3.Теоретические основы ПиАхт. Моделирование проц. И аппаратов.

Теоретическим фундаментом науки о процессах и аппаратах химической технологии являются следующие основные законы:1) Законы сохранения:

а) Закон сохранения массы(этот закон удобно записать в виде материального баланса: приход – расход = накопление или ∑G_н - ∑G_к = ∑G_{накопл.} Для непрерывных процессов ∑G_{накопл.} = 0, а в периодических ∑G_{накопл.}≠0

б) Закон сохранения энергии: по аналогии с материальным балансом можно записать: ∑Q_н + ∑Q_р = ∑Q_к + ∑Q_п +∑А, где ∑Q_н – теплота, поступающая в аппарат с исходными материалами; ∑Q_р – тепловой эффект физических и химических превращений; ∑Q_к – теплота, выводимая из аппарата продуктами; ∑Q_п – потери теплоты в окружающую среду; ∑А – работа против внешних сил

в) Закон сохранения импульса. Для замкнутой системы вектор импульса ∑m·V=const.

2) Законы термодинамического равновесия. Они определяют условия, при которых процесс переноса (массы, энергии или импульса) приходит к своему завершению, т.е. равновесному установившемуся состоянию. На основании использования этих законов определяется направление процесса переноса и величины движущей силы – степени отклонения от состояния равновесия.

3) Широко используются законы динамики материальной точки, например 1-ый, 2-ой и 3-ий законы Ньютона.

При разработке процессов важное значение имеет моделирование – изучение закономерностей процессов на моделях при условиях, допускающих распространение полученных результатов на все процессы, подобные изученному, независимо от масштаба аппарата.

Правила моделирования:

1) Необходимы одинаковые дифференциальные уравнения для описания модели и оригинала

2) Модель должна быть геометрически подобна оригиналу

3) численные значения начальных и граничных условий, выраженных в безразмерной форме для модели и оригинала должны быть равны.

4) Необходимо, чтобы все безразмерные комплексы физических и геометрических величин, влияющих на процесс (критерии подобия), были равны во всех сходственных точках модели и оригинала. Математические аналогии.

Заключительным этапом моделирования является оптимизация процессов и аппаратов.

4.Основные физ. Св-ва жидкостей и их смесей

Под жидкостью в широком смысле будем понимать физические тела (вещества), обладающие текучестью при приложении к ним самых незначительных сил. К жидкостям относятся собственно жидкости, газы и пары, причем законы движения этих веществ практически одинаковы, если их скорости значительно ниже скорости звука. Введем понятие о гипотетически идеальной жидкости, которая, в отличие от реальной жидкости, абсолютна несжимаема под действием давления, не изменяет плотности при изменении температуры и не обладает вязкостью.Реальные жидкости делятся на капельные и упругие (газы или пары). Капельные жидкости практически несжимаемы и обладают относительно малым коэффициентом объемного расширения

Масса единицы объема жидкости называется плотностью: ρ=m/V; Если плотность величина перемен., то можно записать: .Вес единицы объема жидкости называется удельным весом: , где G – вес. Поскольку G=m·g, , то . Размерность удельного веса .Плотность капельных жидкостей обычно значительно выше плотности газов или паров.Плотность газа (пара) достаточно точно может быть рассчитана на основании уравнения Менделеева – Клапейрона для идеальных газов: .Часто используют модифицированную формулу для плотности газов: , причем , M – молекулярная масса 1-го киломоля газа, P₀ = 101,3 кПа; T₀ = 273 К.; Плотность смеси газов определяется: , где y₁, y₂…y_n – объемные доли компонентов газовой смеси с плотностями ρ_1, ρ₂…ρ_n.При смешивании компонентов жидкостей, когда не происходит существенных физико-химических изменений, плотность смеси можно определить приблизительно: , где x₁, x₂…x_n – массовые доли компонентов смеси; ρ_1, ρ₂…ρ_n – их плотности.

Вязкость. При движении реальной жидкости, в ней возникают силы внутреннего трения, действующие между соседними слоями, которые перемещаются друг относительно друга. Свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении слоев называется вязкостью. Рассмотрим два соседних параллельных пласта жидкости площадью F, которые находятся на элементарном расстоянии dn один от другого и движутся со скоростью W и W+dW.

Опыт показывает, что для такого перемещения к верхнему слою необходимо приложить касательную силу T. При этом на нижний слой будет действовать такая же, но противоположно направленная сила T´. Причем где – градиент скорости; μ – коэффициент пропорциональности, называемый динамическим коэффициентом вязкости. Эта сила, отнесенная к единице поверхности F, называется напряжением внутреннего трения или касательным напряжением. Тогда . Знак минус показывает, что данное напряжение тормозит пласт, движущийся с большей скоростью.

Величину называют коэффициентом кинематической вязкости. Размерности μ [Па·с], υ . Уравнение выражает закон внутреннего трения Ньютона.3. В различных производствах используется ньютоновская и неньютоновская жидкости.Для ньютоновских жидкостей зависимость между τ и выражается выше приведенным уравнением. Вязкость же неньютоновских жидкостей изменяется в зависимости от градиента . Не следуют закону Ньютона растворы многих полимеров, коллоидные растворы, густые суспензии, пасты и др.С повышением температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается, а газов увеличивается. Давление оказывает незначительное влияние на вязкость

Поверхностное натяжение. Часто капельная жидкость соприкасается с газом или с другой капельной жидкостью, не смешивающейся с первой. Молекулы 1-ой жидкости, находящиеся на границе2-х этих жидкостей сильнее притягиваются соседними молекулами своей жидкости или чужими молекулами из другой. Поэтому на поверхности раздела возникает давление, направленное внутрь жидкости по нормали к ее поверхности, стремящиеся свести эту поверхность к минимуму. Работу внешних сил, требуемую для преодоления отмеченных сил притяжения и идущую на увеличение поверхности, называют поверхностным натяжением: . С увеличением температуры σ уменьшается. Давление. Рассмотрим некоторую элементарную площадку площадью ∆F внутри объема жидкости. Независимо от положения площадки в данной точке жидкость будет давить на нее с некоторой силой, равной ∆P, направленной по нормали к площадке. Тогда давление определим отношением: . Размерность давления Внесистемные единицы давления:1 атмосфера физическая (1 атм) = 760 мм.рт.ст. = 101300 Па,1 атмосфера техническая (1 ат) = 735,6 мм.рт.ст. = 98100 Па.Между давлением, выраженным в [Па] и в единицах авсоты столба жидкости, существует простая связь: P= ρ·g·h.