Реферат Курсовая Конспект
До виконання розрахунково-графічної роботи та самостійного вивчення дисципліни «МАСОПЕРЕДАЧА» - раздел Образование, Міністерство Освіти І Науки України Харківська Націо...
|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО
ГОСПОДАРСТВА
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання розрахунково-графічної роботи
та самостійного вивчення дисципліни
«МАСОПЕРЕДАЧА»
(для студентів 3-4 курсів денної і заочної форм навчання освітньо – кваліфікаційного рівня бакалавр, напрямів підготовки 0926 – “Водні ресурси”, 6.060103 – “Гідротехніка (Водні ресурси)” спеціальності 6.092600 – “Водопостачання та водовідведення”)
Харків - ХНАМГ- 2009
Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи та самостійного вивчення дисципліни «Масопередача » (для студентів 3-4 курсів денної і заочної форм навчання освітньо – кваліфікаційного рівня бакалавр, напрямів підготовки 0926 – “Водні ресурси”, 6.060103 – “Гідротехніка (Водні ресурси)” спеціальності 6.092600 – “Водопостачання та водовідведення”) / Укл.: Ткачов В.О., Чуб І.М. - Харків: ХНАМГ, 2009. - 40 с.
Укладачі: В.О.Ткачов, І.М. Чуб.
Рецензент: докт. техн. наук, проф. С.С. Душкін
Рекомендовано кафедрою “Водопостачання, водовідведення та очищення вод”, протокол №1 від 02.09.2008р.
Принципиальные схемы взаимодействия воды и адсорбента
В зависимости от направления относительного движения фаз эти схемы можно классифицировать следующим образом:
1. прямоточне;
2. с перекрестным движением фаз;
3. противоточные.
Принципиальная схема прямоточной одноступенчатой установки
Рис. 2.1. Одноступенчатая прямоточная установка
Q, q–расходы соответственно воды и адсорбента, м3/ч, кг/ч;
C0,, а0 –начальные концентрации извлекаемого компонента в воде и АУ, мг/дм3, мг/г;
Ск, ак – конечные концентрации извлекаемого вещества в воде и АУ, мг/дм3, мг/г.
Принципиальная схема двухступенчатой установки с перекрестным движением фаз
Рис. 2.2. Двухступенчатая установка с перекрестным движением фаз:
q1, q2 – расходы адсорбента на первой и второй ступени.
>>мг/дм3, при этом расход воды Q, м3/ч, не меняется (постоянно);
>>мг/г, при этом суммарный расход адсорбента:
qперекр.= q1+q2, кг/ч .
Принципиальная схема двухступенчатой установки с противоточным движением фаз
Рис. 2.3. Двухступенчатая установка с противоточным движением фаз:
1 – первая ступень очистки; 2 – вторая ступень очистки
>>мг/дм3, при этом расход воды Q, м3/ч, не изменяется;
>>мг/г, при этом расход адсорбента q не изменяется, кг/ч .
Установка с перекрестным движением потока воды и угля
В такой установке вода последовательно проходит через две ступени очистки. На каждую ступень подается чистый АУ в равных количествах. Степень насыщения сорбента на выходе из первой и второй ступени разная, так как зависит от концентрации воды. На первую ступень поступает вода с исходным содержанием поглощаемого веществ. Выходящая вода с первой ступени (после очистки), содержит меньше органических загрязнений по сравнению с исходной водой, поступает на вторую ступень, где контактирует с чистым АУ и окончательно очищается. Адсорбент после каждой ступени очистки отделяется от воды в отстойнике, после чего отправляется на регенерацию. Адсорбционная емкость активированного угля наиболее полно используется в первом по ходу движения воды адсорбере.
Двухступенчатая схема очистки
Рис. 4.1. Схема двухступенчатой очистки с перекрестным движением активированного угля и воды:
1 – аппарат с перемешиванием; 2 – отстойник
Определяем дозу АУ подаваемого на установку, считая (условно), что на каждую ступень подаются одинаковые количества активированного угля, т.е. q1= q2, кг/ч.
; (4.1)
(4.2)
Тогда общий расход угля будет равен q= q1+q2, а общая доза .
Определяем материальный баланс на каждой ступени:
1–я ступень:
(4.3)
(4.4)
(4.5)
2–я ступень:
(4.6)
(4.7)
(4.8)
(4.9)
(4.10)
Пример: C0 = 200 мг/дм3, Ск=7, мг/дм3, К=0,77.
По формуле (4.9) и (4.10) определяем С1:
;
;
;
; мг/дм3.
г/дм3; г/дм3.
г/дм3.
Графический способ.На рис. 4.2 изображены линия равновесия (изотерма) и рабочие линии для двухступенчатой установки с перекрестным движением активированного угля и воды. Наклон рабочих линий определяется и . Так как дозы угля подаваемого на каждую ступень очистки равны, то:
, , , , .
г/дм3;
г/дм3.
г/дм3.
Рис. 4.2. Изотерма и рабочая линия для двухступенчатой очистки с перекрестным движением активированного угля и воды
Трехступенчатая схема очистки
Рис. 4.3. Схема трехступенчатой очистки с перекрестным движением активированного угля и воды:
1 – аппарат с перемешиванием; 2 – отстойник
Определяем дозу АУ, исходя из равенств количеств угля, подаваемого на каждую ступень.
; (4.11)
; ; ;
Доза АУ подаваемого на очистку при перекрестном токе равна:
(4.12)
, ,
Графический способ определения дозы угля.
, ,. Строим на графике три рабочие линии с одинаковым наклоном, рис. 4.4.
Рис. 4.4 Изотерма и рабочая линия для трехступенчатой очистки с перекрестным движением активированного угля и воды
г/дм3 ;г/дм3;
г/дм3;г/дм3.
Двухступенчатая противоточная схема очистки воды
Рис. 5.1. Схема двухступенчатой противоточной очистки воды.
1 – аппарат с перемешиванием; 2 – отстойник
Определение дозы АУ графическипоказано на рис. 5.2.
; ; (5.1)
; ; . (5.2)
D1=D2=D (5.3)
Строят рабочую линию для всей установки. Между рабочей линий и изотермой вписывают две ступени. Начинают с и т.д.
На рис. 5.2 определяют ; ; :
г/дм3; (5.4)
г/дм3; (5.6)
г/дм3. (5.7)
Рис. 5.2. Изотерма и рабочая линия для двухступенчатой противоточной установки очистки воды
Определение дозы АУ расчетным способом (аналитически):
I – я ступень:
(5.8)
(5.9)
II – я ступень:
(5.10)
(5.11)
Материальный баланс для всей установки:
(5.12)
(5.13)
(5.14)
Исходя из равенства доз, приравниваем всей установки и второй ступени:
(5.15)
; ; (смотри рис.5.1 и 5.2).
(5.16)
(5.17)
(5.18)
(5.19)
мг/дм3 (5.20)
мг/г (5.21)
г/дм3 (5.22)
г/дм3 (5.23)
г/дм3 (5.24)
Трехступенчатая схема очистки
Рис. 5.3. Схема трехступенчатой противоточной установки очистки воды
Определяем дозу расчетным способом:
I – ступень:
(5.25)
II – я ступень:
(5.26)
III – я ступень:
(5.27)
Материальный баланс для всей установки:
(5.28)
(5.29)
Доза для i – й ступени: ; (5.30)
Для последней ступени: (5.31)
Определение дозы графически. На рис. 5.4 определяется = 71,5 мг/ дм3 , = 55 мг/г; =25,8 мг/ дм3; 19,86 мг/г.
Доза всей установки:г/дм3.
Рис. 5.4 Изотерма и рабочая линия для трехступенчатой противоточной установки очистки воды
ВОПРОСЫ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
ТЕМА 1. ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К АНАЛИЗУ ПРОЦЕССОВ МАССОПЕРЕНОСА.
