повышенном давлении;

б) пониженной температуре и пониженном давлении;

в) повышенной температуре и пониженном давлении;

г) пониженной температуре и повышенном давлении.

4. При проведении процесса абсорбции какая из схем позволяет уменьшить диаметр абсорбера при одинаковой степени извлечения абсорбента?

а) прямоточная;

б) противоточная;

в) с рециркуляцией абсорбента;

г) с рециркуляцией газа.

5. Использование схемы абсорбции с рециркуляцией абсорбента приводит:

а) к увеличению движущей силы;

б) к снижению размеров аппарата;

в) к увеличению поверхности массообмена;

г) к уменьшению сопротивления в жидкой фазе.

6. Положение какой рабочей линии на диаграмме соответствует минимальной высоте абсорбера?

а) линии А₁В;

б) линии А₂В;

в) линии А₃В;

г) линии АВ.

7. Как образуется поверхность раздела фаз в тарельчатых абсорберах?

а) по поверхности пузырьков газа;

б) по поверхности пленки жидкости;

в) по поверхности капель жидкости;

г) по поверхности струй газа.

8. Какому требованию должна удовлетворять насадка?

а) иметь большую поверхность на единицу объема;

б) хорошо смачиваться орошающей жидкостью;

в) иметь малую плотность;

г) равномерно распределять жидкость;

д) обладать всем перечисленным.

9. Как влияет на работу абсорбера увеличение размера насадки?

а) уменьшается производительность;

б) увеличивается эффективность;

в) увеличивается производительность;

г) снижается эффективность.

10. Какие конструкции абсорберов используются для работы с загрязненными газами?

а) насадочные с насадкой внавал;

б) тарельчатые с ситчатыми тарелками;

в) тарельчатые с колпачковыми тарелками;

г) распыливающие механические.

11. В конструкциях каких абсорберов возможно проводить процесс в широком диапазоне нагрузок по газу?

а) тарельчатых без переливных устройств;

б) распылительных полых;

в) тарельчатых с колпачковыми тарелками;

г) распылительных с механическим распылителем.

12. При помощи графической зависимости, представленной на рисунке, определяется:

а) число единиц переноса;

б) высота единиц переноса;

в) высота насадки эквивалентной теоретической тарелки;

г) поверхность массопередачи колонны.

13. Высота тарельчатой колонны определяется по уравнению:

а) Н = М/(πd K_y∆y_срn);

б) Н = h(n–1);

в) Н = h₀n₀;

г) Н = h(n–1)+h_в+h_н.

14. Определение числа теоретических тарелок абсорбционной колонны показано на рисунке:

15. Процесс перегонки основан:

а) на различии плотностей компонентов жидкой смеси при одной и той же температуре;

б) на различии парциальных давлений в паре компонентов жидкой смеси при одной и той же температуре;

в) на различии летучести компонентов жидкой смеси при одной и той же температуре;

г) на различии текучести компонентов жидкой смеси при одной и той же температуре.

16. В названии систем, подвергаемых перегонке, первым указывается:

а) труднолетучий компонент;

б) не участвующий в процессе компонент;

в) легколетучий компонент;

г) выделяемый из смеси целевой компонент.

17. Для технических расчётов процесса перегонки на плоской диаграмме используется фазовая диаграмма в координатах:

а) P – t;

б) t – x,y;

в) P – x,y;

г) P – x;

д) t – y;

е) t – x.

18. На фазовой диаграмме процесса перегонки линия 1 является:

а) линией кипения жидкой смеси;

б) линией кипения легколетучего компонента;

в) линией конденсации паров смеси;

г) линией конденсации паров легколетучего компонента.

19. Укажите правильное описание областей фазовой диаграммы перегонки t–x,y расположения точки А:

а) разделяемая смесь представляет систему из находящихся
в равновесии жидкой и паровой фаз, температура равна температуре кипения исходной смеси;

б) разделяемая смесь находится полностью в жидком состоянии, соответствует составу исходной смеси, разделения не происходит;

в) исходная смесь полностью переведена в парообразное состояние, представляет систему равновесную пар – пар, после конденсации состав смеси соответствует исходному, разделения не происходит;

г) разделяемая смесь представляет равновесную парожидкостную систему, при этом паровая фаза насыщена легколетучим компонентом, после конденсации образуется жидкая смесь, содержащая большее количество легколетучего компонента.

20. При каких условиях не происходит разделения жидкой смеси перегонкой при равной упругости паров и равных температурах кипения компонентов?

а) кривая 1;

б) кривая 2;

в кривая 3;

г) кривая 4.

21. Какие смеси называются зеотропными?

а) подчиняющиеся закону Рауля;

б) имеющие малые отклонения от идеальных;

в) имеющие значительные отклонения от идеальных;

г) описываемые вторым законом Коновалова.

