Практичне заняття № 4. Конденсація насиченої пари визначається по температурі точки роси

Точка роси

Конденсація насиченої пари визначається по температурі точки роси. Незначне стискування насиченої пари при t = const або охолодження при P = const приводять до перенасичення - випадає роса.

Температура точки роси визначає мінімальну температуру, при якій доцільно виробляти розподіл суміші пропан - бутанових газів по трубопроводах.

Визначення точки роси пари сумішей вуглеводнів, що знаходяться під атмосферним тиском, виробляють графічним методом по номограмі. По монограмі В. Черлі, в якій залежність точки роси від складу суміші С3Н8, н- С₃Н₈, н-С₄Н₁₀ и изо-С₄Н₁₀ можна визначити з підручника [11, з 340].

Рис. 1. Номограма В. Черлі, визначення точки роси

Для визначення точки роси суміші необхідно знайти перетин ліній відсоткового вмісту двох компонентів з вертикальною лінією точки роси, значення якої відкладені на лінії, паралельній змісту Н-Бутану.

19. Знайти точку роси для суміші, що містить пропан - 40%, Н-Бутан - 30% і ізобутан - 20%.

Рішення.

Досить знайти перетин лінії, відповідної 40% С₃Н₈ з лінією, відповідною 30% н-С₄Н₁₀.Опустивши з точки перетину вертикальну пряму на шкалу температур, знаходимо точку роси суміші t = = -13⁰С.

Діаграма стану

Одна з позитивних властивостей вуглеводневих газів - його здатність зріджування при порівняно невеликому підвищенні тиску. Тому при використанні зріджених газів має місце перехід з одного фазового стану в інше. При розрахунку процесів і устаткування випарювальних зріджених газів необхідно виходити з властивостей рідкої і парової фаз з урахуванням особливостей фазових перетворень.

З допустимою для практики точністю ці розрахунки виконуються по діаграмах стану вуглеводнів.

По ним можна визначити пружність пари при цій температурі, тиск перегрітої пари (газової фази) за даних умов; питомий об'єм і щільність рідкої, парової і газової фаз, їх тепловмісті (ентальпію), теплоту пароутворення; міра сухості і вологості пари; роботу стисненні газу компресором і підвищення температури при стискуванні; ефект охолодження рідини і газу при зниженні тиску (дроселюванні); теплоємність при P = const або V = const для рідкої, парової і газової фаз; швидкість витікання газу з сопел пристроїв газопальників.

Діаграми побудовані для С₃Н₈, ізо-С₄Н₁₀ та н-С₄Н₁₀. Діаграму стану будують на напівлогарифмічній сітці з горизонтальних ліній постійного абсолютного тиску (ізобари) і вертикальних ліній постійного тепловмісту (ентальпії, i, ккал/кг). На сітку діаграми нанесені наступні точки і лінії.

1. Точка К - критичні стани цього вуглеводня по критичному тиску і критичній температурі. Температура, вище за яку цей газ не може бути зріджений ніяким підвищенням тиску, називається критичною температурою цього газу. Тиск, необхідний для зрідження при цій критичній температурі, називається критичним тиском.

2. Погранична крива ПКЖ, що проходить через точки критичного стану і ділить діаграму на три зони,: I зона - рідка фаза; II зона - парорідинна суміш; III зона - газова суміш. Гілка ЖК характеризує стан насиченої рідини при різних тисках КП.

3. Криві сухості пари КХ, які виходять з критичної точки К і характеризують долю пари в двофазній системі, кг/кг (Х = 0,1...).

4. Лінії t = const (ізотерми) зображені ламаною кривою з горизонтальною ділянкою ЕМ (t = const і P при кипінні рідкої фази). Ізотерми температур вище критичних для цього вуглеводня ТЕ. Ці лінії не перетинають лінію насиченої пари і при цих температурах газ не вдається перевести в зріджений стан.

Рис. 2. Діаграма стану вуглеводнів

5. Лінії постійних питомих об'ємів V - ізохори, м³/кг. Ці ж лінії відповідають постійній щільності = const.

6. Лінії постійної ентропії S (адіабати) використовуються для визначення параметрів вуглеводня при стискуванні його в декомпресорі і при витіканні з сопел пальників.

Приклади

20. Визначити пружність насиченої пари рідкого пропана, що знаходиться в резервуарі, якщо t = - 10⁰С.

Рішення.

Перетин лінії постійної температури рівний t = - 10⁰С з пограничною кривою насиченої пари. На осі ординат P = 3,5 атм.

21. Визначити питомий об'єм і щільність рідкою і паровою фаз пропана за умови прикладу № 3.2.1.

Рішення.

Питомий об'єм рідкого пропана знаходиться в точці перетину лінії t = const = - 20⁰C з пограничною лінією насиченої рідини, а питомий об'єм насиченої пари - в точці перетину з лінією насиченої пари.

V = 0,0018 ; = = 554 кг/м³;

V = 0,13 м³/кг; = = 7,7 кг/м³.

22. Визначити приховану теплоту випару рідини пропана за умови прикладу № 3.2.1.

Рішення.

= i - i

перетин лінії постійної температури з пограничними кривими

i = 15 ккал/кг; r = 110-15=95 ккал/кг;i = 110 ккал/кг.

23. Після заповнення балона пропаном об'єм рідини фази склав 90% об'єму балона. Температура t = 15⁰С. З підвищенням температури об'єм парової подушки зменшуватиметься. Визначити, при якій температурі балон буде повністю заповнений рідиною.

Рішення. При t = 15⁰С

= = 0,507 кг/л.

Тоді кількість рідкого С₃Н₈ в балоні буде: М = 0,507×0,9V = 0,456×V,

де V - об'єм балона в літрах.

= = 0,507 кг/л.

Кількість пароподібного пропана в балоні М = 13,6×0,1× кг

Ділимо на 1000 для переведення з літрів в м^етри кубичні.

Загальна кількість С3Н8 в балоні:

М = (0,514×0,9 + )×V = (0,465 + 0,0014)V = 0,466V кг.

Доля маси парової фази складає 3%.

Визначимо щільність рідини, коли вона повністю заповнить балон:

= = = 0,466 кг/л; V = ;

V = = 0,00215 м³/кг.

По діаграмі знаходимо t 40⁰С.

Отже, при t 40⁰С парова подушка зникне, і при подальшому підвищенні температури рідина розширюватиметься, ростиме тиск в балоні і напруга його стінок, що може привести до розриву балона.

24. У балоні місткістю V = 50 л під тиском насоса заливають 20 кг С₃Н₈. Після встановлення термодинамічної і теплової рівноваги температура балона і С₃Н₈ = 15⁰С. Визначити P, яке встановилося в балоні, кількість і об'єм рідини і паровий фаз.

Рішення.

1. Припустимо, що в балоні утворилася парова подушка, тоді тиск P в ній дорівнюватиме тиску насичення для С₃Н₈ при температурі t = 15⁰С. Якщо в балоні однорідна система (рідина), то тиск може бути > P . По діаграмі P = P = 7,8 атм (абс.).

2. Визначаємо щільність рідкою і паровою фаз при тиску насичення (по нижній і верхній пограничним кривим):

= = = 0,507 кг/л;

= = 15,51 кг/м³.

3. Визначимо об'єм парової подушки V і рідини V , враховуючи, що їх сумарна маса дорівнює 20 кг, а V + V = 50 л.

× 15,51 + (50 - V ) × 0,507 = 20;

V = 10,9 л; V = 50 - 10,9 = 39,1 л.

4. Визначимо маси пари і рідини:

М = × 15,51 = 0,17 кг;

М = 39,1 × 0,507 = 19,83 кг.

25. Температура пропана в балоні рівна 30⁰С. Пари його проходять через регулювальника, де їх тиск знижується до 0,128 МПа (1,28 атм). Визначити температуру С₃Н₈ після регулювальника і величину перегрівання пари.

Рішення.

1. З балона виходить насичена пара, тому його стан в діаграмі відповідатиме точці перетину ізотерми t = 30⁰С і пограничній кривій пари Р = 10,1 атм.

2. Процес дроселювання на клапані протікає при постійній ентальпії, тобто при i = const. Тому для визначення кінцевого стану через точку 1 проводимо лінію до перетину з лінією P = 1,28 атм. Через цю точку проходить ізотерма = 9⁰С. Температура С₃Н₈ при цьому знижується на = 30 - 9 = =21⁰С.

Незважаючи на зниження температури С₃Н₈, пара перегрівається, оскільки тиск P = 1,28 атм, відповідає с t = -38⁰С. Отже, перегрівання пари складе = 9 - (-38) = 47⁰С.

26. Визначити кількість пари, яка утворюється при дроселюванні рідини С₃Н₈ від 8 до 2 атм і температуру на початку і у кінці дроселювання.

Рішення:

Дроселювання рідини відбувається по лінії i = const від 8 до 2 атм. Точка 2 перетинається з лінією істиною сухості. Х' показує кількість пари, що утворилася в результаті дроселювання рідини.

Ця кількість дорівнює 0,25 кг/кг t = -25⁰С.

27. Визначити роботу, необхідну для стиснення 1 кг насиченої пари С₃Н₈ від 0,2 до 0,8 МПа, і t_К пара (у кінці процесу). Процес стиснення протікає по лінії постійної ентропії.

Рішення:

Практична робота стиснення визначається різницею ентальпій у кінці і на початку процесу.

i_ст= i_к- i_п= 122 - 108 = 41 ккал/кг.

Температура пари у кінці процесу рівна +25⁰С.

28. Визначити пружність пари P_НАС С₃Н₈ і щільність його рідкою і паровою фаз. С₃Н₈ знаходиться в балоні при t = -25⁰С, 0⁰С, +16⁰С, +25⁰С.

Рішення.

1. При t = -25⁰С; P_НАС= 0,2 МПа; = = 0,562 кг/л;

= = 4,45 кг/м³.

З розрахунків видно, що з підвищенням температури пружність пари С₃Н₈ істотно збільшується, щільність пари також росте, а щільність рідкої фази зменшується.

Поиск по сайту: