بخشی از پاورپوینت
اسلاید 2 :
عمليات واحد 2
اسلاید 3 :
حجم مباحث مورد بحث :
1) رطوبت ( تريبال)
2) خشك كردن (تريبال)
3) جذب سطحي (تريبال)
4) تبخير (مك كيب)
5) فيلتراسيون(مك كيب)
6)تبلور(مك كيب)
اسلاید 4 :
عمليات انتقال جرم
وقتي دو فاز بايكديگر تماس پيدا مي كنند ، بلافاصله به تعادل نمي رسند . سيستم به مرور زمان در اثر نفوذ سازنده ها از يك فاز به فاز ديگر به تعادل نزديك ميشوند . لذا جداسازي هرگز كامل نخواهد بود .
وجود سه فاز مختلف يعني گاز – مايع – جامد امكان مجاور شدن دو فاز با يكديگر را در 6 صورت فراهم ميسازد :
1) گاز – گاز :
به جز در موارد استثنايي تمام گازها در اين حالت با يكديگر مخلوط ميشوند و لذا فرايند امكان پذير نيست .
بسياري از عمليات مهندسي شيمي با مسئله تغيير غلظت در محلول ها و مخلوط ها سروكار دارند .
اين تغييرات الزاما توسط واكنش هاي شيميايي صورت نمي گيرد .
اين عمليات بيشتر به جداسازي مخلوط ها به سازنده هاي آنها مربوط مي گردد .
غالبا“ قسمت اعظم هزينه هاي يك فرايند صرف عمليات جداسازي مي گردد .
عمليات انتقال جرم بوسيله انتقال يك ماده به داخل ديگر در مقياس مولكولي مشخص ميشوند .
در عمليات انتقال جرم هيچ يك از دو فاز در حال تعادل حاوي تنها يك جز نخواهد بود .
اسلاید 5 :
2 ) گاز مايع :
تقطير : اگر كليه سازنده هاي يك سيستم در حال تعادل بين دو فاز توزيع شوند عمل را تقطير گويند . در تقطير فاز گاز در اثر حرارت دادن فاز مايع توليد ميشود .
جذب گاز Gas Absorption اگر هر دو فاز محلول بوده و يك سازنده بين دو فاز توزيع گردد . چنانچه انتقال از گاز به مايع باشد جذب گاز و در صورت انتقال از مايع به گاز دفع گاز Stripping گويند .
رطوبت دادن Humidification
اگر فاز مايع فقط از يك جزء تشكيل شده باشد ولي فاز گاز دو يا چند سازنده اي باشد عمل را رطوبت دادن گويند .
3 ) گاز جامد :
تصعيد جزء به جزء Fractional Sublimation
اگر يك مخلوط متشكل از چند سازنده بطور نسبي تبخير شود ، بدون آنكه فاز مايعي پديد آيد ، بخارات حاصله و جامد باقي مانده هريك حاوي كليه سازنده ها اما با غلظت هاي متفاوت خواهد بود .
خشك كردن Drying
اگر جامد از يك مايع فرار مرطوب شده باشد و در مجاورت گاز خشك قرار بگيرد ، رطوبت موجود در آن خارج شده و بدرون گاز نفوذ مي نمايد . اين عمل را خشك كردن و يا گاهي دفع Desorption گويند .
جذب سطحي Adsorption
اگر نفوذ از فاز گاز به جامد صورت گيرد اين عمل را جذب سطحي گويند .
4 ) مايع – مايع :
استخراج مايع Extraction
عمليات جداسازي كه در آنها دو فاز نامحلول مايع بايكديگر تماس داده ميشوند تا يك جزء بين آنها انتقال يابند .
اسلاید 6 :
جداسازي فازها با استفاده از غشا
نقش غشا ها جلوگيري از مخلوط شدن دو فاز محلول در يكديگر است .
گاز – گاز : عبور سازنده ها با شدت گوناگون بسته به جرم مولكولي از غشا
گاز ـ مايع : عبور از غشائي كه توانايي حل كردن يك جز محلول را دارد .
مايع – مايع : جدا سازي از حلال مايع و غشائئ كه بتواند فقط بلورهاي حل شده در حلال فوق را از خود عبور دهد (دياليز) جداسازي حلال از محلول (اسمز)
عمليات مستقيم و غير مستقيم :
در عمليات مستقيم در اثر افزايش يا كاهش حرارت دو فاز از يك فاز اوليه بدست مي آيند .مانند تقطير و..
در عمليات غير مستقيم يك جسم خارجي به سيستم افزوده ميشود . مانند جذب گاز و.
5 ) مايع – جامد :
تبلور جز به جزFractional Crystallization وقتي كليه سازنده ها در دو فاز نامحلول در تماس بايكديگذ قرار بگيرند عمل را تبلور جزبه جز نامند .
استخراج با حلال Leaching
جداسازي انتخابي يك سازنده از يك مخلوط جامد توسط يك حلال مايع استخراج با حلال ناميده ميشود .
جذب سطحي Adsorption
نفوذ از مايع به سطح جامد را جذب سطحي گويند .
6 ) جامد – جامد :
بدليل سرعت پايين انجام نمي شود .
اسلاید 7 :
اصول طراحي :
شدت جريانهاي مجاز :
در اعمال نيمه پيوسته و پاياا پيش مي آيد كه براساس آن سطح مقطع دستگاه محاسه مي شود .
انرژي هاي مورد نياز :
انرژي حرارتي و مكانيكي در عمليات انتقال جرم مورد استفاده قرار مي گيرد
واحد :
يك واحد عبارت است از يك وسيله و يا مجموعه اي از وسايل كه در آن دو فاز غير محلول در يكديگر در تماس مستقيم با هم قرار ميدهند و در نتيجه انتقال جرم بين فازها بمنظور نزديك كردن آنها بحالت تعادل صورت ميگيرد و سپس فازها بروش مكانيكي از هم جدا ميشوند .
در طراحي هر واحد مربوط به انتقال جرم چهار عامل اصلي مي بايست تعيين گردد كه عبارتند از
تعداد مراحل ايده آل
زمان لازم براي تماس فازها
شدت جريانهاي مجاز
انرژي مورد نياز
براي تعيين تعداد مراحل ايده آل لازم جهت جداسازي مشخصي بطور عمليات مرحله اي و يا معادل آنها در يك عمل تماس پيوسته دانستن مشخصات تعادلي سيستم و موازنه هاي جرم ضروري خواهد بود .
در عمليات مرحله اي زمان لازم تماس دو فاز به بازده مرحله اي مربوط ميشود .
در عمليات پيوسته تعيين كننده حجم و يا طول دستگاه خواهد بود .
اسلاید 8 :
رطوبت دهي و رطوبت زدايي Humidification
تعاريف
دماي اشباع آدياباتيك
آنتالپي
اختلاط دو جريان گاز
نمودار نم سنجي
رطوبت دهي
رطوبت زدايي
برج هاي خنك كن آب
برج هاي رطوبت افزا
چند مسئله
( فصل 7 تريبال )
اسلاید 9 :
تعاريف :
رطوبت درصدي (درصد اشباع - درصد رطوبت مطلق ) :
100 Y / Ys
100 Pa (P – Pas)/ Pas (P – Pa)
گرماي مرطوب : Cs
گرماي لازم براي اينكه دماي واحد جرم گاز خشك و بخار همراه آن در فشار ثابت يك درجه افزايش يابد .
Cs = Cb – YCa
Cs = 1 + 1.9 Y (Kj/KgK) W&A
Cb = گرماي ويژه گاز
Ca = گرماي ويژه مايع
حجم مرطوب : Vh
حجم اشغال شده توسط واحد جرم گاز خشك و بخار همراه آن مي باشد .
مقدمه :
فرايندهايي كه در اين فصل بررسي ميشود در باره انتقال جرم و انرژي بين فازهاست كه در نتيجه تماس يك گاز با يك مايع خالص كه گاز در آن نامحلول است روي مي دهد .
رطوبت : Y
جرم بخار همراه با واحد جرم گاز خشك Y
رطوبت مطلق و رطوبت گراونر نيز به آن مي گويند .
Y= Ma.Pa / Mb(P – Pa)
فشار كل P فشار جزئي بخار در گاز Pa
رطوبت اشباع : Ys
رطوبت يك گاز وقتي از بخارآب سير شده باشد .
اسلاید 10 :
تعاريف :
دماي حباب تر :(Tw)
دماي حباب خيس عبارتست از دماي غير تعادلي و پايايي كه جرم كوچكي از مايعي كه در شرايط آدياباتيك در معرض جريان پيوسته گازي قرار دارد به آن مي رسد .
وقتي جريان گاز سير نشده اي از روي سطح يك مايع عبور كند رطوبت آن گاز در اثر تبخير مايع افزايش مي يابد . دماي مايع كمتر از دماي گاز ميشود و گرما از گاز به مايع منتقل ميشود . در حالت تعادل انتقال گرما از گاز به مايع دقيقا با سرعت جذب گرماي مايع برابري مي كند .و گفته ميشود مايع داراي دماي تر مخزن است .
Tg – Tw = lw (Ys – Y )/ (hg/Ky)
Ky : ضريب انتقال جرم
Hg : ضريب انتقال حرارت
نقطه شبنم :
دمايي كه تا آن دما اگر گاز در رطوبت ثابت خنك شود با بخاراشباع مي شود .
رطوبت نسبي درصدي (اشباع نسبي)
RH
= ( P / Psat ) *100
فشار جزئئ بخار در گاز فشار بخار در گاز اشباع
اسلاید 11 :
دماي اشباع آدياباتيك :
اگر رابطه Cs = h/Ky بر قرار باشد ، دماي سير شده آدياباتيك برابر با دماي تر مخزن است . اين در حاليستكه براي بيشتر سيستم هاي آب و هوا وجود دارد .
نسبت h / (Ky . Cs) = b به نسبت نم سنجي معروف است و براي سيستم آب و هوا b = 1 رابطه لوئيس گفته ميشود .
مقدار تقريبي hg/Ky = 950 j/kg
اگر گاز از روي مايع طوري عبور كند كه زمان تماس بين آنها كافي باشد يا بر روي گاز پاشيده شود تا تعادل تثبيت گردد . گاز سير مي شود و هر دو فاز داراي دماي يكسان ميشود . در سيستمي كه از نظر گرمايي نا رسانا باشد مقدار كل گرماي محسوس به اندازه گرماي نهان تبخير مايع تبخير شده كاهش مي يابد .در اثر تداوم عبور گاز ، دماي مايع به تدريج به دماي تعادل مي رسد كه چنين دمايي را دمايي را دماي سير شده آدياباتيك مي نامند .
مكانيسم تحول حباب مرطوب در اساس بتا مكانيسم فرايند اشباع آدياباتيك يكي است بجز آنكه در تحول حباب مرطوب رطوبت مخلوط گاز در حين تحول تغيير نمي كند .
Ys – Y = (lw / Cs)(T – Tas)
اسلاید 12 :
آنتالپي
انرژي داخلي يك ماده ، عبارت است از كل انرژي موجود در ماده است كه در اثر جنبش و ااستقرار نسبي اتمها و مولكولهاي سازنده آن ماده حاصل ميشود . مقدار آنتالپي يك ماده نا معلوم است اما با انتخاب يك مرجع مناسب و با فرض آنكه آنتالپي سيستم در آن حالت برلبر صفر باشد آنتالپي نسبي در شرايط ديگر را ميتوان محاسبه كرد . براي مشخص كردن حالت مرجع بايد دما و فشار و حالت ماده تعيين شود .
در جدول بخار آب آنتالپي هاي نسبي در مقايسه با آنتالپي اين ماده به حالت مايه از صفر درجه سليسيوس ودر تحت فشار بخار آن در دماي مذكور داده شده است .
فاصله عمودي بين منحنيهاي نشانگر گرماي تبخير ميباشد.
اسلاید 13 :
در فشار پايين كه معمولا عمل مرطوب سازي صورت ميگيرد ، بجاي عمل بر روي خط فشار ثابت A مي توان بر روي خط فشار ثابت A’ با تقريب عمل نمود .
Hv = Ca ( Tg – T0) + l ed
H = Cb (Tg – T0) +Y [ Ca (Tg – T0) +l ] + Cs(Tg – T0) + Y l
آنتالپي يك مخلوط را ميتوان با افزايش دما در رطوبت ثابت يا افزايش رطوبت در دماي ثابت بالابرد .
تغيير آنتالپي بين دو حالت مانند نقاط A,D را ميتوان برابر تفاضل عرض هاي نقاط مذكور در نظر گرفت :
Hd – Hc =گرماي ملموس مايع
Hc – Hb = گرماي نهان تبخير
Hb – Ha = گرماي ملموس بخار
آنتالپي يك مخلوط گاز و بخار برابر با مجموع آنتالپي هاي گازو بخار موجود در مخلوط است .
مخلوطي از گاز خشك به جرم واحد و بخار همراه آن به جرم Y را در دماي حباب خشك Tg در نظر مي گيريم .
Ha = Hg + Yhv
Hg = Cb(Tg – T0)
Hv = Ca(Tg – Tb) + Cal(Tc – T0 ) + l bc
اسلاید 14 :
اختلاط دو جريان گاز مرطوب :
اختلاط دو گاز با رطوبت هاي Y1,Y2 دماهاي T1,T2 آنتالپي هاي H1,H2 را در نظر ميگيريم .
گاز مخلوط داراي دماي T آنتالپي H و رطوبت Y ميباشد .
جرم گاز خشك گازهاي مورد نظر به ترتيب m1,m2,m ميباشند .
M = m1+m2
m1Y1+m2Y2 = mY
M1(Y – Y1) = m2(Y-Y2)
نقطه m روي خط مستقيمي است كه دو نقطهT1,Y1) , (T2,Y2)) را به هم متصل مي سازد . و داراي رطوبت Y ميباشد .
Y = (m1Y1+m2Y2)/(m1+m2)
اسلاید 16 :
رطوبت دهي :
براي حركت از نقطه a به نقطه b :
گرم كردن با هيتر تا نقطه c يا f
مرطوب كردن با كولر آب تا نقطه d يا h
گرم كردن با هيتر تا نقطه b
راه 2 )
گرم كردن تا نقطه e با هيتر
سرد كردن با كولر تا نقطه b
روشهاي زير را مي توان براي افزايش رطوبت گاز بكار برد :
بخار زنده ممكن است مستقيما به مقدار لازم اضافه شود (كمي دما بالا مي رود )
آب را ميتوان با سرعت جريان كافي در گاز پخش كرد تا تبخير آن رطوبت لازم را بدهد . (دماي گاز پايين مي آيد )
گاز را مي توان با جريان گازي كه داراي رطوبت بيشتر است مخلوط كرد .
گاز را ميتوان ا آبدر تماس قرار داد كه فقط قسمتي از مايع تبخير گردد .
(عمل تبخير وقتي صورت مي گيرد كه دماي آب بالاتر از شبنم هوا باشد ).
اسلاید 17 :
رطوبت زدايي :
براي حركت از نقطه b به نقطه a :
سرد كردن با كندانسور از مسير d, c
گرم كردن با هيتر تا نقطه a
روشهاي زير را مي توان براي كاهش رطوبت گاز بكار برد :
هوا را ميتوان با يك سطح سرد كه ممكن است مايع و يا جامد باشد در تماس قرار داد و رطوبت زدايي كرد . اگر دماس سطح پايين تر از نقطه شبنم گاز باشد ميعان صورت ميگيرد و دماي گاز پايين مي آيد . دماي سطح شروع به بالا رفتن مي كند زيرا گرماي نهان و محسوس از هوا به سطح منتقل ميشود . معمولا دما و رطوبت در مدت وقوع فرايند با هم همزمان كاهش مي يابد . هواي مجاور و در تماس با سطح تا پايينتر از نقطه شبنم سرد ميشود و بنابراين پيش از اين كه هواي دورتر فرصت سرد شدن داشته باشد ميعان بخار صورت ميگيرد .
رطوبت را با متراكم كردن هوا نيز مي توان كاهش داد . در مدت تراكم فشار جزئئ بخار افزايش مي يابد و به محض اينكه به فشار بخار اشباع رسيد ميعان صورت مي گيرد .
اسلاید 18 :
برج هاي خنك كن آب :Cooling Tower
حد دمايي كه آب مي تواند سردشود دماي حباب مرطوب هوا در هنگام ورود است
در پايين برج :
1 ) دما هوا ميتواند بيشتر از دماي آب باشد ، اما آب خنك ميشود زيرا دماي سطح مشترك بيشتر از رطوبت در توده گاز است و در نتيجه نيروي محركي براي انتقال جرم بخار آب وجود دارد .
2 ) اگر دماي هواي ورودي كمتر از دماي آب خروجي باشد . شيب ها هم شكلند اما انتقال گرماي محسوس كمتري در فيلم گاز وجود دارد .
در تمام حالت ها دما در فصل مشترك بايد بيشتر از دما ي حباب خيس باشد زيرا اگر برابر باشد تمام گرماي تبخير از گاز گرفته ميشود و شيب دمايي در آب وجود ندارد و آب خنك نمي شود .
عمل خنك كردن با انتقال گرما ي محسوس و همچنين سرمايش تبخيري صورت ميگيرد كه گرماي محسوس آب مقدار گرماي نهان تبخير را تا مين مي كند
در مقياس بزرگ هوا و آب در برج خنك كن به طور ناهمسو در تماس با يكديگر قرار مي گيرند ، ممكن است در برج از وزش طبيعي يا وزش مكانيكي استفاده شود . آب از بالا به پايين روي يك سري تخته هاي چوبي كه سطح تماس بزرگي ايجاد مي كند مي ريزد و آشفتگي بيشتري در مايع ايجاد ميشود . هوا در حين بالا رفتن گرما و رطوبت مي گيرد .
در برج خنك كن دماي مايع پايين مي آيد و دما و رطوبت گاز افزايش مي يابد و عمل آن شبيه يك دستگاه رطوبت افزايي به هوا است .
آنتالپي جريان هوا ثابت نمي ماند زيرا دماي مايع در بالاي برج سريع عوض مي شود .
اسلاید 19 :
دما C آنتالپي ((KJ/Kg
30 10
40 15
60 20
80 25
100 30
130 35
170 40
220 45
280 50
470 60
خط كاركرد برج :
خط كاركرد برج خطي است با شيب LCl/Gكه از (Tl1,Hg1) مي گذرد و خط افقي Tl2 را قطع ميكند .
در بالاي برج :
گرماي انتقال يافته از آب به فصل مشترك براي گرمايش هوا و تامين گرماي تبخير بكار مي رود .
گرچه سرمايش آب بر اثر تبخير خيلي بيشتر از سرمايش ناشي از انتقال گرماي محسوس به هواست ولي دماي گاز خروجي معمولا چند درجه كمتر از دماي آب ورودي است .
منحني تعادل :
منحني تعادل در برج هاي خنك كن آب منحني RH = 100 در منحني نم سنجي آب است . كه داده هاي تعادلي آن به شرح مقابل وبصورت ثابت در فشار نرمال داده شده است :
Hg(sat) = Cs.Tg+Ys.l0
Cs = (1005+1884Y) J/Kg
اسلاید 20 :
ارتفاع برج خنك كن :
dH Ky a Z Z
Hi – H G htg
اگر بتوان تمام مقاومت در مقابل انتقال گرما و جرم را در فاز گاز حساب كرد :
dH Ky.a.Z Z
H* - H G Htog
G سرعت جرمي گاز
Ky ضريب انتقال جرم
.a سطح مشترك در واحد حجم ستون
Hi آنتالپي گاز در سطح مشترك
H* آنتالپي گاز در حال تعادل
Ntg تعداد واحدهاي انتقال
Htg ارتفاع هر واحد انتقال
L سرعت جرمي مايع
Tl1,Hg1
Tl2,Hg2
Ntg =
Ntog =
