Билет №16

1. Механические процессы: назначение, классификация, область применения.

Назначение:Сопровождаются и предназначены для обработки твёрдых и сыпучих материалов.

Д.С.: разность полных энергий – обрабатываемого материала( внутренняя энергия кр. решётки) и энергия рабочего органа мешалки, с помощью которого этот материал обрабатывается.

Область применения: Эти процессы применяются в основном для подготовки исходных твёрдых материалов и обработки конечных твёрдых продуктов, а также для транспортирования кусковых и сыпучих материалов.

К механическим процессам относятся: измельчение, транспортирование, сортировка (классификация) и смешение твёрдых веществ.

Классификация.

1. По способу организации:

   1. Периодические (все стадии протекают в одном месте, но в разное время)

   2. Непрерывные (все стадии протекают одновременно, но разобщены в пространстве)

   3. Комбинированные ( непрерывные процессы, отдельные стадии которых проводятся периодически, либо периодические процессы, одна или несколько стадий которых протекают непрерывно).

2. В зависимости от изменения их параметров:

   1. Установившиеся (стационарные)

   2. Неустановившиеся (нестационарные, или переходные)

3. По распределению времён пребывания частиц среды в аппарате и связанных с ним изменений во времени других факторов, влияющих на процесс( для непрерывных процессов) различают две теоретических модели аппаратов:

   1. Аппараты идеального вытеснения. Все частицы движутся в заданном направлении, не перемешиваясь движущимися впереди и сзади частицами и полностью вытесняя находящиеся впереди частицы потока. Все частицы равномерно распределены по площади поперечного сечения такого аппарата и действуют при движении подобно твёрдому поршню. Время пребывания всех частиц в аппарате одинаково.

   2. Аппараты идеального смешивания. Поступающие частицы сразу же полностью перемешиваются с находящимися там частицами, т.е. равномерно распределяются в объёме аппарата. В результате во всех точках объёма мгновенно выравниваются значения параметров характеризующих процесс. Время пребывания частиц в аппарате неодинаково.

   3. Аппараты промежуточного типа.

2. Тепловой баланс многократного выпаривания.

Многократное выпаривание проводят в нескольких последовательно соединенных аппаратах, в которых давление поддерживают таким образом, чтобы вторичный пар предыдущего корпуса можно было использовать в качестве греющего пара в каждом последующем корпусе. Такая организация выпаривания приводит к значительной экономии греющего пара. Если приближенно принять, что 1 кг греющего первичного пара испаряет 1 кг воды с образованием 1 кг вторичного пара, который затем в последующем корпусе уже в качестве греющего испарит также 1 кг воды и т.д., то общий расход свежего греющего пара на процесс уменьшается пропорционально числу корпусов. Практически в реальных установках такое соотношение не выдерживается, оно как правило, ниже.

В зависимости от взаимного направления движения раствора и греющего пара из корпуса в корпус различают прямоточные и противоточные выпарные установки, а также установки с параллельной или со смешанной подачей раствора в аппараты. Наибольшее распространение в промышленных условиях получили прямоточные выпарные установки (рис. 14-2), в которых греющий пар и выпариваемый раствор направляют в первый корпус 1, затем частично упаренный раствор самотеком перетекает во второй корпус 2, и т. д.; вторичный пар первого корпуса направляют в качестве греющего пара во второй корпус, и т.д.

Прямоточная выпарная установка по сравнению с другими обладает некоторыми преимуществами: поскольку перетекание раствора из корпуса в корпус благодаря разности давлений идет самотеком, отпадает необходимость в установке насосов для перекачивания кипящих растворов. Температуры кипения раствора и давления вторичных паров в каждом последующем корпусе ниже, чем в предыдущем, поэтому раствор в корпуса (кроме 1-го) поступает перегретым. Теплота, которая выделяется при охлаждении рас­твора до температуры кипения в последующем корпусе, идет на дополнительное испарение растворителя из этого же раствора. Это явление получило название самоиспарения.

Недостатками прямоточной схемы выпарной установки являются понижение температуры кипения и повышение концентрации раствора от первого корпуса к последнему. Это приводит к повышению вязкости раствора и, следовательно, к снижению интенсивности теплоотдачи при кипении, уменьшению коэффициента теплопередачи и, как следствие, к увеличению общей поверхности теплопередачи. Однако, несмотря на увеличение потребной поверхности теплопередачи, достоинства прямоточной схемы имеют превалирующее значение, что определяет их широкое распространение.

Тепловой баланс

В первый корпус выпарной установки поступает:

S кгс раствора с теплосодержанием Sct₀ ккал;

D₁ кгс греющего пара с теплосодержанием D₁t₁ ккал.

Из первого корпуса уходит:

W₁ кгс вторичного пара с теплосодержанием W₁i₁ ккал;

(S—W₁) кгс частично упаренного раствора с теплосодержанием Sct₁^W₁*1*t₁=(Sc~W₁)t_1ккал.

D₁ кгс конденсата с теплосодержанием D₁ λ₁ ккал.

При установившемся состоянии процесса и отсутствии тепловых потерь приход тепла равен расходу, т. е. для первого корпуса установки соблюдается равенство

D₁ λ₁ + Sct₀ = W₁i₁ + (Sc — W ₁) t₁ + D₁θ₁

Таким же образом для второго корпуса соблюдается равенство

D₂ λ ₂ + (Sс — W₁) t₁ = W₂i₂+ (Sc – W₁ - W₂) t₂ + D₂θ₂

Для третьего корпуса

D₃ λ ₃+ (Sс — W1 - W2) t₂ = W₃i₃+ (Sc – W₁ - W₂ – W₃) t₃ + D₃θ₃

Для любого n-ного корпуса по аналогии с предыдущим:

D_n λ _n +(Sc –W₁-W₂----------W_n-1)t_n-1=W_ni_n + (Sc-W₁-W₂----------W_n)t_{n +} D_n θ _n

Решая последнее уравнение относительно W_n найдем

Первую дробь обозначают через a_n и называют коэффициен-

том испарения. Числитель этой дроби представляет собой количе­ство тепла, которое отдает 1 кгс греющего (первичного) пара в n-ном кор­пусе, а знаменатель—количество тепла, которое затрачивается на обра­зование 1 кгс вторичного пара в том же корпусе; следовательно, коэф­фициент испарения показывает, какое количество вторичного пара может образоваться в м-ном корпусе при использовании теплоты 1 кгс греющего (первичного) пара в том же корпусе.

Таким образом, 1 кгс греющего пара в я-ном корпусе испаряет а_п кгс/воды

Вторую дробь обозначают через β_n и называют коэффициентом самоиспарения. Каждый килограмм раствора, поступая из предыдущего корпуса в последующий, приносит с собой тепла с_n-1t_n-1 ккал, где с_n-1—теплоемкость раствора, поступающего в n-ный

корпус. В n-ном корпусе температура этого раствора падает от t_n-1—до t_n, т. е. на (t_n-1— t_n)°, и вследствие падения температуры освобождается количество тепла:c_n-1(t_n-1— t_n) которое и расходуется на самоиспарение раствора.

За счет этого тепла образуется вторичный пар в количестве c_n-1β_nкгс.

Получим окончательное выражение для количества выпариваемой воды в произвольно выбранном n-ном корпусе

W_n=D_nα_n+(Sc –W₁-W₂----------W_n-1)β_n

W_n= D_n+1+ E_n

Подставив в последнее уравнение значение W_n из уравнения, получим формулу для определения количества первичного пара в любом (кроме первого) корпусе выпарной установки:

D_n+1=D_nα_n+(Sc –W₁-W₂----------W_n-1)β_n-E_n