Файл: Пинаев Г.Ф. Основы теории химико-технологических процессов учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 117

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

а?

=

(13,54 — 3,76) : (19,10 •-

3,76) =

0,6375.

а.в

-

(8,11 --

7,50) : (8,50 — 7,50) =

0,6110.

aÇ =

(25,90 — 48,80) : (12,65 — 48,80) =

0,6335.

<xf

=

(15,52 — 33,90) : (4,80 — 33,90) =

0,6316.

a f

=

(2,23

--

5,29) : (0,65 — 5,29) =

0,6595.

a? =

(34,70

-

0,75) : (54,30 --

0,75) =

0,6265.

Долевой выход концентрата при отсутствии недостоверных данных по

{aid)} равен

среднему арифметическому из {<*](/')}, обозначенному

ах :

= —

(0,6375 +

0,6110 + 0,6335 + 0,6316 + 0,6595

+

6

 

 

 

 

+

0,6265) == 0,6333.

 

Для выявления недостоверных данных вычисляем индивидуальные отклонения By=ai(/)—al t затем дисперсии By2 и среднеквадратичное откло­ нение ô по формуле

if

'п — 1

где п — число данных (здесь 6).

После этого сравниваем 8,- с о. Допустимыми считаются те из них, которые удовлетворяют условию

| Ô ; | < * 6 \

где t — критерий Стьюдента.

Значение /-критерия определяется числом степеней свободы f = n—2 и уровнем значимости, в большинстве случаев принимаемым равным 0,05

(когда наше заключение достоверно с вероятностью 95%).

 

 

 

Воспользовавшись

таблицами

(например,

по

книге

В. В. Налимова

«Применение математической статистики при анализе вещества». М., I960,

стр. 367),

находим':

/ = 2,78. В

результате

расчетов

получаем

следующие

значения

В;-: 0,0042;

—0,0002;

—0,0223; —0,0017;

0,0262;

—0,0068;

им со­

ответствуют

значения

(ЗуМО1 ): 0,18; 5,0;

0,00;

0,03;

6,86; 0,47;

отсюда

6 = 0,0158.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как видим, нет

ни

одного

By, которое

превосходило

бы

по

абсолют­

ной величине

величину

/0 = 2,78-0,0158=0,0439.

Это

означает,

что

данные

о составе

потоков

не

содержат

недостоверных

величин.

 

 

 

3 Зак . 143

33

Г л а в а III

РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

§111.1. Сопоставление открытых

изамкнутых технологических схем химических производств

Вряде случаев возникает необходимость содержимое хи­ мического реактора подвергнуть операции разделения и часть

выходного

потока,

называемую

рециркулятом (см.

рис.

1.1, а ) ,

направить в

голову процесса

на повторную обработ­

ку. Теория

рециркуляционных

 

процессов

разработана

М. Ф.

Нагиевым.

Систематизируя

случаи

применения

ре­

циркуляционных процессов, можно

выделить

следующие:

1)

в качестве рециркулята используется неполностью прореаги­ ровавший исходный продукт; 2) рециркулятом является один из конечных продуктов; 3) рециркулят не расходуется и не образуется в реакциях, т. е. не является ни исходным, ни конечным продуктом.

Первый случай является основным и его осуществляют с целью увеличения степени полезного использования сырья. Если это не предусмотреть, то непрореагировавший исходный продукт может ухудшить качество продукции либо теряться с отходами. Так, в синтезе аммиака при однократном про­ хождении сырья через реактор (колонна синтеза) степень превращения сырья (азотоводородная смесь) в системах среднего давления не превышает 30%. Рециркуляция азото-

водородной смеси

позволяет увеличить степень

полезного

использования

сырья, или степень конверсии, до

90—95%,

т. е. более чем

в 3

раза.

 

Рециркуляцию конечных продуктов осуществляют для облегчения управления технологическим процессом. Так, при сушке увлажненные кристаллические материалы налипают на стенки сушильного барабана. Если к влажному материалу добавить уже высушенный продукт, то налипание удается устранить. Аналогичный прием используют при кальцинации сырого бикарбоната натрия, поскольку влажный бикарбонат налипает на нагретые поверхности, если к нему не добавить определенного количества кальцинированной соды. Конечный продукт, подмешиваемый к исходному с целью улучшения технических показателей технологического процесса, назы­ вают ретуром.

