Главная Обратная связь

Дисциплины:






Тепловий баланс абсорберу



Рівняння теплового балансу абсорберу, який працює без відведення тепла, виглядає так:

 

Ф (Х12) = С (t- t2),

 

де Ф – диференційна теплота розчинення (в Дж/ кг), тобто кількість тепла, яке виділяється при поглинанні 1кг компоненту в розчині даної концентрації;

С – питома теплоємність рідини, Дж/ кг ·°С;

t1 та t2 – температура рідини на виході з абсорберу та на вході до нього.

 

Контрольні запитання

1.Що таке абсорбція?

2.Де використовують процес абсорбції? З якою метою?

3.Як виражається закон Генрі?

4.Яким рівнянням характеризується матеріальний баланс абсорберу?

5.Як розраховують ступінь вилучення компоненту?

6.Як проводять десорбцію?

7.Як виглядає тепловий баланс абсорберу?


3.2 Абсорбція

(самостійне вивчення)

Мета:- розвинути у студента навики самостійної роботи з спеціальною літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- надати студентам загальні відомості про устрій випарювальних апаратів, їх принцип дії та класифікацію.

Завдання: прочитати текст в підручники А.Н. Плановський, В.М. Рамм, С.З. Каган «Процессы и аппараты химической технологии» стр.594-604. Скласти конспект згідно питань, приведених нижче. Відповісти на питання для самоконтролю.

 

При абсорбції процес масопередачі протікає на поверхні доторкання фаз. Тому в апаратах для поглинання газів рідинами (абсорберах) повинна бути створена розвинута поверхня доторкання між газом та рідиною. Як утворюється ця поверхня в різних типах абсорберів, як їх класифікують та як вони працюють? Відповісти на ці питання за наступним планом.

1. Як розділяються абсорбційні апарати?

2. Охарактеризувати принцип дії поверхневих абсорберів.

3. Як працюють барботажні абсорбери?

4. Який принцип дії розпилюючого абсорберу?

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

 

Запитання для самоконтролю

 

1. Як класифікують абсорбери за засобом утворення поверхні доторкання фаз?

2. Охарактеризуйте, як працює плівковий абсорбент.

3. Як працює насадковий абсорбент?

4. Який принцип дії барботажних абсорберів?

5. Як працює колона з колпачковими тарілками?

6. Як працюють розпилюючи абсорбери?

7. Виділіть преваги та недоліки усіх типів абсорберів.


3.3 Адсорбція

(самостійне вивчення)

Мета:- розвинути у студента навики самостійної роботи з спеціальною літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- надати студентам загальні відомості про процес адсорбції, особливості його проведення, устрій адсорберів та принцип їх дії.



Завдання: прочитати текст в підручники А.Н. Плановський, В.М. Рамм, С.З. Каган «Процессы и аппараты химической технологии» стр.712-723. Скласти конспект згідно питань, приведених нижче. Відповісти на питання для самоконтролю.

 

Адсорбція представляє собою процес поглинання газів, пари або рідин поверхнею пористих твердих тіл-адсорбентів. Які особливості цього процесу, як він протікає і при яких умовах, як працюють адсорбери? Відповісти на ці питання за наступним планом.

1. Що представляє собою процес адсорбції?

2. Де застосовується адсорбція?

3. Охарактеризувати рівновагу між фазами.

4. Фактори, що впливають на протікання процесу адсорбції.

5. Які існують типи адсорберів?

6. Принцип дії кожного типу.

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

 

Запитання для самоконтролю

 

1. Як протікає процес адсорбції?

2. Яким властивостями повинен володіти адсорбент?

3. Де застосовуються процеси адсорбції?

4. Як наступає адсорбційна рівновага між фазами?

5. Які типи адсорберів застосовують?

6. Як працює кожен тип? Які його особливості?

7. Охарактеризуйте переваги та недоліки кожного типу адсорберів.

8. Пояснити схему адсорбційної установки.


3.4 Екстракція

(лекція)

Мета: ознайомитися з загальними відомостями про процес екстракції та фізичними основами процесу, вивчити матеріальний баланс та устрій екстракторів.

 

План

1.Загальні відомості про екстракцію.

2.Етапи екстракції.

3.Схема процесу екстракції.

4.Матеріальний баланс процесу.

5.Устрій екстракторів.

Загальні відомості

Екстракцією називають процеси розділення рідких сумішей та вилучення компонентів з твердих речовин за допомогою рідкого розчинника (екстрагенту), який вибірково розчинює лише компоненти, що вилучається.

Екстракція з твердої речовини застосовується для вилучення олії з сім’ян, каніфолі, скипидару та інших продуктів з деревини та ін. В хімічній промисловості процеси екстракції в системі тверда речовина – рідина мало розповсюджені, частіше використовують процеси екстракції в системі рідина – рідина (в виробництві антибіотиків, для отримання ядерного палива, в процесах нафтопереробки).

Вихідна рідка суміш оброблюється екстрагентом, який не розчинюється, або малорозчинний у вихіднії суміші. В результаті взаємодії екстрагенту з вихідним розчином утворюються: екстракт – розчин вилучених з вихідної суміші компонентів в екстрагенті і рафінат – рідка суміш, збідніла на вилучені компоненти і, як правило, містить деяку кількість екстрагенту.

