7)Гідромеханічні процеси у хім виробництва.

Гідромеханічних ПРОЦЕСИ хімічної технології, підрозділяють на процеси, що протікають з утворенням неоднорідних систем (диспергування, перемішування, псевдозрідження, піноутворення), з поділом цих систем (класифікація гідравлічна, осадження, фільтрування, центрифугування та ін.), З переміщенням потоків у трубопроводах або апаратах (см. Компресорні машини, Насоси). За умовами руху потоків розрізняють слід. задачі гідродинаміки: 1) внутрішню-рух рідин і газів в трубопроводах і апаратах, в т. ч. в змійовиках, сорочках, трубному та міжтрубному просторі теплообмінників, ректифікаційних, екстракційних та абсорбційних колонах, випарних і сушильних установках, печах; 2) зовнішню-рух частинок в газоподібних і рідких середовищах, включаючи осадження пилу під дією сили тяжіння в пилеосадітельних камерах або відцентрової та інерції. сил в циклонах; поділ суспензій і емульсій у відстійниках, гидроциклонах, осаджувальних центрифугах і сепараторах; пневмо- і гідротранспорт; барботірованіе і перемішування твердих часток з рідинами; диспергування рідин при розпилюванні в газових і парових середовищах (див. Газів очищення, Циклони); 3) змішану-рух рідин і газів через пористі шари кускових або зернистих матеріалів (див. Фільтрування). В останньому випадку залежно від висоти шару матеріалу Я розрізняють процеси: а) при H = = const-рух газу в абсорберах, регенеративних теплообмінниках, реакторах з нерухомим шаром каталізатора (див. Реактори хімічні), адсорберах, сушарках і печах; промивка опадів на фільтрах і ін .; б) при H const - фільтрування на пром. фільтрах і центрифугах. Осн. закони, до-рим підпорядковується рух рідин, газів та їх сумішей в трубах, каналах і апаратах: збереження маси, енергії, кол-ва руху (імпульсу). Рух рідини (газу) описується системою діфференц. ур-ний, що включає ур-ня руху Нав'є-Стокса і ур-ня нерозривності (суцільності) потоку. Інтегрування цього ур-ня призводить до ур-нію сталості витрати: V = f1w1 = = f2w2 = f3w3 (f1, f2, f3 - плошдді поперечних перерізів трубопроводу, м2; w1, w2, w3-середні швидкості потоку, м / с). Розподіл швидкостей по перетину каналу залежить від режиму руху потоку. При ламінарному режимі (спостерігається при помірних швидкостях або в трубах малого діаметра) встановлюється параболіч. профіль швидкостей (wcp = 0,5wмакс), при турбулентному режимі (спостерігається при великих швидкостях і супроводжується хаотич. пульсаційними рухами мас рідини) wcp = = 0,817wмакс. Опір руху описується рівнянням Дарсі-Вейсбаха:, де-втрата тиску на подолання тертя при русі потоку в круглій цилиндрич. трубі, L-довжина труби, d-ee діаметр, -щільність рідини, коеф. опору, який визначається режимом потоку і шорсткістю стінок труби. Для ламінарного режиму = 64 / Re, де Re = =-число Рейнольдса, -дінаміч. в'язкість; для турбулентного режиму, де А і n-постійні (для гідравлічно гладких труб А = 0,316, п = 0,25 в межах Re від 4 * 103 до 105). Профілі швидкостей обумовлені формою перетину потоку. Ур-ня руху інтегрують для разл. випадків, що мають практич. застосування (рух рідини у вузьких каналах, кільцевому зазорі, плівці та ін.). Для опису реальних процесів використовують узагальнені ур-ня гідродинаміки, приведені до безрозмірного вигляду за допомогою подібності теорії, а також типові гидродинамич. моделі (залежно від структури потоків в апаратах, в яких брало здійснюється процес). Модель повного витіснення характеризується поршневим рухом потоків при відсутності поздовжнього перемішування (напр., В трубчастих апаратах з L / d> 20 при великих швидкостях). Модель повного перемішування відрізняється рівномірним розподілом часток потоку у всьому обсязі (напр., В реакторах з інтенсивно працює мішалкою). Промежут. моделі (дифузійні, коміркові) характеризуються частковим перемішуванням в подовжньому і радіальному напрямках. Рух твердих частинок в рідині або газі (зовн. Задача) описується за допомогою спрощених ур-ний Нав'є-Стокса (повзе протягом при Re <1, течія в прикордонному шарі при великих числах Re). Закон опору виражається залежністю, де-коеф. опору. Для кулястих частинок при Re <1 величина = = 24 / Re; при розвиненій турбулентності. Швидкість своб. осадження під дією сили тяжіння за законом Стокса для одиночної кулястої частинки woc = = (прив області 10-4 <Reoc <2). Для наближеного обліку взаємного впливу частинок при обмеженому осадженні суспензії в ф-лу Стокса вводиться поправка, що залежить від об'ємної частки рідини в суспензії. При розрахунку відстійників для згущення суспензії розрізняють режими вільного та обмеженого осадження. При дії відцентрової сили осадження твердої фази з рідини чи газу характеризується відцентровим числом Фруда-Fr (т. Зв. Чинником поділу) -отношение відцентрової сили Gц до сили тяжіння GT: Fru = Gц / Gт =, де r-радіус апарату, = 9 , 81 м / с2. Для розділення суспензій у відцентровому полі застосовують гідроциклони і осаджувальних центрифуги, а для розділення пилогазових систем-циклони. Ефективність роботи останніх характеризується величиною = (c1 - c2) / c1, де с1і с2-концентрації пилу в газі на вході в апарат і виході з нього. Для опису процесів, що становлять змішану задачу гідродинаміки, використовуються спрощені ур-ня Нав'є-Стокса з відповідними граничними умовами. Закон опору для нерухомого шару зернистих матеріалів аналогічний ур-нію Дарсі - Вейсбаха при заміні d на d е-еквівалентний діаметр міжзернових каналів. Гідромеханічні процеси розділення суспензій і аерозолів (запилених газів) фільтруванням (пропусканням через пористі перегородки, що затримують дисперсну фазу) розглядають окремо. Теорія фільтрування заснована на емпіріч. законі Дарсі. Перспективи розвитку гідромеханічних процесів визначаються суч. досягненнями теоретич. та прикладної гідроаеродинаміки і широким використанням методів моделювання та вирахує. техніки.