авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине 1.1. Вид деятельности выпускника (для направления 240100): - производственно-технологическая; - ...»

-- [ Страница 2 ] --

Разделив критерий Пекле на критерий Рейнольдса (по 3-ей теореме подобия), получим тепловой критерий Прандтля Pr c / / а.

Полученные критерии характеризуют условия переноса тепла в ядре потока жидкости или газа. Однако вблизи теплопередающей стенки возникает ламинарно движущийся слой, через который тепло передается только за счет теплопроводности. Именно этот слой оказывает основное сопротивление теплопередаче. Условия переноса тепла на границе стенка t dF (t tст ) среда описывается уравнением dF. Опустив знаки n дифференцирования, индексы, заменив n на l и разделив левую часть уравнения на правую, получим тепловой критерий Нуссельта Nu l /.

Этот критерий является определяемым и в процессах теплоотдачи зависит от других тепловых и гидродинамических критериев и условий теплоотдачи. Из критерия Нуссельта рассчитываются коэффициенты теплоотдачи. Критерий Нуссельта определяется из критериальных степенных уравнений, которые получают на основе опытных исследований для различных условий теплоотдачи. Известны большое число таких уравнений, учитывающих режимы течения жидкости, агрегатное состояние теплоносителей, конструктивные особенности теплообменных аппаратов и другие факторы. Например, для турбулентного течения жидкости внутри труб и каналов, при Re10000, предлагается критериальная зависимость Nu 0, 021Re0,8 Pr 0,43 Pr/ Prст, где Prст это критерий Прандтля, рассчитанный 0, при температуре стенки.

Тема 3.4. Теплопередача при постоянной температуре теплоносителей Теплопередача – это перенос тепла от одной среды к другой. Она включает стадии подвода тепла к теплопередающей стенке, передачу тепла через стенку, которая может быть многослойной, передачу тепла от стенки в другую среду. Рассмотрим передачу тепла от горячего теплоносителя к холодному через трехслойную стенку в условиях установившегося процесса.

Температура горячей среды t1, а холодной t2.

Тепловые нагрузки в каждой стадии определяются, соответственно, dQ1 1dF (t1 tст1 ) ;

уравнениями теплоотдачи и теплопроводности:

1 dF (tст1 t ) ;

dQ3 2 dF (t t ) ;

dQ4 3 dF (t tст 2 ) ;

dQ5 2 dF (tст 2 t2 ).

dQ 1 2 Так как процесс установившийся dQ1 dQ2 dQ3 dQ4 dQ5 dQ. С учетом этого выразим из каждого уравнения разности температур, сложим полученные уравнения, а результат проинтегрируем. В итоге, получим основное уравнение теплопередачи F (t1 t2 ).

Q n 1 i 1 i 1 i Следовательно, дробь в этом уравнении является коэффициентом теплопередачи.

K n 1 i 1 i 1 i Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество тепла переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через разделяющую их стенку с поверхностью 1 м2 при разности температур между теплоносителями в 1 градус. Величина обратная коэффициенту теплопередачи, называется общим термическим сопротивлением и описывается уравнением аддитивности (сложения) n 1 1 i, где 1/ 1 и 1/ 2 - термические термических сопротивлений K 1 i 1 i i n сопротивления сред (теплоносителей);

термическое сопротивление i 1 i многослойной стенки (в т.ч. и ее загрязнений r1 и r2).

Из этого уравнения следует, что для интенсификации процесса теплопередачи необходимо увеличивать скорость или турбулентность движения сред. Это приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи.

Коэффициент теплопередачи повышается с уменьшением толщины стенки и её загрязнений. Зависимость между коэффициентом теплопередачи и коэффициентами теплоотдачи справедлива и при переменных температурах теплоносителей, но в этом случае в основном уравнении теплопередачи используется величина средней движущей силы.

Средняя разность температур теплопередачи Процессы теплопередачи при постоянных температурах теплоносителей распространены мало, например, когда оба теплоносителя изменяют агрегатное состояние. Чаще теплообмен протекает при переменных температурах теплоносителей. В таких случаях, в качестве движущей силы процесса теплопередачи используется средняя разность температур или средний температурный напор tср.

В непрерывных процессах теплообмена tср зависит от начальных и конечных температур и направления движения теплоносителей. Возможны следующие варианты направления:

- параллельный ток или прямоток, при котором теплоносители движутся в одном направлении;

- противоток, при котором теплоносители движутся в противоположных направлениях;

- перекрестный ток – при взаимно-перпендикулярном движении потоков;

- смешанный ток, когда могут сочетаться все варианты.

Установлено, что температуры теплоносителей при передаче тепла изменяются экспоненциально. При прямотоке и противотоке средняя разность температур представляет собой среднюю логарифмическую разность температур tср (tб t м ) / ln(tб / t м ), где tб, t м большая и меньшая разности температур теплоносителей на концах аппарата.

При прямотоке tб это всегда разность начальных температур теплоносителей, а t м - конечных температур. При противотоке большая и меньшая разности могут быть на любом конце аппарата. Если отношение tб / t м 2, то средний температурный напор, с достаточной для технических расчетов точностью, определить как среднеарифметическую величину tср (tб t м ) / 2.

Противоток более выгоден, чем противоток. При противотоке холодный теплоноситель можно нагреть до более высокой температуры, а горячий охладить до более низкий температуры, по сравнению с прямотоком. Если один из теплоносителей или оба изменяют агрегатное состояние (при кипении или конденсации), то направление движения теплоносителей не влияет на величину средней разности температур. Если оба теплоносителя изменяют агрегатное состояние, то tср t1 t2.

Средняя разность температур при перекрестном и смешанном токе занимает промежуточное положение между противотоком и прямотоком и рассчитывается как противоток, с учетом поправочных коэффициентов. Если в аппарате происходит комбинированный процесс (например, конденсация с последующим охлаждением или кипение с предварительным нагревом), то аппарат делится на зоны и расчет ведется для каждой зоны отдельно.

Тема 3.5. Теплообмен при изменении агрегатного состояния теплоносителей К этому виду теплообмена относятся кипение жидкости и конденсация паров. Кипение жидкости сопровождается наиболее интенсивным её испарением, т.е. переходом в пар. При нагревании жидкости через стенку, на мельчайших неровностях её поверхности, называемых центрами парообразования, за счет испарения образуются пузырьки пара.

Пузырьки растут и, достигнув определенных размеров, когда подъемная их сила превысит силы сцепления, отрываются от поверхности и поднимаются вверх. При подъеме пузырьки продолжают расти. Выйдя на поверхность пузырьки, под действием внутреннего давления, лопаются, образуя определенное давление паров над жидкостью. Когда это давление становится равным внешнему давлению, жидкость закипает. Температура, при которой это достигается, называется температурой кипения.

С увеличением разности температур t tст tкип, которая является движущей силой процесса кипения, увеличивается интенсивность образования пузырьков, что приводить к возрастанию коэффициента теплоотдачи и удельной тепловой нагрузки q Q / F.

Такое кипение называется пузырьковым или ядерным. Оно существует до определенной (критической) разности температур tкр (для воды при 1 ат о tкр 20 С). При увеличении этой разности температур, пузырьки пара не успевают всплывать, а лопаются у поверхности стенки, образуя паровую пленку. Эта пленка плохо проводит тепло, а q и снижаются. Такое кипения называется пленочным. Кипение лучше проводить в пузырьковом режиме.

Уравнение теплоотдачи при кипении Q кип F (tст tкип ).

Для пузырькового кипения при естественной конвекции в большом объеме в вертикальных трубках, для расчета кип можно использовать уравнение Aq 0,6.

Расход тепла на испарение жидкости при кипении Q Gr, где G – это расход образовавшихся паров, а r – это теплота парообразования (теплота испарения).

Конденсация паров сопровождается образованием жидкости, которая называется конденсатом. Движущей силой процесса конденсации является разность между температурой конденсации (фазового превращения) и температурой стенки t tконд tст. Конденсация бывает пленочной и капельной. Капельная конденсация встречается редко и протекает на не смачиваемых поверхностях.

При пленочной конденсации на стенке образуется пленка жидкости, которая создает основное термическое сопротивление теплоотдаче.

Уравнение теплоотдачи при конденсации имеет вид Q конд F (tконд tст ), а расход тепла Q Gr, где G – это расход конденсируемых паров, а r – это скрытая теплота конденсации, которая равна теплоте парообразования.

Для расчета коэффициента теплоотдачи при конденсации используется обобщенное уравнение Nu С (Ga Pr K )0,25, где K r / cж t критерий конденсации (фазового превращения);

Ga – критерий Галилея, Pr – критерий Прандтля.

Коэффициент С зависит от конструктивных особенностей конденсатора (вертикальности или горизонтальности поверхности конденсации, гидродинамического режима течения пленки).

Нагревание и нагревающие агенты, охлаждение и охлаждающие агенты.

Среда, которая используется для нагревания и отдает тепло, называется горячим теплоносителем или нагревающим агентом. Среда, которая используется для охлаждения и принимает тепло, называется холодным теплоносителем или охлаждающим агентом.

Для нагревания используют: теплообменные аппараты;

водяные, паровые или масляные рубашки (бани), электрический ток, промежуточные теплоносители.

В качестве нагревающих агентов используются – горячая вода, водяной пар, минеральные масла, высокоорганические теплоносители (ВОТ), пары ртути, расплавы солей, дымовые и топочные газы. Нагрев горячей водой эффективен только при использовании конденсата, или при использовании горячей воды, как отход производства.

Для нагревания до 180оС широко используется водяной пар. Водяной пар для обогрева может быть «острым» и «глухим». Для нагревания свыше 1800С используют пары ВОТ или ртути. В качестве ВОТ применяется дифенильная смесь (26.5% дифенила и 73,5 дифенилового эфира). Пары ртути применяют для нагревания до 380-500 оС, но они весьма токсичны.

Дымовыми и топочными газами можно обогревать до 1000оС и выше, но обогрев ими неравномерен, а коэффициент теплоотдачи низкий.

Электрообогрев может осуществляться электрической дугой, эл.сопротивлением и токами высокой частоты (диэлектрическое нагревание).

Диэлетрическое нагревание нашло применение в процессах сушки.

Для охлаждения используют теплообменные аппараты, рубашки, холодильные установки. В качестве охлаждающих агентов используют воду, воздух, холодильные смеси, холодильные рассолы, низкокипящие растворители и сжиженные газы. Вода используется пресная – речная, озерная, вода артезианских колодцев. Оборотную воду получают в градирнях охлаждением конденсата.

Низкотемпературные агенты применяют для создания температур ниже о 5-20 С. Холодильные смеси – это смесь воды со льдом или снегом. Их температура близка к 0оС. Холодильные рассолы – это предварительно охлажденные в специальных холодильных установках растворы различных солей. Они могут иметь температуру до минус 30оС и ниже.

Тема 3.6. Классификация, устройство и расчет теплообменных аппаратов В зависимости от назначения теплообменные аппараты делятся на подогреватели, холодильники, испарители, кипятильники, конденсаторы, дефлегматоры, котлы-утилизаторы, выпарные аппараты и др.

По способу передачи тепла теплообменные аппараты делятся на 3 типа – смесительные, рекуперативные и регенеративные.

В смесительных теплообменниках передача тепла происходит при непосредственном контакте теплоносителей. К таким теплообменникам относятся градирни и конденсаторы смешения.

Градирня используется для охлаждения конденсата и получения оборотной воды. Барометрический конденсатор широко используется в процессах выпаривания для конденсации паров и создания вакуума за счет конденсации.

В рекуперативных теплообменниках передача тепла осуществляется через стенку. Это наиболее распространенный тип теплообменников. К ним относятся кожухотрубчатые, двухтрубчатые (типа «труба в трубе»), змеевиковые, спиральные, пластинчатые, оребренные теплообменники и специальные.

Кожухотрубчатые теплообменники состоят из кожуха, внутри которого размещен пучок труб небольшого диаметра. Пространство внутри труб называют – трубным, а между кожухом и пучком – межтрубным. Для улучшения теплоотдачи межтрубное пространство иногда делится поперечными сегментными перегородками. Если разделить трубное пространство вертикальными перегородками теплообменник становится многоходовым. Теплообменники бывают от 2-х до 16-ти ходовые.

Теплообменники типа «труба в трубе» состоят из двух труб, которые образуют секцию аппарата. Для увеличения поверхности теплообмена секции соединяют между собой калачами.

Змеевиковые теплообменники подразделяются на погружные и оросительные. В последних, используется испарительное охлаждение, за счет орошения змеевика сверху водой. Спиральные состоят из двух тонких металлических лент свернутых от центра в спираль Архимеда, в результате образуется два раздельных канала. С торцов спираль закрыта крышками.

Теплообменники имеют высокие коэффициенты теплопередачи (более Вт/(м·К)), но из-за прокладок не выдерживают высоких температур и давлений (до 7-8 ат). Пластинчатые теплообменники состоят из пакета тонких вертикальных рифленых пластин. С обеих сторон пластины имеют по три резиновые прокладки. Одна большая и две малые. С обратной стороны прокладки расположены зеркально. Имеют такие же достоинства и недостатки, что и спиральные. К числу компактных и эффективных теплообменников относятся конструкции с оребренными поверхностями.

Ребра бывают поперечные (пластины), продольные, спиральные, игольчатые и др. Широко используются в калориферах (т/о для подогрева воздуха).

В регенеративных теплообменниках тепло передается через промежуточный материал (насадку), который вначале нагревается, а затем через него пропускается холодный теплоноситель. Обычно в них используется тепло отходящих потоков, с целью вторичного его использования.

Расчет теплообменников сводится к определению поверхности теплопередачи, гидравлического сопротивления и при необходимости рассчитывается толщина тепловой изоляции.

Тема 3.7. Выпаривание, основные понятия и способы выпаривания Выпаривание – это процесс концентрирования растворов практически нелетучих веществ в жидких летучих растворителях, путем удаления растворителя при кипении. Движущей силой является разность температур.

На интенсивность выпаривания существенно влияет циркуляция раствора, которая позволяет удалять растворитель из всего объема и усиливает теплоотдачу. Она бывает естественной и принудительной.

В большинстве случаев в качестве нагревающего агента используется водяной пар, который называется первичным или греющим. Пар, образующийся при выпаривании, называется вторичным или соковым.

Выпаривание может протекать под атмосферным, избыточным давлениях и под вакуумом. Различают однокорпусное и многокорпусное выпаривание.

Наибольшее распространение получило выпаривание с паровым обогревом в трубчатых аппаратах. Такие аппараты состоят из двух основных частей – греющей камеры и сепаратора. Греющая камера является кипятильником для испарения растворителя и представляет собой кожухотрубчатый теплообменник. Сепаратор служит для отделения вторичного пара от раствора. Для создания циркуляции раствора используется циркуляционная труба.

Материальный и тепловой балансы однокорпусного выпаривания Материальный баланс составляется на основе равенства прихода и расхода материальных потоков в аппарате. В аппарат приходит исходный раствор в количестве Gн, а из аппарата уходят – упаренный раствор в количестве Gк и вторичный пар (выпаренная вода) в количестве W.

Общий материальный баланс Gн Gк W. Баланс по растворенному (сухому) веществу Gн xн Gк xк. Баланс по выпаренной воде W Gн 1 xн / xк.

Тепловой баланс составляется на основе равенства прихода и расхода теплоты в аппарате. Тепло в выпарной аппарат поступает с греющим паром Q1 Dr, с исходным раствором Q2 Gн cнtн. Расходуется тепло с упаренным раствором Q3 Gк cк tк, со вторичным паром Q4 Wi, с конденсатом из греющей камеры Q5 Dcв и потерями в окружающую среду Qn. Тогда тепловой баланс Dr Gн cнtн Gк cк tк Dcв Wi Qn Qд. Gк cк можно заменить равенством Gк cк Gн cн Wcв. Тогда уравнение теплового баланса примет окончательный вид D(r cв ) Gн cн (tк tн ) W (i cв tк ) Qn Qд, где Qд теплота дегидратация, которая выделяется или поглощается при концентрировании раствора.

На основе теплового баланса определяется тепловая нагрузка выпарного аппарата Q D(r cв ) и расход греющего пара.

Температурные потери при выпаривании При выпаривании температура вторичного пара отличается от температуры кипения раствора на величину температурных потерь, которые складываются из трех величин – температурной депрессии, гидростатический депрессии и гидравлической (гидродинамической) депрессии. Температурная депрессия определяется разностью между температурой кипения раствора и температурой кипения растворителя tкип. р ра tкип. р ля. Она зависит от природы раствора, его концентрации и давления. Для атмосферного давления температурная депрессия находится в справочной литературе в зависимости от концентрации. В зависимости от Т давления она рассчитывается по формуле Тищенко 16, 2.

атм r Гидростатическая депрессия возникает из-за столба жидкости в трубках греющей камеры и определяется как прирост температуры за счет давления высоты столба жидкости. Гидравлическая депрессия вызвана потерей давления вторичным паром при выходе из аппарата. Эта депрессия принимается в пределах 1-3оС.

Температурные потери используются для определения температуры кипения раствора tкип. р ра tвт.пара.

Температура вторичного пара определяется как справочная величина в зависимости от давления, при котором происходит выпаривание. Разность между температурой греющего пара и температурой кипения раствора является движущей силой процесса выпаривания и называется полезной разностью температур tпол tгр.пара tкип. р ра. Существует также общая разность температур tобщ tгр.пара tвт.пара или tобщ tпол.

Тема 3.8. Многокорпусное выпаривание Процесс выпаривания очень энергоемкий процесс. Для получения 1 кг вторичного пара необходимо затратить более 1 кг греющего пара. С целью экономии греющего пара используют многокорпусное выпаривание.

Сущность его состоит в том, что для выпаривания используется несколько выпарных аппаратов, называемых корпусами, соединенных последовательно или параллельно. В таких установках свежий греющий пар используется в первом корпусе, а все последующие корпуса обогреваются вторичным паром из предыдущего корпуса. Но так как температура вторичного пара ниже температуры кипения раствора, необходимо, чтобы давление в первом корпусе было избыточным, а других корпусах постепенно снижалось, вплоть до вакуума к последнему корпусу.

Существует три типа схем многокорпусного выпаривания: прямоточная, при которой греющий и выпариваемый раствор движутся в одном направлении, т.е. от первого к последнему;

противоточная, при которой греющий пар и раствор движутся во взаимообратном направлении (пар о первого к последнему, а раствор от последнего к первому);

схема с параллельным питанием, когда раствор подается параллельно в каждый корпус, а греющий пар от первого к последнему (при этом в каждом корпусе раствор выпаривается от начальной до конечной концентрации).

Противоточная схема используется для выпаривания вязких растворов и позволяет выравнивать циркуляцию раствора по корпуса, которая в прямоточных схемах ухудшается от корпуса к корпусу в связи с ростом вязкости раствора. В противоточных схемах лучше использовать аппараты с принудительной циркуляцией.

Материальный баланс многокорпусного выпаривания аналогичен однокорпусного выпаривания, но добавлен уравнением баланса по выпаренной воде (вторичному пару) W W1 W2 W3....

Тепловой баланс многокорпусной выпарной установки состоит из тепловых балансов (аналогичных балансу однокорпусной установки) по каждому корпусу с добавлением уравнения материального баланса по выпаренной воде.

С увеличением числа корпусов полезная разность температур по корпусам снижается, а капитальные затраты растут. Поэтому при выборе числа корпусов необходимо проводить технико-экономический расчет.

Для экономии греющего пара можно использовать выпарной аппарат с «тепловым насосом». В нем вторичный пар из сепаратора направляется в «тепловой насос» (термокомпрессор), в котором пар сжимается до давления, соответствующего температуре греющего пара. После сжатия пар направляется как греющий в греющую камеру. Однако, в связи с низким к.п.д. термокомпрессоров, эти установки не нашли распространения.

Тема 3.9. Классификация, устройство и расчет выпарных аппаратов В зависимости от характера движения кипящей жидкости различают выпарные аппараты: со свободной циркуляцией;

с естественной циркуляцией;

с принудительной циркуляцией;

пленочные.

В зависимости от конструктивных особенностей выпарные аппараты бывают: с сосной греющей камерой;

с центральной циркуляционной трубой;

с вынесенной циркуляционной трубой;

с выносной греющей камерой (вынесенной зоной кипения);

с подвесной греющей камерой.

В аппаратах со свободной циркуляцией перемешивание раствора создается за счет «бурления» жидкости при кипении. Это местная циркуляция.

В аппаратах с естественной циркуляцией для создания циркуляции используется циркуляционная труба (центральная или вынесенная) или кольцевое пространство между корпусом и греющей камерой (подвесная).

Такая циркуляция возникает за счет того, что в трубках греющей камеры раствор более нагрет, чем в циркуляционной трубе или кольцевом пространстве. В результате возникает разность плотностей, что и приводит к циркуляции раствор.

В аппаратах с принудительной циркуляцией для движения раствора используются циркуляционные (осевые) насосы. Циркуляция идет через вынесенную циркуляционную трубу. К таким аппаратам относятся выпарные аппараты с вынесенной циркуляционной трубой и с выносной греющей камерой. Интенсивность циркуляции и теплоотдачи в них выше, чем в аппаратах с естественной циркуляцией.

В пленочных выпарных аппаратах отсутствует циркуляция раствора.

Выпаривание происходит из пленки жидкости, которая образуется под действием пара, поднимающегося внутри трубок греющей камеры с большой скоростью. Пленочные выпарные аппараты имеют высокие коэффициенты теплопередачи до 2000-3500 Вт/(м·К), но в них нельзя выпаривать вязкие и кристаллизующиеся растворы. Различают пленочные аппараты с нисходящей и восходящей пленкой.

Расчет выпарных аппаратов сводится к определению поверхности теплопередачи по уравнению F Q / K tпол. Тепловая нагрузка Q определятся из теплового баланса. Перед этим на основе материального баланса рассчитываются расход упаренного раствора и расход выпаренной воды.

Раздел 4. Основы теории массопередачи и массообменные процессы.

Тема 4.1 Назначение, общие сведения и классификация массообменных процессов. Способы переноса вещества Массообменные процессы связаны с переносом вещества из одной фазы в другую. Они используются для разделения гетерогенных и гомогенных смесей. Движущей силой этих процессов является разность концентраций x или y. В промышленности используют следующие массообменные процессы: сорбционные (абсорбция и адсорбция);

дистилляционные (перегонка и ректификация);

экстракция;

кристаллизация;

сушка;

мембранные.

Перенос вещества из фазы в фазу называется массопередачей, которая включает две стадии массоотдачи – подвод переносимого вещества из первой фазы к поверхности раздела фаз и отвод этого вещества от границы в другую фазу.

Количественный состав фаз выражается концентрациями. В массообменных процессах участвуют как минимум три вещества:

распределяемое вещество или первая инертная фаза-носитель Фу ;

распределяемое веществ или вторая инертная фаза-носитель Фх ;

распределяемый компонент. Инертные фазы носители не участвуют в процессе массопередачи, а являются лишь носителями распределяемого компонента.

Существуют два элементарных способа переноса вещества – молекулярная диффузия и конвекция. Диффузия присутствует всегда, поэтому массообменные процессы часто называют диффузионными.

Молекулярная диффузия или просто диффузия – это перенос вещества за счет беспорядочного, хаотического движения молекул. Молекулярная c dFd, диффузия описывается первым законом Фика где dM D n D коэффициент молекулярной диффузии, который показывает способность вещества проникать через неподвижную среду. Он является коэффициентом скорости диффузии и зависит от природы вещества и среды, температуры, а для газов и от давления.

Конвекция – это перенос вещества за счет перемещения ее частиц при движении, в том числе за счет турбулентный пульсаций, которые называют турбулентной диффузией. Конвекция может быть естественной и вынужденной. Количество вещества переносимого за счет конвекции определяется уравнениями массоотдачи в фазах Фу и Фх : dM y dFd ( y yгр ) ;

dM x dFd ( x xгр ), где y и x коэффициенты массоотдачи, которые характеризуют скорость переноса вещества от среды к границе раздела фаз и от границы к другой фазе;

y гр и xгр концентрации фаз на границе раздела фаз.

В движущейся среде перенос вещества осуществляется одновременно конвекцией и неизбежно молекулярной диффузией. Перенос конвекцией более интенсивен.

Фазовое равновесие, равновесная линия Приведем в соприкосновение фазы Фх и Фу. Предположим, что в начальный момент фазы имеют концентрации x 0, а y 0. Тогда распределяемый компонент будет переходить из фазы Фу в фазу Фх. Как только в фазе Фх появится молекула компонента, начнется и обратный переход. При этом по мере увеличения концентрации х скорость обратного перехода будет возрастать, а прямого уменьшаться. В конце концов, скорости прямого и обратного перехода окажутся равными, и тогда наступит фазовое равновесие. Это равновесие подвижное, когда видимого перехода вещества нет. В условиях равновесия (при Р = const и Т = const) некоторому значению x будет соответствовать строго определенное значение концентрации y*.

Концентрация y* называется равновесной. При изменении давления или температуры равновесие сдвинется и наступит при новых значениях концентраций.

Зависимости между этими концентрациями называются равновесными y f ( x) или x* f ( y ) и графически изображается кривой выходящей из * начала координат Y X. Разности между рабочими и равновесными концентрациями фаз по абсолютной величине будут определять движущую силу процесса y A | y A y* | и xA | x* xA |.

A A Тема 4.2. Материальный баланс и уравнение рабочей линии массопередачи Рабочие (текущие) концентрации вещества в процессе массопередачи изменяются от начальных до конечных. Зависимость между рабочими концентрациями фаз y f ( x) или x f ( y ) называется уравнением рабочей линии, которая в общем виде является одинаковой для всех массообменных процессов. Получается эта зависимость из материального баланса процесса.

Общий материальный баланс массопередачи по распределяемому компоненту M Gyн Lxн Gyк Lxк или M G ( yн yк ) L( xк xн ).

Материальный баланс для произвольного сечения аппарата и его, допустим, L L верхней части Lxн Gy Lx Gyк, откуда y x yк xн. Это уравнение G G называется уравнением рабочей линии. Так как G и L, xн и yк в процессе не L L изменяются, то обозначим A, а yк xн B. Тогда уравнение рабочей G G линии принимает вид y Ax B. В таком виде это уравнение является одинаковым для любого процесса массопередачи. Это уравнение прямой, поэтому графически изображается прямой линией в координатах Y X. При этом коэффициент А определяет тангенс угла наклона прямой, а В – отрезок, отсекаемый ею на оси Y. Для построения рабочей линии достаточно иметь две точки, которые определяются значениями начальных и конечных концентраций фаз. Рабочая линия может быть выше и ниже равновесной линии. Если выше, то компонент переходит из фазы Фу в фазу Фх, а если ниже, то наоборот.

Основное уравнение массопередачи В соответствии с основной кинетической закономерностью, скорость массообменного процесса будет прямо пропорциональна движущей силе y или x и обратно пропорциональна сопротивлению Ry или Rx. Под скоростью массопередачи понимается количество вещества переносимое dM через единицу поверхности за единицу времени, то есть величина.

dFd x y dM dM Следовательно, можно записать или. Величины, dFd Rx dFd Ry обратные сопротивлению, называются коэффициентами массопередачи и K x 1/ Rx. С учетом этого можно записать: dM K y dFdy ;

K y 1/ Ry dM K x dFdx.

Эти уравнения называются уравнениями массопередачи в дифференциальной форме и определяют одно и то же количество переносимого вещества. Для получения интегрального вида уравнения необходимо усреднить движущую силу процесса, которая изменяется вдоль поверхности массопередачи M K y Fyср или M K x Fxср.

Коэффициенты массопередачи характеризуют скорость передачи вещества из фазы в фазу, т.е. количество вещество переносимое через 1 м2 за единицу времени. Их размерность зависит от выбранного способа выражения концентрации фаз. Основное уравнение массопередачи используется для расчета поверхность контакта фаз (массопередачи) в аппарате.

Для установившегося процесса количество переносимого вещества не изменяется во времени и тогда F M / K y yср или F M / K x xср.

Таким образом, расчет массообменного аппарата сводится к определению коэффициента массопередачи, средней движущей силы и количество переносимого вещества, которое рассчитывается из материального баланса.

Тема 4.3. Механизм процессов массопередачи В настоящее время имеются различные модели (теории) массопередачи, но все они являются развитием и уточнением ранней пленочной модели Льюися-Уитмена. Согласно этой модели массопередача состоит из двух стадий массотдачи. Вблизи границы раздела фаз с обеих сторон имеются тонкие ламинарные пленки (пограничные слои), перенос вещества через которые происходит за счет молекулярной диффукзии. Перенос же распределяемого компонента в ядре фаз осуществляется преимущественно путем конвекции (диффузия пренебрегается).

Вследствие этого вдали от границы раздела фаз концентрации относительно выравнены и равны средним величинам. В пограничных же слоях вещество переносится за счет молекулярной диффузии, за счет чего в пленках возникает градиент концентрации по нормали к поверхности. Это обуславливает основное сопротивление массопередачи.

Пленочная теория предполагает, что концентрация распределяемого компонента в фазе Фу уменьшается от величины y в ядре потока до величины yгр на границе раздела фаз. В фазе Фх концентрация распределяемого компонента уменьшается от xгр на границе раздела фаз до x в ядре фазы. При установившемся процессе на границе раздела фаз наблюдается равновесие, то есть концентрации yгр и xгр являются равновесными.

Дифференциальное уравнение конвективной диффузии. Критерии массообменного подобия Если процесс массопередачи установившимся, то изменения концентрации во времени не будет. Это значит, что сумма вещества «накопленного» за счет только конвекции и за счет только диффузии должна быть равна нулю, так как, в противном случае, концентрация распределяемого вещества в любой точке, стала бы изменяться во времени.

То есть должно соблюдаться условие dM к dM д 0.

Рассматривая накопление вещества за счет чисто конвективного переноса в элементарном объеме, помещенном в трехмерную систему координат и за счет молекулярной диффузии, получено 2c 2c c c c wx wy wz D 2 2 2 dxdydzd.

x y z x y z Это уравнение является дифференциальным уравнением конвективной диффузии для установивщегося процесса массопередачи. Более короткая запись уравнения wgradC D 2C.

Для неустановившегося процесса это уравнение будет дополнено в левой части изменением концентрации во времени c /.

Дифференциальное уравнение конвективной диффузии необходимо решать совместно с уравнением Навье-Стокса. Однако, такая система практически не имеет общего решения. Поэтому его преобразовывают методами теории подобия. Опустим в уравнении все знаки дифференцирования и индексы, а величину заменим на x неориентированный линейный размер l. В результате получим равенство cw c... D 2...

l l Разделив эти комплексы друг на друга, получим критерий Пекле диффузионный Pe wl / D, который характеризует соотношения вещества перенесенного за счет конвекции и за счет диффузии.

Разделив критерий Пекле на критерий Рейнольдса, получим критерий Прандля диффузионный Pr / D / D. Критерии Пекле и Прандтля являются определяющими. Определяемым является критерий Нуссельта диффузионный, который определяется из уравнения характеризующего условия переноса вещества на границе раздела фаз. Его получим, приравняв уравнение массоотдачи и уравнение Фика, определяющие количество c вещества переносимого на грание раздела фаз y dFd ( y yгр ) D dFd.

n После подобного преобразования поделим комплексы друг на друга, получим критерий Нуссельта диффузионный Nu l / D. Этот критерий используется для определения коэффициентов массоотдачи.

Тема 4.4. Зависимость между коэффициентами массопередачи и массоотдачи Чтобы установить связь между коэффициентами массопередачи и массоотдачи принимают, что на границе раздела фаз достигается равновесие.

Запишем уравнения массоотдачи для каждой фазы:

dM y dFd y yгр ;

(А) dM x dFd xгр x. (Б) Примем, что равновесная зависимость линейна и описывается уравнением y* mx. Здесь m константа фазового равновесия (является тангенсом угла наклона рабочей линии). Тогда для границы раздела фаз это уравнение примет вид yгр mxгр. Выразим их этих уравнений x y* / m и xгр yгр / m. Подставим эти концентрации в уравнение (Б), получим dM x dFd yгр y* / m. (В) Выразим из уравнений (А) и (В) разности концентраций, сложим левые и правые части полученных уравнений. В результате будем иметь основное dFd y y *. Дробь в этом уравнении уравнение массопередачи dM 1 m y x 1 является коэффицентом массопередачи. Перепишем это K y 1/ y x 1 1 m уравнение следующим образом. Данное уравнения называется K y y x уравнением аддитивности (сложения) фазовых сопротивлений.

Аналогично выводится уравнение связывающее коэффициент 1 1 массопередачи K x с коэффициентами массоотдачи.

K x x m y Уравнения аддитивности были выведены для линейной равновесной зависимости, но они остаются справедливыми и для криволинейной зависимости. В этом случае необходимо определить несколько значений коэффициента m для различных концентраций и усреднить их. Можно также рассчитать несколько коэффициентов массопередачи для отдельных областей аппарата, а затем также усреднить их.

Тема 4.5. Расчет средней движущей силы массообменных процессов В процессах массопередачи происходит изменение, как рабочих, так и равновесных концентраций фаз. Соответственно, изменяется и величина движущей силы, которая определяется разностью между рабочей и равновесной концентрацией. Поэтому в основное уравнение массопередачи входит величина средней движущей силы yср или xср, например M K y F y ср.

При установившемся процессе массопередачи для бесконечно малого участка с поверхностью контакта фаз dF абсорбционного аппарата количество вещества, ушедшего из газовой фазы на этом участке, составит dM Gdy.

Это же количество вещества можно выразить из основного уравнения массопередачи dM K y dF ( y y* ), где y y* движущая сила процесса на выделенном участке аппарата. Приравняв эти уравнения, после преобразований получим уравнение средней движущей силы абсорбции, yн dy yср yн yк / y y, * yк которое, по сути, справедливо для любого процесса массопередачи.

Если равновесная линия прямая y* mx (или близка к прямой), то решение интеграла приводит к уравнению yср (yб y м ) / ln(yб yм ). Если отношение уб / у м 2, то средняя движущая сила рассчитывается как среднеарифметическое уср (yб y м ) / 2. В этих уравнениях yб и y м это большая и меньшая движущие силы на концах аппарата. Аналогичные уравнения можно получить и для x ср.

Однако, в большинстве случаев равновесная зависимость является криволинейной. В этом случае необходимо для определения средней движущей силы решить интеграл. Если не известна функциональная зависимость между рабочей и равновесной концентрациями, то для решения интеграла используется метод графического интегрирования. Для этого строится в координатах 1/ ( у у* ) y кривая ограниченная пределами интегрирования. Площадь под этой кривой, умноженная на масштабы осей абсцисс и ординат численно равна значению интеграла.

Число и высота единиц переноса Интеграл, стоящий в знаменателе выражения средней движущей силы массообменных процессов называется числом единиц переноса (ЧЕП) и обозначается noy или nox. Например, для процесса абсорбции yн x dy dx к или nox *.

noy y y x x * yк xк Отсюда видно, что между числом единиц переноса и средней движущей yн yк x x силой существует определенная зависимость noy или nox к н.

yср xср Число единиц переноса характеризует изменение рабочей концентрации фазы, приходящуюся на единицу движущей силы. Одну единицу переноса можно рассматривать как участок аппарата, для которого изменение концентрации одной из фаз равно по величине средней движущей силе.

Тогда ЧЕП это число таких участков в аппарате при изменении концентрации фазы от начальной до конечной.

Если приравнять уравнения материального баланса M G yн yк и массопередачи M K y F yср, а поверхность массопередачи выразить как F Vf HSf, то получим уравнение, определяющее рабочую высоту аппарата y yк G. Первый член этого уравнения называется высотой единиц H н K y fS yср переноса (ВЕП) hoy G / K y fS. K y f называются объемным коэффициентом массопередачи. Второй член в уравнении высоты аппарата представляет число единиц переноса noy. Таким образом, рабочую высоту массообменного аппарата можно определить как произведение числа единиц переноса (ЧЕП) на высоту единиц переноса (ВЕП) H noy hoy. Аналогичные уравнения можно получить и для другой фпазы.

Тема 4.6. Конструкции колонных аппаратов Для проведения массообменных процессов используется разнообразная химическая аппаратура. В зависимости от назначения процесса аппараты называются абсорберами, ректификаторами, адсорберами, экстракторами, кристаллизаторами, сушилками и др. Для многих процессов широко распространены аппараты колонного типа – насадочные и тарельчатые колонны. В насадочных колоннах происходит непрерывный контакт фаз, а в тарельчатых ступенчатый. контакт. Такие колонны используются в процессах абсорбции, перегонке и ректификации, экстракции и в других случаях.

Насадочные колонны представляют вертикальные цилиндрические аппараты, внутри которых на опорных решетках располагается насадка.

Насадка – это твердые тела специальной формы, предназначенные для создания необходимой поверхности контакта взаимодействующих в аппарате фаз. Наиболее распространенной насадкой являются кольца Рашига – это полые цилиндрики, у которых высота равна диаметру. Любая насадка характеризуется долей свободного объема и удельной поверхностью f.

Кроме колец Рашига в промышленности используются кольца Паля, кольца с внутренними перегородками, спиральная, винтовая, шарообразная, седловидная (седла Берля, седла Инталокс), хордовая, пакетная насадка и другие. В последние годы все шире находит применение пакетная ячеистая насадка, которая обладает высокими показателями.

Тарельчатые колонны в качестве контактных устройств имеют тарелки.

Это горизонтальные перегородки специальной формы. Тарелки бывают колпачковыми, ситчатыми, клапанными, провальными, ситчато-клапанными и другими. Колпачковые тарелки бывают капсульными и тоннульными (желобчатые, Z-образными). Ситчатые тарелки представляют диск с множеством небольших отверстий диаметром 2-5 мм для прохода газа. Доля сечения этих отверстий по отношению к сечению колонны составляет 8-12% и называется долей живого сечения. Жидкость проходит по сливным устройствам в виде труб или сегментных пластин, по которым жидкость перетекает с тарелки на тарелку. Провальные тарелки бывают дырчатыми (с отверстиями) и решетчатыми (со щелями). Конструктивно они такие же, как ситчатые, но доля живого сечения у них 15-25%, и они не имеют сливных устройств. Кроме тарельчатых и насадочных колон используются распылительные колонны. Это полые колонны, в которых механически или пневматически распыливается жидкость.

Гидродинамические режимы работы насадочных и тарельчатых колонн В зависимости от скорости газа в аппарате различают несколько гидродинамических режимов работы орошаемых насадочных колонн – пленочный, повисания (турбулентный) и эмульгирования.

Если насадка сухая, то гидравлическое сопротивление изменяется пропорционально квадрату скорости. Для орошаемой насадке сопротивление изменяется круче и имеет ступенчатый характер. Пленочный режим наблюдается при малых скоростях. В нем контакт фаз происходит по поверхности пленки стекающей по насадке. Заканчивается этот режим в точке подвисания. В режиме подвисания начинается и развивается турбулентность и сопротивление возрастает круче, чем в пленочном режиме.

Заканчивается этот режим в точке инверсии, которая соответствует переходу контакта фаз из поверхностного в барботажный, то есть в режим эмульгирования. В режиме эмульгирования газ барботирует через накапливающуюся жидкость. В нем наиболее высокое гидравлическое сопротивление, но и максимальная эффективность массоотдачи.

Заканчивается он в точке захлебывания. Она соответствует предельной скорости работы колонны.

Существуют специальные зависимости для расчета скорости процесса в точках подвисания и точке захлебывания. Уменьшая или увеличивая критические скорости на 20-25% можно определять рабочие скорости того или иного режима работы колонны.

Для тарельчатых колонн различают следующие режимы работы тарелок: режим неравномерной работы, который наблюдается при скорости газа в свободном сечении менее 0,5-0,6 м/с;

режим равномерной работы возникает при скоростях от 0,6 до 0,9 м/с;

режим газовых струй и брызг наблюдается при скорости более 0,9-1,1 м/с.

Расчет основных размеров массообменных аппаратов Основными размерами массообменных аппаратов являются диаметр и высота колонны. Диаметр аппарата рассчитывается из уравнения расхода.

Для аппарата круглого сечения D 4V / wo. Для насадочных колонн скорость рассчитывается исходя из выбранного гидродинамического режима работы колонны. Для тарельчатых колонн скорость можно рассчитать исходя из относительной разности плотностей фаз по уравнению wo C ж г / г.

Коэффициент С зависит от типа тарелок и межтарельчатого расстояния, и приводится в специальной литературе.

Высота аппарата определяется в зависимости от способа контакта фаз.

Для ступенчатого контакта (тарельчатые колонны) высоту аппарата можно определить двумя способами – через число теоретических тарелок и графо-аналитиченским способом.

Теоретической тарелкой называется такое контактное устройство, которое обеспечивает полный контакт фаз и фазы с тарелок уходят с равновесными концентрациями. Такая тарелка графически изображается прямоугольной ступенькой, вписанной между рабочей и равновесной линией на графике X Y. Число таких ступенек вписанных от начальных до конечных концентраций и является числом теоретических тарелок (ступеней) для данного процесса. В действительности концентрации фаз на тарелке не изменяются до равновесных, поэтому число действительных тарелок определяется делением числа теоретических тарелок на к.п.д.

тарелки nдт nтт /. Коэффициент полезного действия тарелки определяется либо опытным путем, либо по специальным зависимостям.

Графо-аналитический метод предполагает построение, наряду с рабочей и равновесной линиями, дополнительной кривой, называемой кинетической.

Эта кривая отражает действительное изменение концентраций фаз на тарелках. Строится эта кривая на основе коэффициента эффективности ступени E y (к.п.д. ступени по Мерфри). Этот коэффициент выражает отношение изменения концентрации данной фазы на ступени к движущей силе на входе той же фазы в ступень. Вписывая ступеньки между рабочей линией и кинетической кривой, определяют число действительных тарелок.

Для насадочных колонн (непрерывный контакт) высоту можно рассчитать также по двум методам: через общее число единиц переноса H noy hoy или H nox hox ;

через число теоретических тарелок и высоту эквивалентную теоретической тарелки ВЭТТ H nтт hэ. Для расчета ВЭТТ используются специальные эмпирические зависимости.

Тема 4.7. Абсорбция Абсорбция – это процесс избирательного поглощения газов или паров жидким поглотителем, называемый абсорбентом. Она проводится с целью выделе6ния из смеси ценных компонентов, санитарной очистки газов, получения неорганических кислот. Это обратимый процесс. Выделение поглощенного газа называется десорбцией. Абсорбция, протекающая с химическим взаимодействием, называется хемосорбцией.

Поглощение газа жидкостью связано с растворимостью газа, которая определяется законами Генри и Дальтона. По закону Гении равновесное парциальное давление компонента в жидкости прямо пропорционально его мольной доли в жидкости p* ExA, где Е – константа Генри, её величина A зависит от природы вещества и температуры.

Согласно закону Дальтона, парциальное давление компонента в газе прямо пропорционально его мольной доли в газе p A Pобщ y A.

В условиях равновесия парциальное давление компонента в жидкости будет равно его парциальному давлению над жидкостью, т.е. в газе. Тогда приравняв законы Генри и Дальтона, получим уравнения равновесной линии процесса абсорбции y* ( E / Робщ ) x A mxA. Закон Генри справедлив для разбавленных растворов, когда x 0. С увеличением температуры или с уменьшением давления константа Генри увеличивается, что приводит к ухудшению растворимости, а значит и процесса абсорбции.

В соответствии с материальным балансом процесса абсорбции M G yн y к L xк xн, а уравнение рабочей линии y lx B, где l удельный расход поглотителя l L / G ( yн yк ) / ( xк xн ).

Абсорберы по способу образования поверхности контакта фаз делятся на поверхностные, барботажные и распыливающие. К поверхностным относятся пленочные трубчатые и пластинчатые абсорберы и насадочные аппараты, работающие в пленочном режиме. К барботажным абсорберам относятся тарельчатые колонны и насадочные колонны, работающие в режиме эмульгирования, в том числе абсорберы с «плавающей» насадкой (легкие полые или пластмассовые шары). Преимуществами барботажных абсорберов являются – хороший контакт между фазами, возможность работы при любом расходе жидкости, более пригодны для работы с загрязненными средами.

В промышленности используют различные технологические схемы процессов абсорбции. Например, двухступенчатая с десорбцией или без десорбции поглощенного компонента, одноступенчатая абсорбция и др.

Тема 4.8. Дистилляционные процессы, общие сведения, законы Рауля и Дальтона Процессы дистилляции связаны с разделением жидких гомогенных (однородных) смесей за счет различной летучести компонентов смеси. К таким процессам относятся перегонка, ректификация и их разновидности.

Смесь из двух компонентов называется бинарной. Если в смеси три, и более компонентов, она называется многокомпонентной. В бинарной смеси часто один из компонентов кипит при более высокой температуре, чем другой, поэтому он называется высококипящим ВК. Второй компонент называется низкокипящим НК. Концентрация НК в жидкости обозначается x, а ВК – (1 x ). Содержание НК в паре обозначается y, а ВК – (1 y ).

В основе расчетов дистилляционных процессов лежат законы Рауля и Дальтона. По закону Рауля парциальное давление компонентов в паре пропорционально его мольной доли в жидкости p A PA x A, где PA коэффициент пропорциональности, он равен давлению пара над чистым компонентом. Если смесь подчиняется закону Рауля во всем диапазоне концентраций, она называется идеальной.

По закону Дальтона парциальное давление компонентов в паре пропорционально его мольной доли в паре p A Pобщ у A, где Pобщ общее n давление паров, которое равно сумме парциальных давлений Pобщ pi.Для i бинарной смеси Pобщ pНК рВК.

Бинарные смеси бывают с компонентами полностью растворимые друг в друге в любых соотношениях и образующие гомогенные растворы, частично растворимые и практически нерастворимые друг в друге.

Диаграммы бинарных смесей Для изучения свойств растворимых бинарных смесей используют группы диаграмм: диаграмма P t для постоянного состава;

диаграмма P x при постоянной температуре;

диаграмма t x, y при постоянном общем давлении;

диаграмма x y при постоянном общем давлении ( Pобщ const ).

Диаграмма P t строится на основе опытных данных и показывает зависимость давления паров от температуры чистых компонентов. Строя зависимость P t для различных составов и используя законы Рауля и Дальтона строят диаграмму P x при постоянной температуре. По ней можно найти температуры кипения жидкостей различного состава.

Определив температуры кипения и составы паров для смесей разного состава, строится диаграмма t x, y. Эта диаграмма используется для определения температур кипения жидкостей различного состава и соответствующие этим составам жидкости составы паров, которые являются равновесными. Диаграмма x y строится на основе диаграммы t x, y.

Кривая на этой диаграмме является равновесной линией.


Если жидкая смесь не идеальная, то на диаграмме P x линии парциальных давлений и общего давления паров не прямые, а кривые.

Иногда отклонение этих линий бывают настолько велики, что на линии общего давления возникает явно выраженная точка перегиба (с максимумом или минимумом), которая называется азеотропной. Такая смесь неделимая.

При разделении взаимно нерастворимых смесей состав пара над ними во всей области концентраций не зависит от состава жидкости. Однако, общее давление паров равно сумме давлений паров над чистыми компонентами, т.е.

рНК РНК, а pВК РВК и внешнее давление достигается раньше (т.е. при более низкой температуре), чем для растворимых смесей. Это используется для перегонки с водяным паром или с инертным газом для снижения температуры разделения смеси.

Тема 4.9. Простая перегонка Простая перегонка – однократное частичное испарение жидкости с последующей конденсацией образовавшихся паров. Конденсат называется дистиллятом и обогащен низкокипящим компонентом по сравнению с исходной смесью.

Такую перегонку проводят путем постепенного испарения исходной жидкой смеси F, находящейся в перегонном кубе (кубе-испарителе).

Образующиеся пары отводятся в теплообменник и конденсируются.

Полученный дистиллят Р собирают в сборники. Оставшаяся в кубе жидкость после перегонки называется кубовым остатком W.

Состав исходной смеси обозначается xF, дистиллята xP, кубового остатка xW. Во время перегонки состав дистиллята изменяется. Такую перегонку называют фракционной.

Общий материальный баланс простой перегонки F P W. Баланс по низкокипящему компоненту FxF PxP WxW.

В результате простой перегонки удается лишь грубо разделить смесь.

Для повышения степени разделения смеси применяют перегонку с дефлегмацией, при которой дистиллят после конденсации частично возвращают в куб. Возвращаемый конденсат называется флегмой. Флегма обогащена НК, поэтому пары, выходящие из куба-испарителя, тоже будут иметь более высокое содержание НК. Конденсатор паров называется дефлегматором. Для снижения температуры разделения смеси применяется перегонка с водяным паром или с инертным газом.

Тема 4.10. Ректификация, схема непрерывной ректификации бинарной смеси Ректификация – это процесс многократного частичного испарения жидкости с последующей конденсацией образовавшихся паров, при противоточном взаимодействии жидкой м паровой фаз.

В зависимости от организации процесса ректификация может непрерывной и периодической, протекать при атмосферном, избыточном давлениях или под вакуумом.

При непрерывной ректификации бинарной смеси исходная смесь насосом подается в подогреватель, где она нагревается до температуры кипения и поступает в определенную часть ректификационной колонны.

Точка ввода исходной смеси называется точкой питания и делит колонну на две части: верхнюю – укрепляющую, и нижнюю – исчерпывающую. Она определяется расчетом.

Исходная жидкая смесь стекает в нижнюю часть колонны и поступает в испаритель, в котором она превращается в пар. Этот пар поднимаясь по колонне контактирует со стекающей сверху жидкостью. При этом из жидкости испаряется в большей степени НК, а из пара конденсируется в первую очередь ВК. Таким образом, происходит обогащение паров, поднимающихся по колонне, низкокипящим компонентом. Пары, выйдя из колонны, поступают в дефлегматор, в котором при охлаждении получается дистиллят. Этот дистиллят после дефлегматора делится на две части – одна, как флегма, возвращается в верхнюю часть колонны, а другая отбирается, как готовый продукт. Флегма, имеющая высокое содержание НК, позволяет повысить его в парах, выходящих из колонны. Кроме этого флегма создает орошение верхней части колонны, без чего эта часть колонны работать не может. После дефлегматора дистиллят охлаждается в холодильнике и направляется в емкость готовой продукции. Из нижней части колонны отбирается кубовый остаток, обогащенный высококипящим компонентом.

Материальный баланс и уравнения рабочей линии ректификации При расчете ректификации количества и состав фаз выражают в мольных величинах и принимают ряд допущений: количество поднимающихся паров по колонне считать постоянным;

состав пара, уходящего с верхней тарелки, равен составу жидкости, возвращаемой в колонну, yP xP ;

состав жидкости в кубе колонны равен составу пара, уходящего из кипятильника, xW yW ;

теплоты смешения компонентов разделяемой смеси равны нулю. Исходная смесь подается в колонну нагретой до температуры кипения. Общее уравнение материального баланса колонны F P W, где F – расход исходной смеси, Р – расход дистиллята, W – расход кубового остатка. Материальный баланс по низкокипящему компоненту F xF P xP W xW.

Уравнение рабочей линии имеет ломаный вид, и состоит из двух частей верхней и нижней, расположенных под разными углами. Точка перегиба лежит на ординате соответствующей составу исходной смеси xF.

Тепловой баланс Для колонны непрерывного действия тепло приходит с греющим паром из кипятильника Qкип и с исходной смесью Q F, а расходуется – с паром из колонны QG, с кубовым остатком QW и потерей в окружающую среду Qn.

Тогда, тепловой баланс запишется Qкип QF QG QW Qn или Qкип FcF (tкип tн ) P ( R 1)r PcP (tконд tк ) WcW (tкип tк ) Qn.

Здесь cF, cP, cW соответственно теплоемкости исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, а r это скрытая теплота конденсации паров дистиллята.

Тема 4.11. Влияние флегмового числа на процесс ректификации Флегмовое число влияет на расположение точки перегиба рабочей линии на ординате, соответствующей составу исходной смеси xF. Если эта точка в расположена на равновесной линии то она соответствует минимальному флегмовому числу Rmin. При минимальном флегмовом числе движущая сила yср равна нулю, поэтому высота аппарата стремится к бесконечности. При R отбора дистиллята нет, т.к. он весь в виде флегмы возвращается в колонну. Такой режим работы называется работой « на себя». Он используется для вывода колонны в рабочий режим.

Кроме высоты и производительности аппарата флегмовое число влияет на величину гидравлического сопротивление и расход тепла, а при фиксированной высоте влияет на эффективность разделения. Так увеличение флегмы приводит в ряде случаев (в насадочных колоннах, на провальных и ситчатых тарелках и др.) к возрастанию гидравлического сопротивления, увеличивает расход тепла на испарение жидкости. Более точное определение действительного флегмового числа находится на основе технико экономических расчетов.

Многокомпонентная ректификация и специальные виды перегонки На практике часто приходится разделять многокомпонентные смеси.

Многокомпонентная ректификация является более сложным и менее изученным процессом, чем бинарная и ее теория рассматривается в специальной литературе. При разделении многокомпонентной смеси используется n аппаратов, которых на один меньше, чем число компонентов смеи к, т.е n k 1. При этом может возникать несколько вариантов смесей компонентов, которые формируют как бинарные, в зависимости от их летучести.

К специальным видам перегонки относятся экстрактивная, азеотропная ректификации и молекулярная дистилляция. Экстрактивная ректификация применяется для разделения компонентов с близкими температурами кипения, у которых относительные летучести близки к единице. Азеотропная ректификация используется для разделения азеотроной смеси. Это тоже перегонка с применением третьего компонента. При этом применяемый растворитель должен образовывать новую азеотропную смесь с минимальной (или максимальной) температурой кипения. Молекулярная дистилляция применяется для разделения высокомолекулярных веществ, температуры кипения которых, очень высокие, что может привести к их разложению при разделении. Молекулярную дистилляцию проводят при глубоком вакууме, соответствующему остаточному давлению 10-2 – 10-4 мм.рт.ст.

Тема 4.12. Кристаллизация Кристаллизация это процесс выделения твердой фазы в виде кристаллов главным образом из растворов и расплавов.

Кристаллы представляют собой однородные твердые тела различной геометрической формы, ограниченные плоскими гранями. Явление образования нескольких кристаллических форм у данного химического соединения носит название полиформизма. Кристаллы, включающие молекулы воды, называют кристаллогидратами.

Кристаллизация из растворов основана на ограниченной растворимости твердых веществ. Раствор, содержащий максимальное количество растворенного вещества в данном количестве растворителя при определенной температуре, называется насыщенным. Если раствор содержит большее количество растворенного вещества, то он является пересыщенным.

Пересыщенные растворы неустойчивы. Из них выделяется избыточное количество растворенного вещества, то есть происходит процесс кристаллизации. После выделения кристаллов остается насыщенный раствор, который называется маточным раствором.

Для проведения процесса кристаллизации пользуются следующими способами создания пересыщенных растворов: охлаждение, в результате которого растворимость заметно уменьшается;

испарение части растворителя;

комбинированный способ при одновременном охлаждении и испарении;

высаливанием, за счет добавления в раствор веществ понижающих растворимость выделяемой соли.

По принципу действия различают: кристаллизаторы с удалением части растворителя;

кристаллизаторы с охлаждением раствора;

вакуум кристаллизаторы;

кристаллизаторы с псевдоожиженным слоем. Наиболее распространенным способом удаления части растворителя является выпаривание. В качестве кристаллизаторов с охлаждением раствора используются аппараты с мешалкой и охлаждающим змеевиком внутри или с охлаждающей рубашкой, кристаллизаторы с выносным холодильником и принудительной циркуляцией раствора, вращающийся кристаллизатор с внутренним охлаждением (вальцовый кристаллизатор), барабанный вращающийся кристаллизатор с воздушным охлаждением, качающийся и шнековый кристаллизвторы.. В вакуум-кристаллизаторах осуществляется испарение растворителя под вакуумом без нагрева. Кристаллизация в псевдоожиженным слое проводится или с удалением части растворителя или с охлаждением раствора до его пересыщения. Основное их достоинство – получение крупных кристаллов (до 2 мм) веществ с отрицательной растворимостью (с повышением температуры снижается).


Общий материальный баланс кристаллизации с удалением части растворителя имеет вид G p Gкр Gм W, где G p, Gкр, Gм,W количество (кг)исходного раствора, полученных кристаллов и маточного раствора, и удаленного растворителя, соответственно.

Тепловой баланс кристаллизации составляется на основе равенства прихода и расхода тепла Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Qn. При кристаллизации с охлаждением Q4 0 и Q7 0. При кристаллизации с испарением части растворителя Q8 0. При вакууме Q 4 0 и Q8 0.

Тема 4.13. Адсорбция Адсорбция это процесс избирательного поглощения газов, паров или жидостей поверхностью твердого поглотителя, называемого адсорбентом.

Адсорбция находит применение для очистки газовых выбросов от вредных примесей, очистки сточных вод, осушки влажных газов, извлечения ценных компонентов, в хромотографии, опреснении вод и в других случаях.

Различают физическую и химическую адсорбцию. Физическая обусловлена взаимным притяжением молекул поглощаемого вещества и адсорбента под действием поверхностных (Ван-дер-Ваальсовских) сил. Химическая адсорбция или хемосорбция сопровождается химическим взаимодействием молекул поглощаемого вещества и адсорбента.

Адсорбент должен обладать избирательностью, обратимостью, развитой (большой) поверхностью. Наиболее распространенными адсорбентами являются активированные угли, силикагели, цеолиты. Активированные угли получают специальной обработкой паром для создания большой поверхности за счет пор. Силикагели – продукты обезвоживания геля кремниевой кислоты, получаемые путем обработки раствора силиката натрия (растворенного стекла) минеральными кислотами или кислыми растворами их солей. Силикагели в большей мере используют для осушки газов.

Цеолиты – природные или синтетические минералы, которые являются водными алюмосиликатами катионов элементов щелочной группы металлов.

Разработаны цеолиты с однородной структурой пор (молекулярные сита).

Адсорбенты, как правило, дороги, поэтому адсорбцию рационально использовать для доочистки веществ.

Поглощение происходит до определенного предела, после которого наступает состояние равновесия. Это равновесие выражается зависимостями y* f ( x) или x* f ( y ). Здесь у – концентрация адсорбтива, а х – концентрация адсорбата. Графические равновесные зависимости в координатах X Y называются изотермами адсорбции (Ленгмюровски кривые), и их положение определяется концентрацией и температурой.

Основными факторами, влияющими на протекание процесса адсорбции, являются свойства адсорбента, температура, давление, свойства поглощаемого вещества, состава фазы носителя. С повышением температуры или с понижением давления адсорбция ухудшается. Обратные действия этих факторов ускоряют десорбцию.

Процесс адсорбции может быть периодическим или непрерывным.

Материальный баланс непрерывной адсорбции M G ( yн yк ) L( xк xн ), где G расход газа или жидкости, а L расход адсорбента. Расчет процесса адсорбции состоит в определении расхода адсорбента и толщины его слоя, продолжительности цикла адсорбции, гидравлического сопротивления и базируется, в основном, на опытных данных.

Для проведения адсорбции используются аппараты, называемые адсорберами. Они бывают непрерывного и периодического действия.

Периодические адсорберы имеют неподвижные слой поглотителя. К непрерывным адсорберам относятся аппараты с движущимся зернистым слоем адсорбента и аппараты с кипящим (псевдоожиженным) слоем.

Тема 4.14. Жидкостная экстракция Экстракцией называют процесс разделения жидких смесей и извлечение компонентов из твердых веществ, при помощи жидкого растворителя (экстрагента), который избирательно растворяет только извлекаемые компоненты. В химической технологии более распространена жидкостная экстракция.

Сущность экстракции заключается в тщательном смешении исходной смеси (АВ) с экстрагентом (С), который избирательно растворяет извлекаемый компонент, а с другими компонентами не растворим или мало растворим. В результате образуется нерастворимая смесь, которая после отстаивания образуется два продукта, один из которых называется экстрактом (ВС) – раствор извлеченного компонента в экстрагенте и рафинат (А) – смесь, обедненная извлекаемым компонентом с некоторым количеством экстрагента. Этот процесс можно представить следующей схемой BC экстракт отстаивание смешение AB C ABC A(C ) рафинат Экстракция протекает при комнатной температуре, поэтому незаменима для разделения веществ, чувствительных к повышенным температурам. Ею можно извлекать вещества из слабых растворов и из смесей с близкими летучестями компонентов, для разделения сложных смесей на классы соединений одинакового химического состава. Иногда её сочетают с другими процессами – ректификацией или выпариванием.

В процессе экстракции участвуют, по крайней мере, три вещества. Для выражения составов тройных смесей и расчета процесса экстракции используется треугольная диаграмма. Она представляет равносторонний треугольник, в углах которого находятся чистые компоненты тройной смеси А, В, и С.

Процесс экстракции, как и любой массообменный процесс, описывается общим уравнением массопередачи M K y Fy и в значительной мере зависит от степени турбулизации фаз. Исходя из этого основное назначение аппарата для экстракции, это создание наибольшей поверхности контакта фаз и по возможности с эффективной турбулизацией. В зависимости от вида контакта между жидкими фазами экстракторы бывают: ступенчатые, в которых изменение состава фаз происходит скачкообразно;

дифференциально-контактные, в которых изменение состава фаз приближается к непрерывному.

К ступенчатым аппаратам относятся смесительно-отстойные экстракторы. Они могут быть горизонтальными, вертикальными с применением механических мешалок, в виде сепараторов, гидроциклонов, центрифуг и других аппаратов. Дифференциально-контактные экстракторы подразделяются на колонные аппараты с подводом и без подвода энергии.

К экстракторам без подвода энергии относятся распылительные, насадочные и тарельчатые колонны. Такие аппараты малоэффективны, их эрнергии в них недостаточно для интенсивного дробления и турбулизации фаз. Более выгодны экстракторы с подводом энергии извне. К ним относятся роторно-дисковые и пульсационные экстракторы.

Тема 4.15. Сушка, способы сушки, основные параметры сушильных агентов Сушка это процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем её испарения и отвода образующихся паров.

Существуют два основных способа сушки: конвективная сушка, путем непосредственного контакта сушильного агента и высушиваемого материала;

контактная сушка, когда сушильный агент и высушиваемый материал разделены теплопередающей стенкой. Кроме этого применяются сушка инфрокрасными лучами (радиационная), токами высокой частоты (диэлектрическая), сушка материалов в замороженном состоянии при глубоком вакууме (сушка возгонкой или сублимацией). Наиболее распространена конвективная сушка, в которой в качестве сушильных агентов используются горячий воздух, дымовые или топочные газы. При контактной сушке в качестве сушильных агентов чаще всего используются водяной пар или горячая вода. Влажный воздух, как влаго- и теплоноситель характеризуется следующими основными параметрами – абсолютной и относительной влажностью, влагосодержанием, теплосодержанием (энтальпией), точкой росы и температурой мокрого термометра.

Дымовые и топочные газы характеризуются такими же параметрами.

Все перечисленные параметры удобно, с достаточной для технических расчетов точностью, определять при помощи I x диаграммы, разработанной Л.К. Рамзиным. Её построение и свойства хорошо описаны в литературе.

Равновесная влажность, изотерма сушки Для проведения процесса сушки необходимо, чтобы парциальное давление паров в воздухе было меньше давления паров над материалом, образующихся при испарении, то есть соблюдаться условие pм pn. Когда ( pм pп ) сушка прекращается, так как достигается равновесие. При этом остаточная влажность материала называется равновесной p. Если pм pn, то происходит поглощение материалом из воздуха. Таким образом, разность pм pn является движущей силой процесса сушки. Зависимость равновесной влажности материала от относительной влажности воздуха при постоянной температуре называется изотермой сушки p f ( ). Изотермы строятся по опытным данным. Равновесная влажность, соответствующая полному насыщению среды влагой ( 100%), называется гигроскопической точкой материала г. Для неё справедливо равенство pп pм pн. Если влажность материала меньше г, то материал можно сушить, лишь тем агентом, для которого p. Таким образом, разность влажностей ( p ) также может служить движущей силой процесса сушки. Тогда уравнение массопередачи для сушки может быть: M K F p или M K p F pм рп.

Схемы сушильных процессов Существует несколько вариантов сушильных процессов. Наиболее простым является основной процесс конвективной сушки, сущность которого заключается в следующем. Влажный материал поступает в сушильную камеру и с помощью транспортных средств, продвигается вдоль сушильной камеры. Холодный воздух подогревается в калорифере до определенной температуры и затем проходит через сушилку. Основная цель подогрева – снижение относительной влажности воздуха и увеличение скорости сушки. В сушилке происходит испарение и отвод влаги.

Кроме этого используются сушка с дополнительным подогревом, сушка с промежуточным подогревом (зональная сушка) и сушка с рециркуляцией (возвратом) части отработанного воздуха.

Материальный и тепловой баланс конвективной сушки Общий материальный баланс по высушиваемому материалу имеет вид Gн Gк W, где W количество влаги, удаляемой из материала при сушке.

Количество высушенного материала рассчитывается по формуле Gк Gн (100 н ) / (100 к ), а количество удаленной влаги W Gн (н к ) / (100 к ). В сушильной камере происходит насыщение воздуха влагой. Причем, количество влаги, которое увеличивается в сушильном агенте, равно количеству влаги удаленной из материала Lx2 Lx1 W или L W / ( x2 x1 ). При расчете процесса сушки удобнее пользоваться удельными величинами, т.е. отнесенными к 1 кг удаляемой влаги. Тогда удельный расход сушильного агента будет равен L / W l 1/ ( х2 х1 ) 1/ ( х2 хо ).

I 2 I1 I 2 I Тепловой баланс выражается уравнением, где x2 x1 x 2 xo внутренний тепловой баланс сушилки. Он может быть 0 (тогда I 2 I1 процесс реальной сушки), 0 (тогда I 2 I1 - процесс реальной сушки) и (тогда I 2 I1 - процесс адиабатического охлаждения или теоретической сушки).

Кинетика сушки Кинетика сушки определяет скорость протекания процесса. Скорость определяет продолжительность сушки и размеры сушилки. Под скоростью сушки понимается изменение влажности материала во времени, т.е.

u /. Графическая зависимость между влажностью материала и временем сушки называется кривой сушки. Она строится на основе опытных данных. Кривая состоит из нескольких участков, соответствующих различным периодам сушки – период прогрева, период постоянной скорости сушки, период падающей скорости сушки, в котором влажность материала приближается к равновесной влажности.

Графическая зависимость скорости сушки от влажности материала называется кривой скорости, на которой периоды сушки выражены более четко. Расчет размеров сушилок часто определяют на основе опытных величин напряжения объема сушилки по влаге или напряжения по влаге на единицу теплопередающепй поверхности.

Конструкции сушилок Конструкции сушилок очень разнообразны и отличаются: по способу подводу тепла на конвективные и контактные;

по виду используемого теплоносителя на воздушные, газовые и паровые;

в зависимости от давления на атмосферные и вакуумные;

по способу организации работы на непрерываного и периодического действия. К конвективным сушилкам относятся – камерные, тоннельные, ленточные, петлевые, барабанные, пневматические, распылительные, с псевдоолжиженным слоем ( с кипящим, взвешенным, фонртанирующим). К контактным сушилкам относятся – гребковые вакуум-сушилки, барабанные вакуумные сушилки, вакуум сушильные шкафы, валковые сушилки. Устройство и принципы их работы хорошо изложены в учебной литературе.

Тема 4.16. Мембранные процессы Мембранные процессы используются для разделения жидких и газообразных смесей с помощью полупроницаемых мембран. К основным мембранным методам разделения жидких смесей относятся обратный осмос, ультрафильтрация и испарение через мембрану. Под полупроницмаемой мембраной понимается перегородка, обладающая свойством пропускать преимущественно определенные компоненты смеси. В качестве мембран применяют различные материалы – полимерные пленки, пористое стекло, металлическую фольгу, ионообменные материалы и др. Мембраны делятся на две основные группы - непористые (диффузионные) и пористые. К непористым относятся изотропные и анихотропные. Они используются для разделения газов и жидких смесней методом испарения через мембрану.

Пористые мембраны бывают предварительно образованные и динамические (пористые подложки с адсорбированными коллоидными частицами).

Движущей силой могут быть градиенты давления, температуры, концентрации или электрического потенциала. Возможно сочетание движущих сил. Для характеристики процесса мембранного разделения используются селективность и проницаемость (удельная производительность) G.

Отношение проницаемости к давлению процесса называется коэффициентом (константой) проницаемости K пр G / P. Это количество вещества, проходящее через единицу поверхности мембраны, имеющей единицу толщины в единицу времени, на единицу движущей силы.

Обратный осмос – процесс мембранного разделения растворов, при котором через мембрану проходят, преимущественно молекулы растворителя и полностью или частично задерживаются молекулы либо ионы растворенных веществ. Давление, при котором наступает равновесие перехода растворителя, называется осмотическим давлением. Движущая сила процесса обратного осмоса для идеально полупроницаемой мембраны P P 1, где P избыточное давление над исходным раствором;

1 осмотическое давление раствора.

В тех случаях, когда осмотическое давление пренебрежимо мало по сравнению с рабочим давлением, процесс разделения растворов с помощью полупроницаемых мембран называют ультрафильтрацией.

Ультрафильтрацию применяют для разделения высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений в жидкой фазе с использованием селективных мембран, пропускающих преимущественно или только молекулы низкомолекулярных соединений. Движущей силой ультрафильтрации является разность рабочего и атмосферного давления по обе стороны мембраны.

Испарение через мембрану можно использовать для обезвоживания растворов спиртов, разделения азеотропных смесей и углеводородов разных классов, очищать сточные воды химических производств и других целей.

Сущность этого метода заключается в подводе к полупроницаемой мембране с одной стороны нагретой до определенной температуры разделяемой жидкой смеси. Образующиеся пары проникают через мембрану и отводятся за счет вакуумирования пропусканием инертного газа с другой стороны мембраны.

Мембранные аппараты – это устройства, обеспечивающие разделение исходной смеси на пермеат и концентрат. По способу укладки мембран аппараты подразделяются на четыре типа - плоскорамные или типа «Фильтрпресс», трубчатые, рулонные и с мембранами в виде полых волокон.

6.3. Краткое описание лабораторных работ 6.3.1. Перечень рекомендуемых лабораторных работ:

№ 1 – Исследование режимов течения жидкости;

№ 2 – Определение гидравлических сопротивлений трубопровода и арматуры;

№ 3 – Изучение кинетики гравитационного осаждения;

№ 4 – Изучение гидродинамики взвешенного слоя;

№ 5 – Изучение работы зернистых фильтров;

№ 6 – Определение затрат мощности на перемешивание в аппарате с мешалкой;

№ 7 – Испытание двухтрубчатого теплообменника;

№ 8 – Испытание выпарной установки;

№ 9 – Изучение гидродинамики тарельчатых и насадочных колонн;

№ 10 – Изучение процесса ректификации.

В каждой лабораторной работе студент должен выполнить: эксперимен тальную часть, с целью получения опытных результатов исследований;

необ ходимые расчеты, в соответствии с предложенной методикой обработки экспериментальных данных;

сравнение опытных и расчетных результатов.

Все работы выполняются в соответствии с методическими указаниями по проведению лабораторных работ по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии». Лабораторные работы № 1 и № 3 могут выполняться, как на реальных установках, так и виде виртуальных компьютерных моделей.

6.3.2. Методические указания по выполнению лабораторных работ Работа № 1 «Исследование режимов течения жидкости».

Цель работы: изучение изменений, происходящих в потоке при различных режимах течения жидкости.

Занятие проводится в компьютерном классе с использованием компьютерной виртуальной установки и анимационной программы «Adobe Flash».

На экране компьютера открывается управляемая схема лабораторной установки. Студент в соответствии с методическими указаниями заполняет установку жидкостью и устанавливает определенное положение вентиля, который регулирует скорость движения воды. Открывает вентиль подачи краски в поток истекаемой жидкости и визуально наблюдает состояние подкрашенной струйки. После этого соответствующим вентилем направляет поток через расходомерный бак, засекает время и высоту заполнения расходомерного бака.

Полученные результаты используются для расчетов и определения режима течения жидкости.

Работа № 2 «Определение гидравлических сопротивлений трубопровода и арматуры».

Цель работы: опытное определение гидравлического сопротивления различных элементов трубопроводов и сравнение их с расчетными.

Приборы и принадлежности: лабораторная установка, мембранный дифманометр, ротаметры, тарировочные графики ротаметров, диафрагма.

Через систему трубопроводов с местными сопротивлениями из напорного бака насосом перекачивается вода. Устанавливается произвольный расход воды, который измеряется с помощью диафрагмы. При перекачивании жидкости измеряются перепады давлений с помощью дифманометра различных местных сопротивлений (змеевика, внезапного расширения и сужения, вентиля, крана, задвижки) и на прямого участка трубопровода. Опытные данные сравниваются с расчетными.

Работа № 3 «Изучение кинетики гравитационного осаждения».

Цель работы: экспериментальное изучение зависимости скорости осаждения твёрдых частиц от их физических свойств и жидкости под действием силы тяжести, и сопоставление полученных практических данных с теорией.

Приборы, принадлежности и материалы: три стеклянных цилиндра;

жидкости – вода, глицерин моторное масло;

секундомер;

пинцет;

штангенциркуль, твёрдые частицы стали, свинца, алюминия и силикагеля размером 1-3 мм.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.