Розділення рідкої суміші методом екстракції складається з наступних процесів:

1) Змішення вихідної суміші з екстрагентом для створення між ним тісного контакту;

2) Розділення двох рідких фаз, які не змішуються (екстракту та рафінату);

3) Регенерація екстрагенту, тобто видалення його з екстракту та рафінату.

Нижче приведено схему процесу екстракції (без регенерації екстрагенту).

Розділення рідких сумішей екстракцією складніше розділення їх ректифікацією, але в багатьох випадках застосування екстракції більш зручніше або вона є єдиним можливим методом розділення суміші.

 

Матеріальний баланс

Матеріальний баланс процесу екстракції відповідає загальному для масообмін них процесів рівнянню:

 

G(У1 - У2)= L(Х1 - Х2),

 

де G – кількість реагенту, кг/сек.;

L – кількість вихідного розчинника, кг/сек.;

У1 та У2 – вміст компоненту в екстракті та в екстрагенті, кг/кг екстрагенту;

Х1 та Х2 – вміст компоненту у вихідному розчині та в рафінаті, кг/кг вихідного розчинника.

Тобто, розхід екстрагенту складає:

 

З рівняння матеріального балансу визначають питомий розхід екстрагенту

 

l= L/ G.

Процеси екстракції проводять найчастіше без підведення або відведення тепла, при кімнатних температурах. Тому для розрахунку цього процесу не потрібне складання тепловою балансу.

Устрій екстракторів

За характером зміни складу рідких фаз екстракційні апарати можна розподілити на дів групи:

1) Диференційно – контактні екстрактори, в яких характер зміни складу фаз наближений до безперервного;

2) Ступеневі екстрактори, в яких зміна складу фаз відбувається ступенево, в кожній ступені здійснюється змішення і розділення (сепарація) фаз.

Екстрактори обох груп можуть бути класифіковані за двома признаками:

1) За способом контакту між суцільною фазою, яка заповнює апарат, та дисперсною фазою, що розподіляється у вигляді крапель в суцільній фазі.

2) За виглядом сепарації фаз, яка може відбуватися внаслідок різниці густин фаз (гравітаційна сепарація) або під впливом відцентрових сил (відцентрова сепарація).

Екстрактори, в яких змішення і сепарація фаз відбувається в полі відцентрових сил, називається відцентровими.

Промислові екстрактори являються переважно апаратами безперервної дії.

В останній час все ширше використовуються екстрактори з вимушеним перемішуванням, в яких за рахунок підведення до рідині енергії з зовнішнього джерела досягається значне збільшення поверхні контакту фаз і інтенсифікація масообміну.

Загальним недоліком усіх екстракторів з механічними мішалками є складність експлуатації їх при обробленні сильно хімічно агресивних або радіоактивних речовин. Цього недоліку не мають пульсаційні екстрактори, які поєднують велику продуктивність з високою інтенсивністю масопередачі.

Відцентрові екстрактори – компактні високоефективні апарати, які вигідно відрізняються від екстракторів інших типів малим часом перебування в них реагентів. Недоліками відцентрових екстракторів є відносно висока коштовність та великі витрати при їх експлуатації.

 

Контрольні запитання

1.Що називають екстракцією?

2.Коли застосовують процес екстракцію?

3.З яких етапів складається процес?

4.Наведіть схему процесу екстракції.

5.Що утворюється в результаті екстракції?

6.Як виглядає матеріальний баланс екстракції?

7.Як розраховують питомий розхід екстракції?

8.Чому для екстракторів не розраховують тепловий баланс?

9.Як поділяють екстрактори за характером зміни складу рідких фаз?

10.За якими признаками класифікують екстрактори?


3. 5 Ректифікація

(лекція)

Мета:ознайомитися з загальними відомостями та основними властивостями сумішей рідин та їх парів, вивчити матеріальний та тепловий балансу рефракції.

 

План

1.Загальні відомості про процес.

2.Основні властивості сумішей рідин та їх парів.

3.Матеріальний баланс процесу ректифікації.

4.Схема ректифікаційної колони.

5.Тепловий баланс ректифікації.

Загальні відомості

Для розділення суміші рідин звичайно застосовують перегонку. Розділення шляхом перегонки засновано на різній температурі кипіння окремих речовин, які входять до складу суміші. Так, якщо суміш складається з двох компонентів, то при випаровуванні компонент з більш низькою температурою кипіння (низько киплячий компонент, скорочено НК) переходить в пару; компонент з більш високою температурою кипіння (високо киплячий компонент, скорочено ВК) залишається в рідкому стані. Отримані пари конденсуються, утворюючи так званий дистилят; невипарена рідина називається залишком. Таким чином, в результаті перегонки НК переходить в дистилят, а ВК – в залишок.

