Как найти мольный расход

P
=

=
5,8112*10^-6
кг/кмоль

6. Определим мольный расход по паровой фазе:

=
P(R+1)
= 2,3245*10^-5
кг/кмоль

Определим
площадь поверхности массопередачи А:

А
= a
* H
* S
= 0,6511 м²,

где
а = 750 м²/м³,
Н – высота насадки (H
= 0,18 м), S
=

,

=
0,08
м

Рассчитаем
коэффициент массопередачи:
K_y
=

= 2,7028*10^-6
кмоль/м²*с

7. Определим число теоретических ступеней графическим построением между рабочей линией и равновесной в интервале xp-xf (см. Пункт 2):

N_T
= 14 cтупеней

Рассчитаем
высоту теоретической ступени h_T:

h_T
=

= 0,0129 м

VI. Выводы

В
ходе лабораторной работы мы ознакомились
с устройством и работой ректификационной
установки; разделили жидкую бинарную
смесь этанол-вода с помощью периодической
ректификации; определили состава
дистиллята, число ступеней изменения
концентраций (число теоретических
тарелок N_T
= 14) и высоты (h_T
= 0,0129 м), эквивалентной теоретической
тарелке, число единиц переноса (N_Oy
= 13,209) и высоты единицы переноса (h_Oy
= 0,0136 м)
и коэффициент массопередачи
(K_y
=
2,7028*10^-6
кмоль/м²*с).

Список используемой литературы

1.
Лабораторные работы по процессам и
аппаратам химической технологии // под.
ред. проф. В. М. Лекае. – М.: МХТИ им. Д. И.
Менделеева, 1980. – 47 с

2.
Касаткин А. Г. Основные процессы и
аппараты химической технологии. – М.:
Химия, 1973. – 752 с.

V. Ответы на контрольные вопросы

1. Физическая
   сущность процесса ректификации
   заключается в двустороннем массо- и
   теплообмене между неравновесными
   потоками пара и жидкости при высокой
   турбулизации поверхности контактирующих
   фаз. В результате массообмена пар
   обогащается низкокипящими, а жидкость
   – высококипящими компонентами. При
   определенном числе контактов можно
   получить пары, состоящие в основном из
   низкокипящих, а жидкость – из высоко
   кипящих компонентов.

1. Флегмовое
   число — параметр работы ректификационной
   колонны, определяющий эффективность
   процесса разделения в концентрационной
   секции колонны; Флегмовое число
   представляет собой отношение количества
   жидкости, стекающей с любой тарелки в
   концентрационной секции колонны (от
   места ввода сырья до отбора верхнего
   продукта — дистиллята), к количеству
   отбираемого дистиллята.

Определяем
минимальное флегмовое число:

R_min
=

y_F
— концентрация легколетучего компонента
в паре, находящегося в равновесии с
исходной смесью x_F

Рабочее
флегмовое число определяется как
R=β*R_min

где
β – коэффициент избытка флегмы (β =
1,02÷3,5)

Определяется
рабочее флегмовое число R, отрезок B,
число теоретических тарелок в колонне
n_T,
путем вписывания «ступенек» между
равновесной и рабочими линиями. Рабочие
линии строятся для каждого отрезка 
.

1. Число
   единиц переноса – изменение рабочей
   концентрации, приходящееся на единицу
   движущей силы.

   Теоретическая тарелка
   (теоретическая ступень разделения) —
   теоретическая модель массообменных
   процессов в двухфазных средах, основанная
   на представлении массообменного
   устройства (тарелки) как теоретически
   идеальной, изолированной системы в
   состоянии термодинамического равновесия.
   Характеризует максимальную, теоретически
   возможную разницу концентраций
   компонентов в фазах при заданных
   условиях.

   Высота единиц переноса
   (ВЕП) соответствует высоте участка
   аппарата, эквивалентного одной единице
   переноса. ВЕП обратно пропорциональны
   коэффициентам массоотдачи и массопередачи.
   Чем больше эти коэффициенты, тем меньше
   ВЕП и тем меньшую высоту Н будет иметь
   аппарат, обеспечивающий требуемое
   разделение веществ.

   Высота
   эквивалентная теоретической ступени
   разделения (ВЭТС) h, м – высота, равная
   высоте участка колонны, на которой при
   бинарной ректификации достигается
   полное термодинамическое равновесие
   между паром и жидкостью в выходящих с
   этого участка потоках. Так как в итоге
   ВЭТС определяет высоту колонны, то ее
   значение при заданных условиях разделения
   должно быть по возможности меньшим.

