Как следует из формулы (7.1) и рисунка 7.2 для заданных значений xW , хF , xD, количество теоретических тарелок nT зависит только от выбранного флегмового числа R.
Существуют два крайних значения R:
1. R= RMIN. В этом случае точка L находится на линии равновесия.
Количество теоретических тарелок стремится к бесконечности. Движущая сила массообменного процесса y*-y=0. Колонна должна иметь бесконечно большую поверхность контакта жидкой и паровой фаз.
2. R→ ∞ . Точка L располагается на диагонали диаграммы. nT=min.
Колонна работает без отбора дистиллята («на себя»).
Согласно РТМ 26-01-73-75 [10], определение оптимального флегмового числа следует вести по следующей методике:
1. По формуле (7.5) определяется минимальное флегмовое число RMIN . 2. Отношение рабочего флегмового и минимального чисел
называется коэффициентом избытка флегмы. Задаются величиной φ в диапазоне 1,1…4. Для большей точности расчетов следует брать не менее 5 значений промежуточных точек.
3. Каждому значению φ, а следовательно и R, по методу теоретических тарелок (см.выше) ставят в соответствие значение nT .
4. Результаты заносят в таблицу и находят произведение nT(R+1) для каждого из значений φ.
5. Строится график зависимости R=f(nT(R+1)) в заданном диапазоне, который имеет точку экстремума - минимум (см.рисунок 7.3).
Соответствующее ему значение флегмового числа считается оптимальным.
Таблица 7.1-
φ 1,1 1,36 1,47 2,33 3,30 5,36
R
nT
nT(R+1)
7.6 Порядок выполнения лабораторной работы
1. Перед началом выполнения изучить краткие теоретические сведения.
При необходимости – воспользоваться конспектом декций и справочной литературой (см. библиографический список).
2. Получить у преподавателя задание на работу: вид бинарной смеси, составы исходной смеси, дистиллята и кубового остатка.
3. С использованием метода РТМ определить оптимальное значение флегмового числа. Определение числа теоретических тарелок nT для каждого из выбранных значений коэффициента избытка флегмы вести на отдельном листе масштабно-координатной бумаги. Равновесные составы жидкости и пара – в приложении.
Таблица 7.2 -
№ вар.
Система НКК -
низко кипящ.
компо нент в системе
t – кипения при
атмосфер ном давлении,
оС
хF - содержание
НКК в питании,
масс.%
xD – содержание
НКК в дистилляте,
масс.%
xW – содержани
е НКК в кубовом остатке, масс.%
1 Вода-
уксусная кислота
Вода 100,0 36 96 4
2 Метанол-
вода Метанол 64,5 32 90 5
3 Хлороформ-
бензол Хлороформ 61,2 45 89 3
4 Бензол-толуол Бензол 80,1 33 88 7
5 Тетрахлор
метан-толуол Тетрахлор
метан 76,7 28 93 5
6 Этанол-вода Этанол 78,4 39 98 8
7 Ацетон-вода Ацетон 56 36 95 2
8 Ацетон-бензол Ацетон 56 32 87 3
9 Ацетон-этанол Ацетон 56 45 96 4
10 Сероуглерод - тетра хлорметан
Серо углерод
46,3 33 86 5
11 Ацетон-
дихлорэтан
Ацетон 56 28 97 9
12 Метанол-
бензол
Метанол 64,5 39 94 2
7.7 Рекомендации
1. Для более точного определения величин по графикам можно воспользоваться программами для аппроксимации и интерполяции функций.
Например – Appoximator.
2. Определение числа единиц переноса можно вести с использованием численного интегрирования (например по методу Симпсона или с использованием прикладных программ [11-13,25].
Таблица 7.3 - Равновесные составы жидкости и пара в моль-% по низкокипящему компоненту для некоторых бинарных смесей
7.8 Контрольные вопросы
1. В чем заключается принцип ректификации?
2. Для чего служит дефлегматор?
3.Какие массообменные процессы протекают на тарелке ректификационной колонны?
4. Что такое флегмовое число колонны?
5.Как изменится на диаграмме равновесия положение рабочей линии колонны при изменении значения флегмового числа в случае постоянного состава дистиллята?
6. Как определяется минимальное флегмовое число?
7. Как можно определить теоретическое число тарелок колонны?
Литература [4,5,10,11,12,13,25].
Жидкая фаза х,%
0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Паровая фаза у,%
Вода- уксусная
кислота
0 9,2 16,7 30,2 42,5 53,0 62,6 71,6 79,5 86,4 93,0 100
Метанол- вода
0 26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87,0 91,5 95,8 100
Хлороформ- бензол
0 6,5 12,6 27,2 41,0 54,6 66,0 74,6 83,0 90,5 96,2 100
Бензол- толуол
0 11,5 21,4 38,0 51,1 61,9 71,2 79,0 85,4 91,0 95,9 100
Тетрахлор метан-толуол
0 10,5 20,1 36,8 50,5 61,9 71,2 78,8 85,1 90,6 95,4 100
Этанол-вода 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100
Ацетон-вода 0 60,3 72,0 80,3 82,7 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100
Ацетон- бензол
0 14,0 24,3 40,0 51,2 59,4 66,5 73,0 79,5 86,3 93,2 100
Ацетон- этанол
0 15,5 26,2 41,7 52,4 60,5 67,4 73,9 80,2 86,5 92,9 100
Сероуглерод тетра
хлорметан
0 13,2 24,4 41,9 51,6 64,3 72,2 79,0 84,9 90,2 95,0 100
Ацетон- дихлорэтан
0 13,8 25,8 41,8 54,8 65,4 74,5 82,2 87,6 92,7 96,8 100
Метанол- бензол
0 38,5 50,0 56,8 58,0 59,0 60,0 61,0 62,0 66,0 75,0 100
Список литературы
1. Кедров B.C., Пальгунов П.П., Сомов М.А. Водоснабжение и канализация. - М: Стройиздат.- 1984.- 288с.
2. Кедров B.C., Ловцов Е.Н. Санитарно-техническое оборудование зданий. - М.:
Стройиздат. - 1989. - 495с.
3. Несенчук А.П. Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий.- М.: Высшая школа. - 1989, 279 с.
4. Промышленные теплообменные процессы и установки: Учебник для вузов/А.М. Бакластов, В.А. Горбенко, О.Д. Данилов и др.; Под ред. А.М.
Бакластова. – М.: Энергоатомиздат. 1986.- 328 с.
5. Бакластов А.М. и др. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок: Учеб. пособие для вузов/ А.М. Бакластов, В.А. Горбенко, П.Г. Удыма; Под ред. А.М. Бакластова. – М.: Энергоиздат.- 1981.
336 с.
6. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии.
– М.: Химия,1975. 576 с.
7. Кошкин Н.Н. Холодильные машины. М.: Пищевая промышленность. -1973.
8. Зелиновский И.Х., Каплан Л.Г. Малые холодильные машины и установки:
Справочник. – 3-е изд., перераб. И доп.-М.: Агропромиздат.- 1989. 672 с.
9. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. - М.: Энергия.- 1972. – 319 с.
10. Руководящий технический материал. РТМ 26-01-73-75. Метод расчета колонных аппаратов общего назначения со стандартизированными тарелками. – М.: НИИ Химмаш.- 1975,35 с.
11. Плановский А.Н., Рамм В.Н., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия.- 1968.- 848 с.
12. Майоров В.В. Промышленные поверхностные теплообменные аппараты:
Сборник задач. Воронеж: Изд-во ВГТУ.- 1997. 95 с.
13. Майоров В.В. Промышленные ректификационные установки: Сборник задач. Воронеж: Изд-во ВГТУ.- 2001. 63 с.
14. А.В.Мартынов. Установки для трансформации тепла и охлаждения.
- М.: Энергоиздат.- 1989.-200 с.
15. Абрамов Н.И. Водоснабжение. - М.: Стройиздат.- 1982. – 440 с.
16. Белан А.Е. Технология водоснабжения. – Киев.: Наукова думка.-1985.–264 с.
17. Борисов Б.Г., Багров О.Н., Калинин Н.В. Системы водоснабжения предприятий. – М.: МЭИ.-1987. – 64 с.
18. Фарфоровский Б.С., Фарфоровский В.Б. Охладители циркуляционной воды тепловых электростанций. – Л.: Энергия.- 1972. – 112с.
19. Теплообменные аппараты холодильных установок /Под ред. Г.Н. Даниловой.
– Л.: Машиностроение.-1986. – 303 с.
20. Холодильные машины: Справочник. - М.: Легкая и пищевая промышленность.-1982. – 223 с.
21. Янтовский Е.И. Парокомпрессионные теплонасоосные установки. - М.:
Энергоиздат.- 1982.-144с.
22. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. - М.: Энергоиздат.-1982.-224с.
23.Енин П.М. Практическое использование возобновляемых и нетрадиционных источников энергии в теплоснабжении.- Киев, ИПК.- 1988.- 96с.
24. Г. Хайнрих, Х. Найорк, В. Нестлер. Тепловые насосы для отопления и горячего водоснабжения. – М.: Стройиздат. - 1985. – 340 с.
25. Портнов В.В., Майоров В.В. Трошин А.Ю. Лабораторный практикум по курсу «Тепломассообменное оборудование предприятий»: Учеб. пособие.
Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т.- 2005, 89 с.
Содержание
Введение 3
1 Лабораторная работа «Исследование работы системы воздухо- снабжения»
3 2 Лабораторная работа «Расходные характеристики водозаборной арматуры»
8 3 Лабораторная работа «Испытание компрессионной холодильной
установки»
13 4 Лабораторная работа «Исследование системы хладоснабжения» 16 5 Лабораторная работа «Исследование системы оборотного
водоснабжения»
6 Лабораторная работа «Исследование работы компрессионного теплового насоса»
18 23 7 Лабораторная работа «Определение оптимального флегмового числа и количества тарелок ректификационной колонны непрерывного действия».
Список литературы
32 40
Приложение А 43
Приложение Б Приложение В Приложение Г Приложение И Приложение Е
44 45 46 47 49
Приложение А R12, CCl2F2, Dichlorodifluoromethane T critical = 112.00 °C, p critical = 41.57600 Bar, v critical = 0.00179 m3/kg
Приложение Б Термодинамические свойства Ф-12
Таблица 4- Термодинамические свойства фреона-12 на линии насыщения
t,
0C
p, МПа υ, м3/кг υ1, м3/кг i4,
кДж/кг i1, кДж/кг
S4, кДж/(кг∙К)
S1, кДж/(кг∙К)
-39 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5
0 +5 +10 +15 +20 +25 +30
0,06730 0,08076 0,10044 0,12369 0,15094 0,18257 0,21904 0,16080 0,30848 0,36234 0,42289 0,49094 0,56653 0,65062 0,74324
0,0006605 0,0006658 0,0006725 0,0006793 0,0006868 0,0006940 0,0007018 0,0007092 0,0007173 0,0007257 0,0007342 0,0007435 0,0007524 0,0007628 0,0007734
0,2337 0,1973 0,1613 0,1331 0,1107 0,09268 0,08713 0,06635 0,05667 0,04863 0,04204 0,03648 0,03175 0,02773 0,02433
384,06 387,46 391,73 396,07 400,44 404,92 409,44 414,00 418,65 423,34 428,11 432,97 437,87 442,81 447,83
554,63 556,59 559,06 561,54 563,96 566,39 568,82 571,16 573,51 578,81 578,07 580,29 582,42 584,48 586,44
4,0513 4,0655 4,0832 4,1007 4,1180 4,1353 4,1525 4,1695 4,1865 4,2033 4,2201 4,2368 4,2534 4,2699 4,2864
4,7797 4,7759 4,7716 4,7675 4,7642 4,7610 4,7583 4,7558 4,7536 4,7515 4,7498 4,7481 4,7466 4,7451 4,7437
Приложение В Номограмма для определения относительной влажности воздуха
Приложение Г Номограмма для расчета вентиляторной градирни
Приложение И
И С Х О Д Н Ы Е Д А Н Н Ы Е: ед. изм.
