close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

- Архангельск - Город воинской славы;pdf

код для вставкиСкачать
М1Н1СТЕРСТВ0 ВИЩОТ ТА СЕРЕДНЬОТ
СПЕЦ1АЛЬНО! ОСВ1ТИ УРСР
ХАРЧОВА
П Р О М И С Л О В Ю Т Ь
(Республжанський м1ж в 1домчий
науково-техтчний зб1рник)
12
ВИДАВНИЦТВО „ТЕХН1КА“ КИ1В — 1971
I. ф. МАЛЕЖИК, к ан д. тех н . н аук
К0ЕФ1Ц1СНТ К 0РИ С Н 01 ДГГ ТА ч и с л о о д и н и ц ь
ПЕРЕНОСУ МАСООБМ1ННИХ ТАР1ЛОК I ТЕПЛООБМ1ННО!
АП А РАТУРИ 6РАГОРЕКТИФ1КАЦ1ЙНИХ УСТАНОВОК
П и часрозрахунку таршчастих
масообмш них ректи ф ж ац ш н и х
1 абсорбп:йних апараДв широко корйстуються як к. к. д. т ар ш к и , т ак 1 числом одиниць
переносу маси.
К. к. д. тар!лки являе собою в!дношення фактично передано!' кш ькосп розподшюваноТ М1 Ж фазами речовини До максимально можливоТ кш ькосп, я к а може
бути передана т!льки при нескшченно великш поверхш контакту фаз на т ар !л щ .
Якщо виразити концентрацда розподшюваноТ ш х фазами речовини через
вдпет П в паровпг фазц то кйтьюсть речовини, яка переходить з одшеТ фази в ж ш у,
можна визначити з р1вняння
м = О (уп — у п_ г) кмоль/сек,
(1)
де О — витрата пари, кмоль/сек; у п — копцентраш'я легколеткоТречовини в пар)
над л-ою таршкбю, мольна частка; г/„_г — те саме над (л — 1)-ю таршкого, яка
розташована ш д л-ю таршкою.
Отже к. к. д. таршки можна виразити таким р1вняиням:
т =
1
М
М
тах
= 0 (Уп ~ Уп- ' ] Г 1 *
О (у п
\
Уп— 1 )
де г/*— концентраш'я легколеткоТ речовини
у" ~
*
Уп
*
,04
Уп— 1
в пар!, яка перебувае в р 1вноваз1
з р!диною на л-й тарш щ, мольна частка.
3 р1вняння (2) видно, що к. к. д. таршки не може бути бшышш В1Д одинищ.
Проте в Л1'тератур1 }нод! висловлюеться протилежна думка. Це поясшоеться
неточним означениям самого поняття к. к. д. таршки, коли внходять з формул»
Мерфрц а також неправильним розрахунком величини у* .
' .
Найчастшге величину у* знаходять як концентращю легколеткоТречовини
в пар1, яка перебувае в р1вноваз1 13 спкаючою з л-оТ таршки рииною . Таке визначення припустиме тшьки в тому раз), якщо вшношення потоку р1дини до потоку
пари
> 1, тобто якщо концентращя легколеткоТ речовини в рЦиш при про-
ходженш П через тарш ку зм!нюеться дуж е мало. В шших випадках концентраци
легколеткоТ речовини в ри иш на вход1 1 виход! з тар!лки р!зняться м!ж собою,
а тому, визначення величини у* по р!вноваз1 з спкаючою з л-о'Т тарТлки р(диною
приводить до занижених р е з у л ь т а т . У такому раз1 знаменник р 1вняння (2)
буде меншим в!д значения максимально можливоТ кш ькосп переданоТ м!ж фаза­
ми речовини, як це випливае з визначення к. к. д. тар!лки.
У зв’язку з цим.при визначенш величини к. к. д. в раз1 перехресного руху
пари 1 р1дини на таршщ значения у* треба визначати по р^вноваз! з середньологарифм!чною концентращею р1диии на тарш щ .
Д ля протитеч1Йних масообмшних апарапв (насадочних, трубчастих та ж .)
величина у* визначаеться по р!вноваз1 з рииною на вход1 в апарат.
