Сырье и ее характеристика.

Сырье является исходным продуктом, который используется для производства требуемой продукции под качество сырья, значительной мере зависит эффективность технологий и себестоимость продукции.

Сырье подразделяется на природные и искусственные материалы. С развитием промышленности сырьевая база растет, появляются новые виды сырья, в качестве которой используется доход основных производств.

Сырье классифицируют по таким признакам:

1. По агрегатному состоянию:

- Твердую (руда, уголь)

- Жидкую (вода, нефть)

- Газообразную ( воздух, газ, метан, пропан, и т.д.)

2. По происхождению сырья, разделяют на:

- природное

- искусственное

- вторичное

Природное сырье- это уголь, нефть, руда, дерево – это сырье природного происхождения:

-минеральную

- растительную

- животную

Минеральное сырье связанное с недрами земли ее поверхности. Растительное сырье – является продуктом переработки определенных видов сырья земли, аналогично сырье животного происхождения.

Искусственное сырье является продуктом некоторого технологического процессов. Пр., сырье для прокатного производства является заготовки из стали и чугуна – продукции доменного производства.

Вторичное сырье- это отходы или используемая продукция некоторого технологического производства. Пр., для производства цемента используют шлак – отходы доменного производства. Пр., для производства тепловой энергии используют отходы с/х производства.

3. По ценности сырья для переработки, разделяют на основное и вспомогательное сырье. Пр., по текстильной промышленности используют: шерсть, волокна, который составляет основу производства. Вспомогательным сырьем здесь могут быть вода, различные химикаты, газы и т.д. Вспомогательное сырье обеспечивает процессы переработки основного сырья.

Моделирование технологических процессов, основные положения.

Моделирование является важнейшим методом научных исследований, который позволяет получать новые знания об объектах исследования для использования в задаче управления и оптимизации собственно, моделирование в общем случае включает этапы экспериментов исследований по строению, улучшению модели, выработку принципов управления и оптимизации. При моделировании о моделирование замещается моделью в виде удобном для исп-ния. При этом появляется возможность переноса полученных результатов с модели на оригинал. Модели бывают: мысленные, физические, математические.

Мысленная модель – образ или схема О (явление), отображающая его существенные стороны, которые возникают в сознании человека в процессе познания.

Физическими моделями являются изготовленные, созданные человеком образы О, проц-, аппаратов и т.д., которые составляют какую-либо технологию и являются экспериментальными (попытками) установками. Они обеспечивают процессы исследования характеристик или показателей О. На этих моделях выполняют эксперимент исследования с обеспечением реальных исследования работы исследований О. При физическом моделировании данные будущих О, процессов или технолог. И при этом модель должна включать геометрические характеристики О., исходные материалы рабочей среды и режимы функционирования отображают характеристики и параметры в различны точках О. На физических моделях изучают поведение О, процесса и технол. в длительном решении работы, взаимо связь между отдельными показателями и характеристиками и, что очень важно, изучают режимы функционирования О. Физическая модель не должна быть точной копией О. во всем многообразии его характеристик, а только отображает изучаемые показатели и характеристики для обеспечения исследований и решения задач управления оптимизации. Такое соответствие называют подобным модели и О. Перенос результатов исследований с модели на О выпол. с применением масштабируемых коэффициентов, которые называют критериями подобия.

Физическая модель, как правило, в последствии позволяет составлять их математическое описание, т.е. синтезировать математические модели. Математическая модель – это абстракция, характеристик коном. и биолог. и др. характеристики или процессы др. прород.

В отличии от физической модели, имеющих туже физ. природу, что и оригинал, мат.модели основаны на соответствии мат.описания проц. в модели и оригиналов собственно. Мат.модель – это процесс исследования мат.модели на том или ином языке моделирования мат.физ., мех. и т.д. На языке: чертежей и схем, на языке программ и т.д.

Мат.модели составляют основу всех технолог. процессов, информ., эк. и соц., процессов. При построении мат.модели часто используют свойства так называемых «подобий», или изоморфизмом, т.е. возможность одной и той же системы уравнений или мат.тождеств описать различные по своему содержанию физ., мех. и. т.д. процессы явл. объекты окружающего мира и достаточно надежно выпол. их исследов. Надежность, в этом смысле х-т понятие воспроизв-ти, удобства исползов. продолжительного жизненного цикла.

Примеры изоморфизма: поступат. и вращательные движения можно представить в виде уравнений, представленных в теории механизмов и машин. Эти же уравнения можно представить для описания движения жидкости, газов. Модели проц. нагревания, охлаждения, выпарив. можно использовать в различных технологических процессах (пищевой промышленности, металлургии).При необходимости создать или синтезировать модели процесса объекта или явления, всегда желательно оценить возможность использовать известные модели в виде мат.описания в том или ином составе.

Модели процессов и аппаратов

Все известные технологические процессы составляют основу различного вида и типа примеров и обеспечивают жизнедеятельность. К таким пр-вам относят экономические и т.д. П.э. в этих технологиях используют различного вида типовые аппараты, агрегаты, устройства и нет необходимости разрабатывать их заново. Для обеспечения различного вида технологических процессов применяют 5 основных видов процессов:

1. Гидромеханические процессы они характериз. и основаны ни законах гидромеханики, т.е. в процессах транспорт. осаждения, фильтрации и т.д. жидкостей, газов. Здесь же рассмотрены проц. преобразования структур или фаз: жидкое, газообразное, твердое.

2. Типовые процессы реализуют и основаны на законах теплопередачи и связи с этим явл. теплопроводность. Здесь имеют место процессы нагревания, охлаждения, выпаривания, конденсации и т.д.

3. Массообменные процессы характеризуют и основаны на законах массопередачи диффузии, преобразования масс. На их основе реализуют процессы: адсорбции, экстракции, ректификации, кристаллизации, сушки и т.д.

4. Химческие процессы связаня с преобразованием веществ их химических составляющих, обусловленных свойствами веществ, скоростью реакции, закономерностям.

5. Физико-механические процессы связаны с преобразованиями веществ, ресурсов под воздействием механического, физического и др.оборудования, этим преобразования основаны, во-первых, их использования или для получ. промеж. продуктов. Например, для получения металлоконструкций как продукта вначале добывают железную руду, и измельчают, обогащают(с пом. физико-хим. преобразований),выделяют составл. железа, создают заготовки(доменное и мартовское произ.)- металлические продукты (промежуточный продукт), их нагревают, штампуют, протягивают и т.д. до получения металлоконструкций требуемого типа и вида.

Характеристика типовых процессов и аппаратов

Гидромеханические процессы и аппараты

В основе этих процессов находиться наука, изучающая равновесия движения жидкости, а также взаимодействие между жидкостью и тверд. телами. Включает:

1. процессы перемешивания потоков в аппаратах и трубопроводах

2. процесс раздел. неоднородных систем в жидкостях, охлаждения, центрифугирования, фиокуляция.

3. процесс образования неоднородных систем различного вида жидкостей, перемешив. жидких и твердых веществ, псевдоразжижения(вопрос??) и т.д.

Гидромеханические процессы описываются законами гидростатики, гидродинамики, законами Ньютона, трения, и т.д. В гидростатике изучают процессы состояний относительного покоя, процесс состояния при отсутствии внутр. трения, т.е. при наличии идеальных жидкостей и однообразных твердых тел. Гидромеханические процессы основываются на модели идеального перемешивания истоков.

Модели идеального вытеснения, диффузионные модели, каскадные модели. Модель идеального перемешивания включают уравнение матер. баланса при условии мгновенного перемешив. поступающих потоков в некот.V. Условия протекания этого процесса во всех точках объема (аппарата) одинаковы и совпадают с условиями на входе и выходе аппарата перемешивания.

Уравнение матер. баланса в аппарате идеального перемешивания характериз. изменения концентрации веществ в аппарате

, где - объемный расход вещества на входе в аппарат(м3/с)

- концентрация вещества соотв. внутри аппарата и на его входе(г/м3)

- объем аппарата(м3)

При скачкообразном концентрации вещества на входе , это концентрация на выходе измен. от какого-то нач. знач. , до нового установившегося значения в момент времени .

Аппарат идеального перемешивания концентрации на выходе измен. также скачкообразно, как и . Однако в реальн. условиях перемешив. концентрации на выходе изменяются по апериодической кривой до момента времени сооотв. новому установ. режиму аппарата. Собственно, переходной проц. можно представить в виде звена апериод.: более выс. порядки передат. Функции не порышают значительно точность перед. проц.

Модели гидромеханч. потока – модель идеального(полного) вытеснения

Переем. жидких ф-в, веществ а аппарат представляют в виде моделей идеального вытеснения. Аппарат идеал. вытеснения основан на представл. полного отсутствия продольного перемешивания, т.е. перемешив. в направлении движения вещества, но присутствие полного перемешив. поперечное направление отн. перемешив. Такой аппарат имеет вид:

Время пребывания всех частиц вещества в аппарате идеал. вытеснения одинаково и равно времени прохожд. его от начала до выхода из аппарата, где

- это вместим. Аппарата вещ.

- объед. Расход вещества на входе в аппарат.

Если для эл-та потока вещества записать ДУ:

При определен. Граничных условиях процесс идеал. вытеснения соотв. звену чистого запаздыв., где это оператор Лапласа (начет степени не уверен) т.о. переходные проц. в аппарате идеал. вытеснения имеет вид:

Процессы теплопередачи

Механизм переноса теплоты

Температура явл. важнейшим технолог. фактором большинства промишл. пр-в. Подведениеили отвод тепла для нагревания и охлаждения аппаратов, сырья, в технологических процессах. Проц. переноса тепла наз. теплообменом и выпол. различными способами:

1. теплопроводность

2. конвекностно

3. излучение

К тепловым процессам относят нагревание, охлаждение конденсацию и выпаривание.

Нагревание – это повышение темпиратуры материалов, кот. преобразуются путем подведения тепла. Охлаждение – это погл. температуры материала, кот. преобразовывается путем отвода тепла. Конденсация – это преобразование пара путем отвода тепла.

Выпаривание – это перевод в газообразное состояние жидкости путем подвода тепла. Оси хар-ка теплов. Процесса состоит в оценке кол-ва тепла, кот. передается. Связь между кол-вом тепла в теплообменном аппарате с поверхность теплообмена характериз. Оси кинетическим уравнением переменных тепла: , где

- количесво передаваемого тепла

- локальный коэффициент теплопередачи между средами теплообмена

- разность температур между средами при теплопередаче

- длительность теплообмена

- эл-т поверхности при теплообмене

Привед. Оси ур-е теплопередачи в условиях установившегося проц. в ед. времени будет иметь вид:

, где

- коэффициент теплопередачи между средами явл. усредненной величиной для всей пов-сти теплообмена

- средняя разность температур между средами

- поверхность теплообмена

Отсюда можно определить требуемую пов-ть теплообмена при известном кол-ве передаваемого тепла для установ. режима. .

Теплопроводность – это процесс передачи ьепла между двумя средами, кот. напрямую контактируют или контактируют с применением разделит. сосудов.

Конвенция – это процесс переноса тепла, вследствие движ. тепла(газа) при перемещении объемов газа в какой либо среде.

Тепловым излуч. называют процесс переноса тепла в виде электрон. излуч. – инфракрасное излучение, в излучении тело преобразуется в энергию излучения кот.распр. в пр-ве при этом инфракрасное излуч. в основном нагревает тела орг., происхожд. и жидкости.

Теплоотдача – это процесс теплообмена между твердым телом и жидкостью или газом кот.прилегает к этой стенке.

Характеристика теплопроводности

При нагревании или охлаждении твердого тела происходит нарушение начального равномерного распределения температуры. Др. словами темп. Нагреваемой среды явл. ф-ей координат каждой точки среды (x,y,z) и времени .

Геом. место точек кот. имеют одинаковую пол. изометрической пов-стью. Поток тепла приводит к изм. Температуры в направлении от изотерм. пов-сти и др. Границу изотермич. поверх-той представляет закон измен. темп. к расстоянию между изотермич. пов-ти по нормам к этим пор-м называется темп. градиентом:.

На основании провед. последов. процесс распростр. тепла был сформулирован соот. В том, что количество тепла: передаваемого с пом. теплопроводности пропорц. , времени , изменен. сечения контактируемой поверхности. Собственно процесс распространения тепла происходит направлению теплового потока в результате закон теплопроводности будет:

(Фурье)

Знак «-» характеризует его уменьшение при изменении температуры тепла в направлении переноса тепла. - коэффициент пропорц.(теплопроводности)характеризует способность тел проводить тепло.

Характериз. способность тел проводить тепло и зависит собственно от природы тел и агрег. состояния.

Теплопроводность явл. характеристикой динамического сопротивления раздел. поверхн., кот. могут быть различный формы, использ. матер. пов-ти и условий теплообмена.

Основы массопередачи

Технолог. процессы, скоросто протекания кот. определ. скоростью переноса массы веществ в одной фазы в др. называют массообменом проц. А аппаратны для выполнения этих проц. называют массообмен. Аппаратами. Др.сл. массообмен – этоперенос 1 или нескольких компонентов смеси из 1 фазы в другую. Например, из гозовой среды в твердую среду, из паровой в жидкость, а также наоборот. Раздел. 2 варианта массообмена односторонний и двусторонний. Согласно технологич. Схемы массоперенос происходит при поступлении в реактор(емкость, где собственно происходит массоперенос поступает исходный прод., сырье, смесь). Далее в этот же реактор поступает сырье из др. среды и под давлением различных каталиаторов происходит массообмен. Далее продукт выводится из реактора и направляется на последуюшие технологические процессы. В реакторе происходят различные виды проц. массопередачи. Рассмотрим некоторые из них:

1. Абсорбция – это проц. поглощения газа жидкостью. Обратный процесс выделения называется десорбция.

2. Экстракция – это вытяжка вещества растворенного в жидкости др. жидкостью, кот. практи. не перемешивается или перемешивается частично. При этом компонент, кот. извлекается переходит из исходного раствора в др. В дальнейшем растворы раздел. Например, отст. по удельному весу жидкости. Наиб. Распространение в обогат. отрасли, пищевой и т.д.

3. Перегонка (ректификация) – раздел. ……… однор. жидких смесей путем обмена между жидкостью и паром, т.е. выпаривание исходной жидкости.

4. Адсорбция – поглощение компонента газовой смеси(пара) твердым поверхностным поглот., т.е. процесс разделения характериз. переходом вещества с газового(паровой, лил жидкой фазы) в тверд. вещество. Обратный процесс называют десорбция. Он обеспечивает рег., т.е. вытяжку вещества из поглотителя.

Сушка – это выведение влаги из продуктов, сырья путем ее выпаривания. Здесь влага переходит из тверд. фазы или жидкого в газообразный.

Кристаллизация – выведение твердой фазы вещества в виде кристаллов физ. раствор и расплавов. Она достигается в результате насыщения или переохлаждения раствора, что связано с переходом вещества из жидкой фазы в твердую фазу. Растворение в сис-ме тверд. тело – жидкость характериз. переходом твердой фазы вещества в жидкую(процесс обратной кристаллизации). Переход вещества с одной фазы в др. объясняется явлением конвективного переноса и молекул. диффузии. П.э. указан. процессы явл. диффузией или массобменом.

Массопередачей назыв. переход вещества с одной фазы в др. в направлении дост. равновесия.

Процесс перехода вещества в обратном направлении в пределах, одной из фаз называют массоотдачей. При анализе массопередачи рассмотрим такие характеристи: количества массоперед. М, время, пропорц. Движение сис-ма проц. , прощадь междуфазной поверхности F. Онисоставляют уравнение массопередачи:

, где

К – коэффициент массопередачи характер.Кон-вом

- с

- услов. ед. Вещества, передаваемого через ед. междуфазовой пов-ти в ед.времени

F-

М-кг

Материальный и энергетический балансы технологических процессов. Технологический баланс и его структура.

В основе любого технологического производства лежит технологический процесс, представляющий собой совокупность операций, непосредственно связанных с добычей и переработкой сырья, получением полуфабрикатов и готовой продукции. Аналогично можно рассматривать экономические процессы, где также затрачиваются ресурсы человеческие, трудовые, материальные, энергетические и тд. При этом здесь в качестве результирующей продукции выступают различные явления в обществе, происходят значительные преобразования в различных сферах, что позволяет говорить о различных видах балансов в этих отраслях. В промышленном производстве при выполнении технологических процессов соблюдается технологический баланс.

Он представляет собой результаты количественно введенных и полученных в производственном процессе материальных, энергетических ресурсов, то есть можно рассчитать приход и расход, то есть составить материальный и энергетический баланс в виде уравнений, таблиц, диаграмм.

Характеристика материального и теплового балансов технологических процессов.

Из определений технологического баланса следует, что для составления материального и энергетического баланса используют законы сохранения материи и энергии. При этом равенство введенных материалов и энергии должно быть равно основным промежуточным продуктам и отхода производства. При составлении технологических балансов и анализа используют термохимические расчеты, физико-химические закономерности. По балансу технологических расчетов оценивают эффективность процессов, их экономическую целесообразность.

Неточность техники химического анализа, учета всех протекающих реакций и операций свидетельствуют о погрешностях в расчете материального баланса.

Если рассматривать масс веществ в виде твердой Мт, жидкой Мж, газообразной Мг фаз и составить уравнение материального баланса, то в простейшем случае получим:

,

где индекс « ' » характеризует соответствующие массы материалов, получаемых продуктов в результате технологического процесса. В реальных технологических процессах не всегда участвуют все приведенные фазы, а часть продуктов остается не использованными. Тогда, например, уравнение материального баланса имеет вид:

,

где - массы, вступившие в процесс, - массы веществ, образовавшихся в результате процесса, - массы непрореагирующих исходных веществ, - массы побочных продуктов, - массы отходов.

Материальный баланс, составляет в расчете на единицу готовой продукции, единицы массы сырья, единицы времени протекающего процесса, единицы денежных средств. По этим показателям сравнивают показатели хода технологического процесса и оценивают их эффективность.

Тепловой баланс является количественным выражением закона сохранения энергии. Относительно химических процессов тепловой баланс характеризует равенство количества тепловой энергии, поступившей в зону взаимодействия веществ количеству энергии, выделенной веществами, взаимодействующими в данном технологическом процессе. Уравнение теплового баланса в упрощенном виде будет:

- теплота экзотермических реакций и физических переходов из одного агрегатного состояния в другое: процессы плавления, сушки, испарения, кристаллизации, растворения и тд.

- фактическая теплота, поступившая в зону взаимодействия с исходными веществами. Например, процессы брожения могут осуществляться только при подачи теплоты на эти вещества. Если тепловой эффект взаимодействия веществ отрицательный, то есть теплота не поглощается, а выделяется, то - помещают в расходную часть баланса, то есть эта энергия является отрицательной.

- физическая теплота, выходящая из процесса с продуктами реакции или взаимодействии, и при этом она остается в результирующем продукте, а не выделяется в атмосферу.

- это теплота, теряемая в результате физико-химических превращений, выделяемая в атмосферу.