Transcript Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania

Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Prowadzący: prof. nzw. dr hab.inż. Arkadiusz Moskal
Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej
ul. Waryńskiego 1 00 – 645 Warszawa
Pok. 323
Tel. 0-22-234-64-15
E-mail: [email protected]
www.ichip.pw.edu.pl/moskal/chemia
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Wykłady : Czwartki
godz. 12:00 – 14:00 Aula Zawadzkiego
Poniedziałki godz. 9:00 – 11:00
Obecność na wykładach nie jest obowiązkowa.
W sumie 60 h wykładu
Do wykładu prowadzone są ćwiczenia audytoryjne.
Zaliczenie ćwiczeń jest warunkiem koniecznym umożliwiającym
przystąpienia do egzaminu końcowego z przedmiotu.
Egzamin pisemny w formie pytań testowych z całości przerobionego materiału.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Plan wykładu:
L.p
Data
1
21.02.11
Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania.
T emat
2
24.02.11
Procesy mechaniczne. Mechanika płynów. Płyny idealne.
3
28.02.11
Procesy mechaniczne. Mechanika płynów. Płyny Rzeczywiste.
4
3.03.11
Procesy mechaniczne. Mechanika płynów. Opory przepływów
5
7.03.11
Procesy mechaniczne. Procesy ruchu ciał stałych w płynach
6
10.03.11
Procesy mechaniczne. Procesy kontaktowania faz.
7
14.03.11
Procesy mechaniczne. Filtracja zawiesin.
8
17.03.11
Procesy mechaniczne. T echniki membranowe. (Maciek Szwast)
9
21.03.11
Procesy mechaniczne. Mieszanie płynów.
10
24.03.11
Procesy cieplne. Wymiana Ciepła – pojęcia podstawowe
11
28.03.11
Procesy cieplne. Wymiana Ciepła – pojęcia podstawowe. C. D.
12
31.03.11
Procesy cieplne. Obliczanie wymienników ciepła i procesów cieplnych.
13
4.04.11
Procesy przemian fazowych. Zatężanie roztworów ciała stałego.
14
7.04.11
Procesy przemian fazowych. Krystalizacja.
15
11.04.11
Procesy przemian fazowych. Destylacja.
16
14.04.11
T eoria procesów wymiany masy.
17
18.04.11
Procesy wielostopniowe. Rektyfikacja dwuskładnikowa.
18
21.04.11
Procesy wielostopniowe. Absorpcja stopniowana.
19
28.04.11
Procesy wielostopniowe. Ekstrakcja stopniowana.
20
5.05.11
Procesy wielostioniowe. Układy wieloskładnikowe. Sprawność stopni.
21
9.05.11
Procesy dyfuzyjno-kinetyczne. Absorbcja, ekstrakcja i rektyfikacja ciągła
22
12.05.11
Procesy jednoczesnego przenikania ciepła i masy. Klimatyzacja powietrza.
23
16.05.11
Procesy jednoczesnego przenikania ciepła i masy. Suszarnictwo.
24
19.05.11
T echnika Reakcji Chemicznych. Wprowadzenie
25
23.05.11
T echnika Reakcji Chemicznych. Reaktory okresowe i ciągłe.
26
26.05.11
Bioprocesy.
27
6.06.11
Bioprocesy. C. D.
28
09.06.11
Inżynieria Chemiczna. Bioinżynieria - wyzwanie na przyszłość.
29
13.06.11
T ermin "0" egzaminu.
30
16.06.11
T ermin "0" egzaminu.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Czym jest Inżynieria Chemiczna i Procesowa (Chemical and Process Engineering)?
Definicja z http://pl.wikipwedia.org:
Inżynieria chemiczna zwana bardziej poprawnie inżynierią procesową to nauka
inżynieryjna zajmująca się projektowaniem operacji i procesów związanych z przepływem
płynów, przemian cieplnych i chemicznych prowadzonych w skali przemysłowej.
Zasady inżynierii procesowej mają zwykle charakter praktyczny "praw inżynieryjnych",
umożliwiających poprawne projektowanie instalacji chemicznych. Zasady wypracowane dla
inżynierii chemicznej są często stosowane przy budowie urządzeń nie-chemicznych, takich
jak np. instalacje do produkcji i przesyłu energii termicznej w elektrociepłowniach. Stąd
częściej mówi się o inżynierii procesowej niż tylko chemicznej.
Podstawowym pojęciem w inżynierii procesowej jest proces jednostkowy, zwany też po
prostu procesem, który jest pojedynczym aktem przemiany fizycznej lub chemicznej materii
w aparaturze, oraz operacja jednostkowa będąca wyodrębnionym zespołem, fizycznych
przemian materii (bez reakcji chemicznej).
Procesy chemiczne obejmują wszystkie zjawiska, którym towarzyszy reakcja chemiczna.
Na przykład rektyfikacji może towarzyszyć reakcja estryfikacji i wtedy taki proces
nazywamy destylacją reaktywną.
BIOINŻYNIERIA
Wykorzystanie narzędzi inżynierskich do opisu zjawisk w układach ożywionych
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Czym jest Inżynieria Chemiczna i Procesowa (Chemical and Process Engineering)?
Co wchodzi w jej skład ?
Termodynamika Procesowa
-Metody obliczeń własności płynów
-Równowagi fazowe procesów
Kinetyka Procesowa:
-Mechanika płynów
-Przenikanie ciepła i masy z reakcją
chemiczną
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Procesy Podstawowe:
-wyjaśnia mechanizmy znanych
procesów na tle praw fizyki
-klasyfikacja procesów
Aparaturoznawstwo Procesowe
-umiejętność wyboru odpowiedniej
apartaury do danego procesu
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Tematyką inżynierii chemicznej i procesowej są metody obliczania i projektowania
procesów.
Informacje o procesie otrzymujemy z zależności ilościowych między poszczególnymi
wielkościami charakteryzującymi proces.
Zależności ilościowe otrzymujemy w wyniku BILANSU RÓŻNICZKOWEGO
lub ALGEBRAICZNEGO tych wielkości.
OGÓLNE ZASADY BILANSOWANIA PROCESÓW LUB ICH CIĄGÓW
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Wielkości EKSTENSYWNE
Wielkości opisujące proces
Wielkości INTENSYWNE
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
DEFINICJA:
„Wielkością EKSTENSYWNĄ nazywamy wielkość fizyczną lub geometryczną,
której akumulacja może być mierzona addytywnie, tzn. być sumą akumulacji
występujących w podobszarach składających się na dany obszar. „
Akumulacja – ilość nagromadzającej się wielkości ekstensywnej w obszarze
bilansowania.
Przeciwieństwem wielkości EKSTENSYWNEJ jest wielkość INTENSYWNA,
nie tworząca akumulacji w obszarze, ponieważ może być przypisana punktowi w
przestrzeni.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Wielkości ekstensywne : masa, objętość, energia, pęd
Przykłady :
Wielkości intensywne: ciśnienie, temperatura
Wielkości ekstensywne podlegają ogólnym zasadom bilansowania .
NIE BILANSUJEMY WIELKOŚCI INTENSYWNYCH !!!!!!
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
AKSJOMATY BILANSOWE:
1. Określenie obszaru bilansowania (Control Volume)
M1
M3
M2
M7
M8
M10
M9
M5
M6
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Wielkość ekstensywna zawarta w obszarze bilansowym (C.V) może ulegać zmianom
na skutek:
Zjawisk zachodzących wyłącznie wewnątrz obszaru bilansowania
Oddziaływania między układem a otoczeniem przez granice układu
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Zjawiska zachodzące wyłącznie wewnątrz obszaru bilansowania
ZJAWISKO PRZEMIANY:
Wielkość ekstensywna może powstawać lub znikać na rzecz innej, współistniejącej
w tym samym obszarze wielkości ekstensywnej
P  0
i
i
Suma produkcji, przez którą rozumiemy tworzenie i/lub
zanikanie zamkniętego zbioru ulegających wzajemnie
przemianie wielkości ekstensywnych, w tym samym
układzie jest równa zeru.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Oddziaływania między układem a otoczeniem przez granice układu
W przypadku skalarnych wielkości ekstensywnych oddziaływanie układu z
otoczeniem sprowadza się do zespołu wpływających i wypływających strumieni
tej wielkości z układu.
