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 dt , 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 | (60) |
= 4,742–0,04742(а объемы образовавшихся газов из следующих соотношений:
объем азота
V | (61) |
=3,751- 0,03751(объем углекислого газа
| (62) |
объем водяных паров без учета значения коэффициента избытка воздуха
V | (63) |
и с его учетом
V | (64) |
-1)V
.Объем дымовых газов определяется как сумма объемов вышеперечисленных компонентов с учетом коэффициента избытка воздуха 
:
для влажных газов
V | (65) |
=
+
для сухих газов
V | (66) |
=V
+
Расход топлива определяется как отношение мощности энергетического агрегата к полезно используемой теплоте:
| (67) |
.В случае необходимости динамических характеристик процесса полученные интегральные показатели должны быть дополнены опытными данными и увязаны с режимными параметрами процесса. Так как процесс сжигания древесного топлива включает в себя этапы, сопровождаемые превращениями различной природы, каждый из которых описывается индивидуальными методиками, для повышения эффективности как самого процесса сжигания, так и – процесса очистки образующихся дымовых газов, методика расчета установки переработки древесных отходов включает математическую модель процесса сжигания древесного топлива и математическую модель процесса предварительной сушки древесного топлива. Учитывая ограниченный объем автореферата, указанные модели приведены в диссертации.
В каждой из представленных моделей количество поступающей на очистку газовой смеси и содержание в ней компонентов, подлежащих улавливанию, выводятся на печать и являются исходными данными для расчета параметров системы очистки. Выбор способа очистки определяется технологическими соображениями. Для исследуемых процессов наиболее приемлемыми являются абсорбция, адсорбция или их комбинация. Для санитарной очистки отходящих газов наиболее рациональным является использование насадочных абсорберов, расчет параметров которых включает в себя уравнение материального баланса, из которого определяется масса загрязнителя, переходящего из газовой смеси в поглотитель
| (68) |
.Плотность орошения вычисляется из соотношения
| (69) |
.Коэффициент массоотдачи по газовой фазе в абсорберах с регулярной насадкой находят из соотношения
| (70) |
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе может быть определен по выражению:
| (71) |
Необходимая высота насадки рассчитывается по соотношению:
| (72) |
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки рассчитывается по уравнению:
| (73) |
.Для эффективной работы системы адсорбционной очистки необходимы сведения о пространственно-временном распределении загрязнителя в потоке газа и в слое поглотителя. Для математического описания экспериментально полученного распределения загрязнителя в слое адсорбента и в потоке газа использована одномерная математическая модель адсорбции с учетом массопроводности внутри частицы, включающая уравнение материального баланса в неподвижном слое адсорбента по газовой фазе:
| (74) |
уравнение кинетики сорбции:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