Описаний процес, який називають простою перегонкою, не дає, можливості провести повне розділення компонентів суміші та отримати їх в чистому вигляді. Обидва компонентами являються леткими і тому обидва переходять в пару, хоча і в різній ступені. Тому пари, що утворилися при перегонці, не представляють собою чистою НК. Оскільки він внаслідок більшої леткості випаровується в більшій ступені, ніж ВК, то пари збагачені НК у порівнянні зі змістом його у вихідній суміші. Таким чином, в дистиляті вміст НК вище, ніж у вихідній суміші, а у залишку, навпаки, вміст НК нижче, ніж у вихідній суміші. В цьому явищі і полягає основна відміна перегонки від випарювання. При випарюванні один компонент (розчинена речовина) нелеткий, і в пару переходить лише леткий компонент (розчинник). Для досягнення найбільш повного розділення компонентів застосовують більш складний вид перегонки – ректифікацію. Ректифікація полягає в протиточній взаємодії парів, які утворюються при перегонці, з рідиною, яка отримується при конденсації парів.

Представимо апарат, в якому знизу догори рухаються пари, а зверху (назустріч парам) подається рідина, що представляє собою майже чистий НК. При доторканні парів, що підіймаються, з рідиною, що стікає, відбувається часткова конденсація парів і часткове випаровування рідини. При цьому з парів конденсується переважно ВК, а з рідини випаровується переважно НК. Таким чином, рідина, що стікає, збагачується ВК, а пари, що підіймаються, збагачуються НК, в результаті чого пари, що виходять з апарату, представляють собою майже чистий НК. Ці пари поступають в конденсатор (дефлегматор), де і конденсуються. Частина конденсату, що повертається на зрошення апарату, називається флегмою, інша частина – відводиться в якості дистиляту. Процес перегонки отримав значний розвиток в середні віки, коли навчилися отримувати етиловий спирт з продуктів бродіння крохмалю та цукровмісних матеріалів. В нинішній час перегонка та ректифікація широка розповсюджені в хімічній технології і застосовується для отримання різноманітних продуктів в чистому вигляді.

В залежності від взаємної розчинності компонентів розрізняють наступні типи подвійних сумішей:

1) Суміші взаєморозчинених рідин, тобто таких рідин, які розчинні одна в одній в будь-яких співвідношеннях;

2) Суміші рідин, нерозчинених одна в одній;

3) Суміші частково розчинених рідин.

Матеріальний і тепловий баланс процесу ректифікації

При ректифікації вихідна рідка суміш поділяється на дві частини: частина, збагачена НК (дистилят), і частина, збідніла на НК (залишок).

 

Безперервна ректифікація проводиться у ректифікаційних колонах, що складаються з двох ступенів (рис.1). Вихідна суміш вводиться в верхню частину нижньої ступені (вичерпна колона 2). Тут вихідна рідка суміш взаємодіє в протитоці з парою, початковий склад якої аналогічний складу залишка; в результаті відбувається вичерпання суміші, тобто вилучення з неї НК і збагачення ії ВК. В верхній ступені (укріпляючи колона) пара, що поступає з нижньої ступені, взаємодіє в протитоці з рідиною, початковий склад якої аналогічний складу дистиляту, в результаті відбувається укріплення пари, тобто збагачення неї на НК.

Пара для живлення ректифікаційного апарату утворюється в кубі 3 шляхом випаровування частини рідини, яка поступає в куб; рідина для зрошення апарату (флегма) утворюється в дефлегматорі 4 шляхом конденсації частини пари, яка має склад, аналогічний складу дистиляту. Тепло, необхідне для випаровування суміші, повідомляється їй в кубі. В дефлегматорі відбувається відведення тепла, внаслідок чого пари, які до нього поступають, повністю або частково конденсуються. Дистилят відводиться з дефлегматору в рідкому або пароподібному стані. Залишок відводиться з кубу у вигляді рідини.

 

 

Матеріальний баланс

Визначимо через F кількість суміші, що поступає на ректифікацію (в кмоль/сек.), через P – кількість отриманого дистиляту (в кмоль/ сек.), через W – кількість залишку (в кмоль/ сек.) і через ХF, ХP і ХW – склади суміші, дистиляту і залишку (в мол. долях НК).

Тоді рівняння матеріального балансу для усієї кількості суміші виглядає так:

 

F = P + W

 

і рівняння матеріального балансу для НК:

 

Відношення кількості флегми до кількості дистиляту R:

називається флегмовим числом.

Якщо визначити через у1 та у2 молярні долі НК в парах на вході в колону і на виході з неї, через х2 та х1 молярні долі НК в рідині на вході в колону та на виході з неї, х – склад рідини, то склад пари у будь-якому перерізі колони дорівнює:

 

Тепловий баланс

Складемо рівняння теплового балансу ректифікаційної колони,

 

де Q – кількість тепла, що підводиться до кубу, Дж

W, Ф – кількість залишку та флегми, кмоль/ сек.;

G – кількість парів, що виходять з апарату, кмоль/ сек.;

І – ентальпія парів, Дж/ кмоль;

iF, iW, iФ – ентальпія суміші, залишку та флегми, Дж/ кмоль.

Рівняння теплового балансу процесу ректифікації виглядає так:

 

 

Контрольні запитання

 

1. Що називають ректифікацією?

2. Як виглядає звичайна перегонка?

3. Що називають залишком, флегмою, дистилятом?

4. З якою метою застосовують процес ректифікація?

5. Які розрізняють типи подвійних сумішей?

