Общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов

Расчеты процессов и аппаратов обычно имеют следующие основные

цели:

1. определение условий предельного или равновесного состояния системы;

2. вычисление расходов рабочих агентов, количеств извлекаемых загрязняющих веществ, а также количества необходимой энергии;

3. определение оптимальных режимов работы и соответствующей им рабочей поверхности или рабочего объема аппаратов;

4. вычисление основных размеров аппаратов.

Эти задачи определяют содержание и последовательность расчетов.

В указанных расчетах, как правило, рассчитываются материальный и энергетический балансы.

Частью энергетического баланса является тепловой баланс, который в общем виде выражается уравнением:

. (4.1)

При этом количество подводимого тепла определяется как

, (4.2)

где Q₁ – тепло, вводимое с исходными веществами;

Q₂ – количество тепла, подводимого извне;

Q₃ – тепловой эффект физических или химических превращений;

Q_к – количество отводимого тепла, которое складывается из тепла, удаляющегося с конечными продуктами и отводимого с теплоносителем.

На основании теплового баланса находят расход водяного пара, воды и других теплоносителей, а по данным энергетического баланса - общий расход энергии на осуществление процесса.

Интенсивность процессов и аппаратов

Для анализа и расчета процессов очистки газов необходимо, кроме данных материального и энергетического балансов, знать интенсивность процессов и аппаратов.

Все основные процессы (гидродинамические, тепловые, массообменные и др.) могут протекать только под действием некоторой движущей силы, которая для гидродинамических процессов определяется разностью давлений, для теплообменных - разностью температур, для массообменных - разностью концентраций вещества и т.д.

В первом приближении можно считать, что результат процесса, характеризуемый, например, количеством перенесенного вещества или тепла, пропорционален движущей силе (обозначают в общем виде через ), времени  и некоторой величине А, к которой относят параметр, определяющий процесс. Такой величиной может быть рабочая поверхность, через которую происходит перенос энергии или массы, рабочий объем, в котором осуществляется процесс и т.п.

Уравнение любого процесса может быть представлено в общем виде

, (4.3)

где k - коэффициент пропорциональности, который характеризует скорость процесса, и таким образом, представляет собой кинетический коэффициент или коэффициент скорости процесса (коэффициент теплопередачи, коэффициент массопередачи и т.д.). Коэффициент k отражает влияние всех факторов, неучтенных величинами, входящими в правую часть уравнения (2.3), а также все отклонения реального процесса от этой упрощенной зависимости.

Под интенсивностью процесса понимают его результат, отнесенный к единице времени и единице величины А, т.е. величину:

. (4.4)

Если k – мера интенсивности процесса, то 1/k = R – мера сопротивления интенсивности процесса. Таким образом, уравнение (2.3) можно записать в виде:

. (2.5)

Из уравнений (2.3) или (2.4) находят необходимую рабочую поверхность или рабочий объем аппарата по известным остальным величинам, входящим в уравнение, или определяют результат процесса при заданной поверхности (объеме).