Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2 сем / экз / пахт экз 2

.pdf
Скачиваний:
39
Добавлен:
10.11.2019
Размер:
21.51 Mб
Скачать

Экзаменационные вопросы по курсу "Основные процессы и аппараты химической технологии»

Раздел 3. Массообменные процессы и аппараты

5

Вопросы 1

5

1.Составьте уравнения материальных балансов при десорбции газа жидкости. Получите линейное уравнение рабочей линии для противоточного движения фаз, указав

соответствующие допущения. С какой целью получают это уравнение?

5

2.Что фактически является и что принято считать движущей процесса массопередачи? Выведите уравнение для расчёта средней движущей силы при заданных начальных и конечных

концентрациях компонента в фазах, указав соответствующие допущения.

5

3.Что называю "единицей переноса массы"? Приведите аналитическое решение выражения для расчёта числа единиц переноса при условие линейности рабочей и равновесной линий.6

4.Выведите уравнения аддитивности фазовых сопротивлений, указав соответствующие допущения. Как с помощью этого уравнения определить лимитирующую стадию

массопереноса?

6

5.Что называют конвективной диффузией? Выведите дифференциальное уравнение конвективной диффузии, указав допущения и приведя обозначения соответствующих величин. 8

6.Выведите дифференциальное уравнение молекулярной диффузии (II закон Фика), указав

допущения и приведя обозначения соответствующих величин.

8

7.Подобным преобразованием соответствующие дифференциальных уравнений получите

критерии массообменного подобия. Каков физический смысл каждого из них?

9

8.Что называют «высотой единицы переноса массы»? Как используется это понятие при расчете массообменных аппаратов? Выведите уравнение аддитивности высот единиц переноса массы. 11

9.Что называют «эффективностью (кпд) тарелки по Мерфри»? Выведите зависимость между эффективностью по Мёрфри и числом единиц переноса массы на одну тарелку при идеальном

смешении жидкости и идеальном вытеснении газа (пара).

12

10. Выведите уравнение рабочей линии укрепляющей части насадочной ректификационной колонны,

указав соответствующие допущения. С какой целью получают это уравнение? +

14

11.Выведите уравнение рабочей линии исчерпывающей части насадочной ректификационной колонны, указав соответствующие допущения. С какой целью получают это уравнение? 14

Вопросы 2

20

1.Напишите основные уравнения массопередачи и уравнения массоотдачи. Что фактически является и что принято считать движущей силой того или иного процесса? Каков физический смысл коэффициентов массопередачи и массоотдачи и каково соотношение между ними (без

 

вывода)?

20

2.

Что называют «обратным перемешиванием» и как оно влияет на эффективность массообменного

 

процесса в системе «газ (пар) - жидкость»?

22

3.

В каком случае значения коэффициентов массопередачи, выраженные через концентрации разных

 

фаз, численно одинаковы? Ответ обоснуйте.

22

4.

Как определить лимитирующую стадию массообменного процесса? Укажите способы

 

 

воздействия на её скорость для систем «газ (пар) - жидкость».

23

5.Что такое "диффузионное сопротивление массопереносу"? Как используется понятие лимитирующего сопротивления при экспериментальном определении коэффициентов

массоотдачи?

23

6.Что называют "теоретической ступенью разделения" и что "единицей переноса массы"? В каком случае число теоретических ступеней равно общему числу единиц переноса в массообменном

 

аппарате (ответ обоснуйте)?

24

7.

Что такое «кинетическая кривая»? Как её строят и как применяют для расчёта аппаратов со

 

ступенчатым контактом фаз?

25

8.

Охарактеризуйте гидродинамические режимы работы насадочных массообменных колонн. Как

 

определяется оптимальный диаметр таких колонн?

26

9.

Какие факторы и как влияют на равновесие между газом и жидким поглотителем при абсорбции?

 

Опишите способы регенерации адсорбентов.

28

10.

Проанализируйте влияние расхода абсорбента на размеры аппарата и на энергозатраты при

 

реализации процесса.

30

11.В каком случае эффективность разделения смесей выше: при простой перегонке или при перегонке с дефлегмацией? Ответ проиллюстрируйте на диаграмме фазового равновесия.32

12.Опишите влияние величины флегмового числа на основные размеры колонн и на энергозатраты

 

при ректификации смесей.

37

13.

Охарактеризуйте основные промышленные адсорбенты, указав преимущественные области их

 

применения.

38

14.

Какие факторы и как влияют на равновесие между газом и твёрдым поглотителем при адсорбции?

 

Опишите способы регенерации адсорбентов в промышленных аппаратах.

41

Вопросы 3:

44

1.Изобразите схему устройства и опишите действие насадочный массообменных колонн. Сопоставьте достоинства и недостатки этих аппаратов по сравнению с тарельчатыми колоннами. 44

2.Изобразите устройства и опишите действие перераспределительных тарелок в колоннах насадочного типа. В каких случаях массообменный аппарат может быть спроектирован без таких

 

тарелок?

45

3.

Изобразите схему устройства и опишите действие абсорбционного аппарата с отводом теплоты

 

абсорбции.

48

4.

Изобразите схему устройства и опишите действия массообменной колонны с ситчатыми

 

 

тарелками. Каковы достоинства и недостатки этих тарелок по сравнению с другими?

48

5.

Изобразите схему устройства и опишите действия массообменной колонны с колпачковыми

 

тарелками. Сопоставьте их преимущества и недостатки с тарелками других типов.

49

6.

Изобразите схему устройства и опишите действие массообменных колонн с клапанными

 

 

тарелками. Каковы достоинства и недостатки этих тарелок по сравнению с другими?

50

7.

Изобразите схему и опишите действие установки для регенерации абсорбента.

50

8.

Изобразите схемы и опишите действие установок для непрерывной ректификации

 

 

многокомпонентных смесей.

52

9.

Изобразите схему устройства и опишите действие экстрактора с ситчатыми тарелками.

 

 

Сопоставьте этот аппарат с экстракторами других типов.

53

10.

Изобразите схему устройства и опишите действие одного из пульсационных экстракторов. С

 

какой целью используют пульсации при жидкостной экстракции?

54

11.

Изобразите схему устройства и опишите действие адсорбера с кольцевым слоем поглотителя.

 

Сопоставьте этот аппарат с адсорберами других типов.

56

12.

Изобразите схему устройства и опишите действия многоступенчатого аппарата для адсорбции в

 

псевдоожиженном слое. С какой целью аппарат делают многоступенчатым?

56

Раздел 4. Гидромеханические процессы и аппараты разделения гетерогенных

систем

57

Вопросы 1

57

1.Используя формулу Дарси, получите уравнение для расчёта гидравлического сопротивления неподвижного зернистого слоя, в котором [в уравнении] фигурируют размер частицы и фиктивная

скорость потока. При ответе воспользуйтесь зависимостью: .

58

2.Получите основное уравнение кинетики фильтрования. Покажите связь между сопротивлением фильтровальной перегородки и размером пор в ней, а также связь между сопротивлением осадка и

размером частиц. При ответе воспользуйтесь соотношением:

59

3.Выведите критериальную формулу для расчёта скорости начала псевдоожижения слоя зернистого материала. Какой вид приобретает эта формула для сферических частиц при средней порозности

слоя 0,4? При ответе воспользуйтесь соотношениями а также

61

4.Выведите интерполяционную критериальную формулу для расчёта скорости начала пневмоили гидротранспорта твёрдых сферических частиц. При выводе воспользуйтесь следующими выражениями коэффициента сопротивления сферы при обтекании частицы потоком: при

ламинарном режиме в автомодельной области турбулентного режима .

62

5.Выведите интерполяционное критериальное соотношение для расчёта скорости осаждения частиц в поле гравитационных сил, а также уравнение для расчёта площади поверхности осаждения. При выводе воспользуйтесь следующими выражениями коэффициента сопротивления сферы при обтекании частицы потоком: при ламинарном режиме e в автомодельной области турбулентного

режима .

62

6.Выведите интерполяционное критериальное соотношение для расчёта скорости осаждения частиц в поле центробежных сил. При выводе воспользуйтесь следующими выражениями коэффициента сопротивления сферы при обтекании частицы потоком: при ламинарном режиме в автомодельной

области турбулентного режима

64

Вопросы 2

64

1. Перечислите (с соответствующими пояснениями) характеристики слоя зернистого материала.

Какова связь между эквивалентным диаметром канала в слое и размером частиц?

64

2.Изобразите зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса при движении жидкости в каналах между частицами неподвижного зернистого слоя. Сопоставьте эту

зависимость с подобной при движение жидкости в прямых трубах.

65

3.Охарактеризуйте состояние слоя зернистого материала в зависимости от скорости восходящего потока газа или жидкости. Изобразите зависимости гидравлического сопротивления, высоты и

порозности слоя от скорости потока.