OTOCZENIE
UKŁAD
WLOT
Tworzenie
WYLOT
Zanikanie
OTOCZENIE
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Tworzenie i napływ wielkości ekstensywnej zwiększają jej akumulacje w układzie
Zanikanie i odpływ wielkości ekstensywnej zmniejszają jej akumulacje w układzie.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Podstawowy AKSJOMAT bilansowy dla wybranej wielkości ekstensywnej :
Zmiana akumulacji
wielkości zawartej
w układzie
Produkcja
wewnątrz
układu
Wymiana między
układem
a otoczeniem
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
W przypadku procesów przemysłu chemicznego przedstawiony aksjomat
bilansowania ograniczamy do układów których elementami będą pojedyncze
aparaty lub ich zespoły.
Wielkościami ekstensywnymi podlegającymi bilansowaniu są masa i energia,
a przemianą zachodzącą wewnątrz obiektu – reakcja chemiczna.
Należy dokładnie zdefiniować w jakich jednostkach określa się wielkości biorące
udział w bilansie oraz podać wymiar tych jednostek !!!!!!!
Powszechnie obowiązującym jest układ SI
kg, s , m
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Aby sporządzić bilans masy i energii należy postępować w następujący sposób:
a) Zestawić wszystkie dostępne informacje na temat bilansowanego obiektu i
wyraźnie określić cel obliczeń.
b) Określić, jakie dodatkowe informacje mogą być potrzebne i uzyskać te informacje
c) Naszkicować bilansowany układ i nanieść na schemat zgromadzone dane.
d) Wybrać wygodną dla danego przypadku podstawę bilansowania. Podstawa bilansu
jest odnośnikiem dla wykonującego obliczenia. Podstawą może być przedział czasu
np.. 1 godzina lub ilość wybranego składnika np. 5 kg CaCO3. Czasami dobrze
jest wybrać za podstawę wielkość jednostkową np. 1 kg, 1 mol/h
e) Jeżeli w obszarze bilansowym zachodzi reakcja chemiczna, należy ją wpisać na
schemacie i sprawdzić stechiometrię. Z równania reakcji odczytać można w jakich
proporcjach jedne substancje są zużywane a inne powstają w trakcie procesu
chemicznego.
f) Zapisujemy relację ilościową bilansowanego obiektu zgodnie z aksjomatem
bilansowym, uwzględniając jednolitość jednostek bilansowanej wielkości
i obliczamy wartość nieznanego elementu bilansu.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Ważna uwaga:
Jeżeli za podstawę bilansową obiektu, w którym zachodzi reakcja
chemiczna przyjęliśmy jednostki masowe (kg), to dla uwzględnienia
produkcji zamieniamy je na mole, obliczamy ilość wymaganego produktu
Zgodnie z reakcją i następnie otrzymaną wartość w molach znów
Zamieniamy na jednostki masowe (kg). !!!!!!!
!!!!!!!!!BILANSUJEMY KILOGRAMY !!!!!!
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
BILANS MASY:
Bilans masy opiera się na podstawowej zasadzie fizyki:
ZASADZIE ZACHOWANIA MATERII
Jeżeli w rozważaniach pominiemy zagadnienie energii atomowej , to w
danym układzie ilość materii pozostaje stała.
Jeżeli układ jest przepływowy bez reakcji chemicznej to prawo to przyjmuje postać:
Akumulacja
Wlot
Wylot
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Ogólniej dla Objętości Kontrolnej o skończonych rozmiarach umieszczonej w strumieniu
przepływającego płynu:
Prawo zachowania masy przyjmuje postać:
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Dla procesów USTALONYCH w czasie:
AKUMULACJA = 0
Bilanse sprowadzają się wtedy do zwykłych zależności algebraicznych typu:
WLOT = WYLOT
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Dla procesów NIE USTALONYCH w czasie:
Akumulacja
Wlot
Wylot
Gdzie akumulacja to matematycznie pochodna po czasie :
d m 
dt
m – to bilansowana wielkość w obszarze kontrolnym
Bilanse sprowadzają się wtedy do równań różniczkowych.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Przykład 1. ( Bilans masy – proces ustalony )
Rozdzielanie w ciągłej kolumnie destylacyjnej mieszaniny trójskładnikowej:
benzen – kwas octowy -woda
Odpady
Surówka
Roztwór
wodny
80% kwas octowy
20% woda
10,9% kwas octowy
21,7% woda
67,4% benzen
Benzen
Produkt
350 kg/h kwas octowy
Należy obliczyć ilość benzenu wprowadzonego do kolumny w jednostce czasu.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Za podstawę bilansu przyjmujemy 1 h. Niech x oznacza liczbę kg benzenu w surówce
na kg surówki.
