Поясните правильность выбранного ответа и представьте схемы разделения

Ответ: а) однократная экстракция.

1 – смеситель

2 - отстойник

Применяется на практике лишь когда коэффициент распределения в пользу экстрагента очень высок или когда допустимы невысокие концентрации извлекаемого вещества в экстракте.

б) порционная экстракция.

Схема позволяет из исходного раствора получить весьма чистый разбавитель. Применяется, когда необходимо получать достаточно чистый разбавитель с помощью дешевого экстрагента, не требующего регенерации.

в) противоточная непрерывная экстракция.

Наибольшей эффективностью в аспекте полноты разделения обладает схема противоточной экстракции. Эта схема чаще всего применяется в многотоннажной промышленности. В таком процессе наиболее обедненная переходящим (экстрагируемым) компонентом фаза рафината на выходе из установки встречается со свежим экстрагентом, а наиболее богатая этим компонентом фаза экстракта на выходе контактирует с концентрированным исходным раствором. Благодаря этому достигается:

- наиболее высокая средняя движущая сила процесса

-максимальная степень разделения при заданном расходе экстрагента

-наименьший расход экстрагента при заданной степени разделения.

в) прямоточная непрерывная экстракция.

В таком процессе движущая сила с каждой ступенью уменьшается и поэтому процесс не очень эффективен.

27. В чем состоят преимущества проведения процесса выпаривания в прямоточной многокорпусной выпарной установке по сравнению с использованием однокорпусной установки? Составьте тепловой баланс для однокорпусной выпарной установки.

Ответ: Преимущества использования прямоточной многокорпусной выпарной установки по сравнению с однокорпусной установкой таковы:

1) С энергетической точки зрения удаётся использовать теплоту вторичного пара, полученного в предыдущем корпусе для обогрева следующего (благодаря уменьшению температуры кипения упариваемого раствора от корпуса к корпусу).

2) Прямоточная схема, благодаря уменьшению давления в каждом последующем корпусе, позволяет осуществлять непринудительное перемещение раствора из корпуса в корпус без затрат дополнительной энергии.

3) При работе многокорпусной выпарной установки практически всегда экономически выгодно отводить экстра-пар (если есть потребитель этого пара).

Задача теплового расчёта процесса выпаривания сводится к определению необходимого теплового потока Q, расхода теплоносителя D_гр, а также требуемой поверхности теплообмена F. Для стационарного режима работы выпарной установки тепловой баланс запишется следующим образом: Q+S_oc_ot_o-W_i-S₁c₁t₁=0. Отсюда имеем:

Q=S_oc_o(t₁-t₀)=W(i-c_pt₁). Таким образом, необходимый тепловой поток расходуется на нагрев S_o кг/с исходного раствора от t_o до t₁ и на последующее испарение растворителя W кг/с при температуре t₁. П рассчитанному тепловому потоку Q найдём расход греющего пара D _гр : D _гр h - Q - D _гр с _кT=0, т.е. . Значит площадь поверхности теплообмена F равна: . Потери тепла в окружающую среду Q_о при определении расхода греющего пара: . Однако при расчёте площади теплообмена F труб нагревательной камеры учитывается лишь тепловой поток на процесс выпаривания Q.

28. В чем преимущества проведения процесса сушки с частичной рециркуляцией сушильного агента по сравнению с процессом без рециркуляции? Представьте проведение этого процесса в I – d диаграмме.

Ответ: (II том, стр. 1265-1270) В некоторых случаях (например, для паст) при быстрой сушке на поверхности высушиваемого материала образуется корка, препятствующая удалению влаги из внутренних зон материала. Из-за этого процесс сушки резко замедляется. Для гранулированных материалов быстрая сушка грозит растрескиванием и рассыпанием гранул. Часто оказывается, что в процессах быстрой сушки материал оказывается высушенным неравномерно – чрезмерно высушены поверхностные слои и недостаточно – глубинные. Древесина, обезвоженная в быстром режиме, имеет многочисленные разрывы волокон, что делает её непригодной для изготовления высококачественных изделий.

Частичная рециркуляция отработанного сушильного агента позволяет снизить скорость сушки. Таким образом, СА на входе в сушильную камеру имеет более высокую влажность и более низкую температуру. Следовательно, процесс сушки проходит в более мягких условиях и требует более длительного времени (из-за понижения движущей силы процесса). С помощью частичной рециркуляции отработанного СА при высушивании термолабильных материалов можно избежать трудностей, указанных выше.

Процесс идеальной сушки с частичной рециркуляцией отработанного СА в I-d диаграмме выглядит следующим образом:

29. Привести схему и принцип работы простого регенеративного цикла высокого давления (цикл Линде). Каким образом нужно изменять параметры воздуха (температуру, давление) в циклах глубокого охлаждения пред конечным дросселированием воздуху до жидкого состояния с целью увеличения удельной холодопроизводительности цикла (хр)?