Анализ процесса массопереноса, его составляющие. Равновесие между фазами в гетерогенных системах. Основное уравнение переноса вещества.
Дифференциальное уравнение переноса вещества в движущейся жидкости (закон Фика). Кинетические коэффициенты. Материальный баланс. Общие подходы к анализу процессов переноса. Последовательность составления балансовых соотношений. Приходящие и уходящие потоки. Накопление субстанции. Основные составляющие уравнения материального баланса.
Вопросы для самопроверки
1.По каким трем направлениям необходимо анализировать процесс переноса вещества в двухфазной системе.
2.Что показывают равновесные диаграммы и для чего они используются.
3. Чем отличается коэффициент диффузии от коэффициента массоотдачи ?
4. Что учитывает уравнение материального баланса.
5. Сущность метода составления балансовых соотношений.
6. Сколько величин связывает уравнение материального баланса?
7. Роль пространственного контура при составлении балансовых соотношений.
8. Привести и проанализировать основное балансовое соотношение.
ТЕМА 2. МЕЖФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТЕОРИИ АДСОРБЦИОННОГО РАВНОВЕСИЯ
Теоретические исследования в области адсорбционного равновесия. Применение теории объемного заполнения микропор (ТОЗМ) для описания и расчета изотерм. Предельная величина адсорбции. Весовой и объемный методы измерения адсорбции. Термодинамическая теория адсорбции Гиббса. Анализ уравнения Гиббса. Мономолекулярная теория адсорбции Ленгмюра. Анализ уравнения. Полимолекулярная адсорбция. Изотермы адсорбции по Брунауэру. Теория БЭТ, Поляни. Осмотическая теория адсорбции (ОТА) – уравнение Кисарова. Построение изотермы адсорбции, типы изотерм. Факторы влияющие на вид изотермы.
Вопросы для самопроверки
1. Анализ основного уравнения ТОЗМ.
2.Сравнить теорию БЭТ, ОТА и ТОЗМ.
3. Проанализировать изотерму Ленгмюра, ее параметры.
4. Как построить изотерму адсорбции.
5. Проанализировать изотермы Кисарова, Фрейдлиха, Дубинина-Радушкевича. В чем их принципиальное отличие?
Вопросы для самопроверки
1.Анализ уравнения материального баланса, его основные составляющие.
2. Сравните ЧЕП и ВЕП, для чего и где они используются.
3.Положение рабочих линий для противоточной сорбционной установки и установки с перекрестным током, чем оно обусловлено?
4. Почему используют два понятия: реальная и теоретическая ступень в технологических расчетах. Для чего используется эффективность ступени по Мэрфри.
5. Выбор типа адсорбента по изотерме адсорбции.
6. Охарактеризуйте способы регенерации активированных углей
7. Структура цеолита.
ТЕМА 4. ПРОЦЕСС АДСОРБЦИИ В АППАРАТАХ С НЕПОДВИЖНЫМ ПЛОТНЫМ СЛОЕМ.
Моделирование процесса адсорбции в динамических условиях. Влияние кинетики на процесс адсорбции. Влияние внутренней и внешней диффузии на массоперенос при адсорбции. Изучение механизма кинетики. Понятие сорбционного фронта. Закон Вике. Влияние вида изотермы на форму сорбционного фронта.
Параллельный перенос. Условия параллельного переноса сорбционного фронта. Скорость движения стационарного фронта. Длина зоны массопередачи. Условия образования этой зоны.
Вопросы для самопроверки
1. Влияние внутренней и внешней диффузии на процесс адсорбции в аппарате с неподвижным плотным слоем.
2. Проанализировать форму сорбционного фронта при выпуклой и вогнутой изотермах. Дать объяснение. При каких условиях происходит сжатие и растяжение сорбционного фронта.
3. Объясните при помощи закона Вике теорию параллельного переноса сорбционного фронта.
4. Условия формирования сорбционного фронта
5. Проанализировать параметры уравнения материального баланса, составленного для рабочей зоны аппарата с плотным слоем.