ms - strumień surówki [kg/h] mo – strumień odpadów [kg/h] mp- strumień produktu [kg/h]
Bilans ogólny kolumny:
ms = mo + mp
(1)
Skład surówki: x % mas. benzenu
(1 – x) * 0,2 – ilość wody;
(1 – x ) *0,8 – ilość kwasu octowego;
Bilans wody:
ms*( 1- x )*0,2 = mo*0,217
(2)
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Bilans benzenu:
ms* x = mo * 0,674
(3)
Bilans kwasu octowego:
ms * ( 1 – x ) * 0,8 = mp * 1 + mo * 0,109
(4)
Dostajemy układ równań algebraicznych z trzema niewiadomymi.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Przykład 2. ( Bilans masy – proces nieustalony w czasie )
Do zbiornika wpływają dwa strumienie
Q1 [m3/h] i Q2 [m3/h] a wypływa Q3 [m3/h]
W chwili t=0 zbiornik jest pusty. Wyznaczyć
Czas napełniania zbiornika jeżeli jego objętość
wynosi Vk [m3]
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Akumulacja
Wlot
Wylot
dm
 min  mout
dt
d V 
 Q1  Q2  Q3
dt
Zakładamy że gęstość jest stała więc:
dV

  Q1  Q2  Q3 
dt
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
dV
 Q1  Q2  Q3
dt
Dostaliśmy równanie różniczkowe opisujące zmianę objętości zbiornika w czasie które
całkujemy:
V Vk
 dV  Q  Q
1
V V0
2
t t k
 Q3   dt
t t0
Ostatecznie dostajemy:
Vk
tk 
Q1  Q2  Q3 
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Prawo zachowania masy dla układów przepływowych z reakcją chemiczną
Dla procesów NIE USTALONYCH w czasie:
Akumulacja
Wlot
Wylot
Produkcja/Konsumpcja
Potrzebna jest informacja o szybkości reakcji chemicznej i jej kinetyce.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Szybkość reakcji rA= k * CA * CB
Bilans składnika A:
A+B--> P.
d m A 
A
 minA  mout
 konsumpcja
dt
A
Bilans składnika A:
d mB 
B
 minB  mout
 konsumpcja
dt
Bilans składnika P:
d mP 
P
 minP  mout
 produkcja
dt
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
P
B
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
d C AV 
 QAC A0  QP C A  VkC AC B
dt
d C BV 
 QB C B 0  QP C B  VkC AC B
dt
d C PV 
 QP C P  VkC AC B
dt
Zakładamy że objętość w reaktorze nie ulega zmianie
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
d C A 
V
 QAC A0  QP C A  VkC AC B
dt
d C B 
V
 QB C B 0  QP C B  VkC AC B
dt
d C P 
V
 QP C A  VkC AC B
dt
Dostajemy układ równań różniczkowych, opisujących zmiany stężeń substratów i
produktów w czasie.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Jeżeli w obszarze bilansowania znajduje się więcej niż jeden element np.
kilka aparatów powiązanych ze sobą, to bilansujemy każdy element układu oddzielnie
a następnie bilansujemy całość układu.
Przy dekompozycji układu możemy natrafić na bilans „punktu zmieszania” , miejsca
połączenia się co najmniej trzech strumieni.
Strumień B
Strumień A
Strumień C
WLOT = WYLOT
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
W procesach przemysłu chemicznego często spotykamy się z przypadkami
zawracania części produktu do reaktora oraz z tzw. Bocznikowaniem.
Bocznikowanie
SURÓWKA
PRODUKT
PROCES
Zawracanie
Strumień
“oczyszczający”
Usuwanie akumulacji składnika
innertnego lub niepożądanego.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
BILANS ENERGII:
Ogólna zasada bilansu energii jest taka sama jak zasada bilansu masy. Opiera się
ona na tym samym AKSJOMACIE bilansowania.