6. Надайте схему матеріального балансу ректифікаційної колони.

7. Як проходить процес ректифікація?

8. Як виглядає рівняння матеріального балансу для усієї кількості суміші та для НК?

9. Що таке флегмове число?

10. Звідки поступає та куди витрачається тепло при проведення процесу ректифікації?

11. Які складові рівняння теплового балансу ректифікатору?


3.5 Ректифікація

(самостійне вивчення)

Мета:- розвинути у студента навики самостійної роботи з спеціальною літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- надати студентам загальні відомості про устрій ректифікаційних апаратів, їх принцип дії та класифікацію.

Завдання: прочитати текст в підручники А.Н. Плановський, В.М. Рамм, С.З. Каган «Процессы и аппараты химической технологии» стр.688-692. Скласти конспект згідно питань, приведених нижче. Відповісти на питання для самоконтролю.

 

Для ректифікації застосовується майже виключно апарати колонного типу – насадкові та барботажні ректифікаційні колони. Як вони побудовані, як працюють та як їх класифікують? Відповісти на ці питання за наступним планом.

1. Як класифікують ректифікаційні колони?

2. Як працюють насадкові та барботажні ректифікаційні колони?

3. Як працюють теплообмінні устрої ректифікаційних колон?

4. Охарактеризуйте експлуатацію ректифікаційних колон.

5. Описати процес ректифікації знижених газів.

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

 

Запитання для самоконтролю

 

1. Як розділяють ректифікаційні колони?

2. Охарактеризуйте принцип дії насадкових ректифікаційних колон.

3. Як працюють барботажні ректифікаційні колони?

4. Як проводять ректифікацію знижених газів?

5. Які переваги та недоліки різних типів ректифікаційних колон?


3. 6 Сушіння

(лекція)

Мета:ознайомитися з загальними відомостями про сушіння та статикою сушіння, вивчити властивості вологого газу (повітря).

 

План

1.Загальні відомості про сушіння

2.Принципові схеми сушіння.

3.Статика сушіння.

4.Абсолютна вологість повітря.

5.Відносна вологість повітря.

Загальні відомості

Теплове сушіння, або просто сушіння, представляє собою процес видалення вологи з твердих вологих матеріалів шляхом ії випаровування і відведення утворених парів. Сушіння є найбільш розповсюдженим засобом видалення вологи з твердих та пастоподібних матеріалів і проводиться двома основними спобами:

1) Шляхом безпосереднього доторкання сушильного агенту (нагрітого повітря, паливних газів) з матеріалом, що висушують, – конвективне сушіння;

2)
Шляхом нагрівання матеріалу тим чи іншим теплоносієм через стінку, що підводить тепло, – контактне сушіння.

Принципові схеми сушіння цими засобами зображені на рис. 1.

Сушіння відбувається також шляхом нагрівання матеріалів, що висушуються, токами високої частоти (діелектричне сушіння) або інфрачервоними променями (радіаційне сушіння). В особливих випадках застосовується сушіння деяких продуктів в замороженому стані при глибокому вакуумі – сушіння возгонкою, або сублімацією.

Статика сушіння

При сушінні процес передачі речовини з одної фази в іншу (випаровування рідини) супроводжується процесом теплопередачі, при цьому температури фаз не однакові. Кількість тепла, що передається від газоподібного сушильного агенту до рідини шляхом конвекції при температурі газу t, що перевищує температуру матеріалу (рідини), складає:

 

,

 

де α – коефіцієнт теплопередачі.

Кількість вологи, що випаровується, переходить у вигляді пари в газову фазу та передає від рідини до газу тепло, що відповідає теплоті випаровування цієї рідини:

 

Q2=М · r = r K F(p* - p),

 

де r – теплота випаровування; p* - тиск пари над рідиною (при температурі );р – парціальний тиск пари в газовій фазі.

Усього передається тепла від газу до рідини:

 

Q = Q1 - Q2

 

І це тепло розходжується на нагрівання рідини.

Температура, яку приймає рідина, при випаровуванні ії після досягнення теплової рівноваги (Q = 0), називається температурою мокрого термометру і визначається tм.т.. Це – температура термометру, кулька, якого вкрита вологою тканиною, з якої відбувається випаровування вологи.

Вологий матеріал може не лише віддавати вологу шляхом ії випаровування в довкілля; при визначених умовах він може також поглинати вологу з навколишнього середовища. Для проведення сушіння необхідно знати умови, при яких матеріал здатен віддавати вологу.

При сушінні протягом визначеного часу вологість матеріалу наближається до деякого ліміту, який відповідає рівнянню:

 

рм = рп,

 

де рп­ - парціальний тиск водяної пари у повітрі ;

рм – тиск парів вологи у поверхні матеріалу, який висушують.

Коли досягається це рівняння, наступає рівновага в процесі обміна вологою між матеріалом та середовищем. Цьому стану відповідає деяка стала вологість матеріалу, що називається рівноважною вологістю, за якої процес сушіння припиняється. Рівноважна вологість та протікання процесу сушіння залежить від властивостей матеріалу, який висушують, характеру зв’язку з ним вологи та параметрів в довкілля.