К|'льк1'сть розподшюваноТ М!Ж фазами речовини може бути знайдена не ильки
за формулою (1), а й з допомогою основного р1 вняння масопередач1 [1]:
М = К уР к у п ,
(3)
29
де к у _ коеф !щ ент масопередачц вы несений до 1 м 2 поверхш фазового контакту
при в и р а ж е н т рушшноТ сили процесу в одиницях концентраци у паровш ф азу
км оль/м 2 ■ сек; р ' — поверхня фазового контакту на т ар ш щ , ж2; А у п — середня
Р13НИЦЯ концентращ 'й або середня р уш ш н а сила процесу масообмш у на т ар ш ц у
кмоль/кмоль.
П ор:внянн я Р1ВНЯНБ (1) та (3) дае формулу для розрахун к у числа одиниць
переносу маси на т ар ш ц к
т — УпУп—1
м ~
^ уУ
АУп
а
'
Якщ о р 1 дина па тар ш щ добре п ер ем ш у еться або величина р щ ш н о г о потоку
значно перевищ уе величину парового потоку, тобто як щ о р:дина на тар ш щ мае
однакову концентращ ю в ус:х точках робочого об’ему таркчки, то сшвв1днош ення М1 Ж к . к . д. т ар ш к и 1 числом одиниць переносу маси мож на виразити
у ВИГЛЯД 1 формули
1) =
1 — е~ тм .
■
(5)
Зал еж н о В 1д типу масообмш ного апарата 1 величини вщ нош ення Ь / 0 фор­
мула (5) мож е набувати складш ш ого вигляду, проте в ус:х випадках к н у е . зал еж ш сть М1 Ж ч 1 т м.
За ан ал о п ею з ректиф ж ацш ним и тарш кам и введемо поняття к. к . д. 1 числа
одиниць переносу тепла теплообмш но 1 апаратури стосовно до дефлегматор 1 в, кон­
денсатор:^ 1 П1Д1"гр1вник1в браж ки брагоректи ф ш ащ й них установок.
К . к. д. дефлегматора е ви раж ае сш вв:днош ення м :ж ф актично переданою
К1льк1стю тепла 1 т:ею максимально мож ливою кш ь ю стю тепла, я к а мож е бути
передана т ш ь к и в дефлегматор: з нескш ченно великою поверхнею теплопередачи
К ш ьш с ть переданого до р:'дини тепла, видш еного при конденсацп спиртоводяноТ пари, можна виразити р:енянням
<3 0
(6 )
=
де 0 — витрата р:дини (води, браж ки), кг/сек- с — теплоемш сть рщ ини, д ж /кгХ
Х г р а д ; 1Х— тем пература рш ини на вход: в апарат, 0 С; (2 — температура рш ини
на виход: з ап арата, ° С; IV = О с — водяний екв:'валент нагр1вано1 рщ ини,
дж/сек ■ град.
В одяний екв1валент можна розглядати я к к ш ь к к т ь тепла, що и приймае
пот:к р:'дипи на 1 град змш и тем пературя.
Тод: к . к . д. дефлегматора виразиться р:внянням
_ (2 - ( х
^
'
«шах
1)
*«~* 1 ’
(0
1п
—
температура
сийртоводяноК пари,
°С.
В иразим о к ш ь ю с т ь переданого тепла в дефлегматор: з допомогою загального
р:вн ян н я теплопередач 1
С} = кРМ вт,
(8)
де
де к — к о еф щ к н т теплопередачу
в т /ж 2 град-, Р — поверхня теплопередачу
ж2; А( — середньологарифм 1 чна р 1 зннця температур м:ж спиртоводяною парою
1 водою (бражкою ), град.
П ор 1 Внюючи р 1 в н ян н я (6) та (8), одержимо ф ормулу для розрахун ку числа
одиниць переносу тепла дефлегматора:
/2— и
ЬР
Шт = - ^ Г = Т Г 30
(9)
Число одиниць переносу тепла тт ебезрозлп'рною характеристикою дефлегма­
тора з точки зору можливостей передач! тепла.