Energia może objawiać się w wielu formach:
Energia nuklearna, energia elektryczna, energia potencjalna, energia kinetyczna,
energia wewnętrzna, energia chemiczna, energia cieplna, praca
W obliczeniach inżynierii chemicznej i procesowej skupiamy się na :
Energii cieplnej (CIEPŁO) i pracy.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Ciepło – jest to energia transportowana z jednego obszaru do drugiego
pod wpływem gradientu temperatury.
Praca - jest definiowana przez siłę przemieszczającą obiekt na wybranym
odcinku przestrzeni.
W bilansach energetycznych obiektów przemysłu chemicznego stosuje się pojęcie
ENTALPII będącej sumą dwóch członów występujących w tego typu bilansach:
i  U  pV
Czasami entalpię nazywa się „ciepłem całkowitym”
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Zasady bilansu ENERGETYCZNEGO:
Energia
doprowadzona
do układu
Energia
odprowadzona
z układu
Energia
zakumulowana
w układzie
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Energia
zużyta lub
wytworzona
w układzie
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Układ przepływowy:
W rozważaniach ilościowych
wystarczy zająć się w bilansie:
Energią kinetyczną EK
Energią potencjalną EP
Energią wewnętrzną U
Ciepłem wymienionym z
WLOT
otoczeniem q
Masa
 pracą
OTOCZENIE
dI
DE
dEK
dEP
PRODUKCJA
WYLOT
dI
dEK
dEP
Energia
DEp – przyrost energii
produkowanej wewnątrz układu
Masa
DEp
Energia
I
EK
EP
I
EK
EP
Ciepło
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Praca
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Układ nie przepływowy:
OTOCZENIE
DU
DE
dEK
dEP
PRODUKCJA
DU
dEK
dEP
Ciepło
DEp
Praca
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Ważnym elementem który należy uwzględnić w bilansie energii jest odwracalność
bilansowanego procesu.
Każdy rzeczywisty proces uwzględniający tarcie, uderzenie, skończoną różnicę
temperatur, mieszanie, nie może być odwracalny.
W obliczeniach bilansowych wiele procesów rzeczywistych można przybliżyć
bilansem słusznym dla procesów odwracalnych
Pracę ekspansji dla odwracalnego procesu nie przepływowego oblicza się z :
Wnp   pdV
Pracę ekspansji dla odwracalnego procesu przepływowego oblicza się z :
W p    Vdp
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Bilans energii układu z uwzględnieniem wspomnianych form energii przedstawia
się następująco:
UKŁAD NIE PRZEPŁYWOWY:
q  Wnp  U  EK  EP
UKŁAD PRZEPŁYWOWY:
q Wp  i  EK  EP
W szczególnym przypadku gdy EK, EP, q i Wp są równe zeru, bilans energetyczny
układu przepływowego sprowadza się do bilansu entalpii.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Przykład. Bilans cieplny i masowy kolumny rektyfikacyjnej
Bilans materiałowy całej kolumny [mol/s]:
S  W D
Bilans składnika bardziej lotnego:
Sxs  DxD  Wx w
Gdzie xs ,xD , xW to ułamki molowe składnika
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Przykład. Bilans cieplny i masowy kolumny rektyfikacyjnej
Bilans cieplny kolumny:
Sis  Qw  DiD  Wi w  QD
Gdzie is, id, iw – to entalpie molowe surówki, destylatu
i cieczy wyczerpanej. Qw ciepło doprowadzone do kotła
QD ciepło odprowadzone w deflegmatorze.
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Przykład. Bilans cieplny i masowy kolumny rektyfikacyjnej
Eliminując S z równania otrzymujemy:
DxD  xS   W xs  xw 
Wprowadźmy nowe oznaczenia:
qD 
QD
D
Ciepło oddane na jeden mol
destylatu w defegmatorze
qW 
QW
W
Ciepło dostarczone do
kotła na jeden mol
cieczy wyczerpanej
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Przykład. Bilans cieplny i masowy kolumny rektyfikacyjnej
Uwzględniając te oznaczenia w równaniu entalpowym oraz eliminując S :
DiD  qD  is   W is  qw  iw 
Dzieląc stronami równania otrzymujemy:
iD  qD  is is  qw  iw

x D  xs
xs  xw
Jest to równanie przedstawiające zależność między ilością ciepła dostarczoną
do kotła i oddawaną w deflegmatorze
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Wykład nr 1 : Wiadomości wstępne. Podstawy Bilansowania