Вопросы для самоконтроля
1. Нестационарная теплопроводность: процесс, уравнения, коэффициент температуропроводности.
2. Уравнения нестационарной теплопроводности: условия однозначности.
3. Уравнения нестационарной теплопроводности: граничные условия 1-го рода.
4. Уравнения нестационарной теплопроводности: граничные условия 2-го рода.
5. Уравнения нестационарной теплопроводности: граничные условия 3-го рода.
6. Основные идеи метода конечных разностей.
7. Описание лабораторной установки.
8. Методика обработки результатов измерений.
Раздел 3 массообменные процессы лабораторная работа 3.1 физическая модель укрепляющей части непрерывнодействующей ректификационной колонны
Цель работы – ознакомление с работой и расчетом укрепляющей части непрерывнодействующей ректификационной колонны для разделения гомогенной смеси этиловый спирт – вода.
Основные теоретические сведения
Процесс ректификации имеет большое значение в химической технологии. Например, достаточно указать на разделение природных углеводородов, нефти и синтетических углеводородов для получения моторных топлив, на выделение индивидуальных газов из их смесей путем предварительного ожижения и последующей ректификации жидкой смеси.
Разделение смеси на чистые компоненты можно осуществлять путем многократного чередования процессов испарения и конденсации. При этом целесообразно использовать теплоту, выделяющуюся во время конденсации, для испарения полученной порции дистиллята. Такой сложный процесс многократного чередования испарения жидкой фазы и паровой конденсации осуществляется на практике в одном аппарате, представляющем собой вертикальную колонну, снабженную внутри различными устройствами для обеспечения максимальной поверхности контакта жидкой и паровой фаз.
Жидкость, стекая сверху вниз, соприкасается с поднимающимися вверх парами, причем температура жидкости ниже температуры паров, а составы фаз не совпадают с условием равновесия. Следовательно, при каждом соприкосновении с жидкостью пары претерпевают частичную конденсацию, а за счет выделившейся теплоты жидкость частично испаряется. В результате этого пары, поднимаясь вверх, непрерывно обогащаются низкокипящим (легколетучим), а жидкость, опускаясь вниз, – высококипящим компонентами. Этим методом, называемым ректификацией, исходные жидкие смеси могут быть разделены на практически чистые компоненты.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка (рис. 3.1) состоит из колонны 9, парогенератора 16, дефлегматора 10, силового шкафа 11, контрольно – измерительного пульта 12, расходомеров 13 – 15, а также системы трубопроводов и вентилей, с помощью которых осуществляются запуск и ввод колонны в режим.
3.1. – Схема лабораторной установки
Колонна имеет внутренний диаметр 150 мм, общую высоту 2800 мм, по высоте колонны смонтированы девять тарелок с капсульными колпачками и сливными устройствами. Расстояние между тарелками 200 мм.
Парогенератор емкостью 0,13 м3 снабжен тремя электронагревателями (ТЭН).
Дефлегматор, предназначенный для полной конденсации паров, выходящих из колонны, конструктивно выполнен как четырехходовой кожухотрубный теплообменник, по межтрубному пространству которого идет пар, а по трубному – охлаждающая вода.
Пульт управления состоит из силового шкафа с трансформатором для регулирования нагрузки на ТЭН, выключателей 1 – 3 и пакетных выключателей.
Контрольно-измерительный пульт включает три амперметра, цифровой вольтамперметр ВК 2 – 20, позиционный переключатель термопар, а термопары ХК (1 – 8), которые смонтированы непосредственно на установке.
В установке предусмотрена возможность измерения плотности дистиллята в измерительной ячейке 18 ареометром.
В колонне производится разделение смеси этиловый спирт – вода. Исходная смесь заливается в парогенератор, где нагревается до температуры кипения. Образующиеся пары поднимаются вверх по колонне, и после взаимодействия на каждой тарелке с флегмой, обогащенные легколетучим компонентом, поступают в дефлегматор. Пары полностью конденсируются в дефлегматоре, одна часть образовавшегося конденсата подается на верхнюю тарелку колонны в качестве флегмы, а другая часть отводится в парогенератор.