’ На ш'дстав: одержаних експериментальних даних автором визначенок. к. д.
1 число одиниць переносу тепла дефлегматор1в елюращйно! та ректифжашйно!
колон Ба: ського та Андруппвського спиртокомбшаДв. Значна в д аш ш сть к. к. д.
I чи сл а одиниць переносу тепла для р1зних дефлегматор1в (див. таблицю) пояснюе: с В1ДМ1НН1СТЮ в схем! приеднання дефлегматор! в, величин! поверхш тепло­
те редач 1 1 ш видкосп руху води.
За табличними даними побудовано графш залеж ноеп к. к. д. в!д числа
одиниць переносу тепла дефлегматор1в. 3 нього видно (див. рисунок) асимптотичний характер залеж ноеп г в1д т т . Якщо т т е малою величиною, к. к. д. дефлегма­
тора низький. В облает! великих значень/пт к. к. д. асймптотично наближаеться
до ОДИ НИ Ц1.
Залежшсть к. к. д. В1д числа одиниць пере­
носу тепла можна виразити р]внянням
е = 1 — е ~ тт ,
(10)
яке в1дображае залежшсть е в:д шт не ильки
для паро-р!динних теплообмшнишв, якими зокрема е дефлегматори, конденсатори 1 гад1гр1вники бражки, а й для рщ инно-рданних теплообмшниюв при величин! в1дношення водянихекв!валенпв теплообмшних середовищ, близьюй до
Граф1К залеж ноеп к. к. д.
нуля
й^шах— °)- Д ля 1НШИХ випадк!в
В1Д чис.та одиниць переносу
теплообмшу р1вняння (10) матиме складшший
тепла дефлегматор1в.
вигляд, що залежить В1Д взаемного напряму
руху робочих середовищ [2].
Р 1ВНЯННЯ (9) дае змогу оцшити можлив1сть збшьшення числа одиниць пере­
носу тепла 1 к. к. д. з точки зору каштальних затрат, маси 1 об’ему теплообмшника, тобто за рахунок збшыпення поверхш Р, або з точки зору затрат
енергп на подолання пдравл1чного опору для одержания б1льш високого зна­
чения коефЩ ента теплопередача к.
Користуючись залежн!стю М1Ж е та тт, можна робити розрахунок поверхш
теплообмшноТ апаратури, не вдаючись до визначення середньологарифм!чноТ р1зниц! температур. Для цього за формулою (7) визначають к. к. д., а поим з формули
(10) знаходять число одиниць переносу тепла. Тод1 поверхню можна визначити
за формулою (9):
3 допомогою числа одиниць переносу тепла можна також легко знайти середню температуру води (бражки) /ср, при якш вибираються ф1зичш властивосп рц
дини для розрахунку коефЩента теплов^ддачь Для цього формулу (9) переписуемо так:
'
-*1
* п ~ 1 ср
(П)
Тод!
^ср
к к-к
( 12)
31
Таблица
Числе
пере»
т Т'
Темпе
спирт
пари
X
3
тра*^«о
н
К_
г
Мг
*<
з*
8уа сЭу
1
я яК
га§
г>
га*ц- о.
о. « ай'-'
н И
51
а
>
>
н
н К ??°. н ф “
и
я 4 а?
28
е
<яо^ Я!"
о
як
О
гIо й
~2 Я
о яя
С
*§ 1 Н Я
Я Н
е_Л) &
н°
ру- Я §
>
»*
к>
>
й» й>
о.^
Н.-.'Ъ
Л^ 2
?я У
О.