Зв'язок вологи з матеріалом може бути механічним, фізико-хімічним, хімічним.

Механічно пов’язані з матеріалом поверхнева волога та волога, що заповнює крупні капіляри матеріалу в результаті змочування. Ця волога менш над усе пов’язана з матеріалом і легше видаляється з нього (іноді ії називають зовнішня).

Більш прочно пов’язана з матеріалом волога, яка поглинається поверхнею дрібних капілярів або проникає внаслідок дифузії внутри кліток матеріалу. Вологу, фізико-хімічно пов’язану з матеріалом, видалити значно важче. Волога, хімічно пов’язана з матеріалом, в процесі сушіння звичайно не видаляється і тому при розрахунку сушарок не враховується.

Незалежно від характеру зв’язку вологи що прочне пов’язана з матеріалом, на відміну від зовнішньої вологи називають гігроскопічною. Вся волога, що видаляється з матеріалу в умовах теплового сушіння, називається вільною вологою.

Властивості вологого газу (повітря)

Волога повітря представляє собою суміші сухого повітря і водяних парів. Кількість водяних парів, що містяться в 1м3 вологого повітря, називається абсолютною вологістю повітря (дорівнює масі 1м3 водяної пари, або густині пари ρп в кг/м3).

Відношення абсолютної вологості до максимально можливої кількості пари в 1м3 повітря, при той же температурі і даному барометричному тиску, характеризує ступінь насичення повітря вологою і називається відносноювологістю повітря:

де ρн – густина насиченої пари.

Густина пари пропорційна її парціальному тиску в суміші при даній температурі, тобто відносну вологість можна виразити відношенням тисків де рп – парціальний тиск водяної пари, що відповідає її густині ρп, рн – тиск насиченої пари при той же температурі. Кількість водяної пари в кг, що приходиться на 1кг абсолютно сухого повітря, називається вологомісткістю повітря та визначається х. Ця величина характеризує відносний ваговий склад вологого повітря.

Якщо Gп – маса водяної пари в вологому повітрі, а Gс.п. маса сухого повітря в тому ж об’ємі, то вологомісткість (в кг/кг сухого повітря) складає:

 

де Р – загальний тиск;

Мс.п. – молекулярна маса сухого повітря;

Мп. – молекулярна маса водяної пари;

рп – парціальний тиск водяної пари.

 

Контрольні запитання

1.Що називають сушінням?

2.Надайте принципову схему конвективного сушіння.

3.Надайте принципову схему контактного сушіння.

4.Яку температуру називають температурою мокрого термометру?

5.Що таке рівноважна вологість?

6.Охарактеризуйте зв'язок волого з матеріалом.

7.Яка волога найбільш прочно пов’язана з матеріалом?

8.Що таке абсолютна вологість?

9.Що показує відносна вологість?

10.Яка величина виражає волого місткість повітря?

11.Як визначають волого місткість?


3. 6 Сушіння

(лекція)

Мета:ознайомитися з І-х-діаграмою вологого повітря, матеріальним та тепловим балансом сушіння; вивчити швидкість сушіння.

 

План

1.І-х-діаграма вологого повітря.

2.Матеріальний баланс сушіння.

3.Питомий розхід повітря.

4.Тепловий баланс сушіння.

5.Схеми сушіння.

6.Кінетика сушіння.

І-х – діаграма вологого повітря

Графічний розрахунок сушарок ведуть за допомогою І-х – діаграми вологого повітря, вперше запропонованої Л.К. Рамзіним. На осях координат діаграми відкладені два основних параметри вологого повітря: воломісткість х ( вісь абсцис) та ентальпія І ( вісь ординат). Крім ліній, що вказані, на діаграмі нанесені: 1) лінії постійних температур; 2) лінії постійної відносної вологості; 3) лінія парціального тиску водяної пари і 4) лінії постійних температур мокрого термометру.

 

Матеріальний баланс сушіння

Нехай кількість волого матеріалу, що поступає в сушарку, дорівнює G1 кг/сек., а його вологість w1 ваг. долей. В результаті сушіння отримують G2 кг/сек., висушеного матеріалу (вологість w2 ваг. долей) і W, кг/сек. випареної вологи.

Тоді матеріальний баланс за усією кількістю речовини виражають:

 

G1 = G2 +W, кг/сек.

 

Баланс за абсолютно сухою речовиною, кількість якої не змінюється в процесі сушіння:

 

G1(1 – w1) = G2 (1 – w2)

Питома витрата повітря (на 1кг випареної вологи) складає:

кг сухого повітря /кг вологи,

де L – розхід абсолютно сухого повітря на сушіння, кг;

хо – вологомісткість вологого повітря на вході в сушарку, кг/кг сухого повітря;

х2 – вологомісткість вологого повітря на виході з сушарки, кг/кг сухого повітря. Тобто питомий розхід повітря залежить лише від різниці вологомісткостей відпрацьованого свіжого повітря

 

Тепловий баланс сушіння

Тепло, що підводиться до сушарки, витрачається наступним чином:

 

Q = Qух. + Qвип. + Qм + Qтр. + Qвт.,

 

де Qух. – втрати тепла з сушильним агентом, що уходить;

Qвип. – втрата тепла на випаровування вологи з матеріалу;

Qм – втрати тепла на нагрівання висушеного матеріалу;

Qтр. – втрати тепла на нагрівання транспортного обладнання;

Qвт. – втрати тепла в довкілля.