2. Эффективность
   ступени (тарелки) по Мерфри (КПД Мерфри)
   выражают отношением изменения
   концентрации данной фазы на ступени к
   движущей силе на входе той же фазы в
   ступень.

   

   КПД
   Мерфри зависит от скорости массопереноса
   (т.е. от коэффициентов массоотдачи и
   числа единиц переноса), взаимного
   направления движения фаз, структуры
   потоков, площади поверхности контакта
   фаз и других факторов.

   С помощью КПД
   Мерфри можно графическим построением
   определить число реальных тарелок.
   Данный метод расчёта высоты масособменных
   аппаратов со ступенчатым контактом
   фаз называют методом кинетической
   линии.

   Если
   известны функции равновесной линии y* =
   f(x)
   и рабочей линии y =
   f(x),
   а также известен КПД Мерфри (как
   функция Ey =
   f(x)
   или как константа), то кинетическая
   линия может быть найдена как функция yк =
   f(x)

3. Допущения
   принятые при ректификации

   1)
   Разделяемая смесь следует правилу
   Трутона: отношение мольной теплоты
   испарения или конденсации r_i
   к абсолютной температуре кипения для
   всех жидкостей T_i
   является приближенно величиной
   постоянной.

   2) Состав пара, выходящего
   из ректификационной колонны в дефлегматор,
   равен составу дистиллята, т.е. укрепляющим
   действием дефлегматора можно пренебречь

   3)
   Состав пара, выходящего из кипятильника
   и поступающего в колонну, равен составу
   кубовой жидкости, т.е. исчерпывающим
   действием кипятильника можно пренебречь

   4)
   Теплоты смешения компонентов разделяемой
   смеси равны нулю

1. Верхняя
   (укрепляющая) часть колонны

   Запишем
   уравнение материального баланса для
   малого объема с поверхностью d_А
   в верхней части колонны

   

   Проинтегрируем
   это уравнение с учетом того, что
   концентрация в паровой фазе меняется
   от y до yP, концентрация в жидкой фазе
   меняется от x_p
   до x:

   

   Последние
   уравнение связывает рабочие концентрации
   в паровой y и жидкой x фазах. Для удобства
   использования этого уравнения представим
   его в другом виде.

   

   Уравнение
   рабочей линии верхней (укрепляющей)
   части ректификационной колонны

   

   Нижняя
   (исчерпывающая) часть колонны

   Запишем
   уравнение материального баланса для
   малого объема с поверхностью dA в нижней
   части колонны

   

Проинтегрируем
это уравнение с учетом того, что
концентрация в паровой фазе меняется
от y_w
до y, концентрация в жидкой фазе меняется
от x до x_w:

Подставим
выражения для L (расход жидкой фазы) и G
(расход паровой фазы)

В
результате преобразований получим
уравнение рабочей линии нижней
(исчерпывающей) части ректификационной
колонны

7.
Пределы изменения флегмового числа и
его влияние на положение рабочей линии

Флегмовое число представляет собой
количество кмоль флегмы, возвращаемой
в колонну в расчете на один кмоль
отводимого дистиллята, может принимать
любые значения в интервале от F min (в
режиме минимального орошения) до
бесконечности (в режиме полного орошения)
при заданном качестве дистиллята, а
также других параметрах, определяющих
процесс разделения в колонне (давление,
доля пара в сырье, поступающем в зону
питания колонны). Положение рабочей
линии укрепляющей части колонны
определяется флегмовым числом и составом
дистиллята. С ростом флегмового числа
рабочая линия располагается ближе к
диагонали, в результате уменьшается
число теоретических тарелок, необходимое
для достижения заданной степени
разделения в укрепляющей части колонны.

8.
Сравните установки периодической
ректификации и простой перегонки. В чём
их принципиальное различие?

В
стандартной ситуации процесс перегонки
отличается от ректификации наличием
многоступенчатой ректификационной
колонны с «ловушками», что позволяет
более точно разделить компоненты
дистиллируемой смеси. В процессе
перегонки задействована одна сплошная
линия, по которой пары продукта с
неконтролируемым составом поднимаются
и дистиллируются на холодильнике, для
многофазового разделения эта установка
не подходит, в отличие от ректификационной
колонны, которая позволяет не только
насыщать смесь низкокипящим компонентом
(за счёт стекания дистиллята обратным
током), но и разделить фазы более грамотно,
за счет выходов, расположенных в
нескольких местах колонны.