•д-Ч'у
•?э
III вид
води
Дефлегматор або
барабани
о
сс>
^»
Дефлегматор епюрацШноI колони Барського спирт оком бЫ ат у
Повний дефлегма­
тор
Н иж нш барабан
Верхнш барабан
110
55
55
8,05
7,05
8,05
7,05
8,05
7,05
0,551
0,454
0,551
0,454
0,551
0,454
639
700
390
496
930
877
25,8
27,5
25,8
27,5
49,8
58,3
72,2
74,7
49,8
58,3
72,2
74,7
78,4
78,4
78,4
78,4
78,4
78,4
21,3
18,0
38,1
33,0
14,8
9,6
0,88
0,93
0,46
0,61
0,78
0,82
2,08
2,62
0,63
0,93
1,51
1,72
Дефлегматор ректиф: кацШно1 колони Барського спирт окомбгнату
110
9,6
9,03
9,26
6,53
11,4
0,646
0,607
0,626
0,442
0,771
481
669
739
352
815
21,0
20,6
23,2
20,4
24,2
63,1
70,4
71,7
64,8
71,0
78,4
78,4
78,4
78,4
78,4
31,9
25,6
23,0
31,4
23,5
0,73 1,32
0,85 1,95
0,88 2,11
0,75 1,42
0,86 1,99
Нижшй барабан
55
9,6
9,03
9,26
6,53
11,4
0,646
0,607
0,626
0,442
0,771
300
424
602
216
687
21,0
20,6
23,2
20,4
24,2
40,6
47,5
54,7
41,2
52,9
78,4
78,4
78,4
78,4
78,4
47,4
42,7
37,2
46,7
38,0
0,34
0,47
0,57
0,36
0,53
ВерхнШ барабан
55
9,6
9,03
9,26
6,53
11,4
0,646
0,607
0,626
0,442
0,771
661
938
909
505
1138
40,6
47,5
54,7
41,2
52,9
63,1
70,4
71,7
64,8
71,0
78,4
78,4
78,4
78,4
78,4
24,8
16,8
13,3
23,9
14,5
0,6
0,91
0,73 1,37
0,72 1,27
0,61 0,99
0,71 1,25
Повний дефлегма­
тор
0,41
0,63
0,85
0,45
0,76
Дефлегматор епюрацШног колони А нд р уш 1 вського сп ирт окомб1наш у
Повний дефлегма­
тор
70
0,756
5,8
5,31 0,697
5,08 0,659
831
745
965
23,7
19,2
22,8
73,4
72,7
76,1
78,4
78,4
78,4
20,8
22,9
16,7
0,91 2,39
0,9 2,34
0,96 3,19
Нижнш баг.йбан
35
5,8
0,756
5,31 0,697
5,08 0,659
644
646
799
23,7
19,2
22,8
57,0
56,8
63,4
78,4
78,4
78,4
35,4
37,2
31,0
0,61 0,94
0,64 1,01
0,73 1,31
Верхш й барабан
35
0,756
5,8
5,31 0,697
5,08 0,659
1025
863
1180
57,0
56,8
63,4
73,4
72,7
76,1
78,4
78,4
78,4
11,1
11,9
6,6
0,77
0,74
0,85
32
1,48
1,34
1,92
Дефлегматор ректиф/кацШноХ колони № 2
А ндруиивського спирт окомбгнат у
Повний дефлегма­
тор
145
8,43 0,756
8,65 0,764
8,91 0,787
1000
1010
1010
22,5
19,6
21,0
77,5
77,4
77,3
78,4
78,4
78,4
13,3
14,2
14,3
0,98 4,15
0,98 4,07
0,98 3,95
Нижш й барабан
35
8,43
8,65
8,91
1,105
1,123
1,157
1165
1144
1220
22,5
19,6
21,0
60,7
59,1
60,1
78,4
78,4
78,4
33,1
35,4
34.1
0,68
0,67
0,68
1,16
1,12
1,15
СереднШ барабан
55
8,43 0,581
8,65 0,584
8,91 0,602
940
966
967
60,7
59,1
60,1
74,2
74,0
74,0
78,4
78,4
78,4
9,3
10,1
9,7
0,76
0,77
0,76
1,45
1,48
1,44
Верхш й барабан
55
8,43 0,581
8,65 0,584
8,91 0,602
945
986
970
74,2
74,0
74,0
77,5
77,4
77,3
78,4
78,4
78,4
2,2
2,3
2,3
0,52
0,77
0,75
1,5
1,5
1/И
Особливо зручно користуватись залежш стю (10) при визначенш температури
охолодно'1 води на виход! з конденсатора (дефлегматора), коли з допомогою середньологарифм1чно1 р!знищ температур розрахунок можна зробити титьки методом
1терац1й. Д ля цього формулу (7) запишемо так:
е • (/„ — ( 1 ) = 1%— (х.
