авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Разработка ресурсо- и энергосберегающих технологий и аппаратурное оформление процессов, сопровождающихся выделением газовой фазы

-- [ Страница 2 ] --

В результате загрузки композиции определенного состава за счет теплосодержания загружаемых компонентов и теплоты химической реакции в камере увеличивается температура жидкой смеси, и образуются потоки пара и газа. Снижение давления за счет непрерывного отвода образующейся парогазовой смеси приводит к образованию градиента парциального давления, являющегося движущей силой процесса испарения компонента. Испарение возвращает систему в состояние равновесия. При этом равновесное состояние системы будет характеризоваться новой совокупностью термодинамических параметров: температурой, давлением и составом жидкой композиции. Движение потоков пара и газа определяется разностью давлений в свободном объеме камеры и в системе очистки. При этом источниками образования неконденсирующихся газов являются химическая реакция в зоне выполнения технологической операции и натекание воздуха через неплотности и технологические отверстия. Для исключения выделения образующихся паров и газов в воздух рабочей зоны в свободном объеме камеры должно поддерживаться незначительное разряжение. Учитывая значительные габаритные размеры существующего технологического оборудования, разряжение должно быть достаточным для исключения выделения образующихся паров и газов, но не приводящим к превышению возникающих напряжений критических значений прочности емкостной аппаратуры. В качестве системы откачки могут быть использованы вентилятор, эжектор или вакуумный насос.

Несмотря на многообразие технологических процессов различных отраслей промышленности количество источников и механизмов образования вредных веществ ограничено.

С учетом представленных физической картиной процесса и допущений об идеальном перемешивании жидкой и газовой фаз были записаны дифференциальные уравнения баланса массы и энергии для каждой из взаимодействующих фаз.

Для жидкой фазы дифференциальное уравнение материального баланса записано в виде выражения

, (1)

а уравнение теплового баланса рассматриваемой системы – соотношением вида:

(2)

Количество тепла, выделяющееся в ходе реализации сложной экзотермической химической реакции, определено через тепловые эффекты ее отдельных стадий выражением

(3)

с использованием справочных таблиц стандартных величин теплот образования.

Массовый расход поступающей в аппарат композиции, как правило, заданная величина:

(4)

Для расчета массового потока i –того парового компонента в свободный объем камеры использовано выражение вида:

(5)

Парциальная плотность компонента смеси вблизи поверхности жидкой композиции может быть найдена совместным решением уравнений Менделеева-Клапейрона, Рауля и Антуана из соотношения:

. (6)

Плотность i – того компонента смеси в объеме камеры находилась из балансовых уравнений. Поток пара может быть представлен в виде суммы

. (7)

Скорость реакции определяется числом актов превращений, происходящих в единицу времени в единице объема для гомогенных реакций

(8)

или на единице площади поверхности раздела фаз для гетерогенных реакций

W = (9)

Константы скорости реакции или , характеризующие протекание процесса на микроуровне, зависят от природы реагентов и температуры. Зависимость константы скорости реакции от температуры согласно Арениусу имеет вид:

или . (10)

С учетом соотношений между различными способами выражения состава жидкости после некоторых преобразований получены выражения для определения изменения массовой доли реагентов для гомогенных и гетерогенных систем соответственно

(11)
. (12)

Плотность жидкой смеси находится по одному из следующих выражений:

. (13)

Изменение массы жидкой смеси в результате химической реакции определяется как сумма изменений всех компонентов смеси из уравнения

(14)

Изменение массы жидкости в результате химической реакции, найденное в уравнении (14) равно изменению массы газа в системе, но поток газа в свободный объем камеры лишь часть этой массы. Распределение образовавшегося в результате химической реакции компонента между газовой смесью и равновесной с ней жидкостью осуществляется в соответствие с законом Генри.

Теплоемкость жидкой многокомпонентной смеси была определена по выражению вида:

(15)

Дифференциальные уравнения материального баланса для компонентов газовой смеси и смеси паров имеют вид

по газу

(16)

по пару

. (17)

Уравнение теплового баланса рассматриваемой системы для парогазовой фазы было записано в следующем виде:

(18)

Учитывая, что плотность смеси идеальных газов выражается уравнением вида

(19)

можно записать для смеси паров

(20)

для смеси газов

(21)

для парогазовоздушной смеси, соответственно:

(22)

После дифференцирования уравнений (20) –(22) получим изменения плотностей смеси паров, газов и парогазовоздушной смеси в свободном объеме камеры.

Теплоемкость и молекулярная масса указанных смесей были определены в соответствие с правилом аддитивности.

Величина потока воздуха определяется интенсивностью натекания через неплотности камеры выражением вида:

. (23)

Интенсивности отвода газов и паров определяются производительностью системы откачки (вентилятора, эжектора или насоса другого типа). Так для эжектора, показателем эффективной работы которого является объемный коэффициент инжекции, объемная производительность может быть определена из уравнения

. (24)

В случае использования конденсатора интенсивность откачки пара находится из объемной производительности конденсатора

(25)

Исключением из рассмотрения отдельных слагаемых уравнений баланса массы и энергии обобщенной модели можно получить математические модели реальных технологических процессов Учет специфики конкретных технологических процессов осуществлялся введением в модель каждого из них соответствующих дополнительных допущений и краевых условий.

