- •5.Законы сохранения массы и энергии. Законы равновесия системы. Принцип движущей силы и законы переноса массы и энергии.
- •7.Принцип оптимизации проведения процесса.
- •9.Современные методы исследования процессов и аппаратов. Понятие о подобии.
- •10.Оборудование для мокрой очистки газов. Схемы. Назначение, устройство, принцип действия и область применения.
- •11.Три теоремы подобия. Пи - теорема.
- •14.Классификация теплообменников. Кожухотрубный теплообменник. Назначение, устройство и область применения.
- •15.Классификация неоднородных систем. Методы разделения неоднородных систем.
- •16.Конвективные сушилки: туннельные и ленточные. Назначение, устройство и принцип действия.
- •17.Кинематика отстаивания. Формула стокса. Влияние формы частиц и их концентрации на процесс отстаивания.
- •18.Кондуктивные сушилки. Назначение, устройство и принцип действия.
- •19.Центрифугирование
- •20.Выпарной аппарат с естественной циркуляцией. Назначение устройство и принцип действия.
- •21.Фильтрование. Виды фильтрования.
- •22.Теплообменники смешения. Назначение, устройство и область применения.
- •23.Теория фильтрования с образованием осадка.
- •24.Барабанные сушилки. Назначение, устройство и принцип действия.
- •25.Теория фильтрования с закупориванием пор.
- •26.Распылительные сушилки. Назначение, устройство и принцип действия.
- •27.Мембранные методы фильтрования.
- •28.Кристаллизаторы. Назначение, устройство и принцип действия.
- •29.Перемешивание. Способы перемешивания в жидкой среде.
- •30.Адсорберы с псевдоожиженным слоем адсорбента. Назначение, устройство и принцип действия.
- •32.Гидроциклоны и аэроциклоны. Назначение, устройство, принцип действия и область применения.
- •33.Перемешивание пластичных масс и сыпучих материалов.
- •34.Фильтры для неоднородных газовых систем. Схемы. Назначение, устройство, принцип действия и область применения.
- •35.Процессы нагревания и охлаждения. Теплопроводность, теплоотдача, теплопередача.
- •36.Электроосаждение и конструкция электрофильтра. Назначение, устр-во, принцип действия и область применения.
- •37.Выпаривание и область его применения. Изменение свойств раствора при сгущении.
- •3 8.Виды центрифуг и их схемы. Назначение, устройство, принцип действия и область применения. Производительность центрифуги.
- •39.Способы выпаривания.
- •44. Пневматические сушилки с псевдоожиженным слоем. Назначение, устройство, принцип действия и область применения.
- •46.Механические адсорберы.
- •47.Движущая сила и основное уравнение массопередачи. Основные законы мп.
- •48.Пленочные выпарные аппараты. Назначение, устройство, область применения и принцип действия.
- •49.Равновесие фаз при массообменных процессах, материальный баланс масообмена, уравнение рабочей линии.
- •51.Критериальное уравнение диффузии.
- •52. Шахтные сушилки. Назначение, устройство, принцип действия и область применения.
- •53. Виды сорбционных процессов, абсорбция, основные закономерности процессов.
- •59. Теоретические основы перегонки
- •60 Батарейный циклон и мультигидроциклон.
- •73. Методы кристаллизации
- •76. Аппараты с псевдоожиженным слоем
- •77. Методы экстракции
- •78. Адсорберы с неподвижным слоем адсорбера.
- •79. Способы сортированИя сыпучих материалов. Ситовой анализ.
46.Механические адсорберы.
Абсорберы с механическим перемешиванием используют для насыщения углекислым газом минеральных вод и других напитков на установках небольшой производительности. В таком абсорбере жидкость подается в нижнюю часть аппарата, называемую ванной, а вращающиеся на горизонтальном валу перфорированные диски захватывают жидкость и поднимают ее вверх. Жидкость заполняет отверстия в дисках и образует пленки на их поверхности.
Под действием центробежной силы с дисков срываются капельки и заполняют пространство аппарата над уровнем жидкости. Газ подается в верхнюю часть аппарата и вступает в контакт с капельками и пленками жидкости. Для поддержания высокой скорости поглощения газа аппараты снабжают рубашками, куда подают охлаждающую воду.
47.Движущая сила и основное уравнение массопередачи. Основные законы мп.
Движущая сила массообменных процессов. Различные вещества могут находиться в различных фазовых состояниях. Например, вода может представлять собой твердую фазу — лед. При обычном давлении и температуре выше О °С вода — жидкость. При высокой температуре вода обращается в пар — паровую фазу. Газы — сильно перегретые пары соответствующих веществ. Различные фазы могут вступать во взаимодействие друг с другом. При этом взаимодействии происходит обмен веществами, растворенными в фазах.
Когда стружку — мелко изрезанную сахарную свеклу — промывают, сахар, содержащийся в клеточной жидкости, переходит в воду. Этот переход обусловлен разностью концентрации сахара в клеточной жидкости и воде. Скорость перехода сахара из стружки в воду будет падать по мере увеличения концентрации сахара в воде и уменьшения его концентрации в стружке. Наконец, эти концентрации станут равными и процесс прекратится.
Движущая сила массообменных процессов — разность концентраций.
При растворении сахара в воде вещество — сахар — переходит из твердой фазы в жидкую. При очистке жидкостей или газов с помощью активированного угля вещество переходит из жидкой или газовой фазы в твердую. При разбавлении растворов вещество переходит из одной жидкой фазы в другую.
Основное уравнение массопередачи. Коэффициент массопередачи. Процесс переноса сахара из стружки в воду в соответствии с основным кинетическим уравнением можно описать следующим образом:
dM/(F*dτ)=k*Δ
где M — масса вещества, перешедшего из одной фазы в другую, кг; k — кинетический коэффициент, учитывающий сопротивление в процессе переноса; Δ — движущая сила; F— площадь межфазовой поверхности, через которую осуществляется перенос вещества, м2; τ — продолжительность процесса, с. Это уравнение называют основным уравнением массопередачи.
Коэффициент к получил название коэффициента массопередачи. Размерность его зависит от размерности, принятой для концентрации.
Физический смысл коэффициента массопередачи следует из его определения:
коэффициент массопередачи показывает, какое количество вещества переносится через 1 м2 поверхности фазового раздела за 1 с при разности концентраций, равной единице.
Коэффициент массопередачи не зависит от площади поверхности, времени и разности концентраций. Он зависит от свойств участвующих в процессе веществ и характера взаимодействия фаз.
В процессах массопередачи следует различать несколько случаев массообмена: между потоком газа или пара и потоком жидкости; между потоками жидкости; между потоками жидкости и твердой фазой; между потоками газа или пара и твердой фазой.
Основными законами массопередачи являются закон молекулярной диффузии (первый закон Фика), закон массоотдачи (закон Ньютона — Щукарева) и закон массопроводности.
Закон молекулярной диффузии (первый закон Фика), основанный на том, что диффузия в газах и растворах жидкостей происходит в результате хаотического движения молекул, приводящего к переносу молекул распределяемого вещества из зоны высоких концентраций в зону низких концентраций, гласит: количество вещества, перенесенного путем диффузии, пропорционально градиенту концентраций, площади, перпендикулярной направлению диффузионного потока, и продолжительности процесса:
где dM — количество вещества, перенесенного путем диффузии; D — коэффициент пропорциональности, или коэффициент диффузии; С/1 — градиент концентрации в направлении диффузии; F— элементарная площадка, через которую происходит диффузия; dx — продолжительность диффузии.
Коэффициент диффузии показывает, какое количество вещества диффундирует через поверхность в 1 м2 в течение 1 ч при разности концентраций на расстоянии 1 м, равной единице.
Знак «минус» в правой части уравнения показывает, что при молекулярной диффузии концентрация убывает.
Коэффициенты диффузии зависят от агрегатного состояния систем. Для газов коэффициенты диффузии имеют значения (0,1...1,0)10~4 м2/с. Они примерно на четыре порядка выше, чем для жидкостей. С увеличением температуры коэффициенты диффузии .возрастают, а с повышением давления уменьшаются.
Коэффициенты диффузии в газах почти не зависят от концентрации, в то время как коэффициенты диффузии в жидкостях изменяются с изменением концентрации диффундирующего вещества.
Дифференциальное уравнение молекулярной диффузии (второй закон Фика) получают, рассмотрев материальный баланс по распределяемому веществу для элементарного параллелепипеда, выделенного мысленно в потоке одной из фаз (рис. 16.3).
П усть через этот элементарный параллелепипед за счет молекулярной диффузии перемещается вещество. Если через грани dydz, dxdy и dxdz проходят количества вещества, соответственно равные Мх , Mz и Му то через противоположные грани выходят количества вещества Mx+dx, Mz+dz и М у+dу т. е. элементарный объем параллелепипеда приобретает диффундирующее вещество в количестве dM=(Mx-Mx+dх)+(My-My+dy)+Mz+dz. При этом концентрация вещества повышается на (дС/ дк)дτ. Согласно основному закону молекулярной диффузии (первый закон Фика)
Аналогично найдем разности между количествами вещества, прошедшего через другие противоположные грани параллелепипеда.
Общее количество приобретенного вещества
Основной закон массоотдачи, который является аналогом закона Ньютона был установлен русским ученым Щукаревым при изучении растворения твердых тел. Этот закон формулируется так: количество вещества, перенесенного потоком от поверхности раздела фаз (контакта фаз) в воспринимающую фазу или в обратном направлении, прямо пропорционально разности концентраций у поверхности контакта фаз и в ядре потока воспринимающей фазы, площади поверхности контакта фаз и продолжительности процесса.
Согласно теории диффузионного пограничного слоя распределяемое вещество переносится из ядра потока жидкости к поверхности раздела фаз непосредственно конвективными потоками жидкости и молекулярной диффузией. В рассматриваемой системе различают ядро потока и пограничный диффузионный слой. В ядре перенос вещества осуществляется преимущественно потоками жидкости или газа. В условиях турбулентного течения потоков концентрация распределяемого вещества в данном сечении в условиях стационарного режима сохраняется постоянной. По мере приближения к пограничному диффузионному слою турбулентный перенос снижается и начинает увеличиваться перенос за счет молекулярной диффузии. При этом появляется градиент концентрации распределяемого вещества, растущий по мере приближения к границе. Таким образом область пограничного диффузионного слоя — это область появления и роста градиента концентрации, область увеличения влияния скорости молекулярной диффузии на общую скорость массопередачи.
Примем, что распределяемое вещество М переходит из фазы G, в которой его концентрация выше равновесной, в фазу L.
Если концентрации вещества в ядрах фаз принять равными уf и хf , а концентрации на поверхности раздела фаз — соответственно уг и хг, то процесс массоотдачи вещества из ядра фазы G к поверхности раздела фаз и от поверхности раздела фаз в ядро фазы L можно записать так:
Где βy, βх — коэффициенты массоотдачи, характеризующие перенос вещества конвективными и диффузионными потоками одновременно; концентрации уг и хг предполагаются равными равновесным, т. е. уг=ур и хг=хр г.