МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ХАРКВСЬКИЙ КОЛЕДЖ ТЕКСТИЛЮ ТА ДИЗАЙНУ»

НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

З ДИСЦИПЛІНИ

«процеси та апарати природоохоронних технологій»

Спеціальність 5.04010602

«Прикладна екологія»

Зеленська Н.С.

Розглянуто та схвалено

методичною радою ДВНЗ «Харківський коледж текстилю та дизайну»

Протокол №____ від ________

Голова методичної ради – заст. директора з навчальної роботи_____ Л.П. Нєнахова

Розглянуто та схвалено на засіданні циклової комісії хімічної технології опоряджувального виробництва та прикладної екології

Протокол №____ від _______

Голова циклової комісії ___ І.І.Гордієнко

Харків

2011 р.

ЗМІСТ

пояснювальна записка …………………..5

ОСНОВНІ ТЕХНОЛОГІЧНІ ПОНЯТТЯ

ТА ВИЗНАЧЕННЯ.

КЛАСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСІВ.................................7

1 Гідромеханічні процеси

1.1 Основи гідравліки…………………………….15

1.2 Переміщення рідини та газів…………………28

1.3 Розділення рідких неоднорідних систем…….50

1.4 Відстоювання………………………………….57

1.5 Фільтрування………………………………….65

1.6 Центрифугування……………………………..73

1.7 Очищення газів………………………………..82

1.8 Перемішування………………………………..90

2 ТЕПЛОВІ ПРОЦЕСИ

2.1 Основи теплопередачі………………………..92

2.2 Нагрівання та охолодження…………………111

2.3 Випарювання………………………………...126

3 МАСООБМІННІ ПРОЦЕСИ

3.1 Теорія процесів масо передачі……………...144

3.2 Абсорбція…………………………………….166

3.3 Адсорбція…………………………………….174

3.4 Екстракція……………………………………176

3.5 Ректифікація…………………………………182

3.6 Сушіння………………………………………192

4 МЕХАНЧНІ ПРОЦЕСИ

4.1 Подрібнення твердих матеріалів……………208

4.2 Апарати для подрібнення

твердих матеріалів……………………………….215

ЛІТЕРАТУРА…………………………………….219

Пояснювальна записка

Даний навчальний посібник призначено для підготовки студентів спеціальності «Прикладна екологія» з дисципліни «Процеси та апарати природоохоронних технологій».

Збірник містить лекційний матеріал та методичні вказівки до самостійної роботи студентів з дисципліни «Процеси та апарати природоохоронних технологій». План самопідготовки та питання для самоконтролю представлені у посібнику.

Об’єктами вивчення дисципліни „Процеси та апарти природоохоронних технологій” є фізико – хімічні основи процесів, що використовують в усіх галузях природоохоронних технологій, а також розглядаються принципи устрою та методи розрахунку апаратів, призначених для проведення цих процесів. Виявлення основних закономірностей протікання різних процесів, розробка методів розрахунку апаратури є основними завданнями науки о процесах та апаратах природоохоронних технологій.

Мета дисципліни — виробка у студентів екологічного мислення, підготовка спеціаліста, здатного вирішувати проблеми екологізації виробництва, проблеми охорони навколишнього середовища безпосередньо в умовах розвитку виробництва.

Навчальна програма курсу «Процеси та апарати природоохоронних технологій» складається з чотирьох основних блоків (модулів):

1. Гідромеханічні процеси

2. Теплові процеси

3. Масообміні процеси

4. Механічні процеси

Після ознайомлення з курсом студент здатен здійснювати в виробничих умовах найкращі (оптимальні) технологічні режими; підвищувати продуктивність апаратури та покращити якість продукції. Оволодіння цією наукою надає можливість розробляти більш раціональні технологічні схеми і типи апаратів при проектуванні нових виробництв, вірно оцінювати результати лабораторних досліджень та швидко реалізувати їх в виробничих умовах.

Основні технологічні поняття та визначення. Класифікація процесів (лекція)

Мета: надати студентам загальні відомості про дисципліну, її мету та завдання; виявити класифікацію основних процесів природоохоронних технологій; ознайомити студентів з системою розмінностей.

План

1. Мета та завдання курсу.

2. Основна класифікація процесів природоохоронних технологій.

3. Періодичні та безперервні процеси.

Не дивлячись на різноманіття методів хімічної технології, отримання різних хімічних продуктів пов’язане з проведенням однотипових фізичних процесів (нагрівання, охолодження, змішування, фільтрування, сушка та ін.), що є загальними для більшості хімічних виробництв. Апаратурне оформлення сучасних хіміко-технологічних процесів також досить різноманітне, але для однієї і тієї ж мети в різних галузях хімічної технології,в більшості випадків застосовують схожі за конструкцією апарати. Дана дисципліна вивчає фізико-хімічні основи процесів, що використовуються в усіх галузях хімічної технології, а також розглядає принципи устрою та методи розрахунків апаратів, призначених для проведення цих процесів. Виявлення загальних закономірностей протікання різних процесів і розробка методів розрахунку апаратури є основними задачами науки о процесах і апаратах.

Оволодіння цією наукою дозволяє здійснювати в виробничих умовах найкращі (оптимальні) технологічні режими, підвищувати продуктивність апаратури та покращувати якість продукції; дає можливість розробити більш раціональні технологічні схеми і типи апаратів при проектуванні нових виробництв, вірно оцінювати результати лабораторних досліджень і швидко реалізувати їх в виробничих умовах.

Речовини, що застосовуються в хімічному виробництві, як правило подрібнюються, транспортуються, нагріваються, охолоджуються, реагують один з одним, взаємодія їх часто супроводжується випаровуванням, розчиненням та іншими процесами, що пов’язані з переходом речовини з однієї фази в іншу (масообмін) або з утворенням нових хімічних продуктів. Ці процеси підкоряються законам гідромеханіки, теплопередачі, масопередачі та хімічної кінетики. Вивчаються принципи хімічної технології, що основані на законах гідромеханіки, теплопередачі і масопередачі, а також механіки твердих тіл (подрібнення та змішання). В залежності від закономірностей, що характеризують протікання процесів, останні можуть бути розподілені на наступні групи:

1. механічні процеси, що застосовуються для переробки твердих матеріалів і підкоряються законам механіки твердого тіла. До таких процесів відносять переміщення матеріалів, подрібнення, класифікація матеріалів по крупності, їх дозування та змішування.

2. гідромеханічні процеси, що використовуються для переробки рідини та газів, а також неоднорідних систем, що складаються з рідини та мілкодрібнених твердих часток, зважених в рідині (суспензія). Рух рідини, газів та суспензій характеризується законами механіки рідких тіл – гідромеханіки. До гідромеханічних процесів відносять: переміщення рідини та газів, зміщування в рідкому середовищі, розподіл рідких неоднорідних систем (відстоювання, фільтрування, центрифугування), очистка газів від пилу.

3. теплові процеси, пов’язані з теплообміном, тобто переходом тепла від однієї речовини до іншої. До цих процесів відносять: нагрівання, охолодження, процеси, що протікають зі зміною агрегатного стану речовини, - випаровування, конденсація, плавлення, затвердіння, а також процеси випарювання, кристалізація та отримання штучного холоду.

4. масообмінні процеси, що полягають в переході речовини (маси) з однієї фази в іншу шляхом дифузії. До цієї групи відносять наступні процеси переходу речовини:

   1. з твердої фази в рідку (розчинення твердих речовин) або з рідкої фази в тверду (кристалізація).

   2. з однієї рідкої фази в іншу рідку фазу (екстракція).

   3. з рідкої фази в пароподібну (випаровування рідини, десорбція розчиненого газу з рідини) або з газоподібної фази в рідку (конденсація пари) з її суміші з газами, абсорбція газу рідиною).

   4. з рідкої фази в пароподібну і одночасно з пароподібної фази в рідку (ректифікація).

   5. з твердої фази в газоподібну (возгонка, десорбція газів з твердих тіл) або з газоподібної фази на поверхню твердих тіл (адсорбція газів твердими тілами).

Процеси хімічної технології проводяться періодично або безперервно.

В періодичному процесі похідні речовини завантажуються в апарат і реагують або оброблюються в ньому, після чого отриманні продукти виймають і апарат завантажують знов. При цьому усі стадії процесу протікають в усьому об’ємі апарату, але умови взаємодії або обробки речовин з зовні апарату – температура, тиск, концентрація та ін. – змінюються в часі.

В безперервному процесі завантаження апарату та вивантаження відбувається безперервно. При цьому усі стаді процесу протікають одночасно, але в різних точках об’єму апарату; в кожній його точці температура, тиск та інші параметри процесу залишаються незмінними в часі.