(13)
Виразимо I через тТ за формулою (10) 1 шдставимо у формулу (13). Тод1
( 1- «- " • ») ( <„ 3
338
у
(14)
33
Дефлегматор або
барабаии
о
с
0
Г*
1
я
н
я «
а ю
Я
П о.
о 8
гь р уху
м /сек
П родовж ен ня т а б ли ц I
I 8'
? ■
и ч
н§
•
ч
с
<и
н
= ■** а
IV— О.
Оо й
X с 5
а
о .
а ^
я ’*'*
й
С «°
я *
а я
я
оО
К0
Я N я о
Ж0
ОЛ*- в* к о
>. ч
Ч н
я о
я о
н *С
5 *
2
VК
н ч
2
сак
<и с я
Ь о С
2к а
к
=г .
О
*
н.
Ч
=Г.—
■яео- >»
5 а
Чо
&3 о
О ю
51
Л г:
Xч
Xс
X^
ОС
5 о
х & н
У п 5
Д е ф легм а т о р ректиф1кацШ но1 колони № 1
А н д р уи и в сь к о го с п и р т о к о м б Ы а т у
120
14,35 0,81
13,45 1,041
12,75 0,718
293
351
438
27,1
21,9
26,6
50,1
45,8
59,3
78,4
78,4
78,4
39,0
43,4
33,1
0,45 0,59
0,42 0,55
0,63 0,99
Нижшй барабан
60
14,35 0,81
18,45 1,041
12,75 0,718
234
286
478
27,1
21,9
26,6
37,8
33,3
48,3
78,4
78,4
78,4
45,6
50,6
40,1
0,21
0,2
0,42
ВерхнШ барабан
60
14,35 0,81
18,45 1,041
12,75 0,718
358
421
408
37,8
33,3
48,3
50,1
45,8
59,3
78,4
78,4
78,4
34,1
38,5
24,1
0,3
0,36
0,28 0,33
0,37 0,46
Повний дефлегма­
тор
0,24
0,23
0,54
Розкривши дужки 1 розв’язавши р!вняння (14) вщ ю сно /2, одержимо
*, = /„ — (/„ — *1 ) е ~ тт.
Отже, якщо
В1ДОМ1
(15)
к, Р та XV, то за формулою (9) знаходимо значения тг а по-
Т1м за формулою (15) — температуру води (бражки) на виход! з апарата. Таким
чином маемо прямий розв’язок задачь
Користуючись к. к. д. 1 числом одиниць переносу тепла, дуж е зручно здШсшовати оптимальний розрахунок теплообмшноТ апаратури на обчислювальних
машинах.
При пор1внянш формул (7), (9) та (10) з формулами (2), (4) та (5) видно повну
аналопю в побудов! р1внянь для визначення к. к. д. 1 числа одинипь переносу
в масообмшних 1 теплообмшних процесах. Це св!дчить про можлившть робити
розрахунок процесу масообмшу на ректифшащйних тар1' лках 1 продесу теплообмшу в дефлегматорах I конденсаторах за аналог1чною методикою. Проведений
анал1з розрахунку теплообм1нник1в з використанням сп1вв1дношення М1Ж е та
тТ показуе, що цей розрахунок повшстю узгоджуеться з теор1ею теплопередач1
1 що к. к. д. та число одиниць переносу тепла перебувають у прямш залежност1 .
Ц е е одним з доказ1в того, що к. к. д. тар1лок також не суперечить основним
законам масопередач1, 1 поряд з числом одиниць переносу маси його можна рекомендувати для використання п)д час розрахунш в процес1'в масообм1ну в ректиф!каЦ1Йних та абсорбщйних апаратах.
Л|тература
1. К а с а т к и н А . Г. и др. Расчет тарельчатых ректификационных и абсорб­
ционных аппаратов. М ., Стандартгиз, 1961.
2. К э й с В . М ., Л о н д о н А. Л . Компактные теплообменники. М ., «Энергия»,
1967.
Надшшла 16 вергсня 1969 р.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа