Условные обозначения

–удельная поверхность зернистого слоя, м²/м³, коэффициент температуропроводности, м²/с;

–удельная теплоемкость вещества, Дж/(кг·с);

–коэффициент диффузии, м/с²;

–диаметр, м;

–поверхность контакта фаз, теплообмена, м²;

–площадь поперечного сечения, м²;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

H, h – высота, м; энтальпия, Дж, удельная энтальпия, Дж/кг;

–коэффициент скорости процесса (теплопередачи, Вт/(м²·К), массопередачи, кг/( м²·с·ед. движ. силы);

–длина, м;

L – работа, жидкая фаза;

–массовый (мольный) расход вещества, кг/с (моль/с);

–масса вещества, кг;

–частота вращения, с^-1;

–мощность;

р – гидростатическое давление, Н/м²;

Q – количество ( тепловой поток), Дж;

q – удельный тепловой поток, Дж/м²;

–радиус, м;

Т – абсолютная температура, К;

–периметр, м;

–объем, м³;

v – удельный объем, м³/кг;

–объемный расход, м³/с;

–мольная, массовая, относительная массовая доля компонента жидкости в растворе;

–мольная, массовая, относительная массовая доля компонента газа в смеси;

–коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²/К);

–коэффициент массоотдачи, кг/( м²·с·ед. движ. силы);

–толщина стенки, пленки жидкости, пограничного слоя, зазор, м;

–порозность зернистого слоя, относительная шероховатость поверхности;

η – КПД системы, установки;

–коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);

μ – динамический коэффициент вязкости, Па·с;

–безразмерная температура;

–плотность вещества, кг/ м³;

–коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;

τ – время, с;

–коэффициент местного сопротивления.

Введение

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновляемых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы – той части нашей планеты, в которой существует жизнь.

Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете. Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них – газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете.

Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже почти половину его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы.

В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере. Поэтому одной из наиболее важных задач современности является охрана окружающей среды. Воздействия человека, промышленности, сельского хозяйства на природу многообразны.

Наибольший удельный вес по загрязнению атмосферного воздуха падает на ТЭЦ (27 %), предприятия черной металлургии (24,3 %) , нефтехимии (15,5 %), автотранспорт (13,1 %), предприятия цветной металлургии (10,5%), промышленности строительных материалов (8,1 %) и химической промышленности (1,3 %). Они загрязняют воздух сернистым газом, окисью углерода и аэрозолями различного состава.

Следует говорить не только о прямых стоках и выбросах газообразных, жидких, твёрдых отходах, шумовом, тепловом, радиозагрязнении окружающей среды, но и о том, как сделать производство таким, чтобы как можно меньше было потерь производственных ресурсов и энергии. Поэтому становится важным создание технологий, вписывающихся в среду обитания человека, принципиально не оказывающих на природу неблагоприятного воздействия – экологических технологий.

Экологические технологии – это в первую очередь создание безотходной технологии на основе глубокого анализа существующих производств, создание новых совершенных технологических процессов, не образующих отходы и обладающих большими технологическими и экономическими преимуществами по сравнению с существующими.

Большое место в разработке экологических технологий занимает разработка технологий, отличающихся рациональным использованием природных ресурсов. Этот вариант экологических технологий, в отличие от традиционной малоотходной и безотходной технологии, сокращает отрицательное воздействие на природу потому, что увеличивается полнота использования природных богатств, значит, сокращает удельный объём природопользования. Большие возможности для улучшения природопользования дают рациональные способы переработки древесины, разработка месторождений полезных ископаемых, совершенствование металлургических и химико-технологических процессов, комплексное использование сырья.

Другим важным направлением экологических технологий является утилизация отходов промышленности. При этом отпадает необходимость их захоронения и открывается возможность получения ценных материалов и изделий в результате переработки.

Экологические технологические процессы имеют решающее преимущество перед обычными схемами охраны природы, так как они одновременно дают большую непосредственную технико-экономическую отдачу.

В последние годы деятельность людей, направленная на сохранение окружающей природной среды, особенно активизировалась. Тем не менее во всём мире нередки случаи, когда подрывается сама возможность природы к воспроизводству возобновляемых ресурсов, когда в некоторых районах нарушается экологическое равновесие. Важную роль в уменьшении засорения окружающей среды должна сыграть промышленная технология, в первую очередь химическая.

Химическая технология охватывает множество производств, таких как основная химическая промышленность, металлургия, переработка топлива, тяжёлый органический синтез и другие.

Давая сравнительную экологическую оценку технологическим процессам, следует еще раз отметить, что наибольший вред окружающей среде наносят технологии, основанные на химических методах. В настоящее время особенно остро стоит вопрос о разработке безотходных или малоотходных технологических процессов. По мнению специалистов в области охраны окружающей среды, безотходные технологические процессы являются единственным радикальным средством, позволяющим сохранить и рационально использовать природные ресурсы.

Дисциплина «Гидравлика и теплотехника» базируется на фундаментальных законах физики и химии, включает в себя разделы, связанные с изучением единичных процессов и аппаратов, наиболее широко используемых в химической технологии, называемых основными. Для осуществления безотходных и малоотходных технологий условимся называть ихосновными экологическими процессами.

Содержание разделов этой дисциплины во многом определяется задачами подготовки специалистов широкого профиля, способных не только представлять сложные физико-химические процессы в виде уравнений, но и воплощать их в конкретном технологическом и аппаратном оформлении, обеспечивающем строгие требования к качеству целевых продуктов, ресурсосбережению и экологической безопасности производств.

Настоящее учебное пособие подготовлено в соответствии с Государственными образовательными стандартами для бакалавров направления 280200.62 “Защита окружающей среды”; студентов специальностей 280201 “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов” и 280202 “Инженерная защита окружающей среды”.