ТЕМА 5. РАСЧЕТ АДСОРБЦИОННЫХ АППАРАТАОВ С НЕПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ
Уравнение материального баланса рабочей зоны. Основное уравнение динамики сорбции –уравнение Шилова, его анализ. Понятие средней степени насыщения рабочей зоны и влияние ее на определение периода работы фильтрующего слоя. Кинетическая кривая. Факторы, влияющие на эту кривую. Определение рабочей динамической емкости загруженного адсорбента.
Характеристика адсорберов. Вертикальные адсорберы. Горизонтальные адсорберы. Адсорберы с движущимся слоем поглотителя. Пути интенсификации сорбционных процессов.
Вопросы для самопроверки
1. Анализ параметров уравнения Шилова. Значение уравнения Шилова для расчета адсорбционных аппаратов с неподвижным плотным слоем.
2. Графическая интерпретация уравнения Шилова. Что можно определить с помощью графической интерпретации уравнения Шилова.
3. Что обозначают , , ,. Как они соотносятся?
4. Анализ рабочей зоны, ее основные характеристики. Что обозначает и для чего его необходимо определять?
5. Как соотносятся между собой коэффициент защитного действия слоя и скорость сорбционного фронта?
6. Сравните время массопередачи и время формирования сорбционного фронта. Как они взаимосвязаны.
7. Сравните динамическую, статическую и рабочую емкости адсорбента. Что обозначает каждая из них?
Вопросы для самопроверки
1. Анализ параметров уравнения Шилова. Значение уравнения Шилова для расчета адсорбционных аппаратов с неподвижным плотным слоем.
2. Графическая интерпретация уравнения Шилова. Что можно определить с помощью графической интерпретации уравнения Шилова.
3. Что обозначают , , ,. Как они соотносятся?
4. Анализ рабочей зоны, ее основные характеристики. Что обозначает и для чего его необходимо определять?
5. Как соотносятся между собой коэффициент защитного действия слоя и скорость сорбционного фронта?
6. Сравните время массопередачи и время формирования сорбционного фронта. Как они взаимосвязаны.
7. Сравните динамическую, статическую и рабочую емкости адсорбента. Что обозначает каждая из них?
8. Проанализировать форму сорбционного фронта при выпуклой и вогнутой изотермах. Дать объяснение. При каких условиях происходит сжатие и растяжение сорбционного фронта.
9. Проанализировать параметры уравнения материального баланса, составленного для рабочей зоны аппарата с плотным слоем.
ТЕМА 6. ПРОЦЕСС АДСОРБЦИИ В АППАРАТАХ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ.
Характеристика псевдоожиженного слоя (ПОС). Расширение слоя при псевдоожижении. Порозность при псевдоожижении. Относительное расширение псевдоожиженного слоя. Критическая скорость псевдоожижения. Структура ПОС в газовом и водном потоках. Определение времени работы аппарата с ПОС. Секционированные аппараты с псевдоожиженным слоем. Адсорбционные установки непрерывного действия с ПОС адсорбента. Расчет аппарата с ПОС.
Вопросы для самопроверки
1 Охарактеризовать механизм псевдоожижения, за счет чего он достигается?
2. Как изменяются порозность и плотность слоя при псевдоожижении.
3. Что представляет собой относительное расширение псевдоожиженного слоя.
4. Охарактеризовать ширину и высоту рабочей зоны псевдоожиженного слоя.
5. Сравните работу аппарата с плотным и псевдоожиженным слоем. Что общего и в чем различие.
6. Достоинства и недостатки аппаратов с псевдоожиженным слоем.
7. Для чего разбивают аппарат на секции. Что этим достигается?
8. Как взаимосвязаны высота рабочей зоны и время защитного действия аппарата с ПОС?
ТЕМА 7. ЭКСТРАКЦИЯ
Жидкостная экстракция. Теоретические основы процесса. Законы распределения. Понятия рафината, маточника, экстрагента, экстракта, Очистка сточных вод экстракцией. Требования, предъявляемые к экстрагенту. Характеристика системы жидкость–жидкость. Основные конструкции экстракционных аппаратов. Классификация экстракционных аппаратов: по принципу взаимодействия контактирующих фаз, по расположению аппарата (вертикальные, горизонтальные).
Основные схемы экстракции. Однократная (одноступенчатая) экстракция. Порционная экстракция. Схема непрерывной противоточной экстракции. Роторно-дисковый экстрактор. Пульсационные колонны с насадочными и ситчатыми тарелками. Случаи, когда они применяются. Колонны с вибрирующими тарелками. Центробежный экстрактор. Экстракторы со ступенчатым контактом фаз: секционированные колонны.
Вопросы для самопроверки
1. Сравнить разделение смесей методами экстракции и ректификации.
2.Охарактеризовать процесс экстракции, взаимодействующие фазы.
3. Охарактеризовать технологическую схему экстракции по стадиям (смешение, разделение, выделение целевых компонентов из экстракта).
4. Охарактеризовать порционную (перекрестную) экстракцию.
5. Сравнить порционную экстракцию с противоточной.
6. Дайте определения экстрагенту, экстракту, рафинату.
7. Сравните горизонтальные и вертикальные экстракторы.
8. Охарактеризуйте работу экстрактора с непрерывным контактом фаз.
9. Сравнить работу экстракционной колонны с насадочными и с ситчатыми тарелками.
ТЕМА 8. МЕМБРАННЫЕ ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЕНИЯ
Основные механизмы переноса вещества через мембраны. Понятие мембрана. Полупроницаемые, проницаемые мембраны. Схема мембранной ячейки, ее состав. Классификация мембран: по природе, по структуре, по области применения. Основные механизмы переноса вещества через мембраны. Кнудсеновская диффузия. Уравнение массопередачи. Коэффициент проницаемости. Стационарный перенос компонента через непористую и пористую мембрану. Селективность мембран. Отношение коэффициентов проницаемости пары компонентов смеси.
Вопросы для самопроверки
1. Проанализировать процесс мембранного разделения на примере опреснения воды.
2. Проанализировать схему мембранной ячейки.
3. Охарактеризовать механизм переноса вещества через пористые мамбраны.
4.Проанализировать уравнение массопередачи при переносе вещества через мембрану.
5. Анализ отношения коэффициентов проницаемости пары компонентов. К чему оно должен стремиться и почему.
6.Что обозначает термин кнудсеновская диффузия.
ТЕМА 9. ОСМОС
Физика процесса. Обратный осмос. Сущность метода. Осмотическое давление. Избыточное (рабочее) давление. Гипотезы, объясняющие процесс обратного осмоса. Ситовая гипотеза. Энергетическая гипотеза. Капиллярно-фильтрационная гипотеза.
Вопросы для самопроверки
1.Охарактеризовать процесс осмоса. Кем было открыто явление?
2. Сущность процесса обратного осмоса.
3.Дать оценку гипотезам, объясняющим процесс обратного осмоса.
Приложение А
Исходные данные | Номер варианта | ||||||||
С0 | |||||||||
Ск | |||||||||
К | 0,75 | 0,65 | 0,6 | 0,55 | 0,75 | 0,75 | 0,6 | 0,66 | 0,55 |
Исходные данные | Номер варианта | ||||||||
С0 | |||||||||
Ск | |||||||||
К | 0,75 | 0,65 | 0,6 | 0,55 | 0,75 | 0,66 | 0,6 | 0,75 | 0,56 |
Исходные данные | Номер варианта | ||||||||
С0 | |||||||||
Ск | |||||||||
К | 0,72 | 0,63 | 0,75 | 0,55 | 0,75 | 0,66 | 0,6 | 0,7 | 0,68 |
Исходные данные | Номер варианта | ||||||||
С0 | |||||||||
Ск | |||||||||
К | 0,72 | 0,77 | 0,75 | 0,65 | 0,75 | 0,66 | 0,6 | 0,7 | 0,68 |
Исходные данные | Номер варианта | ||||||||
С0 | |||||||||
Ск | |||||||||
К | 0,77 | 0,56 | 0,75 | 0,55 | 0,75 | 0,66 | 0,65 | 0,7 | 0,68 |
Исходные данные | Номер варианта | ||||||||
С0 | |||||||||
Ск | |||||||||
К | 0,68 | 0,7 | 0,66 | 0,58 | 0,75 | 0,65 | 0,66 | 0,7 | 0,68 |
Исходные данные | Номер варианта | ||||||||
С0 | |||||||||
Ск | |||||||||
К | 0,7 | 0,63 | 0,75 | 0,55 | 0,75 | 0,66 | 0,6 | 0,7 | 0,68 |
Исходные данные | Номер варианта | ||||||||
С0 | |||||||||
Ск | |||||||||
К | 0,55 | 0,68 | 0,70 | 0,6 | 0,8 | 0,75 | 0,66 | 0,75 | 0,55 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Айштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А., Захаренко В.В., и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии Т.1 -М. : Высшая школа, 2002.-887с.
