Раздел 1 – Введение. Основные понятия и определения курса
Лекция 1 Предмет и задачи курса. Классификация процессов и аппаратов химической технологии. Основные понятия и определения курса. Общие положения о составлении уравнений материального и теплового баланса
Современная химическая технология изучает производства самых различных веществ: продуктов переработки нефти, каменного угля и природного газа, органических и неорганических веществ, полимерных и других материалов. В перечисленных и многих других технологиях, помимо собственно химических превращений, используются и новые процессы перемещения жидкостей и газов (паров), разделения гетерогенных, газовых (паровых) и жидких смесей, нагревания и охлаждения, разделения, обезвоживания капиллярно-пористых материалов, растворения, кристаллизации и др. Все эти процессы имеют одинаковую физическую и физико-химическую основу независимо от свойств взаимодействующих веществ.
Процессами обычно называют изменения состояния веществ, происходящие при тех или иных условиях.
В окружающей нас природной среде наблюдаются явления, которые называются естественными процессами. К ним относятся, например, испарение воды с поверхности водоемов, нагрев и охлаждение поверхности земли под действием различных факторов и многие другие.
На основе данных, полученных в результате изучения естественных процессов и учета достижений науки и техники, разрабатываются и реализуются многочисленные промышленные процессы с целью переработки сырьевых продуктов природы в средства производства и предметы потребления. Такие процессы называются технологическими.
Теоретический фундамент учебной дисциплины «ПАХТ» - это физика. Изучение технологических процессов составляет предмет курса. Основная задача курса: выявление общих закономерностей процессов переноса и сохранения различных субстанций; разработка методов расчета технологических процессов и аппаратов для их проведения; ознакомление с конструкциями аппаратов и машин, их характеристиками.
В зависимости от законов, определяющих скорость протекания процессов, они могут быть объединены в следующие группы:
Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидромеханики. Сюда относятся транспортирование жидкостей и газов, получение и разделение неоднородных систем и др.
Тепловые процессы, скорость которых определяется законами переноса теплоты (охлаждение и нагревание жидкостей и газов, конденсация паров, кипение жидкостей и др.).
Массообменные процессы, скорость которых определяется законами переноса массы из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз (абсорбция, адсорбция, экстракция, перегонка жидкостей, сушка и др.)
Химические процессы, скорость которых определяется законами химической кинетики.
Механические процессы, которые описываются законами механики твердых тел (измельчение, сортировка, смешение твердых материалов и др.).
Перечисленные процессы составляют основу большинства химических произв-в и называются основными (типовыми) процессами химической технологии.
ПАХТ изучает первые три группы, четвертую группу изучает дисциплина ОХТ, пятая группа – предмет специальных дисциплин профилирующих кафедр.
Общим для всех выше перечисленных групп процессов является перенос некоторой субстанции из одной точки в другую в пределах одной фазы или из одной фазы в другую через разделяющую их поверхность. Законы переноса количества движения, теплоты и массы, имеющие основополагающее значение для процессов ХТ, характеризуются глубокой аналогией на молекулярном уровне.
В зависимости от того, изменяются или не изменяются во времени параметры процессов (скорости движения потока, температура, давление и.т.д.) их подразделяют на стационарные (установившиеся) и нестационарные (неустановившиеся). Обозначим параметр как U, тогда:
-стационарный
процесс U(x,y,z)
-нестационарный
процесс U(x,y,z,)
Периодический процесс характеризуется единством места протекания отдельных его стадий и неустановившимся состоянием во времени (температура, давление, концентрация и другие параметры изменяются). При этом исходные вещества периодически загружаются в аппарат и обрабатываются, а готовый продукт выгружается, т.е. все стадии процесса обычно осуществляются в одном аппарате, но в разное время. Таким образом, все периодические процессы нестационарны.
Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий, установившимся состоянием, непрерывной загрузкой исходных материалов и выгрузкой конечного продукта. При этом все стадии процесса протекают одновременно, но в разных точках аппарата (или аппаратов), причем в каждой его точке параметры процесса во времени не изменяются. Непрерывные процессы обязательно осуществляются в открытых системах, т.е. в системах, обменивающихся веществом с окружающей средой. Периодические процессы могут протекать как в замкнутых системах, не обменивающихся веществом с окружающей средой, так и в открытых системах.
Встречаются комбинированные процессы - представляют собой либо непрерывный процесс, отдельные стадии которого проводятся периодически, либо такой периодический процесс, одна или несколько стадий которого проводятся непрерывно.