66

4.Что называют «числом псевдоожижение»? Изложите последовательность расчёта диаметра аппарата для проведения процесса с псевдоожиженным слоем зернистого материала. Приведите

формулу для расчёта гидравлического сопротивления этого аппарата.

68

5.В каких случаях псевдоожижение слоя зернистого материала бывает однородным, а в каких неоднородным? Охарактеризуйте структуры слоя при неоднородном псевдоожижении. 70

6.Охарактеризуйте основные режимы обтекания тел сферической формы потоком жидкости.

Изобразите зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса при обтекании.

71

7.Что такое «стеснённое осаждение»? Какие факторы и как влияют на скорость стеснённого осаждения частиц? В чём отличие «коэффициента формы» от «фактора формы» частицы?74

8.Какими технологическими параметрами определяется необходимая и достаточная площадь

 

поверхности осаждения частиц из гетерогенных смесей?

75

9.

Что называют «фактором разделения» при центрифугирование? Каков физический смысл фактора

 

разделения?

76

Вопросы 3

77

1.

Изобразите схему устройства и опишите действие друк-фильтра. Укажите область применения

 

этого аппарата.

77

2.

Изобразите схему устройства и опишите действие рамного фильтрпресса. Сопоставьте его с

 

другими фильтрами для разделения суспензий.

78

3.

Изобразите схему устройства и опишите действие ленточного вакуум-фильтра. Сопоставьте его с

 

другими фильтрами для разделения суспензий.

79

4.

Изобразите схему устройства и опишите действие барабанного вакуум-фильтра. Сопоставьте его с

 

другими фильтрами для суспензий.

79

5.

Изобразите схему устройства и опишите действие дискового вакуум-фильтра. Сопоставьте его с

 

другими непрерывно-действующими фильтрами для суспензий.

79

6.Изобразите схему устройства и опишите действие фильтрующей центрифуги с ножевой выгрузкой осадка. Сопоставьте эту машину с другими аппаратами для разделения суспензий. 81

7.Изобразите схему устройства и опишите действие фильтрующей центрифуги с выгрузкой осадка пульсирующим поршнем. Сопоставьте эту машину с другими аппаратами для разделения

 

суспензий.

83

8.

Изобразите схему устройства и опишите действие рукавного фильтра. Сопоставьте его с другими

 

пылеочистительными аппаратами.

85

9.

Изобразите схему устройства и опишите действие гребкового отстойника. Сопоставьте его с

 

другими аппаратами для разделения гетерогенных систем.

86

10.

Изобразите схему устройства и опишите действие циклона. Сопоставьте его с другими

 

 

аппаратами для разделения гетерогенных систем.

87

11.

Изобразите схему устройства и опишите действия батарейного циклона. Сопоставьте его с

 

другими аппаратами для разделения гетерогенных систем.

89

12.

Изобразите схему устройства и опишите действие гидроциклона. Сопоставьте его с другими

 

аппаратами для разделения гетерогенных систем.

91

13.Изобразите схему устройства и опишите действие осадительной центрифуги со шнековой выгрузкой осадка. Сопоставьте эту машину с другими аппаратами для разделения суспензий. 93

14.Изобразите схему устройства и опишите действие электрофильтра. Каковы преимущественные

 

области применения этого аппарата?

96

15.

Изобразите схему устройства и опишите действие барботажного пылеуловителя. Сопоставьте его

 

с другими пылеочистительными аппаратами.

98

16.

Изобразите схему устройства и опишите действие скруббера Вентури для мокрой очистки газов

 

от пыли. Сопоставьте его с другими пылеочистительными аппаратами.

99

Раздел 3. Массообменные процессы и аппараты

Вопросы 1

1.Составьте уравнения материальных балансов при десорбции газа жидкости. Получите линейное уравнение рабочей линии для противоточного движения фаз, указав соответствующие допущения. С какой целью получают это уравнение?

2.Что фактически является и что принято считать движущей процесса массопередачи? Выведите уравнение для расчёта средней движущей силы при заданных начальных и конечных концентрациях компонента в фазах, указав соответствующие допущения.

Массопередача — массообмен через поверхность раздела или проницаемую стенку между двумя веществами или фазами Движущая сила массопередачиразность между действительной концентраций и некой равновесной.

P

 

 

yP

= a x + b

xP

= y b

 

 

a

P

H

dy

 

y y*

y

 

k

 

Py* = Kp x

yP* =

Kp (y b)

 

 

 

a

 

 

H

dy

H

dy

= ∫yk y kap y + kap b

= ∫yk (1 − kap )y + kap b

P

 

 

d x

= 1

ln

(

a x + b

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a x + b

 

a

 

 

 

 

(

 

kp

)

 

 

 

kp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 −

y

+

b

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

a

 

 

 

 

P

H

dy

 

=

 

 

1

 

ln

 

 

H

 

 

 

=

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y y*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

kp

)

 

 

 

 

kp

) yk

+

kp

b

 

 

 

(1 −

 

k

 

 

 

(1 − a

 

 

(1 − a

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yPH = a xk + b = > xk

= yH b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yPk = a xH + b = > xH

= yk b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yH

dy

 

 

 

 

1

 

 

a

yH kp xk

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

yH

P

 

=

 

 

 

ln

=

 

 

 

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 − a

)

 

 

 

 

(1 − a

)

 

 

 

y y*

 

 

 

yk kp xH

 

 

 

 

y

y

 

 

 

 

kp

 

 

 

 

 

 

 

kp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

ln

yH kap

(yH b)

a

kp

(yk b)

kp

 

 

 

 

 

yk a

y * (xk)

1

yH

y* (xH)

= (1 − kap ) ln

yk

kp

 

kp

 

kp

 

kp

kp

 

 

kp

kp

(yk b)]= [yH y (xk)] − [yk y (xH)] = yH yk

P(1 − a )

(yH yk) = yH a

yH yk +

a

yk +

a

b a b = [yh

a

(yH b)][yk a

P ycp =

yH yk

P xcp =

xH xk

 

 

 

ln

yH

 

 

 

 

ln

xH

 

 

 

 

y

 

 

 

 

x

k

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формулы можно использовать только когда линии рабочих и равновесных концентраций прямые.

3.Что называю "единицей переноса массы"? Приведите аналитическое решение выражения для расчёта числа единиц переноса при условие линейности рабочей и равновесной линий.

Число единиц переноса – изменение рабочей концентрации, приходящееся на единицу движущей силы.

Для процесса абсорбции общее число единиц переноса, выраженное через относительные концентрации, может быть найдено через известную движущую силу:

PN0,x = x

n

d x

PN0,y = y

n d y

k

x* − x

k

y* − y

 

 

 

 

 

 

NP

= k

n

NP

= k

 

n

0,x

 

 

x

0,y

 

 

y

Число едениц переноса показ на сколько едениц изменяет рабочую оконц единица силы.

Почитай файл про массообмен

4.Выведите уравнения аддитивности фазовых сопротивлений, указав соответствующие допущения. Как с помощью этого уравнения определить лимитирующую стадию массопереноса?

1

y=ax+b- раб линия Допущения:

1.Массотдач в газ фазе

2.Перенос через границу раздела фаз

3.Массотдача в жидк фазе

На границе раздела фаз быстро устанавливается равновесие, а значит граничная конц наход в состоянии равновесия

гр= гр+

Уравнение массотадачт для выдел эл-та поверхности

δmA = βx(xгр x)d Adt

 

 

 

δma = βy(y yгр)d Adt

 

 

 

1

δmA

- движ сила массотдачи в жидкой фазе

гр- = β

d Adt

x

1

δmA

 

 

 

 

 

гр =

 

 

 

 

 

β d Adt - движу сила в газ фазе

 

y

 

 

 

 

 

 

 

гр= γ x* + ϵ)−( гр+ )= (x*- гр)

 

x* - гр =

1

δmA

 

 

 

 

γβ

d Adt

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

δmA

 

 

Px* − x = P= (βx

+

γβy ) d Adt

 

 

1

1

 

 

−1

 

 

 

PδmA = (βx +

γβy )

 

(x* − x) d Adt

 

PδmA = Kx (x* − x) d Adt

 

 

1

 

1

 

−1

1

γ

−1

PKx = (βx

+ γβy )

 

 

PKy = (βy +

βx )

 

PKx = γKY

Pγ = d y*

PKp = γ*

 

 

 

 

 

d x

 

x

 

 

Pγ = Kp только когда линия равновесия прямая

5. Что называют конвективной диффузией? Выведите дифференциальное уравнение конвективной диффузии, указав допущения и приведя обозначения соответствующих величин.

Лекция 3

6.Выведите дифференциальное уравнение молекулярной диффузии (II закон Фика), указав допущения и приведя обозначения соответствующих величин.

Дифференциальное уравнение молекулярной диффузии (второй закон Фика) получают,

рассмотрев материальный баланс по распределяемому веществу для элементарного параллелепипеда, выделенного мысленно в потоке одной из фаз (рис. 12.3).

Рис. 12.3. К выводу дифференциального уравнения молекулярной диффузии

Пусть через этот элементарный параллелепипед за счет молекулярной диффузии

перемещается вещество. Если через граниP

,P

иP

 

 

проходят количества вещества, соответственно равныеP

,P ,P

, то через

 

противоположные грани выходят количества веществаP

,P

,P

, т. е.

элементарный объем параллелепипеда приобретает диффундирующее вещество в количестве

P

.

При этом концентрация вещества повышается на P

.

Согласно основному закону молекулярной диффузии (первый закон Фика)

P

;

P

.

и, следовательно,

P .

Аналогично найдем разности между количествами вещества, прошедшего через другие противоположные грани параллелепипеда.

Общее количество приобретенного вещества

P

. (12.12)

Это же количество вещества можно найти умножением объема параллелепипеда на изменение концентрации диффундирующего вещества за время P :

P

(12.13)

Приравнивая уравнения (12.12) и (12.13), получим дифференциальное уравнение молекулярной диффузии

P

. (12.14)

7. Подобным преобразованием соответствующие дифференциальных уравнений получите критерии массообменного подобия. Каков физический смысл каждого из них?

подобие массообменных процессов.

Подобие массообменных процессов.

 

 

 

 

 

 

Критерии подобия в бинарных системах находятся из уравнения нестационарной

конвективной диффузии (без источниковых членов):

 

 

 

Ci

 

 

 

 

Ci

 

 

Cy

 

Ci

2Ci

 

2Ci

2Ci

)

P

t

+ Wx x

 

+ Wy y

+ Wz z

= Dy ( x2

+

y2

+ z2

 

Преобразуем уравнение формальным способом и разделив одну часть уравнения на

другую получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ci

 

 

Ci

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

t

 

 

t

 

(I)

 

Ci

 

 

 

 

 

 

 

PWx

Ci

+ Wy

Cy

+ Wz

W

C

(II)

 

 

 

 

x

 

y

 

z

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Ci

 

2Ci

2Ci

 

 

Ci

 

 

 

 

 

DP y (

x2

 

+

 

y2

 

+

z2

) Dy l2

(III)

 

 

 

 

(III )

 

 

DijCi

 

 

Dijt

 

 

 

 

 

Dijt

 

 

 

 

P (I )

=

 

l2

 

 

=

 

l2

= Fod ; PFod = l2

 

 

 

 

Ct i

PFod – диффузионный критерий Фурье, харакеризует подобие неустановившихся процессов массообмена.

(II )

WCi

 

Wl

 

 

 

Wl

 

l

 

 

 

 

 

P(III )

= DijCi

=

Dij

= Ped

Ped =

Dij

 

Ped

l2

 

 

 

 

 

 

 

 

– диффузионный критерий Пекле, характеризует отношение переноса вещества

конвекцией к молекулярному переносу в сходственных точках.

 

Часто Ped заменяют отношением:

 

 

 

Pe

Wl

 

 

v

 

 

 

 

 

Dij

=

 

= Prd

 

Prd =

 

 

P d =

Wl

Dij

;

Dij

 

Re

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Prd – диффузионный критерий Прандтля, выражает постоянство отношения физических свойств жидкости в сходственных точках подобных систем. По существу Prd характеризует отношение профиля скоростей (через P) к профилю концентраций (через PDij), т.е. отношение толщины гидродинамического и диффузионного пограничного слоёв. Иногда Prd называют критерием Шмидта PSc.

Рассмотрим подобие граничных условий. Поток массы через границу раздела фаз в отсутствие конвективного механизма можно записать:

P

PNud – диффузионный критерий Нуссельта, характеризует отношение

скорости переноса вещества (конвективного + молекулярного) к молекулярному переносу. Для подобия процессов массообмена необходимо равенство значений критериев

PFod, Prd, Nud .

Кроме того для соблюдения подобия процессов массотдачи необходимо также соблюдение гидродинамического подобия. Тогда можно записать:

Pf1(Fod, Prd, Nud, Ho, Fr, Re,Гi)=0

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.