- •2.5. Содержание и выполнение курсового проекта
- •2.6. Содержание самостоятельной работы студента
- •3. Рекомендуемая литература
- •Статика процессов
- •2. Материальный баланс
- •3. Энергетический /тепловой/ баланс
- •4. Кинетика процессов
- •5. Основной размер аппарата
- •6. Технико-экономический анализ
- •1/ Физическое моделирование
- •2/ Математическое моделирование
- •3/ Элементное моделирование
- •1/ Разделение газовых неоднородных систем
- •2/ Разделение жидких неоднородных систем
- •Часть 4
- •3/ Псевдоожижение
- •4/ Перемешивание
- •1. Перемешивание газов.
- •2. Перемешивание ньютоновских жидкостей.
- •3. Перемешивание неньютоновских жидкостей
- •4. Перемешивание твердых сыпучих материалов.
- •Испытание элементного теплообменника
- •Конденсатор
- •Кипятильник
- •1. Тепловая нагрузка аппарата.
- •2. Средняя разность температур.
- •3. Расчётный коэффициент теплопередачи.
- •Выпаривание
- •Схемы выпаривания
- •Выпаривание
- •Некоторые свойства растворов при выпаривании
- •1. Растворимость.
- •2. Движущая сила и температурные депрессии.
- •3. Теплота растворения.
- •Многократное выпаривание
- •1. Материальный баланс.
- •2. Тепловой баланс.
- •Баланс тепла:
- •3. Полезная разность температур.
- •Распределение полезной разности температур.
- •4. Поверхность теплопередачи.
- •Оптимальное число корпусов выпарной установки.
- •5. Конструкции выпарных аппаратов.
- •Особенности расчёта коэффициента теплопередачи.
- •Перегонка Простая, периодического действия.
- •Непрерывная перегонка.
- •Перегонка с водяным паром.
- •Молекулярная перегонка.
- •Ректификация
- •Материальный баланс
- •Тепловой баланс
- •Уравнения линий рабочих концентраций
- •Оптимальное число флегмы
- •Ректификационные аппараты
- •См. Следующую страницу
- •Расчёт основных размеров колонного аппарата.
- •1. Диаметр колонны.
- •2. Высота колонны.
- •Расчёт тарельчатой ректификационной колонны.
- •Физические свойства компонентов.
- •Расчёты
- •1. Материальный баланс.
- •2. Флегмовое число.
- •3. Высота колонны.
- •4. Диаметр колонны.
- •5. Тепловой баланс.
- •Формы связи влаги с материалом
- •Параметры влажного материала.
- •Конвективная сушка. Параметры влажного воздуха.
- •Диаграмма состояния воздуха.
- •Статика сушки.
- •Материальный баланс.
- •Тепловой баланс. Теоретическая сушилка.
- •Действительная сушилка.
- •Варианты конвективной сушки с представлением на энтальпийной диаграмме.
- •Первый период сушки
- •Второй период сушки
- •1. Прямоток.
- •2. Противоток
- •3. Схема абсорбции с рециркуляцией жидкости.
- •1.Опорная тарелка. 2. Шаровая насадка. 3.Ограничительная тарелка. 4.Оросительное устройство. 5.Брызгоотбойник.
- •Принципиальные схемы экстракции.
- •1. Однократная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •2. Многократная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •Материальный баланс.
- •3. Противоточная экстракция для частично растворимых жидкостей.
- •Адсорбция
- •Краткая история.
- •Адсорбенты.
- •Теории адсорбции.
- •Равновесие в процессе адсорбции.
- •Принципиальные схемы адсорбции
- •Адсорбция с неподвижным зернистым адсорбентом.
- •Частные случаи.
- •Резюме.
- •Адсорбция с псевдоожиженным стационарным слоем адсорбента
- •Адсорбция с движущимся зернистым адсорбентом
- •Расчёт адсорбера.
- •Кристаллизация
- •Методы кристаллизации
- •Статика
- •Кинетика
- •Образование центров кристаллизации.
- •Рост кристаллов.
- •Конструкции кристаллизаторов
- •Расчёт кристаллизаторов.
- •1. Материальный баланс.
- •2. Тепловой баланс.
- •3. Расчёт основных размеров.
- •Содержание
- •Приложения
Статика процессов
Любой процесс протекает до тех пор, пока система не придет в состояние равновесия. Статика рассматривает процесс в состоянии равновесия.
Различают гидростатику /учение о равновесии жидкостей/, а также тепловое, фазовое и химическое равновесие.