В математической модели совмещенных процессов испарения и конденсации в отличие от обобщенной модели отсутствуют потоки воздуха, газа и химическая реакция между компонентами жидкой смеси. Поэтому уравнение материального баланса по i - тому паровому компоненту было записано в виде:

, (26)

а уравнение теплового баланса соответственно – в виде:

. (27)

В начальный период времени тепло, содержащееся в жидкости, расходуется на нагрев стенок аппарата и теплообмен с жидкостью, находящейся в аппарате, то есть

. (28)

При достижении жидкостью температуры кипения тепло, содержащееся в жидкости, согласно допущению о надежной теплоизоляции, расходуется только на испарение:

. (29)

Для исключения возможности осложнения процесса конденсации присутствием инертных газов в технологический цикл включен вакуумный насос. Чаще всего им является жидкоструйный эжектор. Поэтому объемная производительность системы удаления пара равна объемной производительности конденсатора. Поделив уравнение (26) на d, после некоторых преобразований получено дифференциальное уравнение изменения парциального давления пара:

. (30)

Для идеальных бинарных систем зависимость между содержанием легколетучего компонента в жидкости и паре представляется выражением:

, (31)

Совместное решение системы уравнений, описывающей изменение основных параметров паровой смеси в течение процесса для случая идеального смешения компонентов в паровой фазе, проводилось при краевых условиях вида:

граничные условия

(32) (33)

начальные условия

(34) (35) (36) (37)

Представленная уравнениями (26) – (37) математическая модель, полностью описывает совмещенные процессы испарения и конденсации токсичных паров.

Учитывая, что капельная конденсация – явление случайное и весьма неустойчивое при описании тепломассопереноса процесса конденсации используются все основные предпосылки и допущения пленочной теории конденсации. Для однокомпонентной жидкости решение модели конденсации сводится к определению необходимых поверхности теплообмена и расхода хладагента. При описании этого процесса используют уравнения Ньютона-Рихмана:

, (38)

Нуссельта и уравнение материального баланса вида:

. (39)

При конденсации паров бинарной жидкой смеси температура фазового перехода, в связи с изменением состава паровой смеси в ходе процесса, меняется. Зависимость температуры конденсации от состава пара может быть представлена выражением вида:

. (40)

Так как, в рассматриваемом нами случае известен состав поступающей на конденсацию паровой фазы, согласно правилу фаз Гиббса, можно независимо менять только один параметр состояния - температуру или давление. Следовательно, каждому значению давления в системе должно соответствовать строго определенная величина концентрации i-того компонента конденсата. Совместным решением уравнений (31) и (40) получено выражение вида:

. (41)

Зависимости температуры фазового перехода и состава конденсата от состава пара выражены в неявном виде. Поэтому их расчет невозможен без применения численных методов. Задачей расчета совмещенных процессов испарения и конденсации смеси паров является решение представленной системы уравнений с целью определения площади поверхности конденсации.

Если в модели совмещенных процессов испарения и конденсации имеет место химическое взаимодействие между компонентами жидкой фазы, то уравнения материального и теплового баланса каждой из взаимодействующих фаз обобщенной модели (1, 2, 16, 17, 18), соответственно, сводятся к выражениям вида

(42)
(43)
(44)
(45)

В математическом описании процессов, сопровождающихся выделением паров и газов в результате испарения и химической реакции, имеет место химическое взаимодействие реагентов, потоки пара и газа. Для парогазовой фазы уравнение теплового баланса запишется в виде

(46)

а уравнение материального баланса, соответственно, в виде:

для i – го компонента пара

(47)

для j – того компонента газа

(48)

Для жидкой фазы уравнение теплового баланса примет вид

, (49)

а уравнение материального баланса записано из условия, что парциальные масса i – того жидкого компонента реакционной смеси убывает в результате испарения по закону:

; (50)

для парциальной массы j – того газового компонента в реакционной смеси было использовано выражение вида:

, (51)

поскольку газ выделяется в процессе химической обработки и его парциальная масса в реакционной смеси будет определяться интенсивностью образования газа и интенсивностью перехода его в газовую фазу.

(56)

Изменение парциальных давлений паровых и газовых компонентов над поверхностью реакционной смеси при изменении температуры на величину dT было получено дифференцированием уравнения Антуана после подстановки в него уравнения Рауля:

(57)

Парциальная плотность компонента парогазовой смеси над поверхностью реагента может быть найдена по уравнению Менделеева-Клапейрона, из которого после дифференцирования получено:

(58)

С учетом зависимости константы скорости химической реакции (8), кинетического уравнения реакции (10), протекающей при химической обработке, и суммарной площади обрабатываемых деталей, получено выражение для определения потока массы j – того газового компонента, образующегося в результате химического превращения:

. (59)

Поскольку в данном случае пренебрегать сопротивлением жидкой и газовой фаз нельзя для расчета массового потока i –того парового компонента в свободный объем камеры использовано выражение (5).Плотность i – того компонента вблизи поверхности реакционной смеси можно рассматривать как величину равновесную, то есть однозначно определяемую состоянием жидкой фазы. Плотность этого компонента в объеме камеры химической обработки может быть найдена из балансовых уравнений.

При разработке системы очистки для установок термической переработки древесных отходов требуемой мощности состав и количество образующихся при сжигании древесины газов определяется на основе элементарных реакций окисления элементов, входящих в состав топлива. При этом объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг древесных отходов, определялся по формуле:

V= 4,742–0,04742(W+ А), (60)


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.