Рабочий агент (РА): аммиаак Теплопроизводительность: Qв= 23,6 кВт Холодопроизводительность: Q0= 17,45 кВт
Теплоноситель теплоотдатчика: вода Теплоноситель теплоприемника: вода Температура теплоносителя на входе в
испаритель: tн1= -15 oC Температура теплоносителя на выходе из
испарителя: tн2= -22 oC Минимальная разность температур в
испарителе: tи= 3 oC Расчетная температура испарения: t0= -25 oC Температура теплоносителя на входе в
конденсатор: tв2= 20 oC Температура теплоносителя на выходе из
конденсатора: tв1= 25 oC Минимальная разность температур в
конденсаторе:tк= 5 oC Расчетная температура конденсации: tк= 30 oC
Характеристика компрессора: ФГрВ 1,75 тип компрессора: поршневой число ступеней: 1 Внутренний КПД компрессора: 0,8 Электромеханический КПД компрессора: 0,9
Характеристики теплообменного
оборудования:
испаритель:
конденсатор:
Параметры точек процесса по T - S диаграмме
для РА:
Точка 1:
температура: t1=t0= -25 oC давление: p1= 0,5 МПа энтальпия: i1= 1652 кДж/кг удельный объем: v1= 0,78 м3/кг
Точка 2:
температура: t2'= 126 oC давление: p2=p2'=pк= 1,2 МПа
энтальпия: i2'= 1960 кДж/кг
Точка 3:
температура: t3=tк= 30 oC давление: p3=pк= 1,2 МПа энтальпия: i3=iк= 562 кДж/кг
Точка 4:
температура: t4=t0= -25 oC давление: p4= 0,15 МПа энтальпия: i4=i3= 562 кДж/кг
Р А С Ч Е Т:
Энтальпия РА на выходе из компрессора: i2= 2037 кДж/кг Удельная внутренняя работа компрессора: lв= 385 кДж/кг Удельная тепловая нагрузка испарителя: q0= 1090 кДж/кг
Удельная тепловая нагрузка конденсатора:
qк= 1475 кДж/кг Энергетический баланс установки на единицу
расхода РА: q=lв+q0=qк= 1475 кДж/кг Сходимость энергетического баланса
установки на единицу расхода РА: 1475 кДж/кг Массовый расход РА: G= 0,016 кг/с Объемная производительность компрессора:
V1= 0,012 м3/с Расчетная тепловая нагрузка испарителя: Q0= 17,450 кВт
Расчетная тепловая нагрузка конденсатора:
Qк= 23,614 кВт Удельная работа компрессора: lкм= 427,778 кДж/кг Удельный расход электроэнергии на единицу
выработанного тепла: Этн= 0,290 Удельный расход электроэнергии на единицу
выработанного холода: Эх= 0,392 Электрическая мощность компрессора: Nэк
= 6,848 кВт
Коэффициент преобразования
(трансформации) тепла: КОП= 3,448 Проверка КОП: 3,448 Холодильный коэффициент: 2,548 Проверка холодильного коэффициента: 2,548 Средняя температура низкотемпературного
теплоотдатчика: tн.ср= -18,3 oC Средняя температура полученного тепла: tв.ср
= 22,4 oC
Коэффициент работоспособности холода с
потенциалом tн.ср: 0,150 Коэффициент работоспособности холода с
потенциалом t0: 0,181 КПД установки с учетом потерь эксергии в
испарителе (по хладагенту): 0,38 КПД установки без учета потерь эксергии в
испарителе (по хладагенту): 0,46