Н.Х. Зиннатуллин
Процессы и аппараты
химической технологии
Конспекты лекций
Казань, 2012
Предисловие
Дисциплина «Процесса и аппарата химической технологии» изучает теорию основных технологических процессов, конструкции типовых аппаратов и машин, и методы их расчета. Анализ закономерностей протекания основных процессов и разработка методов расчета проводится исходя из фундаментальных законов физики, химии, физической химии, термодинамики.
Дисциплина «ПАХТ» является одним из фундаментальных общеинженерных дисциплин в высшем техническом образовании. Она состоит из двух частей:
-теоретические основы технологических процессов;
-типовые процессы и аппараты химической технологии.
В первой части излагаются общие теоретические закономерности типовых процессов; основы методологии подхода к решению теоретических и прикладных задач; анализ механизма основных процессов и выявления общих закономерностей их протекания; формируются обобщенные методы физического и математического моделирования и расчета процессов и аппаратов.
Вторая часть состоит из трех основных разделов, содержание которых раскрывает прикладные, инженерные вопросы теоретических основ промышленной технологии:
-гидромеханические процессы и аппараты;
-тепловые процессы и аппараты;
-массообменные процессы и аппараты.
В этих разделах дисциплины даются теоретические обоснования каждого типового технологического процесса, раскрывается его статика и кинетика, т.е. механизм протекания процесса во времени с учетом явления переноса, рассматриваются основные конструкции машин и аппаратов и методика их расчета, в том числе с использованием ЭВМ.
Автор выражает благодарность студенту, Фаретдинову Шамилю, за создание электронного варианта конспектов лекции.
1. Введение
Предмет и задачи дисциплины
Изучение технологических процессов составляет предмет дисциплины. Технология (techne – искусство, мастерство) – совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката в процессе производства.
Технология, как наука, определяет условия практического применения законов естественных наук (физики, химии, механики и др.) для наиболее эффективного проведения разнообразных технологических процессов. Технология непосредственно связаны с производством, а производство постоянно находится в состоянии изменения и развития.
Основная задача дисциплины: выявление общих закономерностей процессов переноса и сохранения различных субстанций; разработка методов расчета технологических процессов и аппаратов для их проведения; ознакомление конструкциями аппаратов и машин, их характеристиками.
Классификация основных процессов химической технологии
Современная химическая технология изучает процессы производства различных продуктов. Однако, несмотря на огромное разнообразие технологических процессов, получение продуктов связано с проведением ряда однотипных процессов (перемещение жидкостей и газов, нагревание и охлаждение, сушка, химическое взаимодействие и т.д.). Итак, в зависимости от законов, определяющих скорость протекания процессов, они могут быть объединены в следующие группы:
1. Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидромеханики. Сюда относятся транспортировка жидкостей и газов, получение и разделение неоднородных систем и др.
2. Тепловые процессы, скорость которых определяется законами переноса теплоты (охлаждение и нагревание жидкостей и газов, конденсаций паров, кипение жидкостей и др.).
3. Массообменные процессы, скорость которых определяется законами переноса массы из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз (абсорбция, адсорбция, экстракция, перегонка жидкостей, сушка и т.д.).
4. Химические процессы, скорость которых определяется законами химической кинетики.
5. Механические процессы, которые описываются законами механики твердых тел (измельчение, сортировка, смешение твердых материалов и др.)
Перечисленные процессы составляют основу большинства промышленных производств и поэтому называются основными (типовыми) процессами промышленной технологии. В курсе «Гидравлика и теплотехника» изучается первые три группы.
В зависимости от того, как изменяются или не изменяются во времени параметры процессов (скорость движения потока, температура, давление и т.д.) их подразделяют на стационарные (установившиеся) и нестационарные (неустановившиеся). Обозначим параметры как U, тогда
-
стационарные процессы, U(x,y,z)
-
нестационарные, U(x,y,z,t)
Периодический процесс характеризуется единством место проведения отдельных его стадий. Процесс нестационарный.
Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий. Процесс установившийся (стационарный).
Встречаются комбинированные процессы – отдельные стадии проводятся непрерывно, отдельные – периодически.