Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Національний технічний університет України
"Київський політехнічний інститут"
Кафедра машин і апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв
Конспект лекцій
З курсу: "Процеси і апарати хімічних виробництв"
Виконав:
Студент ХТФ
групи ХЕ-01
Перетокін О. І.
Перевірив:
Доц., к.т.н.
Швед М.П.
Київ 2013
|
Зміст | |
|
Технічна гідравліка
| |
|
Гідростатика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
6 |
|
Вивід і аналіз диференційного рівняння статики рідини. Рівняння Ейлера |
8 |
|
Вивід основного рівняння гідростатики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
9 |
|
Випадки практичного використання основного рівняння гідростатики |
10 |
|
Принцип дії з’єднаних посудин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
10 |
|
Гідростатичні машини. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
12 |
|
Гідродинаміка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
12 |
|
Основні характеристики рухомої рідини. . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
12 |
|
Гідравлічний радіус і еквівалентний діаметр . . . . . . . . . . . . . . . . . |
13 |
|
Режими руху рідини . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
14 |
|
Рівняння неперервності (суцільності) потоку . . . . . . . . . . . . . . . . |
14 |
|
Диференційне рівняння руху рідини. Рівняння Ейлера для ідеальної рідини . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
16 |
|
Диференційні рівняння руху реальної рідини. Рівняння Нав’є – Стокса |
17 |
|
Вивід та аналіз рівняння Бернулі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
19 |
|
Гідродинамічний приграничний шар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
23 |
|
Гідравлічний опір . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
23 |
|
Видаток рідини при встановленому (стаціонарному) потоці. Рівняння Пуазейля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
24 |
|
Визначення оптимального діаметра трубопроводу . . . . . . . . . . . . . . |
27 |
|
Теплові процеси
| |
|
Теплопровідність . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
29 |
|
Закон теплопровідності (закон Фур’є) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
30 |
|
Диференціальне рівняння теплопровідності . . . . . . . . . . . . . . . . . |
31 |
|
Умови однозначності . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
33 |
|
Теплопровідність при стаціонарному режимі . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
34 |
|
Теплопровідність плоскої стінки приграничних умовах першого роду . . |
34 |
|
Теплопровідність багатошарової плоскої стінки . . . . . . . . . . . . . . . |
35 |
|
Теплопровідність плоскої стінки приграничних умовах третього роду . . |
36 |
|
|
|
|
Теплопровідність циліндричної стінки приграничних умовах першого роду. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Теплопровідність циліндричної стінки при граничних умовах третього роду . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
37
39 |
|
Конвективний теплообмін . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
41 |
|
Порядок
знаходження коефіцієнта тепловіддачі
|
42 |
|
Виведення та аналіз системи диференційних рівнянь конвективного теплообміну. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Рівняння енергії . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
43 |
|
Рівняння руху рідини . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
45 |
|
Теорія подібності . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
45 |
|
Умови подібності . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
45 |
|
Теореми і методи теорії подібності . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
45 |
|
Етапи вивчення процесів методом теорії подібності . . . . . . . . . . . . . |
46 |
|
Тепловіддача без зміни агрегатного стану . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
48 |
|
Тепловіддача при вільній конвекції в необмеженому просторі . . . . . . . |
49 |
|
Тепловіддача при зміні агрегатного стану (фазовому переході) . . . . . . . . |
50 |
|
Кипіння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
50 |
|
Поверхова плівкова конденсація пари. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
52 |
|
Фактори конденсації . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
53 |
|
|
|
|
Теплове випромінювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
53 |
|
Взаємне випромінювання двох твердих тіл . . . . . . . . . . . . . . . . . |
55 |
|
Особливості теплового випромінювання газів . . . . . . . . . . . . . . . . |
56 |
|
Складний теплообмін . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
56 |
|
Випарювання
| |
|
Однокорпусні випарні установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
57 |
|
Матеріальний баланс однокорпусної випарної установки . . . . . . . . . |
58 |
|
Тепловий баланс однокорпусної випарної установки . . . . . . . . . . . . |
58 |
|
Розрахунок поверхні випарного апарату . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
59 |
|
Температурні витрати і температура кипіння розчину . . . . . . . . . . . . |
60 |
|
Багатокорпусні випарні установки (БВУ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
61 |
|
Оптимальна кількість корпусів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
62 |
|
Сушіння
| |
|
Основні параметри вологого повітря . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
62 |
|
|
64 |
|
Процес нагрівання та охолодження на І-х діаграмі . . . . . . . . . . . . . . |
64 |
|
Варіанти процесу сушіння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
66 |
|
66 |
|
67 |
|
67 |
|
68 |
|
Кінетика процесу сушіння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
69 |
|
Швидкість сушіння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
69 |
|
Тривалість сушіння. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
70 |
|
Штучне охолодження
| |
|
Термодинамічні основи отримання холоду . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Методи штучного охолодження. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
70 72 |
|
Помірне охолодження . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
73 |
|
Цикли КХМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
73 |
. . . . . .
. . . . . . . .
діаграма
вологого повітря . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Вступ
Курс «Процеси і апарати хімічних виробництв» вивчає фізико-хімічні основи процесів, які використовуються в хімічних виробництвах. Задачею є вивчення закономірностей процесу, розрахунок та розроблення обладнання. Під час розгляду курсу будуть розглянуті тільки фізичні процеси, тобто ті процеси, в яких не відбувається хімічних перетворень. Будь який хіміко-технологічний процес умовно можна розділити на три стадії:
Підготовка сировини до основного хімічного процесу.
Сам хімічний процес.
Відділення цільових продуктів від побічних.
В залежності від законів, якими описуються фізичні процеси, їх умовно можна поділити на:
механічні процеси (подрібнення, транспортування, сортування, зміщування);
гідромеханічні процеси (фільтрація, центрифугування);
теплові процеси (нагрів, охолодження, випарювання, кристалізація, сушіння);
масообмінні або дифузійні процеси (абсорбція, адсорбція, екстракція, ректифікація, мембранні процеси);
реакційні або хімічні процеси (процеси, в яких відбуваються хімічні перетворення).
Безперервні процеси є більш поширеними, оскільки мають певні переваги. Переваги безперервних процесів в порівнянні з періодичними:
немає переривів випуску кінцевих продуктів;
більш легка автоматизація процесу;
режими більш стійкі і якість продукції вища, кращі капітальні, енергетичні та експлуатаційні показники.
Основними задачами розрахунку будь-якого хімічного апарату є:
визначення розміру апарату при заданій продуктивності (проектний розрахунок),
визначення продуктивності при заданих розмірах апарату (перевірочний розрахунок);
визначення видатків енергії, парів води та інших теплоенергетичних параметрів.
При вивченні курсу і розрахунку апаратів ми будемо користуватися:
Рівняннями матеріального балансу, які базуються на законі збережені маси.
Рівняннями енергетичного балансу, які базуються на законі збереження енергії.
Умовами рівноваги. Будь-який процес відбувається доти, доки не встановиться рівновага;
Швидкістю процесу. Для систем, які не знаходяться в рівновазі обов’язково виникає процес, який веде систему до рівноваги, причому швидкість такого процесу буде тим більша, чим більше система відхилилася від рівноваги. Відхилення системи від рівноваги характеризується рушійною силою процесу(різниця температури, тиску, концентрації тощо), значення якої зменшується по мірі наближення системи до рівноваги.