Апарати у хімічній технології. Основні закони науки про процеси та апарати

Класифікація основних процесів та апаратів хімічної технології

В залежності від закономірностей , Що характеризують перебіг, процеси хімічної технології ділять на п'ять основних груп

1. Механічні процеси , швидкість яких пов'язана із законами фізики твердого тіла. До них відносяться: подрібнення, класифікація, дозування та змішання твердих сипких матеріалів.

2. Гідромеханічні процеси , Швидкість протікання яких визначається законами гідромеханіки. До них відносяться: стиск та переміщення газів, переміщення рідин, твердих матеріалів, осадження, фільтрування, перемішування в рідкій фазі, псевдозрідження тощо.

3. Теплові процеси , Швидкість протікання яких визначається законами теплопередачі. До них слід віднести процеси: нагрівання, випарювання, охолодження (природного та штучного), конденсації та кипіння.

4. Масообмінні (дифузійні) процеси , Інтенсивність яких визначається швидкістю переходу речовини з однієї фази в іншу, тобто. законами масопередачі. До дифузійних процесів відносяться: абсорбція, ректифікація, екстракція, кристалізація, адсорбція, сушіння та ін.

5. Хімічні процеси пов'язані з перетворенням речовин та зміною їх хімічних властивостей. Швидкість цих процесів визначається закономірностями хімічної кінетики.

Відповідно до перерахованого поділу процесів хімічні апарати класифікують наступним чином:

- Подрібнювальні та класифікуючі машини;

- Гідромеханічні, теплові, масообмінні апарати;

- Обладнання для здійснення хімічних перетворень - реактори.

за організаційно-технічній структурі процеси поділяються на періодичні та безперервні.

У періодичному процесі окремі стадії (операції) здійснюються одному місці (апараті, машині), але у час (рис.1.1). У безперервному процесі (рис.1.2) окремі стадії здійснюються одночасно, але у різних місцях (апаратах чи машинах).

Безперервні процеси мають значні переваги перед періодичними, що становлять можливості спеціалізації апаратури для кожної стадії, поліпшення якості продукту, стабілізації процесу в часі, простоті регулювання, можливості автоматизації і т.п.

При проведенні процесів у будь-якому з перерахованих апаратів змінюються значення параметрів матеріалів, що переробляються. Параметрами, що характеризують процес, є тиск, температура, концентрація, щільність, швидкість потоку, ентальпія та ін.

Залежно від характеру руху потоків та зміни параметрів речовин, що надходять до апарату, всі апарати можуть бути поділені на три групи: апарати ідеального (повного )змішання , апарати ідеального (повного )витіснення та апарати проміжного типу .

Найбільш зручно продемонструвати особливості потоку різної структури на прикладі теплообмінників безперервної дії різної конструкції. На рис.1.3,а представлена схема теплообмінника, що працює за принципом ідеального витіснення. Приймається, що в цьому апараті відбувається «поршневий» перебіг потоку без перемішування. Температура одного з теплоносіїв змінюється по довжині апарату від початкової температури до кінцевої в результаті того, що наступні об'єми рідини, що протікають через апарат, не змішуються з попередніми, повністю витісняючи їх. Температура другого теплоносія прийнята постійною (пар, що конденсується).

В апараті ідеального змішування наступні та попередні обсяги рідини ідеально перемішані, температура рідини в апараті постійна і дорівнює кінцевій (рис. 1.3, б).

У реальних апаратах неможливо знайти забезпечені ні умови ідеального змішування, ні ідеального витіснення. Насправді можна досягти лише досить близького наближення до цих схем, тому реальні апарати – це апарати проміжного типу (Рис. 1.3, в).

Рис. 1.1. Апарат для проведення періодичного процесу:

1-сировина; 2-готовий продукт;3 -пар;4 -конденсат;5 -охолоджувальна вода

Рис. 1.2. Апарат для проведення безперервного процесу:

1 - теплообмінник-нагрівач; 2 – апарат із мішалкою; 3 – теплообмінник-холодильник; I-сировина; II - готовий продукт; III - пара; IV - конденсат;
V –охолодна вода

Рис. 1.3. Зміна температури під час нагрівання рідини в апаратах різних типів: а – повного витіснення; б -повного змішування; в – проміжного типу

Двигуна сила аналізованого процесу нагрівання рідини для будь-якого елемента апарату представляє різницю між температурами пари, що гріє, і рідини, що нагрівається.

Різниця у протіканні процесів у кожному з типів апаратів стає особливо ясною, якщо розглянути, як змінюється рушійна сила процесу у кожному з типів апаратів. З порівняння графіків випливає, що максимальна рушійна сила має місце в апаратах повного витіснення, мінімальна - в апаратах повного змішування.

Слід зазначити, що рушійна сила процесів у безперервно діючих апаратах ідеального змішування може бути значно збільшена шляхом поділу робочого об'єму апарату на ряд секцій.

Якщо об'єм апарату ідеального змішування розділити на n апаратів і провести процес, то рушійна сила збільшиться (рис. 1.4).

При збільшенні числа секцій в апаратах ідеального змішування значення рушійної сили наближається до її значення в апаратах ідеального витіснення, і за великої кількості секцій (порядку 8-12) рушійні сили в апаратах того й іншого типу стають приблизно однаковими.

Рис. 1.4. Зміна рушійної сили процесу при секціонуванні

Передмова.

Дисципліна «Процеси та апарати хімічної технології» (ПАХТ) є однією з фундаментальних загальноінженерних дисциплін. Вона є завершальною у загальноінженерній підготовці студента та основною у спеціальній підготовці.

Технологія виробництва різноманітності хімічних продуктів та матеріалів включає низку однотипних фізичних та фізико-хімічних процесів, що характеризуються загальними закономірностями. Ці процеси у різних виробництвах проводять у аналогічних за принципом дії апаратах. Процеси та апарати, загальні для різних галузей хімічної промисловості, отримали назву основних процесів та апаратів хімічної технології.

Дисципліна ПАХТ складається із двох частин:

· Теоретичні основи хімічної технології;

· Типові процеси та апарати хімічної технології;

У першій частині викладаються загальні теоретичні закономірності типових процесів; основи методології підходу до вирішення теоретичних та прикладних завдань; аналіз механізму основних процесів та виявлення загальних закономірностей їх перебігу; формулюються узагальнені методи фізичного та математичного моделювання та розрахунку процесів та апаратів.

Друга частина складається з трьох основних розділів, зміст яких розкриває прикладні інженерні питання основ хімічної технології:

· Гідромеханічні процеси та апарати;

· Теплові процеси та апарати;

· Масообмінні процеси та апарати.

У цих розділах даються теоретичні обґрунтування кожного типового технологічного процесу, розглядаються основні конструкції апаратів та методика їх розрахунку. Лекції, лабораторні та практичні заняття, курсове проектування, самостійна робота студентів та загальноінженерська виробнича практика забезпечують набуття знань, навичок та умінь, необхідних як для подальшого навчання, так і для роботи на виробництві.

Вступ.

1.1 Предмети та завдання курсу.

Технологія (techne-мистецтво, майстерність) - сукупність методів обробки, виготовлення, зміни стану, властивостей, форми сировини, матеріалу чи напівфабрикату у процесі виробництва.

Вивчення технологічних процесів складає предмет курсу.Технологія як наука визначає умови практичного застосування законів природничих наук (фізики, хімії, механіки та ін.) для найбільш ефективного проведення різноманітних технологічних процесів. Технологія безпосередньо пов'язана з виробництвом, а виробництво постійно перебуває у стані зміни та розвитку.

Основне завдання курсу: виявлення загальних закономірностей процесів перенесення та збереження різних субстанцій; розробка методів розрахунку технологічних процесів та апаратів для їх проведення; ознайомлення з конструкціями апаратів та машин, їх характеристиками.

В результаті освоєння дисципліни студенти мають знати:

1. Теоретичні засади процесів хімічної технології; закони; їх описують; фізичну суть процесів, схеми установок; конструкції апаратів та принцип їх роботи; методику розрахунку процесів та апаратів, у тому числі, з використанням ЕОМ.

2. Принципи моделювання та масштабного переходу, правильного вибору апаратури для проведення відповідних процесів та можливості їх інтенсифікації.

3. Сучасні досягнення науки та техніки у галузі хімічної технології.

Вміння, якими мають опанувати студенти:

1. Правильно застосовувати теоретичні знання під час вирішення конкретних завдань обґрунтованого вибору:

а) конструкції апаратів щодо певних процесів;

б) режимні параметри роботи апаратів;

в) схеми проведення процесів.

2. Самостійно проводити розрахунки апаратів.

3. Самостійно працювати на лабораторних дослідницьких установках, опрацьовувати експериментальні дані, отримувати емпіричні залежності, аналізувати розрахункові методики.

4. Проектувати типові процеси та апарати, користуватися технічною літературою та ГОСТами, заповнювати технічну документацію відповідно до ЕСКД.

1.2 Класифікація основних процесів хімічної технології.

Сучасна хімічна технологія вивчає процеси виробництва різних кислот, лугів, солей, мінеральних добрив, продуктів переробки нафти і кам'яного вугілля, органічних сполук, полімерів та ін. і газів, нагрівання та охолодження, сушіння, хімічна взаємодія і.т.д.). Отже, залежно від законів, що визначають швидкість протікання процесів, вони можуть бути об'єднані у такі групи:

1. Гідромеханічні процеси, швидкість яких визначається законами гідромеханіки. Сюди відносяться транспортування рідин та газів, отримання та поділ неоднорідних систем та ін.

2. Теплові процеси, швидкість яких визначається законами перенесення теплоти (охолодження та нагрівання рідин та газів, конденсація парів, кипіння рідин тощо).

3. Масообмінні процеси, швидкість яких визначається законами перенесення маси з однієї фази в іншу через поверхню розділу фаз (абсорбція, адсорбція, екстракція, перегонка рідин, сушіння та ін.)

4. Хімічні процеси, швидкість яких визначається законами хімічної кінетики.

5. Механічні процеси, що описуються законами механіки твердих тіл (подрібнення, сортування, змішання твердих матеріалів та ін.).

Перелічені процеси становлять основу більшості хімічних виробництв тому називаються основними (типовими) процесами хімічної технології.

ПАХТ вивчає перші три групи, четверту групу вивчає дисципліна ОХТ, п'ята – предмет спеціальних дисциплін профільуючих кафедр.

Залежно від того, змінюються або не змінюються в часі параметри процесів (швидкості руху потоку, температура, тиск і т.д.) їх поділяють на стаціонарні(усталені) та нестаціонарні(Невстановлені). Якщо позначити якийсь параметр через Uтоді:

Стаціонарний процес U(x, y, z)

Нестаціонарний процес U(x, y, z, t)

Періодичний процесхарактеризується єдністю місця проведення окремих стадій. Процес нестаціонарний.

Безперервний процесхарактеризується єдністю часу перебігу всіх його стадій. Процес, що встановився (стаціонарний).

Зустрічаються комбінованіпроцеси - окремі стадії проводяться безперервно, окремі періодично.

Однак курс ПАХТ побудований не як виклад окремих вищезгаданих груп. Загальнотеоретичні основи хімічної технології вивчаються окремо, далі викладаються типові процеси та апарати хімічної технології.

1.3 Гіпотеза суцільності середовища.

Рідке середовище заповнює той чи інший обсяг без будь-яких вільних проміжків, суцільним чином, або є суцільним середовищем. При описі таких середовищ припускають, що вони складаються з частинок. Причому під часткою суцільного середовища мають на увазі не будь-яку скільки завгодно малу частину її обсягу, а дуже невелику його частину, що містить у собі мільярди молекул. У загальному випадку мінімальна ціна поділу макроскопічного масштабу просторової Δl або тимчасової Δt координати повинна бути достатньо малою, щоб знехтувати зміною макроскопічних фізичних величин в межах Δl або Δt, і достатньо великою, щоб знехтувати флуктуаціями мікроскопічних величин, отриманих середнім середовищем часу Δt або обсяг частинки Δl 3 . Вибір мінімальної ціни поділу макроскопічного масштабу визначається характером завдання, що розв'язується.

Рух макроскопічних обсягів середовища призводить до перенесення маси, імпульсу та енергії.

При проектуванні установок щодо типових процесів хімічної технології, вибору принципу розрахунку та необхідного устаткування основне значення мають хімічні процеси.

Основні процеси та апарати хімічної технології

Усі довідкові дані та загальні відомості про хімічне виробництво містяться у посібнику з проектування за редакцією Дитнерського Ю.І «Основні процеси та апарати хімічної технології».

У посібнику розповідається:

про розрахунки теплообмінних та масообмінних апаратів;
про роботу випарної, ректифікаційної та адсорбційної установок;
про механічні розрахунки основних вузлів та деталей хімічних пристроїв;
про гідравлічні розрахунки.

У виданні наведено принципи роботи установок мембранного поділу та дані щодо кристалізації.

Види хімічних процесів та технологій

Для виробництва готової продукції та проміжних речовин за допомогою хімічної переробки вихідного матеріалу використовуються різні методики та прилади. В основі більшості операцій лежить перенесення будь-якої речовини.

Виходячи з майбутнього призначення та експлуатації, виділяють такі типи процесів:

гідромеханічні використовуються для механічного поділу неоднорідних сумішей рідин та газів, їх очищення від твердих частинок, наприклад, відстоювання та осадження в центрифузі;
теплові, основу яких лежить перенесення тепла (випаровування, конденсація, нагрівання, охолодження);
масообмінні полягають у перенесенні речовини із спільним перенесенням імпульсу та тепла (абсорбція, адсорбція);
хімічні та біохімічні відбуваються при варіюванні хімічного вмісту та властивостей (іонні реакції, гліколіз, бродіння).

Технологічні процеси за тривалістю поділяються на:

періодичні;
безперервні;
комбіновані.

Періодичні процеси протікають постійно, оскільки відбувається циклічне закладання вихідних матеріалів. Спільне завантаження сировини та вивантаження продукції характеризує безперервний процес. p align="justify"> Комбіновані процеси складаються з двох типів операцій або декількох роздільних стадій спільно.

У хімічному виробництві акцент робиться на використання безперервних процесів, які повністю механізовані і управляють за допомогою автоматики. Безперервні процеси порівняно з періодичними операціями більш практичні. У безперервному процесі за рахунок постійного перебігу операцій фінансові, ресурсні та трудові витрати знижено.

Енерго- та ресурсозберігаючі процеси в хімічній технології

Комплекс заходів щодо дбайливого та ефективного застосування елементів виробництва становить енерго- та ресурсозбереження, що досягаються в результаті застосування різних методів:

зменшення фондомісткості та витрати готової продукції;
зростання продуктивності;
підвищення якості продукції.

Ресурсозберігаючі заходи дозволяють забезпечити виробництво готової продукції з мінімумом застосування палива та іншої вихідної сировини, компонентів, палива, повітря, води та інших джерел технологічних потреб.

До технологій ресурсозбереження відносяться:

закрита система водозабезпечення;
застосування вторинних ресурсів;
переробка відходів.

Ресурсозберігаючі технології заощаджують використання матеріалів та знижують вплив шкідливих факторів виробництва на навколишнє середовище.

Проектування та розрахунок процесів та апаратів хімічної технології

Розрахунок хімічного обладнання та проектування проходять у наступній послідовності:

аналізуються вихідні дані, виявляється напрямок перебігу процесу;
складається матеріальний баланс та визначаються кількісні величини матеріальних потоків. Матеріальний баланс є тотожністю приходу та витрати масових потоків елементів в одному устаткуванні;
виходячи з теплового балансу, визначають витрати теплоти реакції або витрати теплоносіїв. Тепловий баланс представляє рівність приходу та витрати теплових потоків в устаткуванні;
визначається рушійна сила процесу виходячи із закону рівноваги;
розраховується коефіцієнт швидкості К, який обернено пропорційний опору відповідної операції;
величину апарату обчислюють за головною кінетичною закономірністю. Цим розміром найчастіше доводиться поверхня апарату. По розрахунковій величині з допомогою спеціальних каталогів чи нормалей, вибирають найближчий стандартний типорозмір проектованого устаткування.

Компанії з дослідницькими групами хімічних процесів

Компанії з дослідницькими групами хімічних процесів – це великі організації з великим штатом хімічних експертів. Однією з таких організацій є «Модкон Системс», яка розробляє продукцію, проводить технічну політику для забезпечення всіх типів дослідницьких заходів, а також здійснює комплексну оптимізацію процесів у сфері нафтопереробки, трубопроводів, біотехнології та хімії.

Лабораторний комплекс науково-інжинірингового центру ДК «Мірріко» включає дослідні та випробувальні лабораторії, які розробляють нові види продуктів та технології для різних цілей.

НДЦ ДК «Мірріко» включає наступні галузеві науково-дослідні лабораторії (НДЛ):

НДЛ «Реагенти для буріння та видобутку»;
НДЛ дивізіону «Видобуток»;
НДЛ нафтогазопереробки та нафтохімії «Процеси»;
НДЛ «Бурові розчини та технології»;
НДЛ «Вода».

Виробники хімічних апаратів

Для реалізації хімічних перетворень у нафтохімічній сфері необхідні хімічні реактори та апарати. Хімічний реактор - це апарат з трьома стінками, який знаходиться під тиском або вакуумом з різними методами нагріву, має швидкохідні та тихохідні мішалки. Виходячи з величини температури нагріву та необхідності її контролю, вибирається теплоносій.

Завод «ЮВС» займається розробкою та виготовленням реакторів різних конструкцій, виходячи з розряду реакції в устаткуванні, фізичного стану компонентів, необхідного режиму теплоти, тиску, об'єму, характеру перебігу процесу. Для того, щоб прискорити тепловий та масообмінний процес реактори оснащують додатковими елементами, які перемішують. Якість устаткування, що випускається, суворо контролюється через підвищену техніку безпеки. Механічна міцність, стійкість до корозійної дії сировини, що переробляється, і відповідні фізичні характеристики є вимогами, що пред'являються до хімічних реакторів.

Інша компанія ТОВ «СибМашПолімер» розраховують та виготовляють хімічні реактори, а також дає гарантії на високу якість апаратів, що виробляються. Компанія здійснює випробування своєї продукції в лабораторії, що оснащена радіографічним контролем апаратів.

Промислове об'єднання «Хімбудпроект» виробляє енергозберігаючі та теплообмінні апарати згідно з критеріями Технічного Регламенту Митного Союзу «Про безпеку обладнання, що працює під надлишковим тиском» (ТР ТС 032/2013).

ЛІТЕРАТУРА 1. Касаткін А. Г. Основні процеси та апарати хімічної технології. Вид. 9-е, М.: Хімія. 1973 - 754 с. 2. Плановський А. Н., Миколаїв П. І. Основні процеси та апарати хімічної та нафтохімічної технології. Вид. 2-е, М.: Хімія. 1972 - 493 с. 3. Основні процеси та апарати хімічної технології: Посібник з проектування / Г. С. Борисов, В. П. Бриков, Ю. І. Дитнерський та ін. Під ред. Ю. І. Дитнерського. Вид. 2-е, М.: Хімія. 1991 - 496 с. 4. Аксартов М. М. Основні процеси та апарати хімічної технології. Курс лекцій. Вид Кар. ГУ 1 -2 т.

Загальні принципи аналізу та розрахунку процесів та апаратів I. Загальні відомості 1. Предмет курсу "Процеси та апарати" 2. Виникнення та розвиток науки про процеси та апарати 3. Класифікація основних процесів 4. Загальні принципи аналізу та розрахунку процесів та апаратів 5. Різні системи одиниць виміру фізичних величин

Класифікація основних процесів n n n Гідромеханічні процеси, швидкість яких визначається законами гідродинаміки - науки про рух рідин та газів. Теплові процеси, що протікають зі швидкістю, яка визначається законами теплопередачі - науки про способи поширення тепла. Масообмінні (дифузійні) процеси, що характеризуються перенесенням одного або кількох Хімічні (реакційні) процеси, що протікають зі швидкістю, що визначається законами хімічної кінетики. компонентів вихідної суміші з однієї фази до іншої через поверхню розділу фаз. Механічні процеси, що описуються законами механіки твердих тіл.

За способом організації процеси поділяються на: 1. 2. 3. Періодичні процеси проводяться в апаратах, які через певні проміжки часу завантажуються вихідні матеріали; після їхньої обробки з цих апаратів вивантажуються кінцеві продукти. Безперервні процеси здійснюються у проточних апаратах. Комбіновані процеси. До них відносяться безперервні процеси, окремі стадії яких проводяться періодично або періодичні процеси, одна або кілька стадій, яких протікають безперервно.