Ответ: Это – наиболее простой из циклов, использующих только дросселирование. Чтобы получить приемлемо низкую температуру, надо подвергать дросселированию по возможности охлажденный газ. Для этого процесс сжатия в многоступенчатом компрессорном агрегате проводят условно изотермически, охлаждая газ (воздух) после каждой ступени в холодильнике до температуры перед сжатием. Но этого недостаточно, поэтому сжатый газ направляют в теплообменный аппарат (в процессах глубокого охлаждения его называют холодообменником), где он дополнительно охлаждается. В этом случае после дросселирования воздух попадает в область влажного пара, что позволяет после сепарации выделить:

- жидкую составляющую, используемую как конечный продукт (выводится из цикла);

- холодный пар (газ) – он используется в цикле охлаждения встречного потока в холодообменнике.

Анализ удобно вести в расчете на 1 кг газа, сжигаемого в компрессоре.

На рис. 21.16,а изображена принципиальная схема простого регенеративного цикла Линде. Исходный воздух изотермически сжимается от давления р1 до р2 в компрессионном агрегате К и охлаждается в холодообменнике Х при постоянном давлении р2 (за счет обратного потока холодного воздуха). Затем сжатый воздух дросселируется в вентиле Др до давления р1. Полученная парожидкостная смесь поступает в сепаратор С, откуда жидкость (сжиженный газ) отводится от системы в количестве х, а газ в количестве (1-х) возвращается в холодообменник Х, забирая теплоту у потока сжатого газа, идущего на дросселирование.

Заметим: давление р1, как правило атмосферное: свежий воздух забирается из атмосферы; жидкий воздух храниться и транспортируется в сосудах Дьюара, где зона хранения соединена с атмосферой.

В связи с р1 =1 бар может возникнуть вопрос: зачем долю (1-х) возвращать в цикл, не проще ли направлять на сжатие в компрессор весь воздух (1 кг) из атмосферы, а не небольшую долю х? Дело в том. что воздух в циклах глубокого охлаждения проходит специальную подготовку (очистку от воды, диоксида углерода и др. примесей) Очистка воздушного потока Gx дешевле, чем полного потока G. Поэтому поток воздуха G(1-x), ранее уже прошедшего очистку, возвращают в цикл. В диаграмме Т-s (рис.21.16,б) стадии процесса изображены следующим образом:

1-2 – изотермическое (Т1=Т2=const) сжатие 1 кг воздуха;

2-3 – изобарическое (р2= const) охлаждение в холодообменнике;

3-4 – дросселирование (h=const);

4-0 и 4-5 - изобарическая (р1= const) сепарация (с выводом потока х жидкого воздуха);

5-1 – изобарическое (р1= const) нагревание потока (1-х) воздуха (с присоединением потока х свежего воздуха и направлением 1 кг смеси на сжатие в компрессор).

Далее стадии повторяются. Вследствие отбора и восполнения количества (х) рабочего тела (воздуха) цикл по РТ не замкнут, и его можно трактовать как замкнутый только условно.

Удельная холодопроизводительность – теплота, отбираемая у 1 кг изотермически сжимаемого РТ в компрессионном агрегате К с холодильниками. УХ=h1-h2

Степень сжижения (теоретическая), если она определяется в предположении отсутствия потерь холода в окружающую среду и о полной рекуперации теплоты в холодобменнике. .

Удельный расход энергии на сжатие 1 кг воздуха.

Удельная работа, приходящаяся на 1 кг жидкого воздуха

Мощность на валу компрессора.

Пути совершенствования цикла

С целью совершенствования крайне энергоемкого цикла Линде используются два основных пути.

Первый состоит в понижении температуры газа перед дросселированием. Это должно благоприятно сказаться на удельных энергетических затратах, прежде всего за счет увеличения степени ожижения.

Возрастание эффективности цикла в общем плане здесь обусловлено уменьшением температуры верхнего источника Тв. Конкретно: при более низкой температуре исходного воздуха для полного ожижения потребуется отвести от него меньше теплоты. Кроме того, несколько увеличится удельная холодопроизводительность (разность энтальпий) в сравнении с фиксируемой при более высоких температурах. Понижение газа перед дросселированием осуществляется в испарителе машины умеренного охлаждения. Так строиться цикл с предварительным охлаждением.

Второй путь связан с различным характером влияния рабочих давлений р1 и р2 на затраты энергии в компрессоре и на интегральный эффект охлаждения при дросселировании. Энергетически выгодно дросселировать газ до некоторого промежуточного давления. Но продукт (жидкий воздух) должен быть получен при атмосферном давлении. Поэтому некоторую долю газа все же дросселируют от промежуточного давления до атмосферного. Так строиться цикл с двукратным дросселировнаием и циркуляцией воздуха промежуточного среднего давления. Наибольший эффект дает сочетание первого и второго путей модификации циклов. (см. рис. 21.16 (а,б), стр. 593)