
- •Лекция №1
- •Механизмы теплопереноса
- •Тепловые балансы
- •Тепловое излучение
- •Теплопроводность
- •Теплопроводность плоской стенки
- •Уравнение теплопроводности цилиндрической стенки
- •Лекция №2
- •Конвективный теплообмен
- •Тепловое подобие
- •Теплоотдача при свободном движении жидкости
- •Теплоотдача при вынужденном движении жидкостей
- •Теплоотдача при изменении агрегатного состояния среды
- •Теплоотдача при конденсации пара
- •Теплоотдача при кипении жидкости
- •Коэффициент теплоотдачи при кипени определяется
- •Лекция №3
- •Теплопередача
- •Средняя движущая сила тепловых процессов.
- •Промышленные способы подвода и отвода тепла
- •В иды теплоносителей
- •Греющие теплоносители
- •2) Воздух
- •Лекция №4
- •Теплообменные аппараты (тоа), классификация, конструкционные особенности
- •П ерегородки в межтрубном пространстве
- •К омпоновка труб в корпусе
- •Змеевиковые теплообменники
- •Теплообменники с оребренными трубами
- •Методика теплового расчета
- •I Проектировочный расчет
- •II Уточненный или проверочный расчет
- •III Технико-экономический расчет.
- •IV Выбор оптимального варианта. Лекция №5
- •Основные понятия
- •Виды выпаривания
- •Физическая сущность процесса выпаривания
- •Температура кипения раствора и температурные потери
- •Классификация выпарных аппаратов
- •Выпарные аппараты с естественной циркуляцией
- •Аппараты с принудительной циркуляцией.
- •Лекция №6
- •Принципиальная схема противоточной двух корпусной выпарной установки
- •Противоток
- •Комбинированная схема выпаривания
- •Материальный баланс многокорпусной выпарной установки
- •Расчет выпарного аппарата
- •Уравнение теплового баланса в развернутом виде Расход греющего пара
- •Выбор числа корпусов
- •Вспомогательное оборудование выпарной установки
- •Конденсатор барометрический
- •Модуль 4 массообменные процессы Лекция №7
- •Равновесие массообменных систем
- •Основные законы массопередачи
- •III Закон массопроводности
- •Лекция №8
- •Зависимость между коэффициентами массопередачи и массоотдачи
- •Основное уравнение массопередачи
- •Зависимость между коэффициентами массопередачи и массоотдачи
- •Средняя движущая сила массообменных процессов
- •Подобие массообменных процессов
- •Методы расчета массообменных процессов
- •Расчет диаметра колонны
- •Расчет высоты колонны
- •I Аппараты с непрерывным контактом фаз
- •II Аппараты со ступенчатым контактом фаз
- •Лекция №9
- •Кинетика процесса абсорбции Промышленные схемы абсорбции
- •Требования к абсорбентам
- •Материальный баланс абсорбции
- •Уравнение рабочей линии Противоток
- •Прямоток
- •Кинетика процесса абсорбции
- •Промышленные схемы абсорбции
- •Многоступенчатые схемы абсорбции
- •Лекция №10
- •Конструкции абсорберов
- •Требования к абсорберам
- •Насадочные и тарельчатые колонные аппараты
- •Режимы работы насадочных аппаратов
- •Режимы работы тарельчатых апаратов
- •Расчет абсорберов
- •Определение числа теоретических ступеней (теоретических тарелок)
- •Лекция №11
- •Описание схемы процесса ректификации.
- •Под атмосферным давлением
- •Ректификация – процесс разделения жидких смесей путем многократного противоточного взаимодействия жидкости и пара не находящихся в термодинамическом равновесии.
- •Описание схемы процесса ректификации
- •Тепловой расчет колонны
- •Лекция №13
- •Кинетика экстракции
- •Промышленные схемы экстракции
- •Конструкции экстрактов
- •Расчет экстракторов
- •Способы повышения интенсивности процесса
- •Основы выбора экстрактора
- •Лекция №14 Сушка. Общие сведения.
- •Основные свойства влажного воздуха
- •Форма связи влаги с материалом
- •Лекция №15 Материальный баланс сушки
- •Тепловой баланс конвективных сушилок
- •Сушка с многократным промежуточным подогревом воздуха
- •Сушка с частичным возвратом отработанного воздуха
- •Кинетика процесса сушки
- •Расчет сушилок
- •И нтенсификация процесса
- •Лекция № 16 Кристаллизация
- •Равновесие процесса кристаллизации
- •Кинетика процесса
- •Конструкции аппаратов
- •Лекция № 17
- •2. Основные отличия процессов и аппаратов бт от процессов и аппаратов химтехнологии
- •3. Классификация реакторов по конструктивным признакам и по организации перемешивания
- •4. Характеристика аппаратов с подводом энергии через газовую фазу
- •5. Общая характеристика реакторов с подводом энергии через жидкость
- •6. Общая характеристика реакторов с комбинированным подводом энергии
- •7. Возможности аппаратов колонного типа по выбору и оптимизации режимов ферментации.
- •8. Характеристика секционных колонных аппаратов
- •9. Газлифтный реактор трубчатого тип.
- •10. Аппараты для переработки концентрированных гидролизных сред
- •Лекция № 18 Массообмен в процессах ферментации. Аппаратура для проведения процессов ферментации
- •11. Аэробная очистка сточных вод в природных условиях. Методы. Сооружения.
- •12. Очистка сточных вод в аэротенках
- •14. Реакторы для процессов с использованием иммобилизованных катализаторов
- •15. Гидролиз растительного сырья. Преколяция
- •16. Мембранные методы выделения, концентрирования и обогащения продуктов биосинтеза
- •17. Особенности стерилизации разных субстратов. Горячая и холодная стерилизация
- •18. Аппаратура и способы стерилизации воздуха
Подобие массообменных процессов
– диффузионный критерий Нуссельта
(иногда в литературе – критерий Шервуда Sh)
где l – определяющий геометрический размер.
Обратите внимание он аналогичен тепловому критерию Nu
Критерий Нуссельта является определяемым, поскольку содержит величину .
Nu – характеризует отношение скорости переноса вещества (конвективного и молекулярного – ) к молекулярному переносу D.
Другие критерии массообменных процессов получим из дифференциального уравнения Фика
– диффузионный критерий Фурье
Характеризует изменение потока диффундирующей массы во времени. Необходим только для характеристики нестационарных процессов диффузии.
– диффузионный критерий Пекле
Характеризует отношение переноса вещества конвекцией к молекулярному переносу.
– диффузионный критерий Прандтля
Характеризует отношение профиля скоростей к профилю концентраций, т.е. отношение толщины гидродинамического и диффузионного пограничных слоев.
Для соблюдения подобия массоотдачи необходимо соблюдение гидродинамического подобия. Поэтому критериальное уравнение массоотдачи для неустановившегося процесса примет вид
– общее критериальное уравнение
массообмена
При установившемся процессе и при отсутствии сил тяжести (т.е. Fo = 0)
где А, n, m – коэффициенты, определяются экспериментально
Т.о. для расчета коэффициента массоотдачи
небходимо:
1. Составить модель процесса;
2. Подобрать критериальное уравнение;
3. Определить NuD;
4. Рассчитать
,
Методы расчета массообменных процессов
Общая для всех процессов переноса схема их расчета включает следующие этапы:
Определение условий равновесия
Определение материальных и энергетических затрат, необходимых для проведения процесса
Определение средней движущей силы процесса
Расчет коэффициентов скорости процесса
Определение основного размера аппарата по уравнению
F – поверхность контакта фаз, которая характеризует диаметр или высоту аппарата.
Диаметр отражает производительность аппарата.
Рабочая высота аппарата отражает интенсивность протекающего в аппарате процесса.
Практически все массообменные аппарата – колонного типа.
Расчет диаметра колонны
Диаметр массообменного аппарата D рассчитывается по объемному расходу (уравнение расхода).
где V – объемный расход сплошной фазы, м3/с;
w – рабочая скорость сплошной фазы, м/с
S – поперечное сечение аппарата, м2
Если аппарат круглой формы, то
(37)
На практике ограничиваются расчетом фиктивной скорости, исходя из ее максимального значения.
Расчет высоты колонны
Высота аппарата определяется в зависимости от того, является контакт фаз в нем непрерывным или ступенчатым.
I Аппараты с непрерывным контактом фаз
Например взаимодействие происходит на поверхности насадок
Введем обозначения
Ннас – рабочая высота аппарата, м;
S – площадь поперечного сечения аппарата, м2;
а – удельная поверхность контакта фаз в единице объема насадки м2/м3
Полная высота колонны определиться как сумма
Нкол = Ннас + hв + hн
Множитель
представляет собой изменение рабочих
концентраций на на единицу движущей
силы процесса и называется число
единиц переноса (ЧЕП).
Множитель
представляет собой высоту участка,
соответсвующего одной единице переноса,
и называется высотой единицы переноса
(ВЕП).
Т.о. рабочая высота аппарата Ннас равна произведению числа единиц переноса на высоту единицы переноса:
(42)