Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Vidpovidi_PAKhT1.docx

Скачиваний:

Добавлен:

12.05.2015

Размер:

4.31 Mб

Скачать

☆

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

_________________________________________________________________________№ 1

1. Класифікація основних хіміко-технологічних процесів. Загальні принципи інженерно-технічних розрахунків параметрів та характеристик хімічних апаратів і машин: статика процесів (закони рівноваги), матеріальний та енергетичний баланси, кінетичні параметри, розміри апаратів.

Классификация основных химико-технологических процессов:

гидродинамические процессы;
тепловые процессы;
диффузионные процессы;
холодильные процессы;
механические процессы, связанные с обработкой твердых тел;
химические процессы, связанные с химическими превращениями обрабатываемых материалов.

Процессы подразделяются также на: 1) периодические, 2) непрерывные, 3) комбинированные.

Периодический процесс характеризуется единством места протекания отдельных его стадий и неустановившимся состоянием во времени. Периодические процессы осуществляют в аппаратах периодического действия, из которых конечный продукт выгружается полностью или частично через определенные промежутки времени. После разгрузки аппарата в него загружают новую порцию исходных материалов, и производственный цикл повторяется снова.

Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий, установившимся состоянием и непрерывным отбором конечного продукта. Непрерывные процессы осуществляют в аппаратах непрерывного действия.

Комбинированный процесс представляет собой либо непрерывный процесс, отдельные стадии которого проводятся периодически, либо такой периодический процесс, одна или несколько стадий, которого проводятся непрерывно.

Непрерывные процессы имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с периодическими и комбинированными:

возможность осуществления полной механизации и автоматизации;
однородность получаемых продуктов и возможность повышения их качества;
компактность оборудования, необходимого для осуществления процесса.

По закону сохранения материи вес G₁ материалов, поступающих на переработку, должен быть равен весу G₂ материалов, получающихся в результате переработки, т. е.

G₁ = G₂

Однако в практически осуществляемых процессах всегда происходят потери материалов, вследствие чего вес продуктов, получающихся в результате проведения процесса, всегда меньше веса исходных материалов, поступающих на переработку, и, следовательно,

G₁ = G₂+ G_п

где G_п — потери материалов.

Приведенное выше уравнение называют уравнением материального баланса. Оно в одинаковой степени применимо как к определенной операции или целому процессу, так и к любой его стадии.

На практике материальный баланс имеет большое значение для правильного проведения технологических процессов. При проектировании новых производств он позволяет правильно выбрать схему технологического процесса и размеры аппаратов. В процессе производства по материальному балансу выявляют непроизводительные потери материалов, устанавливают состав и количество побочных продуктов и примесей и намечают пути их уменьшения. Материальный баланс отражает степень совершенства производственных процессов и состояние производства.

Если материальный баланс составить невозможно, то это показывает, что данный процесс мало изучен. Выявление в материальном балансе больших потерь показывает, что технология данного процесса должна быть усовершенствована.

Переработка материалов в технологических процессах связана с затратой энергии (тепловой, механической, электрической и др.). Энергетический баланс составляют на основе закона сохранения энергии, согласно которому количество энергии, введенной в процесс, должно быть равно количеству энергии, полученной в результате проведения процесса, или, иными словами, в любом процессе приход энергии равен расходу ее. Такое равенство соблюдается и практически, если учесть все потери энергии, которые неизбежны в любом производственном процессе.

Обозначим:

Q₁ — количество тепла, введенного в процесс с материалами в виде тепла;

Q₂ — количество тепла, введенного в процесс извне;

Q₃ — количество тепла, выделяющегося в результате проведения процесса;

Q₄ — количество тепла, выведенного из процесса с материалами в виде тепла;

Q₅ — количество тепла, теряемого в окружающую среду.

Тогда уравнение теплового баланса будет иметь следующий вид:

Q₁+ Q₂+ Q₃ = Q₄+ Q₅

Из этого уравнения можно определить любую из пяти величин при условии, что известны остальные четыре. При проектировании обычно приходится определять по уравнению теплового баланса количество тепла, которое необходимо подводить извне, а при обследовании действующих аппаратов и машин — потери тепла.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

2. Види теплових процесів, їх особливості. Основні параметри i характеристики у процесах теплопередачі. Рушійна сила теплових процесів. Методика розрахунків та рішень теплотехнічних задач (шукані параметри та характеристики).

Температура является одним из важнейших технологических и экономических факторов большинства химических производств. Поддержание в аппаратах требуемой температуры почти всегда сопряжено с необходимостью подвода или отвода тепла — с целью нагревания или охлаждения обрабатываемых веществ. Во всех этих случаях. Следовательно, нужно осуществить перенос тепла из одного места пространства в другое — от теплоносителей к нагреваемым веществам, от охлаждаемых веществ к хладагентам, от одной части тела к другой его части. Процесс переноса тепла называется теплообменом, его движущей силой является разность температур.

Перенос тепла возможен тремя различными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Каждый из этих способов имеет свои закономерности, составляющие предмет теории теплопередачи.

Теплопроводностью называется перенос тепла при непосредственном соприкосновении тел (или частей одного тела) с различными температурами. Этот процесс можно представить себе как распространение тепла от частицы к частице при отсутствии их перемещения. В чистом виде теплопроводность наблюдается в твердых телах, а в капельных жидкостях и газах — лишь при отсутствии в них конвективных токов.

Конвективный перенос тепла, возможный только в жидкостях и газах, совершается в результате перемещения их частиц в объеме; он всегда сопровождается теплообменом между частицами посредством теплопроводности. В зависимости от причины, вызывающей перемещение частиц жидкости или газа, различают конвективный теплообмен при свободной конвекции и при вынужденной конвекции. Свободная конвекция предполагает перемещение частиц, вызванное исключительно разностью плотностей жидкости или газа в различных частях занимаемого ими объема вследствие различия температур. Конвекция называется вынужденной, когда перемещение частиц жидкости или газа происходит под действием внешних сил (нагнетание насосами, компрессорами и т. п.).

Лучистым теплообменом называется процесс переноса тепла в виде электромагнитных волн, сопровождающийся превращением тепловой энергии в лучистую и обратно лучистой в тепловую. Этот вид теплообмена возможен между телами любого агрегатного состояния как удаленными друг от друга, так и соприкасающимися.

В технике рассмотренные способы теплообмена редко встречаются в обособленном виде; чаще всего приходится иметь дело с сочетанием двух или даже всех трех способов при их последовательном или одновременном действии. Заметим также, что особое место занимает теплообмен, сопровождающийся изменением агрегатного состояния тел, участвующих в этом процессе (испарение жидкостей, конденсация паров).

Также различают два случая теплообмена: теплоотдачу и теплопередачу. Теплоотдачей называется процесс теплообмена между твердым телом (например, стенкой аппарата) и соприкасающейся с ней жидкостью (или газом). Теплообмен между жидкостями, газами, между жидкостью и газом, разделенными стенкой, называется теплопередачей.

Количество тепла, проходящее через данную поверхность за время t называют тепловым потоком и обозначают через Q, Дж. Тепловой поток, проходящий в единицу времени через 1 м² поверхности, называют удельным тепловым потоком, или плотностью теплового потока и обозначают через q, Дж/(м² с) или Вт/м².

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3. Фізична сутність процесу сушіння та його застосування у хімічній технології. Абсолютна та відносна вологість, зв'язок вологи з висушуваними матеріалами. „І-d”- діаграма, її практичне застосування для рішення інженерних задач.

Сушкой называется процесс удаления влаги из веществ (обычно твердых тел) путем ее испарения и отвода образующихся паров. Во всех случаях при сушке в виде пара удаляется легколетучий компонент (вода, органический растворитель). Процессы сушки применяются обычно или на конечной стадии технологического процесса с целью обеспечения высоких физико-механических характеристик получаемых продуктов, или на промежуточных стадиях, если удаление растворителя необходимо по технологическим соображениям.

Масса водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе.

При одной и той же температуре воздух может поглотить вполне определенное количество водяного пара и достичь состояния полного насыщения. Абсолютная влажность воздуха в состоянии его насыщения носит название влагоемкости.

Величина влагоемкости воздуха резко возрастает с увеличением его температуры. Отношение величины абсолютной влажности воздуха при данной температуре к величине его влагоемкости при той же температуре называется относительной влажностью воздуха.

„І-d”-диаграмма представляет собой рабочее поле в косоугольной системе координат Id, на котором нанесено несколько координатных сеток и по периметру диаграммы – вспомогательные шкалы. Шкала влагосодержания обычно располагается по нижней кромке диаграммы, при этом линии постоянных влагосодержания представляют вертикальные прямые. Линии постоянных энтальпий представляют параллельные прямые, обычно идущие под углом 135° к вертикальным линиям влагосодержания (в принципе, углы между линиями энтальпии и влагосодержания может быть и другим). В такой системе координат линии постоянных температур представляют собой прямые линии, идущие под небольшим наклоном к горизонтали и слегка расходящиеся веером.

Рабочее поле диаграммы ограничено кривыми линиями равных относительных влажностей 0% и 100%, между которыми нанесены линии других значений равных относительных влажностей с шагом 10%.

Шкала температур обычно располагается по левой кромке рабочего поля диаграммы. Значения энтальпий воздуха нанесены обычно под кривой φ = 100%. Значения парциальных давлений иногда наносят по верхней кромке рабочего поля, иногда по нижней кромке под шкалой влагосодержания, иногда по правой кромке. В последнем случае на диаграмме добавочно строят вспомогательную кривую парциальных давлений.

Диаграмма позволяет быстро определить все параметры воздуха по двум известным. Использование диаграммы позволяет избежать вычислений по формулам и наглядно отобразить весь процесс сушки.

_________________________________________________________________________№ 2

1. Сучасні методи аналізу та моделювання хіміко-технологічних процесів. Фізичне моделювання. Поняття про подібність фізичних явищ. Умови однозначності. Числа (критерії) подібності. Узагальнення експериментальних даних із застосуванням рівнянь подібності; межі застосування рівнянь.

Математичні описи хіміко-технологічних процесів можуть бути отримані на основі аналізу наявних експериментальних даних різними способами. Під математичним описом хіміко-технологічного процесу зазвичай розуміють систему рівнянь, що зв'язують функції з впливаючими факторами. У найпростішому випадку це може бути одне рівняння.

Поведінка потоків в реальних апаратах настільки складна, що в даний час дати строгий математичний опис їх в більшості випадків не представляється можливим. У той же час відомо, що структура потоків робить істотний вплив на еффекшвность хіміко-технологічних процесів, тому її необхідно враховувати при моделюванні процесів. При цьому математичні моделі структури потоків є основою, на якій будується математичний опис хіміко-технологічного процесу.

Подібні фізичні явища – явища (процеси), коли відповідні безрозмірні комплекси (інваріанти подібності) для них збігаються, хоч самі явища (процеси) відрізняються числовими значеннями розмірних визначальних параметрів. Коли збіг досягнуто за всіма параметрами, то подібність буде повна, а коли тільки за частиною параметрів, то подібність частинна, або наближена. Якщо впливом якої-небудь фізичної величини (або комплексу величин) можна нехтувати, то по відношенню до цієї величини процес буде автомодельним (самомодельним).

Условия однозначности включают: 1) геометрические размеры системы (аппаратуры), в которой протекает процесс; 2) физиче¬ские константы веществ, находящихся в системе; 3) характеристику начального состояния (начальная температура, начальная скорость, начальная концентрация и т. д.); 4) состояние системы на ее границах.

Условия однозначности могут быть даны в форме уравнений, связывающих те или иные физические величины, например, боковая поверхность шара может быть выражена уравнением, в котором поверхность дана через его диаметр.

Очевидно, что условия однозначности не только выделяют данное явление из общего класса явлений, но и, дополняя дифференциальные уравнения, дают возможность получить полную характеристику явлений. Более того, дифференциальные уравнения могут быть решены лишь при помощи условий однозначности в устанавливаемых ими пределах.

При решении дифференциального уравнения получают аналитические зависимости, которые связывают друг с другом основные величины, характеризующие данное явление. Эти зависимости и являются в большинстве случаев расчетными формулами, используемыми в инженерной практике.

Однако часто дифференциальные уравнения не могут быть решены известными методами математики и во многих случаях удается дать только математическую формулировку задачи и установить условия однозначности.

Этого можно достичь, применяя для обработки данных опыта метод, разработанный в учении о подобии явлений, или, как это принято называть, путем применения теории подобия при обработке данных опыта.

Критерій подібності – безрозмірна величина, складена з розмірних фізичних параметрів, що визначаютьдосліджуване фізичне явище. Рівність всіх однотипних критеріїв подібності для двох фізичних явищ і систем – необхідна і достатня умова фізичної подібності цих систем.

Критерії подібності, що представляють собою відносини однойменних фізичних параметрів системи (наприклад, відносини довжин), називаються тривіальними і при встановленні визначальних критеріїв подібності зазвичай не розглядаються: рівність їх для двох систем є визначенням фізичної подібності. Нетривіальні безрозмірні комбінації, які можна скласти з визначальних параметрів, і являють собою критерії подібності.

Критерій в теоретичній механіці

Критерій подібності механічного руху виходить з рівняння, що виражає другий закон Ньютона і називається числом Ньютона:

де – діюча на тіло сила; – його маса; – час; l – характерний лінійний розмір.

Критерії подібності в гідрогазодинаміки

В гідромеханіці найважливішими критеріями подібності є:

Число Рейнольдса:

Визначає, зокрема, перехід від ламінарного режиму до турбулентному.

Число Маха:

Число Фруда:

У цих прикладах

– щільність рідини або газу,

– Характерний розмір,

– Швидкість течії,

– динамічний коефіцієнт в'язкості,

– кінематичний коефіцієнт в'язкості,

– Місцева швидкість поширення звуку в рухомому середовищі.

Кожен з критеріїв подібності має певний фізичний сенс як величина, пропорційна відношенню однотипних фізичних величин. Так, число характеризує відношення інерційних сил при русі рідини чи газу до сил в'язкості, а число - Відношення інерційних сил до сил тяжіння.

Основними критеріями подібності процесів теплопередачі між рідиною (газом) і обтічним тілом є число Прандтля , число Нуссельта , число Грасгофа , а також число Пекле і число Стентона . Тут α – Коефіцієнт тепловіддачі, λ – Коефіцієнт теплопровідності, c_p – питома теплоємність рідини або газу при постійному тиску, – коефіцієнт температуропровідності, b – коефіцієнт об'ємного розширення, ΔT – різниця температур поверхні тіла і рідини (газу). Два останніх числа пов'язані з попередніми співвідношеннями: Ре=Pr×Re, St=Nu/Pe. Отже, для можливості узагальнення результатів експериментального дослідження, необхідно ці результати представити у вигляді функціональної залежності між критеріями подібності.

2. Основні характеристики потоків рідин. Режими течії. Рівняння нерозривності (суцільності) потоку рідини. Рівняння Нав'є-Стокса. Методика рішення інженерних задач для умов конвективного теплообміну.

Потік рідини характеризується такими параметрами як площа живого перетину S , витрата рідини Q (G ), середня швидкість руху v .

Живий перетин потоку – це розріз, який перпендикулярно в кожній точці швидкості частинок потоку рідини.

Витрата рідини – це кількість рідини, що протікає через живий переріз потоку в одиницю часу. Витрата може визначатися в масових частках G і об'ємних Q.

Середня швидкість руху рідини – це середня швидкість частинок в живому перетині потоку.

Различают три основных типа характера движения жидкости (газа):

ламинарный
промежуточный
турбулентный

Обычно ламинарный поток возникает, когда жидкость течет по маленькой трубе и/или с маленькой скоростью. Он может рассматриваться как серия жидких цилиндров в трубе, и тем быстрее течет цилиндр, чем он ближе к внутреннему (оси трубы), а цилиндр, соприкасающийся с трубой, неподвижен. Профиль распределения скоростей зависит практически только от вязкости жидкости и не зависит от его плотности.

Турбулентный поток возникает при большой скорости жидкости. Большие и маленькие водовороты и завихрения делают турбулентный поток непредсказуемым. Профиль рапределения скоростей в таком потоке – функция, зависящая от плотности.

Промежуточный поток – это смесь турбуленого и ламинарного потоков, т.е. ближе к центру поток турбулентный, а ближе к краям – ламинарный.

Число Рейнольдса (Re) – важный показатель для распознания типа потока с выраженным профилем распределения скоростей. Оно определяет относительную значимость эффекта вязкости в сравении с эффектом инерции. Число Рейнольдса пропорционально силе инерции и опратно пропорционально силе вязкости (). Поток:

ламинарный, если Re <2300
промежуточный, если 2300 < Re <4000(иногда указывают 10000)
турбулентный, если 4000 < Re

В гидродинамике уравнение непрерывности называют уравнением неразрывности. Оно выражает собой закон сохранения массы в элементарном объёме, то есть непрерывность потока жидкости или газа. Его дифференциальная форма

где — плотность жидкости (или газа), — вектор скорости жидкости (или газа) в точке с координатами в момент времени .

Уравнения Навье-Стокса являются одними из важнейших в гидродинамике и применяются в математическом моделировании многих природных явлений и технических задач. Система состоит из двух уравнений:

уравнения движения,
уравнения неразрывности.

Часто уравнениями Навье-Стокса называют только одно векторное уравнение движения. В векторном виде для несжимаемой жидкости они записываются следующим образом:

где — оператор набла, — оператор Лапласа, — время, — коэффициент кинематической вязкости, — плотность, — давление, — векторное поле скоростей, — векторное поле массовых сил. Неизвестные и являются функциями времени и координаты. Обычно в систему уравнений Навье-Стокса добавляют краевые и начальные условия, например:

Иногда в систему уравнений Навье-Стокса дополнительно включают уравнение теплопроводности и уравнение состояния.

Закон теплоотдачи. Вследствие сложности точного расчета теплоотдачи ее определяют по упрощенному закону. В качестве основного закона теплоотдачи принимают закон охлаждения Ньютона, по которому количество тепла dQ, отданное элементом поверхности тела dF с температурой t_ст. в окружающую среду с температурой t_ж за время . прямо пропорционально разности температур (t_ст. - t_ж) и величинам dF и .

где – коэффициент пропорциональности, который определяется опытным путем; его называют коэффициентом теплоотдачи.

Величина коэффициента теплоотдачи зависит от большого числа факторов и является функцией нескольких переменных.

Зависимость коэффициента теплоотдачи от большого числа факторов не позволяет дать общую формулу для его определения и в каждом частном случае необходимо прибегать к опытным исследованиям. В связи с этим изучение процессов конвективного теплообмена проводят с применением метода подобия.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3. Теплопровідність. Закон Фур'є-Біо. Температурний градієнт. Коефіцієнти теплопровідності. Диференціальне рівняння теплопровідності Фур'є-Кірхгофа. Формули для розрахунків теплопередачі через плоскі та циліндричні стінки за стаціонарного теплового режиму. Термічні опори.

Теплопрові́дність – здатність речовини переносити теплову енергію, а також кількісна оцінка цієї здатності: фізична величина, що характеризує інтенсивність теплообміну в речовині, яка дорівнює відношенню густини теплового потоку до градієнта температури. Явище теплопровідності полягає в тому, що кінетична енергія атомів й молекул, яка визначає температуру тіла, передається атомам і молекулам у тих областях тіла, де температура нижча.

Геометрическое место точек, имеющих одинаковую температуру, называется изотермической поверхностью. Температуры изменяются от одной изотермической поверхности к другой, причем наибольшее изменение температуры происходит по нормали к изотермическим поверхностям.

Предел отношения изменения температуры к расстоянию между изотермическими поверхностями по нормали называется температурным градиентом:

Температурный градиент является векторной величиной. Положительным направлением температурного градиента принято считать направление в сторону возрастания температур.

Основным законом передачи тепла теплопроводностью является закон Фурье, согласно которому количество тепла , передаваемого теплопроводностью, пропорционально градиенту температуры , времени и площади сечения , перпендикулярного направлению теплового потока:

Коэффициент пропорциональности в этом уравнении называется коэффициентом теплопроводности. Этот коэффициент характеризует способность тел проводить тепло.

Диференціальним рівнянням теплопровідності називається виражений в математичній формі перший закон термодинаміки для тіл, процес взаємодії яких з навколишнім середовищем відбувається без здійснення зовнішньої роботи.

Якщо температура тіла внаслідок певних причин зміниться і стане відмінною від температури навкілля, між тілом і середовищем починається процес теплообміну. Перший закон термодинаміки для цього випадку запишеться в такому вигляді:

Q_ст + Q_V = ΔU + W,

де Q_ст – кількість теплоти, отримане (чи віддане) тілом через поверхню; Q_V – кількість теплоти, яка виділяється (чи поглинається) в тілі за рахунок дії внутрішніх джерел (чи стоків) теплоти; ΔU – зміна внутрішньої енергії; W – робота, виконана тілом в навколишньому середовищі, чи навпаки. У відповідності з прийнятим визначенням механічна робота дорівнює нулю W=0.

Кількість теплоти Q_ст можна вирахувати за формулою:

а Q_V визначається за співвідношенням:

де q_V – питома потужність внутрішніх джерел (стоків) теплоти, Вт/м³.

Зміна внутрішньої енергії тіла

Якщо всі члени рівняння – безперервні функції координат і часу, то інтеграл дорівнює нулю при рівності нулю підінтегрального виразу. У цьому разі провывши елементарны перетворення отримаемо

Дане диференціальне рівняння називається диференціальним рівнянням Фур’є-Кірхгофа, яке виявляє зв’язок між часовою і просторовою зміною температури у довільній точці тіла. При усталеній теплопровідності рівняння спрощується:

де a – ізохорна температуропровідність, м²/с.

Теплопередачей называется процесс перехода тепла от нагретой жидкости (газа, пара) к холодной через разделяющую их твердую стенку. При этом количество передаваемого тепла может оставаться постоянным или изменяться во времени. В первом случае процесс теплопередачи называется установившимся, а во втором — неустановившимся. Те и другие процессы совершаются в результате совокупного действия теплопроводности и конвекции, а в ряде случаев — также и лучеиспускания.

Общее уравнение теплопередачи является подобным уравнению теплоотдачи:

где К – является коэффициентом теплопередачи. Для плоской стенки при постоянных температурах он равен:

где п – количество соприкасающихся стенок.

Для плоской стенки при постоянных температурах он равен:

где п – количество соприкасающихся цилиндров.

Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, представляет собой сопротивление, называемое термическим сопротивлением теплопередаче.

_________________________________________________________________________№ 3

1. Роль гідромеханічних процесів у хімічній технології. Класифікація гідромеханічних процесів. Матеріальний баланс гідромеханічних процесів.

В большинстве процессов химической технологии и смежных с ней областей участвуют жидкости и газы. Законы движения и равновесия этих тел являются основой расчёта и проектирования в инженерной химии. Эти законы изучаются в науке гидромеханика, которая включает в себя гидростатику, кинематику жидкости и гидродинамику. В прикладных науках технического профиля гидромеханика также называется гидравликой.

Гидромеханические процессы химической технологии подразделяют на процессы, протекающие с образованием неоднородных систем (диспергирование, перемешивание, псевдоожижение, пенообразование), с разделением этих систем (классификация гидравлическая, осаждение, фильтрование, центрифугирование и др.), с перемещением потоков в трубопроводах или аппаратах.

По условиям движения потоков различают следущие задачи гидродинамики:

1) Внутреннюю – движение жидкостей и газов в трубопроводах и аппаратах, в т. ч. В змеевиках, рубашках, трубном и межтрубном пространстве теплообменников, ректификационных, экстракционных и абсорбционных колоннах, выпарных и сушильных установках, печах;

2) Внешнюю – движение частиц в газообразных и жидких средах, включая осаждение пыли под действием силы тяжести в пылеосадительных камерах или центробежной и инерц. сил в циклонах; разделение суспензий и эмульсий в отстойниках, гидроциклонах, осадительных центрифугах и сепараторах; пневмо- и гидротранспорт; барботирование и перемешивание твердых частиц сжидкостями; диспергирование жидкостей при распыливании в газовых и паровых среда;

3) Смешанную – движениежидкостей и газов через пористые слои кусковых или зернистых материалов.

уравнения движения,
уравнения неразрывности.

Материальный баланс гидромеханических процессов на примере процесса разделения

Неоднородная система состоит из вещества а (дисперсионной фазы) и взвешенных в ней частиц вещества b (дисперсной фазы). G_см, G_осв, G_ос– масса исходной смеси, осветленной жидкости и получаемого осадка;

х_см, х_осв, х_ос – содержание вещества b в исходной смеси, осветленной жидкости и осадке, массовые доли.

При отсутствии потерь уравнения материального баланса имеют вид:

– по общему количеству веществ

G_см = G_осв+ G_ос;

– по дисперсной фазе (веществу b)

G_см х_см = G_осв х_осв + G_ос х_ос.

Масса осветленной жидкости G_осв и масса осадка G_ос:

Содержание взвешенных частиц в осветленной жидкости и в осадке выбирается в зависимости от технологических условий процесса разделения.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

2. Роль механічних процесів у хімічній технології. Фізична сутність процесів подрібнення твердих матеріалів. Методи і машини для великого, середнього, дрібного, тонкого і колоїдного подрібнення. Схеми розрахунку параметрів і характеристик машин для подрібнення.

Механические процессы химической технологии используют для переработки твердых материалов. К числу механических процессов относятся: разделение материалов на фракции по размеру частиц (грохочение, классификация, обогащение полезных ископаемых); разрушение материалов до требуемых размеров (измельчение); смешение материалов; формообразование – формирование твердых частиц (гранул) с заданными свойствами (гранулирование), каландрование, литье, прессование, экструзия пластмасс, резиновых смесей, формование химических волокон, уплотнение материалов в однородные по размерам и массе заготовки правильной геом. формы, заключение материалов в оболочки с получением капсул, обладающих требуемыми св-вами; дозирование; транспортирование материалов; упаковка конечных продуктов и т.д.

Измельчением принято называть процесс механического деления обрабатываемого продукта на части с целью лучшего его технологического использования. Измельчение основано на воздействии сил, стремящихся преодолеть силы сцепления между частицами, в результате чего образуются новые поверхности. Механическое измельчение материала приводит к увеличению поверхности твердых веществ путем раздавливания, раскалывания, истирания и удара. Переработка материала в измельченном виде позволяет ускорить экстрагирование веществ, тепловую обработку материалов.

Каждую стадию процесса измельчения строят так, чтобы были получены частицы, отличающиеся теми или иными физическими свойствами. Это в дальнейшем облегчает разделение сыпучей смеси на фракции, каждая из которых состоит из частиц более или менее однородных по составу. При большом измельчении снижается производительность машин, повышается расход энергии, а значит, увеличивается себестоимость продукции.

В зависимости от размеров кусков (частиц) исходного материала до измельчения и размеров частиц измельченного материала процессы классифицируют следующим образом: крупное дробление, среднее дробление, мелкое дробление, тонкое измельчение, сверхтонкое измельчение и резание.

Основными критериями оценки эффективности процесса измельчения любых твердых тел являются:

1. степень измельчения, которую определяют как отношение суммарной поверхности частиц продукта после измельчения к суммарной поверхности частиц исходного продукта;

2. удельная энергоемкость процесса;

3. удельная нагрузка на рабочий орган измельчающей машины.

Измельчение материала осуществляют путем разрушения его первоначальной структуры различными видами деформации: раздавливанием, раскалыванием, истиранием, ударом.

Способы измельчения материалов: а – раздавливание; б– раскалывание; в – истирание; г – удар

Крупное, среднее и мелкое дробление твердых и хрупких материалов целесообразно осуществлять раздавливанием, ударом и раскалыванием. Твердые и вязкие материалы в основном разрушаются раздавливанием и истиранием. Тонкое и сверхтонкое измельчение проводят в основном в воде или других жидкостях для исключения пылеобразования и агломерирования уже полученных сверхтонких частиц. Дробление и измельчение являются энергоемкими процессами.

Как правило, перечисленные виды силовых нагрузок в процессе измельчения действуют одновременно, например, раздавливание и истирание, удар и истирание и др. Необходимость в различных видах нагрузок, а также в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин вызвана многообразием свойств и размеров измельчаемых материалов и различными требованиями к крупности исходного материала и готового продукта. Однако при работе измельчителей в зависимости от их конструкций преобладает тот или иной способ измельчения.

По способу воздействия на измельчаемый материал различают дробилки, разрушающие материал сжатием (щековые, конусные и валковые дробилки) и ударом (роторные и молотковые дробилки). В щековых дробилках измельчение материала происходит, в основном, раздавливанием в камере между щеками при периодическом их сближении. При отходе подвижной щеки от неподвижной измельченный материал выпадает из дробилки. Одновременно при сжатии кусков имеет место их относительное перемещение, вследствие чего куски истираются. В конусных дробилках разрушение материала происходит раздавливанием, изломом и истиранием при обкатывании подвижного конуса внутри неподвижного. При этом происходит периодическое сближение и отход от рабочих поверхностей конусов, в принципе, как в щековых дробилках. В валковых дробилках материал измельчается в сужающемся пространстве между вращающимися навстречу друг другу валками путем раздавливания. В роторных и молотковых дробилках ударного действия измельчение материала происходит за счет удара по кускам вращающихся бил или молотков, а также соударения отброшенных кусков с отражательными элементами машин. В шаровых барабанных мельницах материал измельчается во вращающемся барабане путем удара мелющих тел, падающих с некоторой высоты. В основном машины для измельчения делят на дробилки и мельницы.

По конструктивным признакам различают дробилки: щековые, валковые, конусные, ударного действия (роторные и молотковые). Пальцевые измельчители и бегуны занимают промежуточное положение между дробилками и мельницами, так как их можно приманять как для мелкого дробления, так и для крупного помола. Мельницы делят на барабанные (тихоходные), роликовые, маятниковые, кольцевые и другие (среднеходные), молотковые, вертикальные, шахтные (ударные), вибрационные и струйные.

Основной вопрос теорий измельчения состоит в установлении связи между затратами энергии и размерами конечных и начальних кусков материала, их формой, взаимным расположением, физико-механическими свойствами и т.п. В связи с многочисленностью влияющих факторов существующие теории измельчения характеризуют энергозатраты в общем виде с учетом лишь наиболее важных параметров процесса и материала.

Гипотезы измельчения отражают только часть сложных процессов, происходящих при измельчении. Теория Кирпичева-Кика оценивает энергию, расходуемую на деформирование материала, и не учитывает затраты на образование новых поверхностей. Ее целесообразно применять при крупном и среднем дроблении, когда влияние вновь образованных поверхностей незначительно. Теория Риттингера не учитывает затраты энергии на упругую деформацию кусков. Она наиболее применима при мелком дроблении и помоле материалов. В реальном процессе измельчения деформирование кусков и образование новых поверхностей происходит одновременно. В связи с этим многие ученые стремились оценить эти явления в комплексе. На основании опытных исследований предложена эмпирическая формула для расчета мощности электродвигателя дробилок:

где – энергетический показатель, зависящий от фізико-механических свойств измельчаемого материала; – коэфициент масштабного фактора; – производительность, кг/с; – средневзвешеный размер кусков исходного материала.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3. Класифікація теплообмінної апаратури. Теплообмінна апаратура рекуперативного та регенеративного типів. Кожухотрубні і пластинчасті теплообмінники, інші типи теплообмінників, їх особливості. Методика розрахунків основних параметрів і характеристик теплообмінної апаратури.

При проектировании и конструировании теплообменных аппаратов необходимо максимально удовлетворить многочисленные и в большинстве случаев противоречивые требования, предъявляемые к теплообменникам. Основные из них: соблюдение условий протекания технологического процесса; возможно более высокий коэффициент теплопередачи; низкое гидравлическое сопротивление аппарата; устойчивость теплообменных поверхностей к коррозии; доступность поверхности теплопередачи для чистки; технологичность конструкции с точки зрения изготовления; экономное использование материалов.

Теплообменные аппараты подразделяются в зависимости от формы поверхности, вида теплоносителя, способа передачи теплоты. В соответствии с последним показателем их можно классифицировать на поверхностные (рекуперативные), смесительные (контактные) и регенеративные.

Поверхностные теплообменники представляют собой наиболее распространенную и важную группу теплообменных аппаратов, используемых в химической технологии. В поверхностных теплообменниках теплоносители разделены стенкой, при этом теплота передается через поверхность этой стенки. Если поверхность теплообмена в таких теплообменниках формируется из труб, то их называют трубчатыми (трубными). В другой группе поверхностных теплообменников поверхностью теплообмена являются стенка аппарата или металлические плоские листы. Такие теплообменники называются пластинчатыми.

В смесительных (или контактных) теплообменниках теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей. К смесительным теплообменникам относятся, например, градирни.

В регенеративных теплообменниках процесс переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному разделяется во времени на два периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки. Теплообменники этого типа чаще всего применяются для регенерации теплоты отходящих газов.

В химической и нефтехимической промышленности самое широкое распространение получили поверхностные теплообменники, особенно трубчатого типа. Теплообменники этого типа называются кожухотрубчатыми или кожухотрубными. Они достаточно просты в изготовлении, позволяют развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе.

Этот тип теплообменной аппаратуры получил наибольшее распространение благодаря простоте конструкции и технологии изготовления. Согласно государственному стандарту, кожухотрубные теплообменники изготовляют следующих типов: ТН – с неподвижными трубными решетками и жестким кожухом; ТК – с неподвижными трубными решетками и температурным компенсатором на кожухе; ТУ – с неподвижными трубными решетками и U-образными теплообменными трубами; ТП – с плавающей головкой; ТС – с сальником на плавающей головке.

Пластинчатые теплообменники собираются из пакетов гофрированных пластин, по краям которых уложены резиновые прокладки (рис. 3.26). При сжатии пакета между пластинами образуются щелевые каналы, куда подаются теплоносители. Таким образом, основной деталью пластинчатого теплообменника является гофрированная штампованная стальная пластина, имеющая по контуру резиновую прокладку. В углах пластины имеются отверстия для подвода или отвода теплоносителей. Для увеличения поверхности теплообмена и турбулизации потоков теплоносителей проточную часть пластины делают гофрированной или ребристой, причем гофры могут быть горизонтальными или расположенными в «елочку».

Пластинчатые теплообменники достаточно просты в изготовлении, их легко разбирать и ремонтировать. Однако герметизация пластин представляет серьезную проблему. По этой же причине применение их при высоких давлениях затруднительно.

Различают проектный и поверочный расчеты теплообменников. Целью проектного расчета является определение необходимой поверхности теплообмена и режима работы теплообменника для обеспечения заданного переноса теплоты от одного теплоносителя другому. Задачей поверочного расчета является определение количества передаваемой теплоты и конечных температур теплоносителей в данном теплообменнике с известной поверхностью теплообмена при заданных условиях его работы. Эти расчеты основываются на использовании уравнения теплопередачи и тепловых балансов.

Касаткин стр. 345

_________________________________________________________________________№ 4

1. Фізична сутність процесу фільтрування та його застосування у хімічній технології. Основне кінетичне рівняння фільтрування. Фільтрувальна апаратура. Методика розрахунків параметрів і характеристик фільтрувальних апаратів.

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий при помощи пористых, или фильтровальных, перегородок, задерживающих твердые частицы (дисперсную фазу), но пропускающие сплошную фазу (жидкость, газ). Осевший на перегородке слой твердых частиц с некоторым содержанием жидкости между ними называют осадком, а прошедшую через нее жидкость — фильтратом. На практике могут представлять ценность либо оба продукта фильтрования (осадок и фильтрат), либо один из них. Большим достоинством процесса фильтрования в сравнении с осаждением является возможность полного удаления из суспензий содержащихся в них твердых частиц.

В простейшем виде аппарат для фильтрования, называемый фильтром, представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, разделенный горизонтальной фильтровальной перегородкой на две части. В верхнюю часть подается суспензия, которая опирается на перегородку; в нижнюю часть стекает фильтрат. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений в обеих частях фильтра (по обе стороны фильтровальной перегородки), которая соответствует сопротивлению, встречаемому потоком фильтрата при его прохождении через образующийся слой осадка и фильтровальную перегородку. Эта разность давлений создается различными способами: массой столба самой суспензии, нагнетанием жидкостными насосами, подачей сжатого газа, вакуумированием пространства под фильтровальной перегородкой, при помощи центробежной силы.

Режим течения фильтрата в порах вследствие их малого диаметра и низкой скорости потока является ламинарным. Следовательно, расход жидкости с вязкостью µ через один капилляр с радиусом сечения r и длиной l при перепаде давлений Δр можно выразить уравнением: . Элементарный расход жидкости за время при наличии n капилляров на 1 м² площади фильтра будет: , где F — площадь фильтра. Отсюда находим видимую скорость фильтрования, выражающую объем жидкости (фильтрата), проходящий через поры на 1 м² поверхности фильтра в единицу времени:

Величины r, l и n, будучи в среднем постоянными для каждого осадка и каждой фильтровальной перегородки, не поддаются непосредственному измерению. Однако, как будет показано ниже, можно простым экспериментом определить весь комплекс , который, очевидно, выражает суммарное сопротивление слоя осадка и фильтровальной перегородки , т. е. Таким образом

Величину можно с достаточным приближением считать постоянной. Сопротивление слоя осадка, пропорциональное его толщине h₀, нарастающей во времени, можно выразить через объем фильтрата V и относительную объемную концентрацию твердой фазы х₀ в разделяемой суспензии. В самом деле, при площади фильтра F имеем: .

Так как режим течения фильтрата является ламинарным, то сопротивление слоя осадка пропорционально его толщине , где — сопротивление, оказываемое потоку фильтрата слоем осадка толщиной 1 м при µ = 1 Па·с, т. е. удельное сопротивление осадка.

После подстановки значения получаем основное уравнение процесса фильтрования с образованием несжимаемого осадка на несжимаемой фильтровальной перегородке:

В зависимости от способа действия различают фильтры периодического и непрерывного действия.

В зависимости от вида давления, которым создается движущий напор, необходимый для проталкивания жидкости через поры фильтрующей перегородки, различают:

1) фильтры, работающие под действием гидростатического давления столба фильтруемой жидкости;

2) вакуум-фильтры, работающие при разрежении, создаваемом вакуум-насосами;

3) фильтрпрессы, работающие под давлением, создаваемым при помощи насосов или компрессоров.

В зависимости от типа фильтрующей перегородки все фильтры можно разделить на несколько групп:

1) фильтры с несвязанной или зернистой перегородкой;

2) фильтры с тканевой перегородкой;

3) фильтры с неподвижной жесткой перегородкой.

Выбор той или иной фильтрующей перегородки обусловливается рядом факторов; наиболее существенны химические свойства фильтруемой жидкости, рабочее давление, при котором ведется фильтрация, степень раздробленности твердых частиц фильтруемой смеси и, наконец, требуемая производительность.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

2. Конвективний теплообмін. Види руху рідин та газів (вільна та вимушена конвекція). Режими руху рідин і газів (ламінарний, турбулентний). Коефіцієнти тепловіддачі та теплопередачі, методика визначення i розрахунків коефiцiєнтів. Рівняння подібності (критеріальні рівняння) для процесів конвективного теплообміну, методика їх інженерного використання.

Передача тепла конвекцией заключается в том, что в подвижном слое жидкости или газа, прилегающем к стенке, вследствие течения в соприкосновение со стенкой приходят все новые и новые частички, которые либо уносят с собой тепло, либо отдают его стенке. Такой перенос тепла от стенки к жидкости или, наоборот, от жидкости к стенке называть теплоотдачей.

Различают естественную конвекцию, или свободное движение жидкости, и конвекцию принудительную, или вынужденное движение.

Под принудительной конвекцией понимают движение жидкости, обусловленное приложением внешней механической энергии, например перемещение жидкости с помощью насоса, мешалки и т. п.

Под естественной конвекцией понимают движение жидкости, обусловленное разностью ее удельных объемов в различных точках и возникающее при неодинаковой температуре в этих точках.

Различают три основных типа характера движения жидкости (газа):

ламинарный
промежуточный
турбулентный

ламинарный, если Re <2300
промежуточный, если 2300 < Re <4000(иногда указывают 10000)
турбулентный, если 4000 < Re

Величина коэффициента теплоотдачи зависит от большого числа факторов и является функцией нескольких переменных. В первую очередь величину коэффициента теплоотдачи обусловливают следующие факторы:

1) род жидкости (газ, пар, капельная жидкость);

2) характер течения жидкости (вынужденное или свободное течение);

3) форма стенки (линейные размеры L, d);

4) состояние и свойства жидкости (температура t_ж, давление р, плотность или удельный вес , теплоемкость с, теплопроводность , вязкость );

5) параметры движения (скорость );

6) температура стенки t_ст.

Таким образом

Критерий подобия — безразмерная величина, составленная из размерных физических параметров, определяющих рассматриваемое физическое явление. Равенство всех однотипных критериев подобия для двух физических явлений и систем — необходимое и достаточное условие физического подобия этих систем.

Так как в инженерной практике искомым является коэффициент теплоотдачи , то обобщение результатов опытов на моделях сводится к нахождению явного вида функциональной зависимости:

Функциональная зависимость является наиболее общей. Так, если в условиях вынужденного движения действие подъемной силы пренебрежимо мало, то можно ограничиться зависимостью:

Если же процесс теплообмена протекает в условиях свободной конвекции, то искомой является зависимость:

Критерии подобно Re, являются не отвлеченными числами, а имеют определенный физический смысл. Критерий можно толковать как меру отношения плотности конвективного потока тепла () к удельному тепловому потоку при чистой теплопроводности в слое толщиной l, т. е. , или как кратность увеличения интенсивности теплообмена в результате конвекции по сравнению с чистой теплопроводностью.

Критерий Pr характеризует меру соотношения между полями скорости и температуры.

Критерий Gr можно расматривать как меру отношения подъемной силы к иннерционной.

Общее уравнение теплопередачи является подобным уравнению теплоотдачи:

где К – является коэффициентом теплопередачи. Для плоской стенки при постоянных температурах он равен:

где п – количество соприкасающихся стенок.

Для плоской стенки при постоянных температурах он равен:

где п – количество соприкасающихся цилиндров.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3. Фізична сутність процесу сушіння та його застосування у хімічній технології. Побудова «I-d»-діаграми для вологого повітря, методика практичного використання діаграми. Основні типи промислових сушарок. Методика розрахунку параметрів і технічних характеристик сушарок.

„І-d”-диаграмма представляет из себя рабочее поле в косоугольной системе координат Id, на котором нанесено несколько координатных сеток и по периметру диаграммы – вспомогательные шкалы. Шкала влагосодержаний обычно располагается по нижней кромке диаграммы, при этом линии постоянных влагосодержаний представляют вертикальные прямые. Линии постоянных энтальпий представляют параллельные прямые, обычно идущие под углом 135° к вертикальным линиям влагосодержаний (в принципе, углы между линиями энтальпии и влагосодержания может быть и другим). В такой системе координат линии постоянных температур представляют из себя прямые линии, идущие под небольшим наклоном к горизонтали и слегка расходящиеся веером.

Шкала температур обычно располагается по левой кромке рабочего поля диаграммы. Значения энтальпий воздуха нанесены обычно под кривой φ = 100%. Значения парциальных давлений иногда наносят по верхней кромке рабочего поля, иногда по нижней кромке под шкалой влагосодержаний, иногда по правой кромке. В последнем случае на диаграмме добавочно строят вспомогательную кривую парциальных давлений.

Процессы сушки проводят в установках, которые называются сушилками. Сушилки отличаются друг от друга по принципу действия (периодические, непрерывные); величине давления в сушильной камере (атмосферное, вакуум); транспортным устройствам (тележки, вагонетки, конвейеры) и т.д. Все виды сушилок имеют общие элементы устройство показанные ниже

Общая схема устройства сушильной установки:

1 – побудители движения среды; 2 – подогреватели; 3 – сушильная камера; 4 – транспортные приспособления; 5 – рециркуляционная линия.

Сушилки могут работать с рециркуляцией (теплоноситель не выбрасывается наружу, а вентилятором вновь подается в сушильную камеру) или без его рециркуляции (отработанный теплоноситель выбрасывается в атмосферу). Сушилки с рециркуляцией теплоносителя применяются при необходимости создания мягких режимов сушки с целью получения материалов высокого качества или в целях экономии теплопотерь. Отношение количества воздуха, направляемого обратно в сушилку, к общему количеству воздуха, проходящего по сушилке, называется коэффициентом рециркуляции.

Тепловая сушка – это термический процесс удаления влаги из влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Тепловая сушка может производиться естественным и искусственным путем. По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу сушилки бывают конвективные, терморадиационные, кондуктивные или контактные, высокочастотные и комбинированные (терморадиационно-конвективные, паровысокочастотные).

Обычно расчет сушилок ведут, исходя из количества влажного материала и его начальной и конечной влажности. Для определения количества удаляемой влаги, количества сухого материала, получаемого в результате сушки, а также требующегося расхода тепла и воздуха составляют материальный и тепловой балансы.

_________________________________________________________________________№ 5

1. Фізична сутність процесу центрифугування та його застосування у хімічній технології. Швидкість процесу центрифугування, кінетичне рівняння процесу. Типи фільтрувальних центрифуг. Схема розрахунку параметрів і технічних характеристик центрифуг.

Скорость гравитационного разделения суспензий падает по мере уменьшения размера твердых частиц и разности плотностей обеих фаз, а при ламинарном и переходном режимах осаждения – также с ростом вязкости жидкой среды. Увеличение скорости этого процесса возможно в поле центробежной силы, для чего суспензию помещают внутри цилиндрического барабана, вращающегося вокруг своей оси с большой угловой скоростью . В данном случае суспензия получает вращательное движение практически с той же угловой скоростью , поэтому твердая частица с массой , имея радиус вращения , находится не только под действием гравитационной силы , но и центробежной силы . Рассматриваемый процесс называется центрифугированием, а машины, используемые для его осуществления – центрифугами.

В практике центрифугирования , поэтому гравитационной силой можно практически пренебречь и характеризовать напряженность центробежного силового поля (силу, действующую на единицу массы) величиной . Таким образом, при центрифугировании ускорение оседающей твердой частицы в сравнении с гравитационным возрастает на величину , называемую фактором разделения. Так как окружная скорость , то , где – центробежный критерий Фруда.

Метод центрифугирования широко используют в различных областях техники; число типов и конструкций центрифуг весьма велико. По значению фактора разделения Ф различают осадительные центрифуги нормальные (Ф < 3500) и сверхцентрифуги, по рабочему режиму – центрифуги периодического и непрерывного действия. В зависимости от технологического назначения осадительные центрифуги подразделяются на обезвоживающие, универсальные, осветляющие и сепарирующие. Первые применяются для сильного обезвоживания высококонцентрированных суспензий средней дисперсности, вторые – для разделения средне- и низкоконцентрированных суспензий при умеренных требованиях к влажности осадка и чистоте фугата, третьи – для выделения высокодисперсной твердой фазы из низкоконцентрированных суспензий, четвертые – для разделения нестойких эмульсий. Наконец, конструктивными характеристиками центрифуг являются расположение вала и его опор, устройство последних, способ выгрузки, степень герметизации и взрывобезопасности.

Разделение неоднородных смесей в центрифугах может производиться либо по принципу отстаивания, либо по принципу фильтрации. В первом случае используют барабаны со сплошными стенками, во втором – с отверстиями; барабаны с отверстиями покрываются фильтрами.

Производительность центрифуг любого типа зависит от скорости процесса разделения, которая определяется прежде всего режимом процесса, и віражается формулой:

– фильтрующая поверхность; – давление.

Расход энергии для периодически действующей центрифуги должен быть рассчитан отдельно для пускового и рабочего периодов. При пуске центрифуги в ход энергия затрачивается на преодоление инерции массы барабана и загруженого в него материала. Мощность на валу центрифуги в рабочий период затрачивается главным образом на транспортирование осадка (в непрерывно действующих центрифугах), трение в цапфах и приводе, трение барабана о воздух, а также на преодоление гидравлических сопротивлений внутри барабана.

Касаткин стр. 240

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Основными критериями оценки эффективности процесса измельчения любых твердых тел являются:

2. удельная энергоемкость процесса;

3. удельная нагрузка на рабочий орган измельчающей машины.

Способы измельчения материалов: а – раздавливание; б– раскалывание; в – истирание; г – удар

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3. Основне рівняння масопередачі. Матеріальний баланс масообмінних процесів. I-й та II-й закони Фіка. Коефіцієнти дифузії, масовіддачі та масопровідності.

Касаткин стр. 465.

_________________________________________________________________________№ 6

1. Фізична сутність процесу відстоювання та його застосування у хімічній технології. Швидкість осадження частинок та її визначення. Типи відстійних апаратів для суспензій, емульсій, пилу. Методика розрахунку параметрів та характеристик відстійників.

Осаждение под действием силы тяжести твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкой среде, называют отстаиванием. Скорость осаждения взвешенных частиц зависит как от их плотности, так и от степени дисперсности, причем осаждение будет протекать тем медленнее, чем меньшими размерами обладают частицы дисперсной фазы и чем меньше разность плотностей обеих фаз. Практически методом отстаивания и декантации пользуются главным образом для разделения грубых суспензий.

