- •Кафедра “Информационно-коммуникационные системы управления технологическими процессами”
- •5321700– Информационно-коммуникационные системы управления технологическими процессами
- •Бухара-2017
- •Введение
- •Лекция №1 основные понятия курса план:
- •Возникновение и развитие курса. Предмет курса и его задачи
- •Статика и кинетика процессов
- •Классификация процессов
- •4.Общая схема разработки и расчета аппаратуры
- •5.Материальный баланс процесса
- •6.Энергетический (тепловой) баланс
- •7.Определение основного размера аппарата
- •Основные определения и понятия
- •2. Некоторые физические свойства жидкостей
- •3. Основное уравнение гидростатики
- •Это есть основное уравнение гидростатики
- •Ключевые слова и выражения
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция №3 основы гидродинамики план:
- •Свойство жидкостей
- •Виды движения жидкостей
- •2.Уравнение сплошности (неразрывности) потока.Режимы движения жидкости
- •3.Моделирование процессов и аппаратов.
- •1. Устройство и принцип действия насосов
- •2.Сжатие и разрежение газов. Устройство и принцип действия компрессоров
- •3.Вентиляторы и вакуум-насосы.
- •Ключевые слова и выражения
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция №5 разделение неоднородных смесей план:
- •1.Разделение неоднородных систем
- •Материальный баланс процесса разделения
- •2.Осаждение в гравитационном поле (отстаивание)
- •4.Фильтрование.
- •Фильтровальная перегородка
- •5.Устройство и принцип действия фильтров. Фильтры периодического действия.
- •Ключевые слова и выражения
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция №6 центрифугирование. Перемешивание в жидких средах. План:
- •1. Центрифугирование. Устройство и принцип действия центрифуг
- •2. Перемешивание в жидких средах. Устройство и принцип действия механических мешалок.
- •Конструкции механических мешалок
- •Ключевые слова и выражения
- •Вопросы для самопроверки
- •Измельчение. Устройство и принцип действия дробилок и мельниц
- •1. Линейная степень измельчения
- •2. Объёмная степень измельчения
- •Методы измельчения.
- •Принцип работы щёковых дробилок
- •2. Машины раздавливающего действия применяются для среднего и мелкого дробления.
- •3. Машины для тонкого и сверхтонкого измельчения.
- •Классификация зернистых материалов
- •1.Общие сведения. Способы переноса тепла.
- •Передача тепла теплопроводностью
- •Передача тепла конвекцией
- •Основное уравнение теплопередачи
- •Лучистый теплообмен
- •Характеристики теплового излучения
- •2. Тепловой баланс.
- •Частные случаи.
- •Тепловой баланс
- •Ключевые слова и выражения
- •Вопросы для самопроверки:
- •Лекция №9 теплоносители. Теплообменники план:
- •Теплоносители
- •Нагревание водяным паром
- •Способы нагрева водяным паром
- •Нагревание топочными газами
- •Классификация теплообменников
- •Теплообменники. Их устройство и принцип действия. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты
- •Основные способы увеличения интенсивности теплообмена
- •1.Выпаривание
- •Циркуляционной трубой
- •Материальный и тепловой баланс выпарного аппарата
- •Ключевые слова и выражения
- •Вопросы для самопроверки:
- •1. Общие сведения о массообменных процессах
- •Классификация массообменных процессов
- •Материальный баланс при массопередаче
- •2.Равновесие при массопередаче. Законы фика.
- •3. Массоотдача. Уравнение массопередачи.
- •1. Сушка. Способы сушки.
- •Равновесие в процессах сушки
- •2.Материальный и тепловой баланс сушильной установки. Материальный баланс сушки
- •Тепловой баланс конвективных сушилок
- •3.Устройство и принцип действия сушилок
- •1.Процесс абсорбции.
- •Физическая сущность процесса абсорбции
- •Равновесие при физической абсорбции
- •2.Материальный баланс абсорбера и расход абсорбента Материальный баланс абсорбции
- •Противоточного процесса
- •Абсорбента
- •3.Устройство и принцип действия абсорберов Промышленные схемы абсорбции
- •Линии двухступенчатой абсорбции Конструкции абсорберов
- •Насадочные аппараты
- •Гидравлического сопротивления насадки от скорости газа
- •Тарельчатые аппараты
- •Расчет абсорберов
- •Плотность орошения.
- •1.Адсорбция. Характеристики адсорбентов
- •Принципиальная схема адсорбции
- •Равновесие процесса адсорбции
- •Кинетика адсорбции
- •Классификация адсорберов
- •1 Цилиндрический корпус; 2 решетка; 3,4 штуцеры
- •Расчет адсорберов
- •1.Экстракция в системе “жидкость-жидкость”.
- •Принципиальная схема процесса
- •Выбор экстрагента
- •Равновесие в системе «жидкость жидкость»
- •Кинетика экстракции
- •Принципиальные схемы экстракции
- •Многократная (многоступенчатая) экстракция
- •Другие виды экстракции
- •Классификация экстракторов
- •Конструкции экстракторов
- •Способы повышения интенсивности процесса
- •2.Экстракция в системе “жидкость-твердое тело”. Устройство и принцип действия экстракторов. Экстракция в системах «твёрдое тело – жидкость»
- •Равновесие и скорость выщелачивания
- •Способы растворения и выщелачивания
- •Вакуум-фильтрах:
- •Устройство и принцип действия экстракторов.
- •Ключевые слова и выражения
- •Вопросы для самопроверки:
- •Лекция №16 перегонка и ректификация план:
- •1.Перегонка и ректификация
- •Физическая сущность процесса
- •Равновесие в системе «жидкость – пар»
- •Физическая сущность процесса
- •2.Аппаратура для ректификационной установки Описание схемы процесса непрерывной ректификации
- •Расчет ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарных смесей
- •Тепловой расчет колонны
- •3.Ректификационные колонны
- •Вопросы для самопроверки:
- •Лекция №17 кристаллизация. Мембранные процессы план:
- •1.Кристаллизация. Общие сведения.
- •Принципиальная схема кристаллизации
- •Равновесие процесса кристаллизации
- •«Пар жидкость твердое тело»
- •Материальный баланс кристаллизации
- •Тепловой баланс кристаллизации
- •Процесса кристаллизации
- •Кинетика процесса
- •Конструкции аппаратов
- •2.Мембранные процессы. Общие сведения
- •Физическая сущность процесса
- •Классификация мембран
- •Расчет мембранных процессов
- •Ключевые слова и выражения:
- •Вопросы для самопроверки:
- •Лекция №18 химические процессы план:
- •Химические процессы
- •Классификация химических процессов и реакторов.
- •Конструкция реакторов
- •Устройство и принцип действия реакторов.
- •Ключевые слова и выражения
- •Вопросы для самопроверки:
Циркуляционной трубой
1 – нагревательная камера; 2 – сепаратор;3 – брызгоотбойник; 4 – каплеуловитель; 5 – штуцер для подачи исходного раствора; 6 – штуцер для вывода упаренного раствора; 7 – штуцер для ввода греющего пара; 8, 9 – штуцера для отвода конденсата и вторичного пара соответственно
Из кипятильных труб пар выбрасывается с большой скоростью и ударяется о брызгоотбойник. Большие капли возвращаются вниз, мелкие улавливаются каплеуловителем и возвращаются в раствор.
Достоинством однокорпусного выпарного аппарата является простота конструкции, а недостатком – большие энергозатраты, поскольку пар выбрасывается в атмосферу.
Материальный и тепловой баланс выпарного аппарата
Материальный и тепловой баланс для непрерывного процесса записывают при допущении, что отсутствует унос нелетучего продукта вместе с каплями, попадающими из кипящего раствора во вторичный пар. Для этих условий материальный баланс по общему количеству продуктов представляют в следующем виде:
, (10.1)
по нелетучему продукту
, (10.2)
где Gн, Gк – расходы соответственно исходного и упаренного растворов, кг/с;хн и хк – концентрации соответственно растворенного продукта в исходном и упаренном растворе, кг продукта на 1 кг раствора;W – выход вторичного пара, кг/с.
Из уравнений (10.1) и (10.2) можно определить расход упаренного раствора и выход растворителя (вторичного пара):
, (10.3)
, (10.4)
а также конечную концентрацию упаренного раствора:
. (10.5)
Расход теплоты на проведение процесса определяют из уравнения теплового баланса, записанного в следующем виде:
, (10.6)
где D – расход греющего пара, кг/с;Iг, Iв.п. – энтальпии соответственно греющего и вторичного паров, Дж/кг;Iн, Iк, Iг.к. – энтальпии соответственно исходного и упаренного растворов и конденсата греющего пара, Дж/кг;Qп – расходы теплоты в окружающую среду, Дж/с.
В упрощенном виде запишем тепловой баланс смешения упаренного раствора и испаренной воды при температуре кипения tкип., сделав допущение о постоянстве теплоемкости раствора в интервале температур от tн до tк, в виде:
, (10.7)
где Сн, Ск, Св – теплоемкости соответственно исходного, упаренного растворов и растворителя, Дж/кг;Qконд. – теплота концентрирования раствора в интервале изменения концентрации от Хн до Хк, Дж/с.
Теплота концентрирования численно равна теплоте растворения, но с обратным знаком.
Многократное выпаривание
В случае многократного выпаривания вторичный пар используется в качестве греющего в последующем аппарате. В зависимости от взаимного направления пара и раствора установки бывают: прямоточные, противоточные и комбинированные.
Прямоток
Принципиальная схема прямоточной трехкорпусной выпарной установки изображена на рис. 10.3.
Достоинства прямотока: упаренный раствор от корпуса к корпусу перемещается самотеком вследствие разного давления.
Во втором и третьем корпусах выпаривание происходит за счет перегрева поступающего раствора (самоиспарение). Поскольку давление в последующем корпусе меньше, следовательно, температура кипения раствора в нем ниже, и в процессе охлаждения происходит дополнительное испарение растворителя.
Недостатком является то, что происходит понижение температуры кипения и повышение концентрации, это, в свою очередь, способствует увеличению вязкости раствора и снижению теплоотдачи при кипении, а следовательно, и снижению коэффициента теплопередачи. В результате увеличивается общая поверхность теплопередачи.
Рис. 10.3. Трехкорпусная прямоточная выпарная установка
Tк1>Tк2>Tк3 – температуры кипения растворов по корпусам;
Р1> Р2> Р3 – абсолютные давления в аппарате по корпусам;
в3>в2>в1 – концентрации упариваемого раствора по корпусам
Противоток
Принципиальная схема противоточной двухкорпусной выпарной установки изображена на рис.10.4.
Достоинство более концентрированный раствор выпаривается при более высоком давлении и, соответственно, температуре, это, в свою очередь позволяет уменьшить поверхность нагрева.
Недостаток отсутствие естественной циркуляции раствора, следовательно, возникает необходимость включения в схему насосов для перекачивания концентрированного раствора из корпуса в корпус.
Недостатки прямоточных схем менее существенны, чем противоточных, поэтому первые получили большее распространение в промышленности.
Рис.10.4. Двухкорпусная противоточная выпарная установка
Однократное выпаривание проводится в установке, показанной на рис. 10.5. Такие установки применяются в малотоннажных производствах. Однократное выпаривание может проводиться непрерывно или периодически. Образующийся при выпаривании вторичный пар в этих установках не используется, а конденсируется в конденсаторе.
Основными аппаратами установки являются выпарной аппарат, подогреватель, барометрический конденсатор и насосы.
Выпарной аппарат состоит из верхней части — сепаратора и нижней — греющей камеры, которая представляет собой кожухотрубчатый теплообменник. В трубчатом пространстве находится кипящий раствор, а в межтрубчатое подается греющий пар. В сепараторе с отбойниками происходит отделение капелек от вторичного пара, которые затем конденсируются. Конденсат вместе с охлаждающей водой удаляется через барометрическую трубу в колодец. Концентрированный раствор с заданной концентрацией хкнепрерывно откачивается из нижней части выпарного аппарата в хранилище готового продукта.
Рис. 10.5. Установка однократного выпаривания непрерывного действия:
1, 8 — насосы; 2 — расходомер; 3 — теплообменник; 4 — выпарной аппарат; 5 — барометрический конденсатор; 6 — ловушка; 7 — барометрическая труба