Например, фазовое или диффузионное равновесие для насыщенных растворов в воде при 100 °С /растворимость/:
поваренная соль /хлористый натрий/ – 39,8 г/100 г воды; 28,5% мас.
сахар – 487 г/100 г воды; 83% масс.
2. Материальный баланс
В общем виде его можно записать так:
/1/
где – количество веществ, поступающих на переработку;
– количество веществ, полученных в результате переработки
Современные технологии должны предусматривать, что потерь и отходов не должно быть /безотходные технологии/. Но пока они есть.
Отходы в пищевой промышленности обычно используются для откорма животных /дополнительный цех/.
Потери химической промышленности довольно часто отравляют окружающую среду, в том числе и население. Например, Ярославский НПЗ /Славнефть/ ежегодно "теряет" в атмосферу 100 тыс. т углеводородов. В 1999 году выбросы загрязняющих веществ /не только от химической промышленности/ в атмосферу города Ярославля составили 270 тыс. т.
Из Западной Европы с попутным ветром в Россию ежегодно поступает 2 млн. т сернистого газа и 10 млн. т сульфатов.
3. Энергетический /тепловой/ баланс
В общем виде записывается так:
/2/
где – тепло, поступающее с исходными веществами,
– тепловой эффект процесса,
– тепло, уходящее с конечными продуктами,
– потери тепла в окружающую среду.
Потери тепла неизбежны; но они должны быть сведены к минимуму /подбор тепловой изоляции/ или утилизированы /тепловые потери аппаратов учитываются в системе отопления цеха/. Одним из лучших теплоизоляторов считается стекловолокно /маты/, плотность 120-200 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,04 Вт/м.°С, которое к тому же является надежной защитой от грызунов.
Потери тепла в виде "дымовой завесы" от печей, котельных и тепловых электростанций /ТЭС/ связаны с загрязнением окружающей среды. Так, ТЭС, работающие на каменном угле, на 1 млн. кВт-ч вырабатываемой электроэнергии выбрасывают в атмосферу: 15 т сернистого газа, 10 т золы и 3 т оксидов азота.
Дисциплина ПАПП имеет обширный арсенал аппаратуры для очистки /до ПДК – предельно допустимая концентрация/ дымовых газов от пыли и вредных газовых компонентов, а также для утилизации из них тепла: аппараты пылегазоочистки, контактные теплообменники, абсорберы, адсорберы и др.
4. Кинетика процессов
Кинетика рассматривает процессы в их развитии, в их стремлении к состоянию равновесия.
– Степень отклонения системы от состояния равновесия выражает движущую силу процесса.
Для процессов дисциплины ПАПП применима основная кинетическая закономерность:
– Скорость процесса прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению.
Для механических и химических процессов эта закономерность не применяется. Но эти процессы подчас находятся на производстве в одной технологической линии с основными процессами, например, сахарную свеклу перед выщелачиванием измельчают или шинкуют. Поэтому в некоторых вузах указанные процессы вводят в дисциплину ПАПП.
Для гидромеханических процессов основная кинетическая закономерность принимает вид:
/3/
где V – объем протекающей жидкости, м3,
S – сечение аппарата, м2,
τ – время, с,
ρ – плотность жидкости, кг/м3,
g = 9,81 м/с2,
RГ – гидравлическое сопротивление, кг/м2.с,
KГ– коэффициент скорости, м2.с/кг,
ΔHd – разность полных гидродинамических напоров, м.
Последняя величина определяется по уравнению Бернулли:
/4/
В учебной и технической литературе за гидравлическое сопротивление часто ошибочно принимаются потери напора в аппарате /Δpn или hn /.
Для тепловых процессов кинетическое уравнение записывается:
/5/
где Q – количество переданного тепла, Дж,
F – поверхность теплопередачи, м2,
Δt – разность температур между теплоносителями, К или °С,
R – термическое сопротивление, м2 .К/Вт,
K – коэффициент теплопередачи, Вт/м2 .К.
Для массообменных процессов:
/6/
где М – количество вещества, перенесенного из одной фазы в другую, кг или кмоль,
F – поверхность контакта фаз /массопередачи/, м2,
KY – коэффициент массопередачи, кг/м2.c. ,
RY – диффузионное сопротивление, м2.с. /кг,
ΔY – разность между равновесной и рабочей /или наоборот/ концентрациями для одной из фаз, кг А/кг В – относительные массовые доли, или кмоль А/кмоль В – относительные мольные доли.
Например, если для растворения сахара при 100 °С принимается чистая вода /Y=0/, то в начальный момент времени движущая сила процесса растворения составит:
ΔY = Yнас. – Y = 487/100 – 0 = 4,87 отн. мас. долей.