2. Массообменные процессы химической технологии (системы с дисперсной твердой фазой) / П.Г. Романков, В. Ф. Фролов. - Л.: Химия, 1990. - 384 С.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973.– 752 с.
4. Корольков Н.М. Массообменные процессы химической технологии. Жидкостная сорбция. Рига: Лиесма, 1970. – 247с.
5. Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и пара. Изд. 2–е переработ..: учеб. пособие [для студ. высш. учеб. заведений] / Е.Н. Серпионова. – М.:Высшая школа, 1969. – 416с.
6. Кельцев Н.А. Промышленная адсорбция газов и паров / М.: Химия, 1976. – 511с.
7. Когановский A.M., Левченко Т.М., Рода И.Г., Марутовский Р.М. Адсорбционная технология очистки сточных вод – К.: Техніка, 1981. – 175 с.
Содержание
Стр. | ||
Общие указания…………………………………………………………………. | ||
Построение линии равновесия…………………………………………………. | ||
2. | Принципиальные схемы взаимодействия воды и адсорбента……………….. | |
2.1 | Принципиальная схема прямоточной одноступенчатой установки…………. | |
2.2 | Принципиальная схема двухступенчатой установки с перекрестным движениемфаз…………………………………………………………………… | |
2.3 | Принципиальная схема двухступенчатой установки с противоточным движениемфаз…………………………………………………………………… | |
Определение дозы АУ для установок с прямоточным движением угля и воды………………………………………………………………………………. | ||
Установка с перекрестным движением потока воды и угля…………………. | ||
4.1 | Двухступенчатая схема очистки……………………………………………….. | |
4.2 | Трехступенчатая схема очистки………………………………………………... | |
Установка с противоточным движением АУ и воды…………………………. | ||
5.1 | Двухступенчатая противоточная схема очистки воды……………………….. | |
5.2 | Трехступенчатая схема очистки………………………………………………... | |
Сравнение дозы АУ для различных установок……………………………... | ||
Вопросы для самостоятельного изучения | ||
Приложение А…………………………………………………………………… | ||
Список литературы……………………………………………………………… | ||
Содержание…………………………………………………………………….... |
Учебное издание
Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Массопередача » (для студентов 3 курса дневной и заочной форм обучения специальности 6.092600).
Составители: Ткачев Вячеслав Александрович, Чуб Ирина Николаевна
Редактор: Н.З.Алябьев
План 2007, поз.
Підп.до друку Формат 60х84 1/16
Папір офісний. Друк на ризографі. Облл.-вид. арк. 1
Тираж 100 прим. Замовл. №
Сектор оперативної поліграфії при ІОЦ ХНАМГ
61002, Харків, вул. Революции, 12
– Конец работы –
Используемые теги: виконання, розрахунково-графічної, роботи, самостійного, вивчення, дисципліни, МАСОПЕРЕДАЧА0.099
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: До виконання розрахунково-графічної роботи та самостійного вивчення дисципліни «МАСОПЕРЕДАЧА»
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов