Разинов (диск) / Учебник для студентов / 3 ПРЕДИСЛОВИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина «Процессы и аппараты химической технологии» является связующим звеном между дисциплинами естественнонаучного и профессионального цикла в системе инженерного химико-технологического образования. Она решает задачу получения упрощенных методик расчета промышленных аппаратов на основе фундаментальных знаний, что и является основной целью данного учебника.

Процессы химической технологии, как впрочем, и любой другой, обусловлены переносом одной или нескольких субстанций: массы, импульса, энергии. Уравнения переноса, а также законы сохранения субстанций позволяют получить теоретическое описание процессов переноса в виде дифференциальных уравнений с соответствующими условиями однозначности. К сожалению, найти аналитическое решение этих уравнений можно лишь для самых простейших случаев. Поэтому для решения большинства инженерных задач применяются методы моделирования и уравнения межфазного переноса субстанций, базирующиеся на упрощении теоретического описания процессов переноса. Изложение этих основополагающих вопросов составляет содержание первой части данного учебника «Теоретические основы». Их освоение позволит будущему инженеру понять суть любого из процессов химической технологии, осуществить выбор и расчет оптимального аппарата для его проведения.

Отличительной особенностью изложения материала в учебнике является максимально возможное использование аналогии переноса различных субстанций в широком смысле как сходство между явлениями, а также прием познания. Этим объясняется введение таких понятий, как импульсоотдача и импульсопередача, гидродинамический критерий Нуссельта, что позволило в более простом виде представить гидродинамическую аналогию массо- и теплоотдачи. Существенное внимание уделено условиям проявления аналогии в узком смысле как тождественность математического описания переноса различных субстанций и возможностям ее практического применения. В отличие от традиционно постулирующихся уравнений массо- и теплоотдачи они, а также уравнение импульсоотдачи выводятся из решения уравнений переноса субстанций в пограничных слоях, что позволяет получить теоретические выражения для соответствующих кинетических коэффициентов, а затем и упрощенных моделей. В качестве отдельного механизма переноса субстанций выделен турбулентный, который включен в теоретическое описание процессов переноса, что позволяет получить решения применимые для практически важных случаев. При записи выражений для потоков субстанций большое внимание уделяется правильности выбора системы отсчета и определения с учетом этого коэффициентов переноса. В приложениях даны соотношения для расчета практических матриц коэффициентов многокомпонентной диффузии в газовой и жидкой фазах, позволяющие получить замкнутые алгоритмы кинетического расчета аппаратов разделения многокомпонентных смесей с использованием матриц коэффициентов массоотдачи и массопередачи. Кроме того, в приложениях приведены некоторые сведения из области математики, вызывающие затруднение у студентов.

В главах «Гидромеханика», «Теплообмен» и «Массообмен» на трех характерных простейших примерах переноса субстанций: в пограничном слое на плоской пластине, трубе и пленке жидкости показана единая методика аналитического решения уравнений, составляющих теоретическое описание процессов переноса, причем, как для ламинарного, так и турбулентного режимов движения. Получены выражения для потоков субстанций, полей скорости, температуры и концентрации, а также коэффициентов импульсо-, тепло- и массоотдачи, проанализировано влияние на величины вышеуказанных коэффициентов различных факторов, включая условия однозначности. Наибольшая детализация описания наблюдается при рассмотрении частных примеров. Как правило, эти части текста, а также некоторые расчетные зависимости выделены мелким шрифтом. Они приведены для лучшего понимания общих подходов, а не для запоминания. Решения для более сложных случаев могут быть найдены численными методами, программные средства для реализации которых анализируются в главе 21.

Рассмотрение типовых процессов и аппаратов химической технологии акцентировано на сути протекающих процессов, принципе устройства и работы соответствующих аппаратов, а также факторах, позволяющих проводить их оптимизацию.

Каждая глава завершается контрольными вопросами способствующими выделению и освоению необходимых базовых знаний. Кроме того каждая глава содержит вопросы для обсуждения, являющиеся своего рода качественными задачами, позволяющими проверить и улучшить понимание материала. Звездочкой отмечены разделы, посвященные многокомпонентному массопереносу и разделению многокомпонентных смесей.

Авторы выражают благодарность коллективу кафедры «Процессы и аппараты химической технологии» Казанского национального исследовательского технологического университета за участие в обсуждении учебника. Замечания и предложения можно высылать электронной почтой по адресу razinov1954@mail.ru.

- 13 -