1.9 Самостоятельная работа студентов

Изучение весьма нелегкого для студентов курса «Основные процессы и аппараты химической технологии» (ПАХТ) требует грамотной постановки задач, логически выдержанного хода решений, анализа найденных результатов, то есть постоянной работы на понимание.

Успешность обучения будет зависеть и от индивидуальных особенностей студентов, и от степени их подготовки к овладению данной системой знаний и умений, степени мотивации, интереса к изучаемой дисциплине, общих интеллектуальных умений, уровня и качества организации учебного процесса и других факторов.

Предусмотреть, как пойдет познавательный процесс у каждого студента, невозможно, но известно необходимое условие, которое определяет его успешность – это целенаправленная, систематическая, планомерная самостоятельная работа студента.

Современная методика преподавания ориентирована, прежде всего, на выработку комплекса определенных умений, необходимых будущему специалисту, и умений не только узкоспециальных, но и фундаментальных, таких как, например, умение учиться.

Так как выработка большинства умений возможна только при самостоятельной работе, то она по своей сути должна быть многогранной, так как одна тема или одно задание не могут способствовать выработке всего комплекса умений.

Самостоятельная работа в модульно-рейтинговой технологии обучения включена во все виды учебной работы и реализуется в виде совокупности приемов и средств, среди которых на первое место выдвигается самостоятельное изучение теоретического материала учебной программы модуля с последующим выполнением индивидуального задания.

В качестве основного методического материала при изучении модуля «Тепловые процессы» рекомендуется использовать приведенные далее структурно-логические схемы, отвечающие системному анализу раздела.

Для контроля и самоконтроля эффективности самостоятельной работы студентов используется тестовая система с применением ПЭВМ и единых баз учебных знаний.

1.10 Модульный экзамен

По завершении изучения модуля «Тепловые процессы» студент сдает промежуточный (модульный) экзамен (ПЭ). Полученные им баллы за все предыдущие и последующие промежуточные экзамены суммируются и составляют его рейтинг по курсу ПАХТ. При получении достаточной суммы баллов за все промежуточные экзамены их результаты могут записываться ему как итоговый экзамен.

Модульный экзамен проводится в письменной форме. Содержание экзаменационных заданий включает пять вопросов, соответствующих структуре модуля.

Необходимыми условиями допуска к сдаче промежуточных экзаменов являются:

– выполнение студентом планов практических и лабораторных занятий;

– успешная защита индивидуального расчетного задания;

– положительный результат (более 6 баллов) степени усвоения программного материала модуля с использованием электронного экспертно-обучающего комплекса.

2 Тепловые процессы

2.1 Общие сведения

Значение тепловых процессов в химической технологии обусловлено следующим:

а) химическая промышленность является одной из самых энергоемких отраслей народного хозяйства;

б) управление химическими процессами сводится к подводу или отводу тепла, поскольку большинство из них является эндо- или экзотермическими;

в) наиболее эффективный путь увеличения скорости процесса заключается в повышении температуры участвующих веществ.

Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты (нагревание, охлаждение, испарение, конденсация и т.д.), называют тепловыми.

Для любого химического производства, прямо или косвенно, температура является одним из решающих технологических или экономических факторов:

– движущей силой химико-технологических процессов является «свободная» энергия реагирующих веществ, которая есть функция температуры, поэтому управление химическими машинами сводится, прежде всего, к сообщению или отводу тепла для создания в аппарате требуемого температурного режима;

– экономика любого производства заставляет задуматься над вопросами теплопереноса: в химической промышленности тепловая энергия составляет от 15 до 20% себестоимости продукта.

Поэтому с точки зрения рационального использования теплоэнергетических и сырьевых ресурсов значение тепловых процессов очень велико.

Задачи теплообмена весьма разнообразны. В зависимости от целей технологии происходят следующие тепловые процессы:

а) нагревание и охлаждение однофазных и многофазных сред;

б) конденсация паров химически однородных жидкостей и их смесей;

в) испарение воды в парогазовую среду (увлажнение воздуха, сушка материалов);

г) кипение жидкостей.

Поскольку в технике непосредственный контакт теплоносителей с другими теплоносителями во многих случаях недопустим, то теплопередачу осуществляют в различных теплообменниках, где твердая стенка разделяет рабочие среды. Твердая стенка служит поверхностью нагрева и конструктивно выполняется в виде труб, рубашек и т.д.

На рисунке 2.1 представлена структурно-логическая схема расчета теплообменного процесса.

Таким образом, расчет теплообменной аппаратуры состоит из двух основных этапов:

1) определение теплового потока (тепловой нагрузки аппарата), т.е. количества тепла Q, которое должно быть передано за определенное время τ от одного теплоносителя к другому – тепловой поток вычисляется путем составления и решения тепловых балансов;

2) определение поверхности теплообмена F, обеспечивающей передачу требуемого количества тепла в заданное время τ,– поверхность теплообмена находят из основного уравнения теплопередачи, вычислив предварительно значение средней разности температур между теплоносителями ∆t_cp и коэффициент теплопередачи К:

Q = K·F·∆t_ср τ. (2.1)