- •Федеральное агентство по образованию
- •Основные процессы и аппараты химической технологии
- •Введение
- •1 Общие сведения
- •1.1 Модульно-рейтинговая технология обучения
- •1.2 Структура рейтинга по курсу пахт
- •1.2.1 Текущая учебная работа
- •1.2.1.1 Лекции
- •1.2.1.2 Практические занятия
- •1.2.1.3 Лабораторные работы
- •1.2.2 Промежуточные экзамены
- •1.2.3 Нормировка рейтинга к стандартной оценке
- •1 2.4 График контроля текущей работы
- •1.3 Метод системного подхода к изучению дисциплины
- •1.4 Индивидуальные расчетные задания (ирз)
- •1.5 Самостоятельная работа студентов (срс)
- •2 Модуль 5. Гидромеханические процессы
- •2.1 Цель обучения
- •Программа модуля № 5
- •2.3 Объем модуля и виды учебных занятий
- •2.4 Перечень необходимых средств для выполнения
- •2.5 План-график изучения модуля «Гидромеханические
- •2.6 Планы практических занятий Занятие №1
- •План проведения занятия
- •Подготовка к занятию:
- •1. Изучить материал занятия в конспектах лекции и учебниках 1,с. 115-119, с. 208-209.
- •Основные термины и понятия:
- •Занятие №2
- •План проведения занятия
- •Подготовка к занятию:
- •Занятие №3
- •План проведения занятия
- •Подготовка к занятию:
- •Основные термины и понятия:
- •Планы лабораторных занятий
- •Индивидуальное расчетное задание (ирз)
- •Самостоятельная работа студентов
- •2.10 Индивидуальное расчетное задание к модулю № 5
- •2.11 Промежуточный экзамен № 5
- •2.12 Тестовые задания к модулю № 5
- •2.12.1 Тесты к занятию №1
- •2.12.2 Тесты к занятию №2
- •2.12.3 Тесты к занятию №3
- •2.12.4 Тесты к занятию №4
- •2.13 Основные термины и определения
- •Внешняя задача гидродинамики – анализ обтекания жидкостями различных тел (при механическом перемешивании, осаждении твердых частиц.
- •3.2.2 Материал, изученный в предыдущем семестре
- •3.3 Объем модуля и виды учебных занятий
- •3.4 Перечень необходимых средств для выполнения
- •3.4.1 Лабораторные установки
- •3.5 План-график изучения модуля «Тепловые процессы»
- •3.6 Планы практических занятий
- •Занятие №1
- •План проведения занятия:
- •Подготовка к занятию:
- •Основные термины и понятия:
- •Занятие №2
- •План проведения занятия:
- •Подготовка к занятию:
- •Занятие №3
- •План проведения занятия:
- •Подготовка к занятию:
- •3.7 Планы лабораторных занятий
- •3.8 Индивидуальное расчетное задание (ирз)
- •3.9 Самостоятельная работа студентов
- •3.10 Модульный экзамен
- •3.11 Тестовые задания
- •3.11.1 Тесты к занятию №1
- •3.11.2 Тесты к занятию №2
- •3.11.3 Тесты к занятию №3
- •3.11.4 Тесты к занятию №4
- •3.12 Основные термины и определения
- •4 Модуль 7: массообменные процессы в системах со свободной границей фаз
- •1 Общие положения
- •4.1 Цель обучения
- •4.2 Программа модуля
- •4.3 Объем модуля и виды учебных занятий
- •4.4 План – график изучения модуля «Массообменные процессы»
- •4.5 Планы практических занятий
- •Занятие №1 Основные понятия и термины
- •Занятие №3
- •Занятие №4
- •1.6 Индивидуальное расчетное задание
- •4.6 Варианты расчетного задания
- •4.7 Тестовые задания
- •4.8 Основные термины и понятия
- •5 Модуль 8: массообменные процессы с участием твердой фазы
- •1 Общие положения
- •5.1 Программа модуля.
- •5.2 Планы практических занятий
- •5.2.1 Занятие № 1
- •5.2.2 Занятие № 2
- •5.2.3 Занятие №3
- •5.2.4 Занятие №4
- •5.3 Варианты расчетного задания
- •5.4 Основные термины и понятия
- •5.5 Тестовые задания
3.11.4 Тесты к занятию №4
1. Температура кипения раствора во втором корпусе многокорпусной выпарной установки…
а) равна температуре кипения раствора в первом корпусе;
б) выше, чем в первом корпусе;
в) ниже, чем в первом корпусе.
2. На каком рисунке изображена противоточная выпарная установка?
а)
б)
3. Чему равно количество греющего пара, поступающего в корпус m многократного выпаривания?
а) ∆m = Wm-1 - E m-1;
б) ∆m = E m-1 - Wm-1;
в) ∆m = Wm-1 + E m-1.
где Wm-1 – количество воды;
E m-1 – экстра-пар.
4. Вторичный пар из последнего корпуса…
а) идет на технологические нужды;
б) подается насосом в первый корпус;
в) отводится в барометрический конденсатор.