34

Третий случай состоит в рециркуляции либо некоторого растворителя, либо катализатора, либо регенерируемого реа­ гента. Примером таких процессов является осаждение солей с помощью высаливателей — органических жидкостей, кото­ рые после отделения осажденных солей от раствора регенери­ руют путем дистилляции, или рециркуляция нитрозы — пере­ носчика кислорода в производстве серной кислоты по нитрозному методу.

§ 111.2. Материальный баланс однореакторной рециркуляционной системы с независимым питанием

Рециркуляционная система называется однореакторной, если содержит один реактор и ее технологическая схема соот­ ветствует рис. I I I . 1.

и

Рис. I I I . 1 . Схема однореакторной рециркуляционной сис­ темы

Типовыми аппаратами рециркуляционной системы явля­ ются смеситель 1, реактор 2, разделитель 3, коммуникация 4 и транспортирующее устройство 5.

Не обязательно, чтобы все перечисленные аппараты были представлены в системе, поскольку один аппарат может иметь многоцелевое назначение и совмещать в себе несколько аппа­ ратов. Так, два трубопровода, соединяющиеся друг с другом

(тройник),

могут рассматриваться

как

смеситель; химиче­

ский реактор может быть также и разделителем

(если, на­

пример, газообразные и жидкие продукты реакции

отводятся

из реактора по разным коммуникациям)

и т. п.

Очевидно,

операции

смешения, химического

взаимодействия,

разделе­

ния и рециркуляции можно рассматривать как последова­

тельные элементарные стадии рециркуляционного

процесса,

даже если некоторые из них совмещаются в одном

аппарате.

з*

35

Потоки Р0,

Р~,

Р + , Р

И PR

называем

свежей загрузкой

(питанием), полной загрузкой (на входе

и

выходе

реакто­

ра),

конечным

продуктом

и

рециркулятом

соответственно,

и их

суммарные

величины

обозначаем

qw,

q^'n,

q^n,

<?s

и qm,

тогда как потоки у'-го

компонента,

входящего

в

сум­

марные потоки, обозначаем

qj0,

q~r, q+n, q} и

 

qjR.

 

 

 

Важнейшей

характеристикой

рециркуляционных

процес­

сов является коэффициент 'рециркуляции KR , который

для

системы в стационарном состоянии определяется

согласно

 

 

Кк = QlJfro

=

Qtnfa = Яыія™-

 

 

 

(ІІІЛ)

Для иллюстрации применения коэффициента рециркуля­ ции рассмотрим следующую задачу: пусть из s компонентов,

содержащихся

в

потоке

на

выходе

реактора,

Aj

является

целевым. Необходимо рассчитать долю сырья

bj0

=

qf/qw,

превращенную в целевой

продукт.

 

 

 

 

 

Вводим величину

 

bjn

— <?/~A?s„>

которую называем

выхо­

дом /-го продукта по отношению к полной загрузке

реактора.

Очевидно, последняя величина в системе с идеальным

разде­

лителем равна

 

xf

— долевому содержанию

/-го

вещества

в потоке на выходе реактора.

 

 

 

 

 

 

 

Связь между

bj0

и

bjn

устанавливается

через KR '•

 

bj0

=

qflqn

=

{qflq+n){qinlqw) =

bIn-KR .

 

(Ш.2)

Сравнивая уравнения

( I I I . l )

и (11.18), получаем

 

 

 

 

 

 

KR

=

1/а0

=

1/а,

 

 

 

 

где ао, а — относительные условные веса потоков свежей загрузки и конечного продукта по отношению к полной за­ грузке реактора.

Получим выражения для расчета KR • Полагая, что все потоки являются s-компонентными, основываясь на (III.2) и

(11.28), из баланса

смесителя и

разделителя

получаем

 

 

=(Xjo — XiMxjn — X!R)

=

•••

 

— xsR)/(x-

— XSR);

(Ш.З)

KR =

q&fa =

(Xi — хт)/(х+п

— xlR)

= . . . = (Xj

— xiR)/(x+

—

 

-xIR)

=•••--=

(xs -

XsR)/(x+ - xsR).