Осаждение частиц происходит по законам падения тел в среде, оказывающей сопротивление их движению. Так же как и при осаждении пыли, оседающая частица движется вначале ускоренно, но через некоторый промежуток времени, когда сопротивление трения среды уравновесит действие силы тяжести, она приобретает постоянную скорость и падает равномерно.

По закону Стокса постоянная скорость осаждения может быть определена по формуле

где – діаметр частицы; – удельный вес частицы и среды; – динамыческая вязкость среды.

Можно приближенно считать, что нижний предел применения закона Стокса соответствует переходу от суспензий к коллоидным растворам, когда броуновское движение препятствует осаждению частиц.

Верхний предел применения закона Стокса зависит не только от размеров частиц, но и от их плотности, а также физических свойств жидкости, в которой они осаждаются. Этот предел, так же как и при осаждении пыли в газообразной среде, характеризуется числовым значением критерия Рейнольдcа Re~2.

Для случая, когда сопротивление среды пропорционально квадрату скорости и Re>2, скорость осаждения частиц вычисляют по формуле

причем согласно предыдущему при 500>Re>2 коэффициент сопротивления , а при 150 000>Re>500 коэффициент сопротивления .

Отстойники делят на три группы: для пылей, для суспензий и для эмульсий.

Приведен простейший отстойник для пылей – отстойный газоход, представляющий собой расширенную часть газопровода.

Отстойный газоход: 1 – перегородка; 2 – сборник пыли

Ниже приведен непрерывно действующий отстойник с гребками для суспензий. Суспензия поступает в центральную часть аппарата, осветленная жидкость выводится через кольцевой желоб 2, осадок собирается в нижней части аппарата. Гребок 1 совершает 0,02-0,5 об/мин, разлыхляет осадок и перемещает его по дну к разгрузочному патрубку, размещенному в центре отстойника.

Непрерывно действующий отстойник: 1– гребок; 2 – кольцевой желоб;

3 – зубчатая передача; І – суспензия; ІІ – осветленная жидкость; ІІІ – осадок.

Ниже приведена схема конструкции периодически действующего отстойника для эмульсий. Смотровое стекло 2, размещенное в патрубке 1, позволяет наблюдать прохождение поверхности раздела жидкостей при выпуске их через краны 3 после отстаивания.

Периодически действующий отстойник для эмульсий:

1 – сливной патрубок; 2 – смотровое стекло; 3 – краны; а – а – поверхность раздела

Жидкостей

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

2. Значення нагрівання, охолодження, конденсації при здійсненні хіміко-технологічних процесів. Нагрівання водяною парою, паливними газами, проміжними теплоносіями, електрич-ним струмом. Повітряне і водяне охолодження; особливості. Конденсація поверхнева і змішана, плівкова та крапельна. Формули для розрахунків коефіцієнтів тепловіддачі при конденсації.

В химических процессах часто приходится охлаждать или нагревать жидкости, газы и пары. Охлаждение сжатых газов и насыщенных паров обычно сопровождается процессом конденсации, т. е. переходом сжатого газа или пара в жидкое состояние. Нагреванее ж сопровождается, напротив, переходом жидкого состояния в пар.

Нагревание насыщенным водяным паром широко применяется в химической технологии. При таком нагревании можно точно регулировать т-ру нагрева путем изменения давления пара; вследствие хорошей теплоотдачи от насыщенного пара аппараты могут иметь значительно меньшие поверхности нагрева, чем при нагревании, например, дымовыми газами. Паровые нагревательные устройства при использовании тепла конденсата работают при очень высоком КПД. Однако применяя в качестве теплоносителя водяной пар, трудно получить высокую температуру нагрева, так как для этого требуется резко увеличить давление пара. Поэтому нагревание водяным паром ведут обычно до температур не более 180°.

Нагревание дымовыми газами наиболее распространено; при этом можно достигнуть температуры 1000° и выше. Вместе с тем обогрев дымовыми газами имеет и существенные недостатки. КПД печей сбычно не превышает 30%, так как значительная часть тепла уходит в атмосферу с отходящими газами, которые имеют высокую т-ру. При обогреве дымовыми газами нельзя быстро регулировать температуру нагрева, а коэффициенты теплоотдачи очень низки. Но так как газы имеют высокую температуру, удается достичь значительных разностей температур теплоносителя и нагреваемого продукта, что отчасти компенсирует малую величину к-нтов теплоотдачи. Следует указать также на значительный объемный расход дымовых газов (из-за низкой теплоемкости) и сложность их транспортирования (из-за больших объемов и высокой температуры).

Нагревание промежуточными теплоносителями. С развитием химической технологии увеличивается число процессов, проводимых при температурах 500—600° и более. Для получения температур выше 180° наиболее рационально использовать перегретую воду или пары высококипящих жидкостей, обладающих низкой упругостью, и пары термически стойких жидкостей, отличающихся высокой теплоемкостью. Применяют так называемые органические теплоносители — дифенил и дифениловый эфир, эвтектическую смесь дифенила и дифенилового эфира и др., а также ртуть, смеси солей, расплавленные металлы. Эти вещества предварительно нагревают или испаряют при помощи дымовых газов или электрического тока, после чего нагретые вещества отдают тепло нагреваемому материалу через стенки аппаратов.

Нагревание электриисским током. При помощи электрического тока можно достичь весьма высоких температур нагрева. Электрические нагревательные устройства работают при более высоком КПД, чем устройства для нагрева другими теплоносителями; при нагревании электрическим током используется до 95% электрической энергии, вводимой в нагревательный аппарат. Однако нагревание электрическим током мало распространено вследствие сравнительно высокой стоимости и дефицитности электроэнергии, а также сложнссти аппаратуры. В качестве охлаждающих агентов используют воздух и воду.

Воздух применяется для естественного и искусственного охлаждения, например, с помощью вентилятора. При естественном охлаждении нагретый теплоноситель охлаждается за счет потерь тепла через стенки аппарата в окружающую среду. Искусственное охлаждение воздухом используется в поверхностных или смесительных теплообменниках.

Смесительные теплообменники представляют собой аппараты башенного типа, в которых охлаждаемый воздух движется снизу вверх навстречу стекающей жидкости. При этом охлаждение происходит не только за счет теплоотдачи, но в значительной степени и за счет испарения части жидкости. Такие аппараты широко используются для охлаждения воды и называются градирнями. Вода является наиболее распространенным охлаждающим агентом. Ее достоинства: высокая теплоемкость, большой коэффициент теплоотдачи и доступность. Достигаемая степень охлаждения зависит от начальной температуры воды, которая в зависимости от местных условий и времени года колеблется от 4 до 25 °С. Оборотная вода имеет высокую температуру, достигающую летом 30 °С. Если температура охлаждаемой среды выше 100 °С, применяют испарительное охлаждение, при котором часть воды испаряется. В этом случае расход воды резко снижается, а образующийся пар утилизируется.

Конденсация – переход вещества из паро- или газообразного состояния в жидкое, проводимо путем охлаждения его водой или холодным воздухом. Конденсатор – аппарат для отвода пара, подлежащего конденсации, путем охлаждения их водой или воздухом. По способу охлаждения разлычают два типа конденсаторов:

а) смешения – аппарты, где пар непосредственно смешивается с охлаждающей водой;

б) поверхностные – аппарты, где пар отдает свое тепло через стенку.

Коэффициент теплоотдачи при конденсации паров. Конденсирующийся пар может осаждаться на поверхности охлаждающей стенки в виде капель или пленки. Конденсация первого вида называется капельной, а второй – пленочной. Капельная конденсация обычно происходит в том случае, когда поверхность охлаждения не смачивается конденсатом, что наблюдается при конденсации на хорошо отполированной поверхности пара с примесью масла, керосина, жиров, или при конденсации чистого пара на полированной поверхности, покрытой тонким слоем этих веществ. Пленочная конденсация происходит при однородных парах и чистых поверхностях охлаждения, которые полностью смачиваются жидкостью. Коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации значительно ниже, чем при капельной. На практике оба вида конденсации обычно встречаются одновременно.

Лучшее совпадение с данными опытов дают величины коэффициентов теплоотдачи, вычисленные по формулам, полученным на основе приложения теории подобия к теплообмену при конденсации паров. В данном случае изменение состояния на границе перехода паровой фазы в жидкую учитывается введением критерия конденсации:

где r – скрытая теплота конденсации; c – теплоемкость; – разность между температурами пара и стенки.

Критерий конденсации К является определяющей величиной во всех случаях теплообмена, связанных с изменением агрегатного состояния вещества. Общая связь между критериями подобия для теплообмена при конденсации пара представляется в следующем виде:

Из опытных данных при ламинарном течении пленки конденсата (Re<180) коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной трубе может быть определен по уравнению

где – теплопроводность, удельный вес и вязкость конденсата, определяемые при средней температуре пограничной пленки .

Если Re>180, то в нижней части трубы пленка конденсата движется турбулентно и коэффициент теплоотдачи равен

3. Фізична сутність процесу сушіння та його застосування у хімічній технології. «I-d»-діаграма для вологого повітря, методика практичного використання діаграми. Матеріальний і тепловий баланси сушіння. Зображення процесів сушіння на «I-d»-діаграмі вологого повітря.

Величина влагоемкости воздуха резко возрастает с увеличением его т-ры. Отношение величины абсолютной влажности воздуха при данной температуре к величине его влагоемкости при той же температуре называется относительной влажностью воздуха.

„І-d”-диаграмма представляет собой рабочее поле в косоугольной системе координат Id, на котором нанесено несколько координатных сеток и по периметру диаграммы – вспомогательные шкалы. Шкала влагосодержания обычно располагается по нижней кромке диаграммы, при этом линии постоянных влагосодержания представляют вертикальные прямые. Линии постоянных энтальпий представляют параллельные прямые, обычно идущие под углом 135° к вертикальным линиям влагосодержания (в принципе, углы между линиями энтальпии и влагосодержания может быть и другим). В такой системе координат линии постоянных температур представляют собой _пря_мые линии, идущие под небольшим наклоном к горизонтали и слегка расходящиеся веером.

Точка на диаграмме отражает некое состояние воздуха, а линия – процесс изменения состояния. Определение параметров воздуха, имеющего некое состояние, отображаемое точкой А, показано на рисунке. Диаграмма позволяет быстро определить все параметры воздуха по двум известным. Использование диаграммы позволяет избежать вычислений по формулам и наглядно отобразить весь процесс сушки.

Материальный баланс сушилки играет большую роль в расчётах процесса сушки. Сначала необходимо определить начальное ω₁ и конечное ω₂ влагосодержание продукта. Влажность можно представить как отношение общего количества влаги W в материале к сумме W+G_сух:

Ведём следующие обозначения:

G₁ – количество влажного продукта, входящего в сушилку;

G₂ – количество высушенного материала, выходящего из сушилки;

W – количество влаги, удаляемой из продукта.

Количество абсолютно сухого вещества можно определить по формуле:

Определим количество влаги, которое удаляется из продукта:

Тепловой баланс воздушной сушилки:

или

где L – расход воздуха на сушку;

– полный расход тепла в сушке;

– расход тепла в калорифере;

– добавочное тепло, вводимое непосредственно в сушильную камеру;

– потери тепла сушилкойв окружающую среду;

– теплосодержание и температура воздуха перед калорифером;

– то же после калорифера;

– то же после сушилки;

– т-ра материала при входе в сушилку;

– т-ра материала при выходе из сушилку;

– теплоемкость висушеного материала;

– теплоемкость материала транспортных приспособлений;

– вес транспортных приспособлений в сушилке;

– т-ра транспортных приспособлений при входе и при выходе в сушилу.

_________________________________________________________________________№ 7

1. Фізична сутність процесу відцентрового осадження та його застосування у хімічній технології. Осаджування методом центрифугування; циклонний процес. Порівняння швидкостей гравітаційного і відцентрового осадження. Методика розрахунку параметрів і характеристик апаратів для відцентрового осадження.

Производительность центрифуг любого типа зависит от скорости процесса разделения, которая определяется прежде всего режимом процесса. Расход энергии для периодически действующей центрифуги должен быть рассчитан отдельно для пускового и рабочего периодов. При пуске центрифуги в ход энергия затрачивается на преодоление инерции массы барабана и загруженого в него материала. Мощность на валу центрифуги в рабочий период затрачивается главным образом на транспортирование осадка (в непрерывно действующих центрифугах), трение в цапфах и приводе, трение барабана о воздух, а также на преодоление гидравлических сопротивлений внутри барабана.

2. Теплообмін випромінюванням: фізичні особливості процесу. Основні закони випромі-нювання (Планка, Стефана-Больцмана, Кірхгофа). Складні (радіаційно-конвективні) процеси теплообміну, їх особливості. Коефіцієнти тепловіддачі при випромінюванні.

Тепловое излучение представляет собой процесс распространения в пространстве внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных волн. Возбудителями этих волн являются материальные частицы, входящие в состав вещества. Следует отметить, что энергия излучения испускается не непрерывно, а в виде определенных порций — квантов. Носителями этих порций энергии являются элементарные частицы излучения — фотоны, обладающие энергией, количеством движений и электромагнитной массой. При попадании на другие тела энергия излучения частично поглощается ими, частично отражается и частично проходит сквозь тело.

Если на поверхность тела попадает лучистая энергия в количестве , то в общем случае телом поглощается только часть ее с последующим превращением в тепловую энергию. Часть лучистой энергии отражается от поверхности тела, а часть проходит сквозь него. Очевидно, что

;

Первое слагаемое равенства характеризует поглощательную способность тела, второе – отражательную, третье – пропускательную.

Закон Стефана – Больцмана. Количество тепла, излучаемого единицей поверхности тела в единицу времени, называется лучеиспускательной способностью тела:

Лучеиспускательная способность, отнесенная к длинам волн от до , т.е. к интервалу волн , называется интенсивностью излучения:

Планком теоретически получена следующая зависимость общей энергии теплового излучения от абсолютной температуры и длин волн для абсолютно черного тела:

входящие в уравнение константы: 3,22∙10^-16 Вт/м², С2 = 1.24∙10^-2 Вт/м².

Это уравнение после разложения знаменателя в ряд и последующего интегрирования позволяет выразить полную энергию, или лучеиспускательную способность абсолютно черного тела:

Константа лучеиспускания абсолютно черного тела 5,67∙10^-8 Вт/(м²К⁴).

Уравнение носит название закона Стефана-Больцмана, согласно которому лучеиспускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры его поверхности.

Закон Кирхгофа. Для серых тел необходимо знать зависимость между их излучательной и поглощательной способностью.

Примем, что все лучи, испускаемые поверхностью одного тела, падают на поверхность другого. Абсолютно черное тело имеет температуру T₀, лучеиспускательную способность E₀ и поглощательную A₀=1, серое тело соответственно , при этом . Излучение попадает на абсолютно черное тело и целиком поглощается им. Излучение попадает на серое тело, при этом часть его, равная , поглощается, а другая часть, равная , отражается на абсолютно черное тело и поглощается им. Таким образом, в результате лучистого теплообмена между телами абсолютно черное тело получает суммарное количество энергии:

Если обмен лучистой энергией между телами происходит при одинаковых температурах , то количество энергии, переданной от одного тела к другому, равно нулю и, следовательно:

, и .

Полученное равенство является математическим выражением закона Кирхгофа, согласно которому отношение лучеиспускательной способности тел к их поглощательной способности для всех тел одинаково, равно лучеиспускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и зависит только от температуры.

В тепловых процессах в большинстве случаев распространение тепла осуществляется одновременно теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. Такой вид процесса, как было сказано выше, называется сложным теплообменом.

Передача тепла одновременно конвекцией и тепловым излучением является одним из важнейших процессов теплообмена.

Для установившегося процесса количество тепла, отдаваемое стенкой за счет теплопроводности, составляет

а за счет теплового излучения

Если ввести обозначение для коэффициента теплоотдачи излучением

количество тепла, отдаваемое стенкой за счет теплового излучения, составит

Тогда общее количество тепла, отдаваемое стенкой, равно:

или ,

где - приведенный коэффициент теплоотдачи, учитывающий одновременно конвективный теплообмен и теплообмен излучением.

3. Масовіддача, закон масовіддачі, коефіцієнти масовіддачі. Рівняння подібності для процесів конвективної дифузії. Основні теорії масопередачі. Масопровідність.

Массоотдачей называют перенос вещества в объеме фазы к границе раздела или в противоположном направлении.

Основной закон массоотдачи: количество вещества, перенесенного от поверхности раздела фаз в принимающую фазу, пропорционально разности концентраций поверхности раздела фаз и в ядре потока принимающей фазы, поверхности раздела фаз и времени:

где  – коэффициент массоотдачи, характеризующий перенос вещества конвективной и молекулярной диффузией одновременно; c_г – концентрация вещества в принимающей фазе у поверхности раздела фаз; с_я – концентрация вещества в ядре потока принимающей фазы.

По своему смыслу коэффициент массоотдачи  является аналогом коэффициента теплоотдачи  в процессах переноса тепла, а уравнение массоотдачи идентично по структуре уравнению теплоотдачи.

Массопередача между твердой фазой и жидким, газовым или паровым потоком складывается из двух процессов:

1) перемещения распределяемого вещества внутри пор твердой фазы к поверхности раздела фаз путем внутренней массоотдачи или массопроводности;

2) переноса того же вещества в жидкой, газовой или паровой фазе путем внешней массотдачи.

Процесс массопроводности описывается, по аналогии с молекулярной диффузией, уравнением

где k ‑ коэффициент пропорциональности, который носит название коэффициента массопроводности. Коэффициент массопроводности по своей природе представляет собой коэффициент внутренней диффузии и измеряется в тех же единицах, что и коэффициент молекулярной диффузии (м²/с).

В силу нынешних представлений уравнение подобия конвективной диффузии имеет такой общий вид:

f(Re, Fr, Nu_д, Pe_д, Fo_д) = 0

Учитывая, что при расчетах массоотдачи определяемой величиной является коэффициент массоотдачи , входящий в критерий Nu_д, общая функциональная зависимость между критериями подобия для неустановившихся процессов массоотдачи представляется в виде

Nu_д= f(Re, Fr, Pe_д, Fo_д)

либо при другой комбинации критериев подобия, в виде

Nu_д= f(Re, Ga, Pr_д, Fo_д).

Применительно к конкретным задачам массообмена общее уравнение подобия может быть упрощено. Так, при установившихся массообменных процессах исключают критерий Fo_д;при вынужденном движении потока, когда естественной конвекцией можно пренебречь, из уравнения выводят критерий Ga.

По найденным из уравнений подобия критериям Nu_д рассчитывают коэффициент массоотдачи

_________________________________________________________________________№ 8

1. Фізична сутність процесу осадження під дією сил електричного поля та його застосування у хімічній технології. Типи і основні характеристики електрофільтрів. Витрата енергії на проведення процесу осадження під дією електричного поля. Схема розрахунку параметрів і характеристик електроосаджувальної апаратури.

Скорость осаждения очень мелких частиц (<10 мкм) из газовых и жидких сред чрезвычайно мала не только в гравитационном поле, но и в поле центробежной силы. По этой причине очистку газов от пыли и мелких капель очень сложно осуществить. Этот процесс, однако, успешно осуществляется в электрическом поле.

Как известно из физики, между двумя электродами с различной поверхностью, присоединенными к полюсам источника тока, возникает неоднородное электрическое поле. Напряжение последнего выше у электрода с меньшей поверхностью. Так, если одним электродом является тонкая проволока, а вторым – пластина, то напряжение поля убывает по направлению от проволоки к пластине. При некоторой «критической» разности потенциалов в газовом пространстве между электродами возникает электрический разряд. Этот разряд называется коронирующим.

В области короны образуются газовые ионы обоих знаков, которые при высокой напряженности поля приобретают скорость, достаточную для ионизации нейтральных частиц при столкновении с ними. Так как вновь образовавшиеся ионы имеют такую же высокую скорость, то в результате происходит лавинная ионизация газа. Если проволока заряжена отрицательно, а пластина положительно, отрицательные ионы будут притягиваться к пластине, а положительные – к проволоке, нейтрализуясь на ней. Если между электродами пропустить газовзвесь, то ионы, соприкасаясь с твердыми частицами (или капельками), отдают им свой заряд и увлекают с собой. Поскольку более подвижные отрицательные ионы проходят более длинный путь и столкновение их с твердыми частицами более вероятно, последние заряжаются преимущественно отрицательно и, достигнув пластины, оседают на ней.

Совершенно очевидно, что для рассматриваемого процесса требуется только постоянный ток. В случае переменного тока заряженные частицы, получая частые импульсы в разные стороны, могут быть вынесены газовым потоком до достижения ими осадительного электрода.

Для разделения газовзвесей в электрическом поле используют аппараты, называемые электрофильтрами, двух конструктивных модификаций: трубчатые и пластинчатые.

Трубчатый электрофильтр состоит из пучка вертикальных металлических труб, по осям которых проходят натянутые проволоки. Концы труб соединяют две камеры, из которых нижняя служит для распределения очищаемой газовзвеси и выхода осажденной пыли, а верхняя – для отвода очищенного газа. Пыль, оседающая на внутренней поверхности труб, периодически стряхивается системой молотков, расположенных между рядами труб и соединенных общим приводом.

Пластинчатые электрофильтры отличаются от трубчатых тем, что осадительными электродами служат не трубы, а вертикальные пластины, между которыми проходят подвешенные на раме проволоки. Пластинчатые электрофильтры менее металлоемки, более компактны, проще в монтаже и доступнее для удаления осажденной пыли. Преимуществом трубчатых электрофильтров является возможность использования большего напряжения электрического поля и достижения, следовательно, более высокой удельной производительности.

Для питания электрофильтров постоянным током високого напряжения устанавливают повысительно-выпрямительные электроагрегаты, КПД которых должен быть учтен при определении расхода электроэнергии электрофильтром. Расход электроэнергии определяется по формуле

где V – напряжение; K – коэффициент трансформации; I – сила тока; m – коэффициент формы кривой тока, равный 1,42–2,26; и – КПД Электроагрегата и электродвигателя выпрямителя, равные 0,7–0,8.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

2. Конвективний теплообмін. Термічні опори. Фізична сутність оребрення. Методика рішень задач у випадках нестаціонарних теплових режимiв. Числа (критерії) Біо’, Фур’є, безрозмірна температура та координати.

Под конвективным теплообменом понимается сложный процесс распространения тепла в жидкости или газе от поверхности твердого тела или к его поверхности одновременно конвекцией и теплопроводностью. Такой вид теплообмена также называют теплоотдачей. При теплоотдаче тепло распространяется от поверхности теплообмена к жидкости через пограничный слой за счет теплопроводности и от пограничного слоя в массу (ядро) жидкости преимущественно конвекцией.

Основным законом теплоотдачи является закон Ньютона, согласно которому количество тепла, передаваемого от поверхности теплообмена теплоносителю (или от теплоносителя к теплообменной поверхности), прямо пропорционально поверхности теплообмена, разности температур поверхности и теплоносителя и времени, в течение которого осуществляется теплообмен:

Теплопередача также относится к сложным видам теплообмена между теплоносителями через разделяющую перегородку.

Количество передаваемого тепла определяется основным уравнением теплопередачи

В этом уравнении коэффициент теплопередачи k является коэффициентом скорости процесса, учитывающим перенос тепла теплоотдачей от теплоносителя к стенке, теплопроводностью через стенку и от стенки теплоотдачей к другому теплоносителю. Коэффициента теплопередачи в таком случае рамен:

Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, представляет собой сопротивление, называемое термическим сопротивлением теплопередаче. Это сопротивление складывается из суммы термических сопротивлений теплоотдачи со стороны теплоносителей и самой стенки:

Для того чтобы повысить тепловой поток и понизить термическое сопротивление через стенку её оребривают – увеличивают площать поверхности. Это найболее эфективный способ интенсификации процесса.

Нестационарные процессы теплопроводности сопровождаются изменением во времени температуры, внутренней энергии и энтальпии вещества и наблюдаются при нагревании (охлаждении). Задачи нестационарной теплопроводности решаются как точными аналитическими (в основном, одномерные задачи для тел классической формы – пластины, цилиндра, шара), так и приближенными численными методами (в первую очередь, при решении многомерных задач с переменными значениями , с,  и зависимостью q_V от координат и времени, переменными и нелинейными граничными условиями, когда точные аналитические методы оказываются неприемлемыми). Особенно эффективными эти методы стали в связи с развитием и применением электронно-вычислительной техники (цифровой, аналоговой, аналого-цифровой).

Для расчета теплопередачи при нестационарном потоке теплоты используются критерии Фурье и Био.

Критерий Фурье характеризует скорость изменения температуры тела при нестационарном режиме нагревания или охлаждения:

где – продолжительность нагрева; R – определяющий размер; a — коэффициент температуропроводности.

Критерий Био, связывающий внешние условия теплообмена с теплопроводностью материала λ_м и его характерным для теплообмена размером R:

При расчете температуры материала в точке х используются критериальные зависимости типа

где – безразмерная т-ра; – т-ра среды и начальная т-ра тела.

Температуру центра двусторонне прогреваемого изделия и его поверхности определяют по графикам. По критериям Био и Фурье на графиках находят безразмерную температуру, исходя из которой, определяют искомую температуру в центре или на поверхности изделия.

3. Властивості вологого повітря. Побудова «I-d»-діаграми для вологого повітря, методика практичного використання діаграми. Матеріальний і тепловий баланси сушіння. Зображення процесів сушіння на «I-d»-діаграмі вологого повітря. Принципові схеми процесів сушіння та розрахунки із використанням «I-d»-діаграми.

Ведём следующие обозначения:

G₁ – количество влажного продукта, входящего в сушилку;

G₂ – количество высушенного материала, выходящего из сушилки;

W – количество влаги, удаляемой из продукта.

Количество абсолютно сухого вещества можно определить по формуле:

Определим количество влаги, которое удаляется из продукта:

Тепловой баланс воздушной сушилки:

или

где

L – расход воздуха на сушку;

– полный расход тепла в сушке;

– расход тепла в калорифере;

– добавочное тепло, вводимое непосредственно в сушильную камеру;

– потери тепла сушилкойв окружающую среду;

– теплосодержание и температура воздуха перед калорифером;

– то же после калорифера;

– то же после сушилки;

– т-ра материала при входе в сушилку;

– т-ра материала при выходе из сушилку;

– теплоемкость висушеного материала;

– теплоемкость материала транспортных приспособлений;

– вес транспортных приспособлений в сушилке;

– т-ра транспортных приспособлений при входе в сушилку;

– т-ра транспортных приспособлений при выходе из сушили.

_________________________________________________________________________№ 9

1. Фізична сутність процесу перемішування та його застосування у хімічній технології. Пневматичне, циркуляційне і механічне перемішування. Типи механічних перемішувачів. Отримання емульсій і суспензій в апаратах із перемішувачами. Схема розрахунку параметрів і характеристик перемішувачів.

Касаткин стр. 261

2. Теплопровідність. Закон Фур'є-Біо'. Температурний градієнт. Коефіцієнти теплопровідності. Диференціальне рівняння теплопровідності Фур'є-Кірхгофа. Формули для розрахунків теплопередачі через плоскі та циліндричні стінки за стаціонарного теплового режиму.

Q_ст + Q_V = ΔU + W,

Кількість теплоти Q_ст можна вирахувати за формулою:

а Q_V визначається за співвідношенням:

де q_V – питома потужність внутрішніх джерел (стоків) теплоти, Вт/м³.

Зміна внутрішньої енергії тіла

де a – ізохорна температуропровідність, м²/с.

Общее уравнение теплопередачи является подобным уравнению теплоотдачи:

где К – является коэффициентом теплопередачи. Для плоской стенки при постоянных температурах он равен:

где п – количество соприкасающихся стенок.

Для плоской стенки при постоянных температурах он равен:

где п – количество соприкасающихся цилиндров.

3. Роль масообмінних процесів у хімічній технології. Основне рівняння масопередачі. Матеріальний баланс масообмінних процесів. Рушійна сила масообмінних процесів. I-й та II-й закони Фіка.

Касаткин стр. 465

_________________________________________________________________________№ 10

1. Класифікація основних хіміко-технологічних процесів. Періодичні та безперервні процеси. Загальні принципи інженерно-технічних розрахунків параметрів та характеристик хіміч-них апаратів і машин: статика процесів (закони рівноваги), матеріальний та енергетичний баланси, кінетичні параметри, розміри апаратів.

Классификация основных химико-технологических процессов:

гидродинамические процессы;
тепловые процессы;
диффузионные процессы;
холодильные процессы;
механические процессы, связанные с обработкой твердых тел;
химические процессы, связанные с химическими превращениями обрабатываемых материалов.

Процессы подразделяются также на: 1) периодические, 2) непрерывные, 3) комбинированные.

Непрерывные процессы имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с периодическими и комбинированными:

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
17.03.2016766.55 Кб25Vidpovidi_ISTORIYa_gotove.pdf
#
17.07.20191.29 Mб8vidpovidi_na_ekzamen_red.docx
#
17.09.2019454.73 Кб12Vidpovidi_na_teoretichni_pitannya_mat_mod-1.docx
#
17.03.201688.06 Кб3Vidpovidi_na_zalik_z_istoriyi_perekladu_1.doc
#
17.03.2016128 Кб10Vidpovidi_na_zalik_z_istoriyi_perekladu_3.doc
#
12.05.20154.31 Mб13Vidpovidi_PAKhT1.docx
#
12.05.2015155.59 Кб97Vidpovidi_po_okhoroni_pratsi.docx
#
20.11.2019200.19 Кб6Vimogi.doc
#
10.11.2019129.02 Кб1vimogu-navc-metod.doc
#
17.03.2016158.72 Кб25Virobnitstvo_tetratsikliniv-Ivasenko.doc
#
12.05.2015937.31 Кб27vodopodhotovka1s2012.pdf