9.
Какие два основных режима проведения
периодической ректификации известны?
Какой метод используется для проведения
лабораторной работы?

Известны два способа проведения ректификации:
непрерывный, применяемый в промышленности,
и периодический, которым пользуются
обычно в лабораториях. При
непрерывной ректификации подогретая
до кипения смесь подается в среднюю
часть колонны. Определенные
преимущества периодической ректификации
проявляются при разделении смесей: а)
с малыми расходами — в этом случае
проведение процесса имеет смысл лишь
после их накопления; б) многокомпонентных
— периодически действующая установка
позволяет осуществлять процесс в одной
колонне, в то время как для его проведения
в непрерывной требует количества колонн
на единицу меньше числа компонентов;
в) с изменяющимся качественным и
количественным составом. Также
периодическую ректификацию проводят
при постоянном флегмовом числе, из чего
можно сделать вывод, что процесс в
лабораторной работе – периодический.

10.
Как изменяется состав дистиллята, если
ректификацию проводить при постоянном
флегмовом числе?

При
периодической ректификации при постоянном флегмовом числе R
= onst) состав получаемого дистиллята изменяется во времени.
Этот способ более широко применяется
в производственных условиях. При этом,
как правило, проводят так называемую
фракционную перегонку, когда
получаемый дистиллят собирают по
фракциям определенного состава в
отдельные сборники. Состав дистиллята
при этом возрастает и контролируется,
так как применяется фракционирование.

11.
Каково предельное значение концентрации
этанола в дистилляте при

проведении
данной лабораторной работы? Каковы
теоретические условия

его
достижения?

y
= 0,8387

Достичь ее возможно либо с помощью
подачи вакуума, что значительно уменьшит
температуру кипения этанола, либо с
помощью контроля температуры в пределах
75-80 градусов при атмосферном давлении.

12.
В каких единицах рассчитывается
коэффициент массопередачи в данной
работе? Чем обусловлен выбор этих единиц?

Коэффициент
массопередачи в данной работе
рассчитывается в кмоль/м²*с.

Он
обусловлен размерностью движущей силы,
в данном же случае она равна единице,
соответственно размерность берётся
без домножения на единицу движущей силы
в знаменателе.

16

Уважаемый посетитель!

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Ссылка на скачивание — внизу страницы.

Random converter

Конвертер молярного расхода

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Гидравлика и гидромеханика — жидкости

Гидравлика — наука о законах движения и равновесии жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики. Гидравлика характеризуется особым подходом к изучению явлений течения жидкостей; она устанавливает приближённые зависимости, ограничиваясь во многих случаях рассмотрением одноразмерного движения, широко используя при этом эксперимент, как в лабораторных, так и в натурных условиях. Гидромеханика — прикладная наука (раздел механики сплошных сред) изучающая равновесие и движение жидкости. Гидромеханика подразделяется на гидростатику, изучающую жидкость в равновесии, а также гидродинамику, изучающую движение жидкости.

Конвертер молярного расхода

Молярный расход жидкости или газа — масса вещества, проходящая через заданную площадь поперечного сечения потока в единицу времени.

В Международной системе единиц (СИ) выражается в молях в секунду (моль/с).

Использование конвертера «Конвертер молярного расхода»

На этих страницах размещены конвертеры единиц измерения, позволяющие быстро и точно перевести значения из одних единиц в другие, а также из одной системы единиц в другую. Конвертеры пригодятся инженерам, переводчикам и всем, кто работает с разными единицами измерения.

Пользуйтесь конвертером для преобразования нескольких сотен единиц в 76 категориях или несколько тысяч пар единиц, включая метрические, британские и американские единицы. Вы сможете перевести единицы измерения длины, площади, объема, ускорения, силы, массы, потока, плотности, удельного объема, мощности, давления, напряжения, температуры, времени, момента, скорости, вязкости, электромагнитные и другие.
Примечание. В связи с ограниченной точностью преобразования возможны ошибки округления. В этом конвертере целые числа считаются точными до 15 знаков, а максимальное количество цифр после десятичной запятой или точки равно 10.

Для представления очень больших и очень малых чисел в этом калькуляторе используется компьютерная экспоненциальная запись, являющаяся альтернативной формой нормализованной экспоненциальной (научной) записи, в которой числа записываются в форме a · 10^x. Например: 1 103 000 = 1,103 · 10⁶ = 1,103E+6. Здесь E (сокращение от exponent) — означает «· 10^», то есть «…умножить на десять в степени…». Компьютерная экспоненциальная запись широко используется в научных, математических и инженерных расчетах.

• Выберите единицу, с которой выполняется преобразование, из левого списка единиц измерения.
• Выберите единицу, в которую выполняется преобразование, из правого списка единиц измерения.
• Введите число (например, «15») в поле «Исходная величина».
• Результат сразу появится в поле «Результат» и в поле «Преобразованная величина».
• Можно также ввести число в правое поле «Преобразованная величина» и считать результат преобразования в полях «Исходная величина» и «Результат».

Мы работаем над обеспечением точности конвертеров и калькуляторов TranslatorsCafe.com, однако мы не можем гарантировать, что они не содержат ошибок и неточностей. Вся информация предоставляется «как есть», без каких-либо гарантий. Условия.

Если вы заметили неточность в расчётах или ошибку в тексте, или вам необходим другой конвертер для перевода из одной единицы измерения в другую, которого нет на нашем сайте — напишите нам!

Канал Конвертера единиц TranslatorsCafe.com на YouTube

Для инженерных расчетов установки необходимо знать свойства веществ при определённых температурах. Основными диаграммами для определения этих свойств являются диаграммы: состав пара — состав жидкости, и зависимость температуры кипения от состава. В приложение 1 приведены диаграммы указанных свойств бинарной системы ацетон- уксусная кислота.

Равновесные данные

-мольная доля легколетучего компонента в жидкой фазе;

-мольная доля легколетучего компонента в паровой фазе;

-температура, .

0	0	118,1
0,042	0,108	112,1
0,082	0,225	109,13
0,12	0,289	106,3
0,158	0,356	104,6
0,194	0,433	101,4
0,226	0,564	94,3
0,236	0,58	92,5
0,26	0,617	90,22
0,28	0,642	88,33
0,294	0,66	87
0,32	0,706	85,5
0,36	0,769	83,2
0,4	0,807	80,9
0,44	0,843	78,6
0,538	0,92	74,2
0,668	0,966	65,6
0,761	0,981	63,6
0,935	0,997	60,7
1	1	56,1

Материальный баланс

Зная массовый расход исходной смеси и мольные концентрации потоков, определим массовый расход дистиллята и массовый расход кубового остатка (и ), на основании уравнений материального баланса.

(1)

(2)

(3)

где — массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно;

— массовый расход исходной смеси, дистиллята и кубового остатка соответственно.

Выразим из уравнения (3) массовый расход дистиллята и кубового остатка:

(4)

(5)

Найдем молекулярные массы смесей по уравнению:

(6)

где j — F,D или W.

Затем пересчитаем мольные доли легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке в массовые соответственно:

(7)

Далее по формулам (4) и (5) найдем массовый расход дистиллята и кубового остатка:

Пересчитаем массовые расходы питания, дистиллята и кубового остатка в мольные расходы соответственно по формуле:

(8)

Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его расчета используют приближенные вычисления по формуле:

(9)

где — минимальное флегмовое число.

При этом:

(10)

где — мольные доли легколетучего компонента в жидкости, а — концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).

По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» (приложение 1) находим при соответствующем значении, таким образом 0,289.

Тогда:

Определение средних физических величин потоков пара и жидкости

Для определения основных размеров колонны (аппарата), расходов греющего пара и воды требуется найти средние мольные, массовые составы, мольные, массовые и объемные расходы по жидкости и пару, а также некоторые физические величины.

Для простой полной колонны, обогреваемой глухим паром (горячей водой) или острым паром, средние составы и расходы по жидкости и пару, а также физические величины определяют отдельно для верхней и нижней части колонны.

1) Для жидкой фазы в верхней и нижней частях колонны:

— мольные составы определяют как средние арифметические:

тогда мольные составы вычисляются по формуле:

(11)

— мольные массы определяют по формуле:

(12)

где = 58,08 — мольная масса ацетона;

= 60,00 — мольная масса уксусной кислоты.

— массовые составы компонентов А и В определяют по уравнению:

(13)

где — мольная масса смеси; индекс А или В указывает на компонент.

В этой и последующих формулах индекс i относится либо к верхней, либо к нижней частям колонны.

— средние температуры определяют по диаграмме при соответствующих значениях .

— плотности определяют по уравнению:

(14)

— плотности легколетучего и труднолетучего компонентов при соответствующих температурах, ;

динамические коэффициенты вязкости рассчитывают по уравнению:

(15)

где — динамические коэффициенты вязкости легколетучего и труднолетучего компонентов при соответствующих температурах, Па • с.

Для верхней части колонны:

,

Для нижней части колонны:

,

— прежде чем рассчитывать коэффициенты диффузии, определим коэффициенты диффузии бинарной смеси при и температурные коэффициенты , а для этого нам необходимо по формулам (14) и (15) рассчитать плотности и динамические коэффициенты вязкости веществ при :

—

(16)

где — динамический коэффициент вязкости жидкости при , мПа•с; — мольные массы исходных веществ, ;

— мольные объёмы растворённого вещества и растворителя, ;

А=1,15 и В=1,27 — коэффициенты, зависящие от свойств растворённого вещества и растворителя.

(17)

где — динамический коэффициент вязкости жидкости при , мПа•с; — плотность жидкости при , .

— теперь по приближенной формуле рассчитаем коэффициенты диффузии :

(18)

где — коэффициент диффузии бинарной смеси при , .

— поверхностные натяжения определяют по уравнению:

(19)

где — поверхностные натяжения исходных веществ при соответствующих температурах, .

— мольные расходы рассчитывают по уравнениям:

где — мольные расходы питания и дистиллята, ;

— флегмовое число.

— массовые расходы рассчитывают по уравнениям:

где — массовые расходы питания и дистиллята, .

— объемные расходы рассчитывают по соотношению:

(20)

2) Для паровой фазы в верхней и нижней частях колонны:

— мольные составы определяют по уравнениям рабочих линий при подстановке в них соответственно :

— уравнение рабочей линии для верхней части (21)

колонны.

— уравнение рабочей линии для нижней (22)

части колонны.

мольные составы определим по формуле (11):

— мольные массы определяют по уравнению (12) при соответствующих значениях :

— массовые составы определяют по уравнению:

— средние температуры определяют по диаграмме при соответствующих значениях :

— плотности смесей определяют по уравнению Клапейрона:

(23)

где — плотность пара при нормальных условиях (=273 К,

), ;

— средняя температура пара, К;

— среднее давление в колонне, мм рт. ст.

— динамические коэффициенты вязкости рассчитывают по приближенной формуле:

(24)

— коэффициенты диффузии рассчитывают по приближенной формуле:

(25)

где — средняя температура пара, К; — среднее давление в колонне, мм рт. ст.

мольный расход пара, который принимается постоянным по высоте колонны, определяют по уравнению:

(26)

где — массовый расход дистиллята,

— массовые расходы определяют по уравнению:

(27)

— объемные расходы пара рассчитывают по соотношению:

(28)

First, applying your equation to your case, $n_1-(n_2+n_3) + 0 — 0 = 0$ or $n_1 = n_2+n_3$

$$n_{1,a}=n_{2,a}+n_{3,a} space (1) \
n_{1,b}=n_{2,b}+n_{3,b} space (2)\
n_{1,c}=n_{2,c}+n_{3,c} space (3)
$$

and since there’s nothing that separates/filters the components in different proportions, the output will contain exactly the same fraction as input.

$$ f n_{2,a} + (1-f) n_{3,a} = n_{1,a} space (4)\
f n_{2,b} + (1-f) n_{3,b} = n_{1,b} space (5)\
f n_{2,c} + (1-f) n_{3,c} = n_{1,c} space (6)\
$$

where $f$ is the ratio at which the streams are split into output — the same for all components.

Looking at the table, we have $n_{1,A}$ and $n_{2,a}$. From (1) we can quickly find $n_{3,a}$ : 4-1=3.

With these 3 we can find $f$ from (4): 0.25

Remainder of $n$ is trivial as we have column $1$ — multiply the $1$ column value by 0.25 for column $2$ and 0.75 for column $3$, e.g. $n_{2,b} = 10cdot0.25 = 2.5$

For totals in kg/h, simply take the units given to find the factor by which to multiply:

$$total_{c} = sum_i^{a,b,c}{MW_i cdot n_{c,i}} $$

(remembering the 1000 factor of $kmol$ vs $mol$ — multiply $n$ by 1000 first): For column $1$

(4*10 + 10*20 + 6*30)*1,000 = 40+200+180 = 420,000 kg/h.