 

 

(III.4)

Выражения

( I I 1.3»

III.4)

можно

использовать и

для

про­

верки

согласованности

потоков

рециркуляционной

системы

по составу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

§ III. 3- Материальный баланс однореакторной рециркуляционной системы с зависимым питанием

Технологическая схема остается прежней (рис. I I I . 1 ), од­ нако предполагается, что между величинами потоков исход­ ных компонентов имеется взаимозависимость, причем исход­

ные вещества подаются в систему в

виде

самостоятельных

потоков.

ajk—

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вводим

величину

долевого

выхода

у'-го компонента

в рециркулят:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а/я

= ЯІЙІЯШ,

j =

1,

2,

...

, s.

 

 

Переходя

к условию баланса

А-}

на

входе

реактора,

по­

лучаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щя = чтІЯіп ={qjn — getobt

=х]~п—XJO/KR

•

(Ш-5)

Из (III.5) следует

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Xjo =

KR(X~--U/R)-

 

 

 

 

(ІИ.6)

Записывая (III.6) для фиксированного

компонента, напри­

мер для Л] и для

Ар и поделив

полученные

равенства

друг

на друга, после соответствующих замен имеем

 

 

 

h

= ігіхы

-

аіМх-п

 

-

am),

 

 

 

где Bj — x~/x~n — заданное соотношение между содержа­ ниями компонентов на входе реактора; ^ = xj0/x10 = qjolqXU — соотношение между потоками компонентов свежей загрузки реактора и потоком фиксированного компонента..

§ 111.4. Материальный баланс многореакторной рециркуляционной системы с независимым питанием

Упрощенная технологическая схема многореакторной ре­ циркуляционной системы с независимым питанием реакторов

показана

на

рис.

III.2

(смесители,

разделители,

накопители

и транспортирующие устройства на схеме не показаны).

При

составлении

уравнений

материального

 

баланса

используют

величины

\q0k),

k=l,

2,

m — суммарные све­

жие загрузки k-x реакторов;

{qkk},

 

£ = 1 , 2 , . . . , / «

—

простые

рециркуляты

k-x

реакторов;

(<77ftj,

 

/ = 1, 2,

m;

k=

1, 2,

37

m; \фк — сопряженные рециркуляты /-го реактора, направля­

емые в k-и реактор; {qnk},k =

1, 2,

m—полные суммарные за­

грузки k-x реакторов; {qk},k=l,

2,

m—суммарные количест­

ва конечных продуктов на выходе из k-x реакторов. Кроме то-

9/

'

Сг

 

 

9а

 

 

Рис. III.2. Схема многореакторной рециркуляционной системы

го, используют {ajk} — величины

долевого выхода

рециркуля-

та {/£} по отношению к полной

загрузке /-го реактора, в ко­

тором образуется рециркулят:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(III.7)

Составим систему уравнений материального баланса на

входе

реакторов при установившемся

состоянии

процесса:

 

Япі =

Яоі +

Чіі -\

Y Qki H

г- 7mi

 

 

Япг =

<7o2 +

<7l2 H

Y <7A2 Л

Y <7m2

(III.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

Япк =

Яок +

Чік Ч

Y ЧккЛ

Y Чтк

 

 

Чпт =

Яот + Чіт H

Y Чкт H

Y4mm

 

С учетом (ІП.7) переписываем (III . 8):

Япі

=

Яоі +

Япіаи

-Y Яп&гх

-\

Y Япк^кі

H

Y

ЧппРтІ

Ят

=

Яог +

Япіаі2

+

Япгам

Ч

Y ЯПкакг

^

Y

Ч„тат2

Япк =

Яок +

Япіаік

+

Япгѵ-гк +

Y qnhakh

Л

Y

q„mamk

Япт =

<7om +

Qnlalm+

ЯпчР-шЛ

Y Я„какт+

Y qnmamm )

Смотрите также файлы