Lektsia_4_Teplovye_i_massoobmennye_prots essy (843816)
Текст из файла
ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯТЕХНОЛОГИЯЛекция 4. Тепловые имассообменные процессы.План лекции• Тепловые процессы:- Нагревание- Охлаждение- Конденсация- Выпаривание• Массообменные процессы:- Абсорбция- Ректификация- Экстракция- Адсорбция- Сушка- Растворение- КристаллизацияЛитератураДытнерский Ю.И. Процессы и аппаратыхимической технологииКасаткин А.Г. Основные процессы иаппараты химической технологииТепловые процессыТепловые процессы - технологические процессы, скорость протекания которых определяетсяскоростью подвода или отвода тепла.1.
Нагревание — повышение температуры перерабатываемых материалов путем подвода к ним тепла.2. Охлаждение — понижение температуры перерабатываемых материалов путем отвода от них тепла.3. Конденсация — сжижение паров какого-либо вещества путем отвода от них тепла.4. Испарение — перевод в парообразное состояние какой-либо жидкости путем подвода к ней тепла.4.1.
Выпаривание — концентрирование при кипении растворов твердых нелетучих веществпутем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров.Среда с более высокой температурой, отдающая при теплообмене тепло, называетсятеплоносителем, среда с более низкой температурой, воспринимающая при теплообменетепло, называется холодильным агентом (хладагентом).Теплоносители/хладагентыТемпература, °СДавление, атм.Азот, кислород, воздухот -210до 200Этан, этилен, фреоныот -150 до -70до 40Вода0 - 100100 - 37411 - 225Насыщенный водяной пар0 - 2501 - 40Топочные газы420 - 10001Твердые теплоносителидо 15001Тепловые процессы.
Нагревание1. Нагревание водяным паромПрименяется насыщенный водяной пар при давлениях до 10-12 атм, поэтому нагревание ограничено температурой до190° С. Большее давление требует сложной и дорогостоящей аппаратуры. В процессе нагревания насыщенный парконденсируется, выделяя при этом тепло, равное теплоте испарения жидкости.Достоинства:- большое количество тепла, выделяющегося при конденсации (~2 МДж на 1 кг конденсирующегося пара);- высокий коэффициент теплоотдачи от пара к стенке (5 - 18 кВт/(м2°С));- равномерность обогрева (конденсация пара происходит при постоянной температуре).Нагревание «острым» паромПар периодически вводится непосредственно внагреваемую жидкость; конденсируясь, он отдает жидкоститепло, а конденсат смешивается с этой жидкостьюНагревание «глухим» паромЖидкость непрерывно нагревается паром черезразделяющую их стенку в аппаратах с рубашками, созмеевиками и т.д. Пар конденсируется и выводится изнагревательного аппарата в виде конденсата.ПарПарРасход пара:Расход пара: 2 − 1 + п = − в 2 2 − 1 + п= − в вm - масса нагреваемой жидкости, кг; G – расход нагреваемой жидкости, кг/ч;D - расход греющего пара, кг (или кг/ч); С - теплоемкость жидкости, кДж/кг°С;Cв - теплоемкость конденсата, кДж/кг°С; Н - энтальпия греющего пара, кДж/кг;T1 и T2 - температура жидкости до и после нагревания, °С; Tв – температура конденсата;Qn - потери тепла, кДж/ч; τ - продолжительность нагрева, ч.КонденсатТепловые процессы.
Нагревание2. Нагревание топочными газамиСамый старый способ нагрева в химической промышленности. Температуры – 180 - 1000°С. Газы образуются присжигании твердого, жидкого или газообразного топлива в топках или печах различной конструкцииОсобенности:- значительные перепады температур, высокие тепловые нагрузки;- низкий коэффициент теплоотдачи от топочных газов к стенке (15 - 35 Вт/(м2°С));- неравномерность обогрева, огнеопасность, трудность регулирования.Расход топлива:=B – расход топлива, кг/ч; G – расход нагреваемого продукта, кг/ч;С - теплоемкость нагреваемого продукта, кДж/кг°С; T1 и T2 - температурапродукта до и после нагревания, °С; Q1 - потери тепла с уходящими газами,кДж/ч; Q2 — потери тепла неполноты сгорания топлива, кДж/ч; Qп — потеритепла в окружающую среду, кДж/ч; Hт — энтальпия топлива, кДж/кг; — Hв энтальпия воздуха, кДж/кг; ΔкH - теплота сгорания топлива, кДж/кг.
2 − 1 + 1 + 2 + пт + в + ∆ Трубчатая печь для нагреванияжидких продуктовПечь с рециркуляциейтопочных газовВ дымоходНагретыйпродуктПечь для реакционныхкотлов и автоклавовВ дымоходКотелНагреваемыйпродуктТопливоТопливо+ воздухВоздухТопливо+ воздухВ дымоходТепловые процессы. Нагревание3. Нагревание промежуточным теплоносителемПри нагревании некоторых материалов недопустим даже кратковременный ихперегрев.
В этих случаях для обогрева применяют промежуточныетеплоносители, которые сначала нагреваются топочными газами, а затемпередают воспринятое тепло нагреваемому материалу.В качестве промежуточных теплоносителей применяют минеральные масла,перегретую воду, высокотемпературные органические теплоносители,расплавленные смеси солей и др.4. Нагревание электрическим токомПри нагревании электрическим током можно легко и очень точно регулировать процесс при равномерномобогреве.Электрическая печьсопротивленияЭлектрическаяиндукционная печьДуговая печьТепловые процессы. Охлаждение1.
Охлаждение водой и воздухом.Осуществляется в различных теплообменниках, при этом охлаждающая и охлаждаемаясреды либо разделены стенкой (если контакт между этими средами по каким-либопричинам недопустим), либо непосредственно контактируют между собой.Горячий парили жидкостьРасход охлаждающей воды: н − к=в 2 − 12. Охлаждение льдом.ХладагентКожухотрубчатый теплообменникОхлажденный парили жидкостьПроводят в тех случаях, когда необходимо достигнуть близкой к нулю температуры охлаждаемой жидкости.Часто при охлаждении лед вносится непосредственно в охлаждаемую жидкость.
При этом он нагреваетсяжидкостью до 0°С, а затем плавится, отнимая теплоту плавления у охлаждаемой жидкости. Такой методохлаждения применяется для жидкостей, которые не взаимодействуют с водой и для которых допускаетсяразбавление.Тепловые процессы. КонденсацияКонденсация – процесс ожижения паров различных веществ путем отвода от них тепла.Поверхностный конденсаторГорячий пар1. Поверхностная конденсация.Конденсирующиеся пары и охлаждающий агент разделеныстенкой и конденсация паров происходит на внутреннейХладагентили внешней поверхности холодной стенкиКонденсатГорячий парХладагент2. Конденсация смешением.Если конденсации подвергаются пары жидкостей, нерастворимых вводе, или пар, являющийся неиспользуемым отходом того или иногопроцесса, охлаждение и конденсацию этих паров можно проводитьпутем непосредственного смешения с водой.КонденсатКонденсатор смешенияТепловые процессы.
ВыпариваниеВыпаривание - процесс концентрирования растворов, заключающийся в частичном удалениирастворителя путем его испарения при кипении1. Простое выпаривание.Осуществляется на установках небольшой производительности, когдаэкономия тепла не имеет особого значения и может проводиться какпериодически, так и непрерывно.Исходный раствор помещается в выпарной аппарат, где нагревается дотемпературы кипения и выпаривается. Образовавшийся вторичный парпоступает в конденсатор.
Конденсат выводится из системы, упаренныйраствор перекачивается в сборник готового продукта.2. Многократное выпаривание - процесс, при котором в качестве греющего используютвторичный пар и, следовательно, достигается значительная экономия тепла.Сущность многократного выпаривания состоит втом, что процесс выпаривания проводится внескольких соединенных последовательноаппаратах, давление в которых поддерживаюттак, чтобы вторичный пар предыдущегоаппарата мог быть использован как греющийпар в последующем аппарате.Массообменные процессыМассообменные процессы - технологические процессы, скорость протекания которыхопределяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую.1.
Абсорбция — избирательное поглощение газов или паров жидкими поглотителями абсорбентами.2. Ректификация — разделение жидкой смеси на чистые или обогащенныесоставляющие в результате противоточного взаимодействия потоков пара и жидкости.3. Экстракция — извлечение растворенного в одной жидкости вещества другойжидкостью.4. Адсорбция — избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкостяхвеществ твердым поглотителем — адсорбентом, способным поглощать одно илинесколько веществ из их смеси.5. Сушка — удаление влаги из твердых влажных материалов путем испарения.6. Растворение — процесс перехода вещества в раствор с поверхности частиц.7.
Кристаллизация — выделение твердой фазы из растворов, расплавов или паров.Массообменные процессы. АбсорбцияАбсорбция- поглощение газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкимипоглотителями, называемыми абсорбентами.Основывается на растворимости газов в жидкостях. Процесс является избирательным и обратимым, чтопозволяет проводить после абсорбции десорбцию — выделение компонентов из жидкости ирегенерировать абсорбент.Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте (физическая абсорбция),либо в результате его химического взаимодействия с абсорбентом (хемосорбция).Абсорбируемые компоненты газовой смеси называют абсорбтивом, а неабсорбируемые — инертом.Применение абсорбции:- получение целевых продуктов (абсорбция HCl водой в производстве соляной кислоты, S03 — впроизводстве серной кислоты, окисление азота — в производстве азотной кислоты и др.);- выделение ценных компонентов газовых смесей (ацетилена из газов крекинга или пиролиза метана,бензола и аммиака из газов коксовых печей и др.);- удаление вредных примесей из газовых смесей (СО и С02 из азотоводородной смеси при синтезе NH3,серосодержащих соединений в производствах NH3 и СН3ОН и др.);- удаление вредных примесей из газовых смесей, диктуемое необходимостью обезвреживанияокружающей среды путем очистки выбросов;- улавливание ценных веществ (например, фенола при переработке фенолформальдегидных смол и др.).Принципиальные схемы абсорбцииПрямоточная схемаПротивоточная схемаПотоки газа и абсорбента движутся параллельно друг другу.Газ с большей концентрацией вещества приводится в контакт сжидкостью, имеющей меньшую концентрацию вещества, а газ сменьшей концентрацией взаимодействует на выходе изаппарата с жидкостью, имеющей большую концентрациюГазАбсорбентCВ одном конце аппарата приводятся в контакт газ ижидкость, имеющие большие концентрациивещества, а в противоположном конце – меньшиеГазАбсорбентCCГCГCАCАГазАбсорбентLГазАбсорбентLСхемы с рециркуляцией предусматривают многократный возврат либо жидкости, либо газаМногоступенчатые схемы с рециркуляцией могут включать прямой ток, противоток, рециркуляцию жидкостии рециркуляцию газа.Изменение рабочих концентраций, приводящее к уменьшению расхода абсорбента, требуетувеличения габаритов аппарата, и наоборот.Массообменные процессы.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
