Основные процессы и аппараты химической технологии литература. Введение. дисциплина «процессы и аппараты химической технологии» (пахт) является одной из фундаментальных общеинженерных дисциплин
Предисловие
Введение
1. Предмет химической технологии и задачи курса
2. Классификация процессов
3. Материальные и энергетические расчеты
Общие понятия о материальном балансе. Выход. Производительность. Интенсивность производственных процессов. Энергетический баланс. Мощность и коэффициент полезного действия.
4. Размерность физических величин
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Глава первая. Основы гидравлики
А. Гидростатика (2)
Часто удобнее использовать поток вещества, а не массы
[кмоль/м 2 с] (3)
здесь m i - мольная масса компонента i [кг/кмоль], c i - мольная концентрация [кмоль/м 3 ].
Молекулярный механизм . Основным законом молекулярного механизма переноса массы является первый закон Фика, который для двухкомпонентной системы имеет вид:
, n =2 (4)
где D ij - коэффициент бинарной (взаимной) диффузии (D ij = D ji ) .
Турбулентный механизм . Турбулентный перенос массы можно рассматривать по аналогии с молекулярным переносом как следствие хаотического перемещения вихрей. Вводится коэффициент турбулентной диффузии D т , зависящий как от свойств среды, так и от неоднородности скорости, и удаленности от межфазной поверхности.
. (5)
Отношение коэффициентов турбулентной и молекулярной диффузии в пристенной области достигают D т /D i ~ 10 2 - 10 5 .
Переноса энергии
Энергию системы можно подразделить: микроскопическую и макроскопическую. Микроскопическая, являющаяся мерой внутренней энергии самих молекул, их теплового движения и взаимодействия, называется внутренней энергией системы (U ). Макроскопическая складывается из кинетической энергии (Е k ), обусловленной конвективным движением среды, и потенциальной энергии системы в поле внешних сил (Е п ). Таким образом, полную энергию системы, приходящуюся на единицу массы можно представить
E" = U" + Е" k + Е" п [Дж/кг] (6)
Штрих означает, что энергия отнесена на единицу массы.
Энергия может передаваться в форме теплоты или работы. Теплота - форма передачи энергии на микроскопическом уровне, работа - на макроскопическом уровне.
Конвективный механизм . Поток энергии переносимый конвективным механизмом имеет вид
[Дж/м2с] = [Вт/м2] (7)
Это количество энергии, переносимое движущимся макроскопическим объемом за единицу времени через единицу поверхности.
Молекулярный механизм . Молекулярным механизмом осуществляется перенос энергии на микроскопическом уровне, т.е. в форме тепла. Поток тепла за счет молекулярного механизма в условиях механического и концентрационного равновесия может быть представлен
, (8)
где - коэффициент молекулярной теплопроводности [Вт/мК].
Это уравнение носит название закона Фурье .
Турбулентный механизм . Турбулентный перенос энергии можно рассмотреть по аналогии с молекулярным, вводя коэффициент турбулентной теплопроводности
т (9)
Как и коэффициент турбулентной диффузии т будет определяться свойствами системы и режимом движения. Суммарный поток энергии в лабораторной системе отсчета может быть записан
.
4. Перенос импульса
Конвективный перенос . Рассмотрим случай, когда среда движется с некоторой конвективной скоростью W x в направлении оси Х . При этом импульс или количество движения единичного объема будет равен W x . Тогда количество движения W x , переносимого за счет конвективного механизма в направлении оси Х за единицу времени через единицу поверхности будет равно
= [Пa] (10)
Х , переносимое за единицу времени через единичную поверхность по оси Y, будет равно
(11)
Аналогично перенос импульса по всем направлениям дает 9 компонентов тензора конвективного потока импульса,
(12)
(13)
Молекулярный перенос. Количество движения, направленное вдоль оси Х, (W x ), переносимое вдоль оси Y за единицу времени через единицу поверхности за счет молекулярного механизма, можно представить как
(14)
где м [Па с] и [м2/с] - коэффициенты динамической и кинематической молекулярной вязкости соответственно. Это уравнение носит название закона вязкости Ньютона . В случае, если коэффициенты вязкости не зависят от величины производной W x / y , т.е. зависимость xy от W x / y линейна, среда называется ньютоновской. Если же это условие не выполняется - неньютоновской. К последним относятся полимеры, пасты, суспензии и ряд других, используемых в промышленности материалов.
Турбулентный перенос. Перенос импульса за счет турбулентного механизма может рассматриваться по аналогии с молекулярным.
(15)
где м т и т - динамический и кинематический коэффициенты турбулентной вязкости, определяющиеся свойствами среды и режимом движения т ~ D т .
Суммарный поток импульса можно записать
(16),
где - тензор вязких напряжений, элементы которого включают как молекулярный, так и турбулентный перенос импульса
(17).
Итак, рассмотрены уравнения переноса массы, энергии и импульса. Нетрудно убедиться в аналогии этих уравнений. Конвективный поток представляет произведение переносимой субстанции в единичном объеме (с, Е ", с ) на конвективную скорость. Потоки за счет молекулярного или турбулентного механизмов есть произведение соответствующего коэффициента переноса (D, м, м т ) на движущую силу процесса. Эта аналогия позволяет использовать результаты исследования одних процессов для описания других.
Основная литература
1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 2002. Т.1-400 с. Т.2-368 с.
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 9-е изд. М.: Химия, 1973. 750 с.
3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия,1987. 576 с.
4. Разинов А.И., Дьяконов Г.С. Явления переноса. Казань, изд-во КГТУ, 2002. 136 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Общая классификация основных процессов химической технологии. Общие сведения о гидравлике, течение идеальных жидкостей. Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера и Бернулли. Ламинарное и турбулентное движение жидкости. Уравнение сплошности потока.
презентация , добавлен 29.09.2013
Понятие химической технологии и нефтехимии. Циклонные пылеуловители как инструмента обеспечения технологического процесса. Принципы действия, формулы для расчета характеристик установки. Конструкция и эффективность ее работы, достоинства и недостатки.
презентация , добавлен 10.09.2014
Переработка сырьевых материалов и получение продуктов, которые сопровождаются изменением химического состава веществ. Предмет и основные задачи химической технологии. Переработка углеводородов, устройство коксовой печи. Нагрузка печей угольной шихтой.
отчет по практике , добавлен 29.01.2011
Обзор механических процессов химической технологии: сортирования, измельчения, прессования, дозирования. Особенности процесса и способов перемешивания. Виды смеси. Строение и использование лопастных, листовых, пропеллерных, турбинных, специальных мешалок.
курсовая работа , добавлен 09.01.2013
Схема действия процессов химической завивки на волосы. Изменение структуры волоса во время химической завивки. Действие дополнительных препаратов для улучшения качества химической завивки. Группы средств для химической завивки и их характеристика.
презентация , добавлен 27.03.2013
Цели и порядок выполнения лабораторных работ, обработка опытных данных и составление отчетов по изучению компрессионной фреоновой установки, гидродинамики и процесса разделения суспензий, измельчению твердых материалов, изучению процесса теплопередачи.
методичка , добавлен 09.12.2011
Изучение закономерностей развития и основ стандартизации технологии. Рассмотрение особенностей технологических процессов в химической, металлургической сферах, машиностроении и строительстве. Анализ прогрессивных технологий информатизации производства.
курс лекций , добавлен 17.03.2010
Изучение законов науки о процессах пищевых производств. Рассмотрение механических, гидромеханических и массообменных процессов на примере работы оборудования для переработки зерна, смесителя жидких продуктов и сушки в сушилках. Решение основных задач.
контрольная работа , добавлен 05.07.2014
Служебное назначение и анализ технологичности конструкции изделия. Разработка технологического процесса сборки. Обоснование технологических баз. Предварительная разработка маршрутного технологического процесса изготовления детали. Расчёт режимов резания.
дипломная работа , добавлен 29.06.2009
Общие сведения о теплообменных аппаратах: их конструктивное оформление, характер протекающих в них процессов. Классификация теплообменников по назначению, схеме движения носителей, периодичности действия. Конструкции основных поверхностных аппаратов.
Предисловие.
Дисциплина «Процессы и аппараты химической технологии» (ПАХТ) является одной из фундаментальных общеинженерных дисциплин. Она является завершающей в общеинженерной подготовке студента и основополагающей в специальной подготовке.
Технология производства разнообразия химических продуктов и материалов включает ряд однотипных физических и физико-химических процессов, характеризуемых общими закономерностями. Эти процессы в различных производствах проводятся в аналогичных по принципу действия аппаратах. Процессы и аппараты, общие для разных отраслей химической промышленности, получили название основных процессы и аппаратов химической технологии.
Дисциплина ПАХТ состоит из двух частей:
· теоретические основы химической технологии;
· типовые процессы и аппараты химической технологии;
В первой части излагаются общие теоретические закономерности типовых процессов; основы методологии подхода к решению теоретических и прикладных задач; анализ механизма основных процессов и выявление общих закономерностей их протекания; формулируются обобщенные методы физического и математического моделирования и расчета процессов и аппаратов.
Вторая часть состоит из трех основных разделов, содержание которых раскрывает прикладные инженерные вопросы основ химической технологии:
· гидромеханические процессы и аппараты;
· тепловые процессы и аппараты;
· массообменные процессы и аппараты.
В этих разделах даются теоретические обоснования каждого типового технологического процесса, рассматриваются основные конструкции аппаратов и методика их расчета. Лекции, лабораторные и практические занятия, курсовое проектирование, самостоятельная работа студентов и общеинженерская производственная практика обеспечивают приобретение знаний, навыков и умений, необходимых как для дальнейшего обучения, так и для работы на производстве.
Введение.
1.1 Предметы и задачи курса.
Технология (techne-искусство, мастерство)- совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката в процессе производства.
Изучение технологических процессов составляет предмет курса. Технология, как наука, определяет условия практического применения законов естественных наук (физики, химии, механики и др.) для наиболее эффективного проведения разнообразных технологических процессов. Технология непосредственно связана с производством, а производство постоянно находиться в состоянии изменения и развития.
Основная задача курса: выявление общих закономерностей процессов переноса и сохранения различных субстанций; разработка методов расчета технологических процессов и аппаратов для их проведения; ознакомление с конструкциями аппаратов и машин, их характеристиками.
В результате освоения дисциплины студенты должны знать:
1. Теоретические основы процессов химической технологии; законы; их описывающие; физическую сущность процессов, схемы установок; конструкции аппаратов и принцип их работы; методику расчета процессов и аппаратов, в том числе, с использованием ЭВМ.
2. Принципы моделирования и масштабного перехода, правильного выбора аппаратуры для проведения соответствующих процессов и возможности их интенсификации.
3. Современные достижения науки и техники в области химической технологии.
Умения, которыми должны овладеть студенты:
1. Правильно применять теоретические знания при решении конкретных задач обоснованного выбора:
а) конструкции аппаратов для проведения определенных процессов;
б) режимных параметров работы аппаратов;
в) схемы проведения процессов.
2. Самостоятельно проводить расчеты аппаратов.
3. Самостоятельно работать на лабораторных исследовательских установках, обрабатывать экспериментальные данные, получать эмпирические зависимости, анализировать расчетные методики.
4. Проектировать типовые процессы и аппараты, пользоваться технической литературой и ГОСТами, заполнять техническую документацию в соответствии с ЕСКД.
1.2 Классификация основных процессов химической технологии.
Современная химическая технология изучает процессы производства различных кислот, щелочей, солей, минеральных удобрений, продуктов переработки нефти и каменного угля, органических соединений, полимеров и др. Однако, несмотря на огромное разнообразие химических продуктов, получение их связано с проведением ряда однотипных процессов (перемещение жидкостей и газов, нагревание и охлаждение, сушка, химическое взаимодействие и.т.д.). Итак, в зависимости от законов, определяющих скорость протекания процессов, они могут быть объединены в следующие группы:
1. Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидромеханики. Сюда относятся транспортирование жидкостей и газов, получение и разделение неоднородных систем и др.
2. Тепловые процессы, скорость которых определяется законами переноса теплоты (охлаждение и нагревание жидкостей и газов, конденсация паров, кипение жидкостей и т.п.).
3. Массообменные процессы, скорость которых определяется законами переноса массы из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз (абсорбция, адсорбция, экстракция, перегонка жидкостей, сушка и др.)
4. Химические процессы, скорость которых определяется законами химической кинетики.
5. Механические процессы, которые описываются законами механики твердых тел (измельчение, сортировка, смешение твердых материалов и др.).
Перечисленные процессы составляют основу большинства химических производств и поэтому называются основными (типовыми) процессами химической технологии.
ПАХТ изучает первые три группы, четвертую группу изучает дисциплина ОХТ, пятая группа – предмет специальных дисциплин профилирующих кафедр.
В зависимости от того, изменяются или не изменяются во времени параметры процессов (скорости движения потока, температура, давление и.т.д.) их подразделяют на стационарные (установившиеся) и нестационарные (неустановившиеся). Если обозначить какой-нибудь параметр через U , тогда:
Стационарный процесс U(x,y,z)
Нестационарный процесс U(x,y,z,t)
Периодический процесс характеризуется единством места проведения его отдельных стадий. Процесс нестационарный.
Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий. Процесс установившийся (стационарный).
Встречаются комбинированные процессы - отдельные стадии проводятся непрерывно, отдельные периодически.
Однако курс ПАХТ построен не как изложение отдельных вышеперечисленных групп. Общетеоретические основы химической технологии изучаются отдельно, далее излагаются типовые процессы и аппараты химической технологии.
1.3 Гипотеза сплошности среды .
Жидкая среда заполняет тот или иной объем без каких-либо свободных промежутков, сплошным образом, или является сплошной средой. При описании таких сред предполагают, что они состоят из частиц. Причем под частицей сплошной среды подразумевают не любую сколь угодно малую часть ее объема, а весьма небольшую его часть, содержащую внутри себя миллиарды молекул. В общем случае минимальная цена деления макроскопического масштаба пространственной Δl или временной Δt координаты должна быть достаточно малой, чтобы пренебречь изменением макроскопических физических величин в пределах Δl или Δt, и достаточно большой, чтобы, пренебречь флуктуациями микроскопических величин, полученных осреднением этих величин по времени Δt или объему частицы Δl 3 . Выбор минимальной цены деления макроскопического масштаба определяется характером решаемой задачи.
Движение макроскопических объемов среды приводит к переносу массы, импульса и энергии.