 

Схеми сушарок

Основним, або простим, процесом сушіння повітрям називають найбільш розповсюджений сушильний процес, при якому повітря нагрівається лише один раз в підігрівачі перед сушаркою і одноразово проходить через сушарку.

Для сушіння застосовують суміш паливних газів та повітря, причому гази, які отримали в топці, розбавляють повітрям для зниження їх температури до максимально припустимої при сушінні даного матеріалу. За властивостями (густина, теплоємність та інше) паливні гази наближенні до повітря і відрізняються від нього лише більшою воломісткістю. В багатьох випадках сушіння проводиться з використанням відхідних газів промислових пічок, котельних та інших установок.

Сушіння паливними газами має переваги перед сушінням повітря, зокрема більше здатність паливних газів до вологого поглинання та менша витрата палива, простота установки. Але разом з тим при сушінні паливними газами можливе забруднення матеріалу, який висушують, та вплив на нього сірчистих сполук, які містяться в газі.

 

Кінетика сушіння

Для розрахунку сушарок необхідно знати швидкість сушіння, яка визначається кількістю вологи W, що випаровується з одиниці поверхні F висушеного матеріалу за одиницю часу, тобто швидкість сушіння визначається:

кг/м2сек,

де U – швидкість сушіння;

τ – час сушіння.

Знаючи швидкість сушіння, визначають тривалість періодичного процесу сушіння або поверхню матеріалу, що висушують, при сушінні безперервним засобом та встановлюють габаритні розміри сушильних апаратів. Швидкість сушіння, як масообмінного процесу, відповідає основному рівнянню масопередачі:

 

= К Δсер.

 

де К– коефіцієнт масопередачі;

Δсер. – середня рушійна сила процесу.

Рушійна сила процесу сушіння визначається різницею тисків парів вологи у поверхні матеріалу рм і парціального тиску парів в повітрі рп.

Розрізняють два періоди сушіння: період постійної швидкості і період палаючої швидкості процесу.

Протягом першого періоду волога випаровується з усієї поверхні вологого матеріалу таким чином, як би вона випаровувалася з дзеркала випаровування будь-якого об’єму рідини. В цьому періоді швидкість сушіння постійна і визначається лише швидкістю зовнішньої дифузії, тобто дифузії парів вологи з поверхні матеріалу в довкілля.

В другому періоді швидкість сушіння визначається внутрішньою дифузією – переміщенням вологи із знутри матеріалу до його поверхні. З початку другого періоду поверхня підсохлого матеріалу починає вкриватися коркою і поверхня випаровування вологи постійно зменшується, що призводить до збільшення опору внутрішньої дифузії і до безперервного зменшення швидкості сушіння.

 

Контрольні запитання

1.Що представляє собою І-х - діаграма вологого повітря?

2.Яким рівнянням виражають матеріальний баланс сушіння за усією кількістю речовини?

3.Як виглядає баланс за абсолютно сухою речовиною?

4.Як визначають питомий розхід повітря?

5.Як витрачається тепло, що підводиться до сушарки?

6.Яке рівняння виражає тепловий баланс сушіння?

7.Який процес сушіння повітрям є найбільш розповсюдженим?

8.Які переваги та недоліки сушіння паливними газами у порівнянні з сушінням повітрям?

9.Чим визначається швидкість сушіння?

10.Що є рухомою силою процесу сушіння?

11.Що називають зовнішньою дифузією?

12.Що називають внутрішньою дифузією?


3.6 Сушіння

(самостійне вивчення)

Мета:- розвинути у студента навики самостійної роботи з спеціальною літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- надати студентам загальні відомості про устрій сушарок, їх принцип дії та класифікацію.

Завдання: прочитати текст в підручники А.Н. Плановський, В.М. Рамм, С.З. Каган «Процессы и аппараты химической технологии» стр.765-783. Скласти конспект згідно питань, приведених нижче. Відповісти на питання для самоконтролю.

 

Сушіння є найбільш розповсюдженим засобом видалення вологи з твердих та пастоподібних матеріалів та проводиться двома основними засобами – в конвективних та контрактивних сушарках. Як проводиться процес сушіння, як класифікують сушарки та який принцип їх дії? Відповісти на ці питання за наступним планом.

1. Як розділяють сушарки?

2. Охарактеризуйте конвективні сушарки.

3. Як працюють камерні сушарки?

4. Як працюють тунельні та барабанні сушарки?

5. Охарактеризуйте контактні сушарки.

6. Як працюють вакуум-сушарки та контактні барабанні сушарки непрямої дії?

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

 

Запитання для самоконтролю

 

1. Що таке сушіння?

2. Які засоби використовують для проведення цього процесу?

3. Як працюють камерні сушарки?

4. Як працюють тунельні сушарки?

5. Як працюють барабанні сушарки?

6. Охарактеризуйте принцип роботи інших типів конвективних сушарок.

7. Як працюють контактні сушарки?

8. Що представляє собою вакуум-сушарні шафи?