22. На диаграмме t – x, y кривые жидкости и пара азеотропных смесей:

а) имеют нисходящий характер (рисунок а);

б) соприкасаются в точке максимум (рисунок б);

в) имеют восходящий характер (рисунок в);

г) соприкасаются в точке минимум (рисунок г).

23. На диаграмме азеотропной смеси y – x возможно разделение перегонкой состава, соответствующей:

а) области Б;

б) области В;

в) точке А;

г) невозможно разделение.

24. При каких условиях возможно разделение азеотропной смеси методом перегонки?

а) при увеличении температуры;

б) при снижении давления;

в) при увеличении давления;

г) при снижении температуры;

д) невозможно.

25. Разделение жидких смесей на индивидуальные компоненты методом перегонки возможно в процессе:

а) молекулярной дистилляции;

б) перегонки с водяным паром;

в) простой перегонки с дефлегмацией;

г) ректификации.

26. В процессе ректификации разделение жидкой смеси происходит в результате:

а) прямоточного взаимодействия жидкости с паром;

б) противоточного взаимодействия жидкости с паром;

в) перекрёстного взаимодействия жидкости с паром;

г) смешанного взаимодействия жидкости с паром;

д) любым из перечисленных способом.

27. Конденсация паров по высоте ректификационной колонны происходит в результате:

а) установки конденсаторов по высоте колонны;

б) контактирования паров с менее нагретой стекающей жидкостью;

в) снижения температуры паров по высоте колонны;

г) подачи в поток паров по высоте колонны инерта – хладоносителя.

28. По высоте ректификационной колонны из потока поднимающихся паров конденсируется:

а) преимущественно низкокипящий компонент;

б) только высококипящий компонент;

в) в равном количестве низкокипящий и высококипящий компоненты;

г) только низкокипящий компонент;

д) преимущественно высококипящий компонент.

29. Флегмовым числом называется отношение:

а) количества кмолей флегмы, приходящейся на 1 кмоль отбираемого дистиллята;

б) количества кмолей флегмы, приходящейся на 1 кмоль конденсата дистиллята;

в) количества кмолей флегмы, приходящейся на 1 кмоль паров дистиллята;

г) количества кмолей флегмы, приходящейся на 1 кмоль охлажденного дистиллята.

30. Уравнение материального баланса процесса ректификации по низкокипящему компоненту:

а) ; б)

в) ; г) .

31. Уравнение рабочей линии укрепляющей части ректификационной колонны имеет вид:

а) ; б) ;

в) ; г) .

32. В какой области диаграммы у – х ведётся графическое построение процесса ректификации?

а) в области 4;

б) в области 3;

в) в области 2;

г) в области 1.

33. С уменьшением флегмового числа …

а) уменьшается движущая сила и увеличивается число теоретических ступеней;

б) увеличивается число теоретических ступеней и увеличивается выход дистиллята;

в) увеличивается движущая сила и увеличивается выход дистиллята;

г) уменьшается число теоретических ступеней и уменьшается выход дистиллята.

34. Чему равно число ступеней концентраций ректификационной колонны, определённое по диаграмме у – х, необходимое для увеличения концентрации от 20 % до 90 %?

а) в укрепляющей части n=1;

б) в исчерпывающей части n=3;

в) по высоте всей колонны n=4;

г) в зоне питания n=2.

35. Диаметр ректификационной колонны рассчитывается:

а) по потоку восходящих паров;

б) по взаимному потоку восходящих паров и стекающей жидкости;

в) по потоку стекающей жидкости;

г) по взаимному потоку нисходящих паров и восходящему потоку жидкости.

36. Теплота для проведения процесса ректификации подводимая в кипятильнике расходуется:

а) на испарение флегмы;

б) на нагрев кубового остатка;

в) на испарение дистиллята;

г) на испарение кубового остатка;

д) на все перечисленные расходы.

37. Повышение частоты готовых продуктов в процессе ректификации путём повышения флегмового числа возможно за счет:

а) уменьшения производительности колонны по исходной смеси;

б) увеличения потока флегмы;

в) увеличения высоты рабочей части колонны;

г) уменьшения числа тарелок в колонне;

д) всеми перечисленными способами.

38. Эффективность работы насадочных ректификационных колонн во многом определяется:

а) скоростью движения стекающей жидкости;

б) первоначальным распределением потоков, фаз по сечению колонны;

в) схемой взаимного движения паровой и жидкой фаз;

г) изменением температурного режима по высоте колонны;

д) всеми перечисленными способами.

39. Жидкостной экстракцией называется разделение жидких смесей:

а) при избирательном извлечении компонентов инертным поглотителем;

б) при избирательном извлечении компонентов твёрдым поглотителем;

в) при избирательном извлечении компонентов жидким поглотителем;

г) при избирательном извлечении компонентов газообразным поглотителем.

40. Последовательное проведение процесса жидкостной экстракции предусматривает:

а) механическое разделение гетерогенной смеси экстракта и рафината;

б) перемешивани

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

---

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: