Расчет поверхностных конденсаторов в случае прямоточной конденсации

В процессе конденсации температура пара изменяется от начальной температуры конденсации t_конд, до температуры кипения t_кип жидкости состав которой соответствует составу пара в начале конденсации. Начальная температура конденсации удовлетворяет соотношению (3.1), а конечная температура конденсации равна начальной температуре кипения сконденсировавшейся жидкости (3.2).

(3.1)

(3.2)

где n-число компонентов; p - общее давление, при котором происходит конденсация, P_i - давление паров i-го компонента при температуре t_конд; y_i - мольная доля i-го компонента в паре в начале конденсации; x_i - мольная доля i-го компонента в жидкости в начале кипения; k_i - константа равновесия индивидуального компонента при условиях конденсации.

Константа равновесия индивидуального компонента определяется по уравнению: , для Р_общ ≤ 5 ат. Если Р_общ >5 ат, то К = f(f_ж;f_п), где f - фугитивность

Начальная температура конденсации или кипения жидкости находится на основании соотношений (3.1), (3.2) методом последовательных приближений или графическим методом.

Примеры

Пример 3.1. Определить температуру конденсации смеси паров, содержащей (% мольн.): бензола – 25, толуола – 24 и о-ксилола – 51, при 760 мм рт. ст.

Решение. Температура начала конденсации смеси определяется из условия, выраженного уравнением

(3.3)

где x_i, y_i – мольные доли легколетучего i-го компонента в равновесных жидкой и паровой фазах соответственно; Р_i – давление пара чистого i-го компонента; p – общее давление в системе.

Так как уравнения зависимости между давлением пара и температурой сложны, решаем задачу методом подбора.

Приближение 1. Полагаем, что температура начала конденсации смеси t_к = 132^оС. Этой температуре соответствуют значения давления паров чистых компонентов Р_б = 2949, Р_т = 1503 и Р_к = 563 мм рт. ст.

Подставив эти значения в уравнение (3.3), получим

Так как оказалось, что , то принятая температура слишком высока.

Приближение 2. Принимаем t_к = 128,6^оС. При этом соответствующие давления паров Р_б = 2590 мм рт. ст., Р_т = 1170 мм рт. ст. и Р_к = 509 мм рт. ст. Подставив эти величины в уравнение (3.1), получим

Так как этот результат очень близок к единице, принятую температуру t_к = 128,6^оС можно считать правильной. Первая порция образующегося конденсата будет иметь следующий состав: х_б = 0,074; х_т = 0,156; х_к = 0,765.

Пример 3.2. Определить при давлении 13,6 атм температуру кипения смеси следующего состава:

Решение. Температура начала кипения смеси определяется уравнением

(3.4)

Уравнение решаем методом подбора. Для этого задаемся температурой кипения t, определяем значение k_i графически или по уравнению

(3.5)

где - фугитивность i-го компонента в жидкости; - фугитивность i-го компонента в газе (паре). Фугитивности для некоторых углеводородов приведены в [6, с. 261].

Подставляя величину k_i в уравнение (3.4), решаем его подбором до тех пор, пока не будет удовлетворено условие .

Результаты вычислений приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1.