9. Як працюють контактні барабанні сушарки непрямої дії?

10. Надайте порівняльну характеристику сушарок різних типів.


Модуль ІV

МЕХАНІЧНІ ПРОЦЕСИ

 

4.1 Подрібнення твердих матеріалів

(лекція)

Мета:ознайомити студентів з загальними відомостями про подрібнення, вивчити фізичні процеси подрібнення.

 

План

1.Загальні відомості про процес.

2.Степінь подрібнення.

3.Види подрібнення.

4.Групи матеріалів.

5.Класифікація машин для подрібнення.

Загальні відомості

Подрібнення та розмелення представляють собою процеси механічного подрібнення твердих речовин. В результаті подрібнення значно збушується поверхня матеріалу, що обробляють.

Застосування твердих матеріалів, які подрібнені на менші куски (шляхом подрібнення) або змелених в порошок (шляхом помолу), дозволяє значно прискорити розчинення, обжиг, хімічну взаємодію, тобто різні процеси, що протікають тим швидше, чим більше поверхня твердої речовини, яка приймає участь.

В теперішній час для подрібнення матеріалів застосовують машини різних типів, починаючи від щокових дробарок (подрібнення матеріалів об’ємом до 2м3), закінчуючи колоїдними млинами ( помол продуктів на частки розміром до 0,1мк).

Подрібнення та помол характеризуються ступінню подрібнення - відношенням діаметру dН кусків матеріалу до подрібнення до діаметру dК кусків після подрібнення:

Куски вихідного матеріалу та куски або зерна, що отримують в результаті подрібнення, не мають правильної (симетричної) форми. Тому на практиці розміри кусків (dП та dК) визначають розміром отворів сит, через які просіюють сипучі матеріали, тобто за допомогою ситового аналізу.

Подрібнення відбувається в одну або декілька стадій. Кожна машина, в залежності від устрою, може забезпечувати обмежену ступінь подрібнення, яка коливає від і = 3÷6 для щокових дробарок до і =100 та більше для млинів. Для досягнення високих ступенів подрібнення цей процес проводять в декілька стадій. В залежності від початкового та кінцевого розмірів найбільших кусків умовно розрізняють наступні види подрібнення:

· Крупне

· Середнє

· Дрібне

· Тонке

· Зверх тонке

Крупне та середнє подрібнення відбувається, як правило, сухим засобом; дрібне подрібнення та помол – сухим або мокрим засобом (в водному середовищі). При мокрому подрібненню зменшується пилоутворення і частки отриманого продукту мають більш рівномірні розміри; крім того, полегшується вивантаження продуктів.


Подрібнення матеріалів відбувається роздавленням, ударом, стиранням та розколюванням. Схематично це види зусиль зображені на рис. 1

 

Рис. 1. Засоби подрібнення матеріалів:

а) роздавлення; б) удар; в) стирання; г) розколювання.

 

Вибір того чи іншого виду механічного впливу залежить від крупності та прочності матеріалу. В залежності від межі прочності при роздавлені матеріали умовно поділяються на наступні групи:

· Тверді (граніт, діабаз та інші);

· Середньої твердості (вапняк, кам’яна сіль, антрацит);

· М’які (вугілля, глина та інші.

Зазвичай при подрібненні матеріалу комбінуються ті чи інші зусилля, наприклад роздавлення та удар, стирання та удар. В залежності від фізико-хімічних властивостей матеріалів вибирають зазвичай наступні методи подрібнення:

 

Матеріал Метод подрібнення
Твердий та хрупкий Твердий та в’язкий Хрупкий, середньої твердості В’язкий, середньої твердості Роздавлення, удар Роздавлення Удар, розколювання та стирання Стирання або стирання та удар

 

Подрібнення відбувається за двома основними схемами – у відкритому або замкнутому циклу. При роботі за першою схемою весь матеріал проходить через дробарку (млин) лише один раз; при роботі за замкнутим циклом більша частина матеріалу проходить через дробарку (млин) багаторазово, так як матеріал з розмірами кусків більше припустимої межі повертається на повторне подрібнення. Подрібнення в замкнутому циклі дозволяє значно збільшити продуктивність обладнання і отримати більш рівномірний за крупністю продукт.

Машини для подрібнення (дроблення та помолу) поділяють на дробарки та млини. Зазвичай млинами називають машини для тонкого та зверх тонкого подрібнення, дробарками – машини для крупного, середнього та дрібного дробіння, але таке розподілення є досить умовним. Класифікація машин для подрібнення за конструктивними особливостями приведена нижче.

Види подрібнення

Контрольні запитання

1.З якою метою проводять подрібнення та розмел твердих матеріалів?

2.Що характеризує ступінь подрібнення?

3.Які види подрібнення розрізняють в залежності від початкового та кінцевого розміру найбільших кусків?

4.Які засоби подрібнення матеріалів застосовують?

5.Чому мокре подрібнення є найбільш зручніше?

6.Як вибирають метод подрібнення?

7.За якими схемами проводять подрібнення?

8.Як класифікують апарати для подрібнення матеріалів?


4.2 Апарати для подрібнення твердих матеріалів

(лекція)

Мета:ознайомитися з основними конструктивними особливостями апаратів для подрібнення матеріалів.