5. Число корпусов установки многократного выпаривания определяется…
а) суммой затрат на проведение процесса;
б) амортизационными расходами;
в) затратами по производству пара;
г) причинами, указанными в а), б) и в).
6. Недостатками прямоточной схемы многокорпусной выпарной установки являются…
а) понижение температуры кипения и понижение концентрации раствора от 1-го корпуса к последующему;
б) повышение температуры кипения и понижение концентрации раствора от первого корпуса к последующему;
в) повышение температуры кипения и повышение концентрации раствора;
г) понижение температуры кипения и повышение концентрации раствора.
7. Многокорпусные установки могут быть…
а) прямоточные;
б) противоточные;
в) комбинированные;
г) все вышеперечисленные.
8. Общая поверхность нагрева двухкорпусной выпарной установки может быть выражена как…
а) ;
б) ;
в) .
9. Преимуществами прямоточной многокорпусной выпарной установки являются…
а) раствор идет самотеком;
б) температура кипения раствора и давление вторичного пара в каждом корпусе ниже, чем в предыдущем;
в) все выше перечисленное.
10. С увеличением числа корпусов вероятнее всего…
а) общие затраты на изготовление и эксплуатацию («К» - капитальные и «Э» - эксплуатационные) выпарной установки увеличиваются;
б) общие затраты на изготовление и эксплуатацию («К» - капитальные и «Э» - эксплуатационные) выпарной установки уменьшаются;
в) «К» - увеличиваются, а «Э» - уменьшаются;
г) «К» - уменьшаются, а «Э» - увеличиваются.
3.12 Основные термины и определения
Водоотводчик (конденсатоотводчик) – устройство, применяемое для удаления из аппарата конденсата без выпуска с ним пара.
Водяной пар – теплоноситель (насыщенный водяной пар), обладающий следующими преимуществами: 1) высоким коэффициентом теплоотдачи; 2) большим количеством тепла, выделяемым при конденсации единицей количества пара; 3) возможностью транспортировки по трубопроводам на значительные расстояния; 4) равномерностью обогрева, так как конденсация пара происходит при постоянной температуре; 5) легким регулированием обогрева.
Вторичный пар – пар, образующийся при выпаривании растворов.
Выпаривание – процесс концентрирования растворов, заключающийся в удалении растворителя путем испарения при кипении.
Гидравлическая депрессия – температурная поправка, которая учитывает повышение давления в аппарате вследствие гидравлических потерь при прохождении вторичного пара через ловушку и выходной трубопровод.
Гидростатическая депрессия – температурная поправка, которая вызывается тем, что нижние слои жидкости в аппарате закипают при более высокой температуре, чем верхние (вследствие гидростатического давления верхних слоев).
«Глухой» пар – пар, который не соприкасается с обогреваемой жидкостью, жидкость отделена от него стенкой, через которую и передается тепло.
Греющий пар – насыщенный водяной пар, используемый в качестве теплоносителя в выпарных аппаратах.
Ионный обмен – избирательное извлечение ионов из растворов электролитов. Этот процесс представляет собой переход извлекаемого вещества из жидкой фазы в твердую. Применяют для извлечения веществ из растворов, в которых эти вещества находятся при низких концентрациях.
Капельная конденсация пара – образование капель конденсата на несмачиваемой поверхности.
Конвекция – перенос теплоты, который осуществляется вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов жидкости и газа.
Концентрация вещества – отношение количества какого-либо компонента смеси (молярная концентрация, моль/м3) или его массы (массовая концентрация, кг/м3) к объему смеси. На практике часто используют безразмерную величину – массовую, молярную или объемную долю, равную отношению массы, количества или объема какого-либо компонента смеси соответственно к массе, количеству или объему смеси.
Коэффициент теплоотдачи – показывает, какое количество теплоты передается от теплоносителя к 1 м2 поверхности стенки (или от стенки поверхностью 1 м2 к теплоносителю) в единицу времени при разности температур между теплоносителем и стенкой в 1 К. [] = [Q / Ft] = [Вт/м2·К] = [Дж/м2·с·К].
Коэффициент теплопередачи К – показывает, какое количество теплоты передается от горячего теплоносителя к холодному за одну секунду через 1 м2 разделяющей теплопроводящей стенки при разности температур между теплоносителями в 1 К.
[К] = [Q/Ftср] = [Дж/м2·с·К].
Коэффициент теплопроводности –показывает, какое количество теплоты проходит вследствие теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при падении температуры на один градус на единицу длины нормали к изотермической поверхности.[] = [-Q/F·l/t)] = [Дж/м·с·К] = [Вт/м·К].
Критерии теплового подобия:
критерий Фурье – характеризует условия подобия неустановившихся процессов теплоотдачи: Fo = a/l2;
критерий Пекле – характеризует соотношение между интенсивностью переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью в движущемся потоке: Ре = l/а;
критерий Прандтля – характеризует вязкостные и температуропроводные свойства теплоносителя; связь скоростного и температурного полей: Pr = /а;
критерий Нуссельта – характеризует интенсивность перехода теплоты на границе раздела фаз, а также характеризует отношение суммарного переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью (т.е. теплоотдачей) к теплоте, передаваемой теплопроводностью: Nu = l/
критерий Грасгофа – характеризует соотношение сил трения, инерции и подъемной силы, обусловленной различием плотностей в отдельных точках неизотермического потока: Gr = gl3t/2;
Критерий Био – безразмерный комплекс, который характеризует соотношение между внешним и внутренним теплопереносом: Bi = l/
Критический коэффициент теплоотдачи - значения коэффициента теплоотдачи, которые соответствуют переходу от пузырькового режима кипения к пленочному.
Критический температурный напор – значения температурного напора, которые соответствуют переходу от пузырькового режима кипения к пленочному.
Лимитирующая стадия – стадия, которая определяет общую скорость многостадийного процесса; определяется взаимным расположением стадий и соотношением их скоростей.
Многокорпусная выпарная установка – установка, в которой имеются два и более последовательно соединенных выпарных корпусов.
Однокорпусная выпарная установка – установка, в которой имеется один выпарной аппарат.
Оптимизация – выбор наилучших (оптимальных) условий проведения процесса, заключительный этап моделирования.
Оптимизирующие факторы – те из входов в систему, которые в процессе оптимизации относят к управляющим; воздействия, которые применяют для оптимизации.
Основное уравнение теплопередачи:
Q = KFtср
где Q – тепловой поток, Вт;
К – кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи), характеризующий скорость переноса теплоты, Вт/м2·К;
F – поверхность теплопередачи, м2;
tср – средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор) по поверхности теплопередачи, К;
- время.
«Острый» пар – используют в тех случаях, когда допустимо смешение нагреваемой среды с образующимся при конденсации пара конденсатом.
Пленочная конденсация пара – образование сплошной пленки конденсата на смачиваемой поверхности.
Пленочное кипение – режим, при котором на поверхности нагрева образуется сплошная пленка пара, периодически прорывающегося в объем жидкости.
Полезная разность температур – разность температур греющего пара, поступающего в первый корпус, и температуры насыщения вторичного пара из последнего корпуса за вычетом суммы температурных потерь по корпусам.
Полная депрессия – депрессия, равная сумме температурной, гидростатической и гидравлической депрессий.
Пролетный водяной пар – неполная конденсация пара, когда из аппарата отводится смесь конденсата и пара. При неполной конденсации пара расход его повышается.
Поверхностные теплообменники – теплообменники, в которых теплоносители разделены стенкой, причем теплота передается через поверхность этой стенки.
Проектный расчет – расчет аппаратов, целью которого является определение необходимой поверхности теплообмена.
Проверочный расчет – расчет, задачей которого является определение количества передаваемой теплоты и конечных температур теплоносителей в данном теплообменнике с известной поверхностью теплообмена.
Промежуточный теплоноситель – вещество (среда), передающее от прямых источников тепловой энергии теплоту нагреваемой среды через стенку теплообменника.
Пузырьковое кипение (ядерное) - режим кипения, при котором паровые пузырьки, достигшие предельного (критического) размера, отрываются от поверхности нагрева, всплывают к свободной поверхности жидкости, возрастая в объеме за счет теплообмена с менее нагретой жидкостью.
Регенеративные теплообменники – теплообменники, в которых процесс переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному разделяется во времени на два периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки.
Самоиспарение – дополнительное испарение растворителя из этого же раствора.
Смесительные теплообменники – теплообменники, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.
Скорость тепловых процессов – количество тепла, передаваемое в единицу времени через 1 м2 площади поверхности, нормальной к направлению теплопереноса (плотность теплового потока): q = Q/(Fτ), Вт/м2.
Средняя разность температур - движущая сила тепловых процессов, в которых изменяется температура хотя бы одного теплоносителя.
Температурный напор – см. средняя разность температур.
Температура мокрого термометра – температура, принимаемая жидкостью при испарении ее после достижения теплового равновесия.
Температура точки росы – температура, соответствующая полному насыщению воздуха водяными парами в процессе охлаждения.
Температурная депрессия – разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя.
Теплоемкость удельная – количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на 1 К.
Теплообмен – процесс переноса тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру.
Теплоотдача – процесс теплообмена между твердым телом и соприкасающейся с ним жидкостью или газом.
Теплопередача – перенос теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющую их стенку.
Теплопроводность (кондукция) – явление молекулярное, которое состоит в том, что перенос теплоты происходит путем непосредственного соприкосновения между микрочастицами.
Термическое сопротивление – величина, обратная тепловой проводимости: для теплоносителя rт=1/ ; для стенки rст = (i/i).
Термическое сопротивление системы – величина, обратная коэффициенту теплопередачи: R = 1/К = 1/ + i/i + 1/,
где 1/,1/термическое сопротивление более нагретой и менее нагретой среды соответственно;
i/i - термическое сопротивление многослойной стенки.
Удельная теплота фазовых превращений – количество тепла, которое выделяется или поглощается при фазовом превращении единицы массы вещества.
Уравнение аддитивности термических сопротивлений:
R = 1/К = 1/ + i/i + 1/r1 + rCT + r2 ,
где К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К).
Экстра-пар – вторичный пар, отбираемый из выпарной установки для других нужд.