 

План

1.Щокові дробарки.

2.Конусні дробарки.

3.Валкові дробарки.

4.Молоткові дробарки.

5.Машини для тонкого дроблення.

6.Млини для зверх тонкого дроблення.

Вибір дробарок та млинів проводять в залежності від виду подрібнення, а також від фізико-механічних властивостей матеріалу, який подрібнюють (твердість, хрупкість, абразивність).

Для купного подрібнення найбільш широко застосовуються щокові дробарки. В них матеріал поступає зверху й подрібнюється шляхом періодичного роздавлення між рухомою та не рухомою щоками. Руйнування кусків матеріалу відбувається в основному внаслідок роздавлення їх рухомою щокою, яка коливається. Продукт дроблення вільно впадає через нижній випускний отвір між щоками. Конусні дробарки володіють більшою продуктивністю, ніж щокові; потрібують меншої витрати енергії, дають більш рівномірний продукт з меншим змістом дрібниць і відрізняються спокійною роботою. В конусній дробарці дроблення відбувається шляхом безперервного роздавлення та загину (залому) кусків матеріалу голівкою, яка дробіть, що виконана у вигляді усіченого конуса, при ексцентричному обертанні ії в корпусі. Корпус дробарки також має форму усіченого конуса. Однак у наслідок більш складної конструкції, більшої ваги та більшої вартості конусні дробарки доцільно застосовувати для крупного дроблення лише при великій продуктивності, коли одна конусна дробарка може замінити дві або більше щокових. В усіх інших випадках слід віддавати перевагу щоковим дробаркам.

Валкові дробарки значно поступаються за продуктивністю грибоподібним, але при невеликих продуктивності та ступені подрібнення доцільно застосовувати валкові дробарки, які відрізняються простотою, компактністю та надійністю роботи. Ця дробарка складається з двох паралельних циліндричних валок, які обертаються назустріч один одному і подрібнюють матеріал головним чином роздавленням. Для крихких матеріалів найбільш підходять високопродуктивні зубчасті валкові дробарки, прості за конструкцією та витрачають невелику кількість енергії.

В молоткових дробарках матеріал поступає зверху та дробиться на літу ударами молотків, що шарнірно підвішені до ротору, який швидко обертається. Молоткові дробарки мало пригодні для подрібнення дуже твердих і абразивних матеріалів ( швидке зношення) або вологих матеріалів, що містять більш ніж 15% вологи (забивання решітки). Тонке подрібнення матеріалів (приблизно до 100мк) відбувається переважно в шарових млинах. Роликово-кільцеві млини застосовуються лише для тонкого подрібнення матеріалів невеликої твердості, а також для обробки матеріалів, що не пригодні для подрібнення в шарових млинах. В наслідок складного устрою роликово-кільцеві млини застосовують значно менше, ніж барабані.

Вібраційні млини можуть бути в найбільш ефективно використані для отримання високодисперсних подрібнених продуктів (≤60мк) при умові їх попереднього подрібнення приблизно до 2мм в дробарках або млинах інших типів. Вібраційні млини непригодні для подрібнення липких порошків та в’язких паст.

Для зверх тонкого подрібнення ряду матеріалів (кам’яне вугілля, сухі барвники, двоокис титану та інше) перспективно застосовувати струменево-вібраційні млини. В цих млинах енергія, що необхідна для подрібнення часток матеріалу, повідомляються струменем перегрітої пари або стиснутого повітря, що витікає з сопла з звуковою або зверх звуковою швидкістю. В вібраційних машинах подрібнення здійснюють шляхом вібраційного (високочастотного) впливу на матеріал, тобто засобом досить частих, але порівняно слабких ударів по зернам матеріалу.

Крім вібраційних млинів, для зверх тонкого подрібнення застосовують також колоїдні млини, які за принципом дії схожі з роликово-кільцевими або ударно-відцентровими млинами. Колоїдні млини працюють при дуже великих обернених швидкостях ротору застосовують головним чином для мокрого подрібнення.

 

Контрольні запитання

1.Як працює щокова дробарка?

2.Які переваги та недоліки цієї дробарки?

3.Як працює конусна дробарка?

4.Які переваги та недоліки валкової дробарки?

5.Які машини застосовують для тонкого подрібнення?

6.Охарактеризуйте принцип дії барабанного млина.

7.Як працюють струменеві - вібраційні та колоїдні млини?

ЛІТЕРАТУРА

1 Білявський Г.О., Бутченко Л.І. Основи екології: теорія та практикум. Навч. Посіб. – К.: Лібра, 2004.

2 Люкшин В.С., Камзист Ж.С., Коваленко А.В. „Рациональное природопользование”. Министерство образования Украины. – К.,1997.

3 Экология города: Учебник, 2000г.

4 Білявський Г.О., Р.С.Фурдуй, І.Ю.Костіков «Основи екологічних знань» - К.: Либідь, 2000-336с.

5 Запольський А.К., Сомюк А.І. «Основи екології». – 2001

6 А.Н. Плановский,В.М.Рамм, С.З. Каган «Процессы и аппараты химической технологии», Москва, 1968г.

 





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...