За розподілом часів перебування розрізняють: 1. 2. 3. 4. В апаратах ідеального витіснення усі частинки рухаються у заданому напрямку; не перемішуючись з частинками, що рухаються попереду і ззаду, і повністю витісняючи частинки потоку, що знаходяться попереду. В апаратах ідеального змішування частинки, що надходять, відразу ж повністю перемішуються з частинками, що знаходяться там, тобто рівномірно розподіляються в обсязі апарату. Реальні безперервно діючі апарати є апаратами проміжного типу. Процеси можуть бути класифіковані в залежності від зміни їх параметрів (швидкостей, температур, концентрацій та ін) в часі. За цією ознакою процеси поділяються на встановлені (стаціонарні) і не встановлені (нестаціонарні, або перехідні).

Гідромеханічні процеси. ІІ. Основи гідравліки. Загальні питання прикладної гідравліки в хімічній апаратурі 1. Основні визначення 2. Деякі фізичні властивості рідин А. Гідростатика 3. Диференціальні рівняння рівноваги Ейлера 4. Основне рівняння гідростатики 5.

n Закон внутрішнього тертя Ньютона Поверхневий натяг виражається у наступних одиницях: у системі СІ [ν] =[дж/м 2]=[н·м/м]= [н/м] у системі СГС ] = ерг/см 2] = [Дін/см 2] в системі МКГСС ] = кгс · м / м 2] = кгс / м]

Для кожної точки рідини, що покоїться, сума нівелірної висоти і п'єзометричного напору є величина постійна. (II, 18) (II, 18 г) n Останнє рівняння є виразом закону Паскаля, згідно з яким тиск, що створюється в будь-якій точці рідини, що не стискається, передається однаково всім точкам її об'єму.

Деякі практичні додатки основного рівняння гідростатики Умови рівноваги в судинах, що сполучені: Рис. ІІ-4. Умови рівноваги в судинах, що сполучені: а – однорідна рідина; б - різнорідні (не змішуються) рідини

У відкритих або закритих судинах, що знаходяться під однаковим тиском сполучених, заповнених однорідною рідиною, рівні її розташовуються на одній висоті незалежно від форми і поперечного перерізу судин

Рис. ІІ-5. До визначення висоти гідравлічного затвора в рідинному сепараторі, що безперервно діє Рис. ІІ-6. Пневматичний вимірник рівня рідини

ГІДРОМЕХАНІЧНІ ПРОЦЕСИ. Б. Гідродинаміка 1. Основні характеристики руху рідин 2. Рівняння нерозривності (суцільності) потоку 3. Диференціальні рівняння руху Ейлера 4. Диференціальні рівняння руху Навье-Стокса 5. Рівняння Бернуллі 6. Деякі практичні додатки рівняння Бервілі 7. Деякі практичні програми рівняння. Рух рідин через нерухомі зернисті та пористі шари 9. Гідродинаміка киплячих (псевдозріджених) зернистих шарів 10. Елементи гідродинаміки двофазних потоків 11. Структура потоків та розподіл часу перебування рідини в апаратах

Гідравлічний радіус Під гідравлічним радіусом r(м) розуміють відношення площі затопленого перерізу трубопроводу або каналу, через яке протікає рідина, тобто живого перерізу потоку, до змоченого периметру: (II, 26)

Еквівалентний діаметр дорівнює діаметру гіпотетичного трубопроводу круглого перерізу, для якого відношення площі S до змоченого периметра П те, що і для даного трубопроводу некруглого перерізу.

Установлений і невстановлений потоки. Рух рідини є усталеним, чи стаціонарним, якщо швидкості частинок потоку, і навіть інші чинники (щільності, температури, тиску та інших.), що впливають на його рух, не змінюються, у часі в кожній фіксованій точці простору, через яку проходить рідина. У умовах для кожного перерізу потоку витрати рідини постійні у часі.

Режими руху рідини. n n Рух, при якому всі частинки рідини рухаються паралельними траєкторіями, називають струминчастим, або ламінарним. Невпорядкований рух, у якому окремі частинки рідини рухаються по заплутаним, хаотичним траєкторіям, тоді як уся маса рідини загалом переміщається щодо одного напрямі, називають турбулентным.

Критерій Рейнольдса (Re) n Критерій Re є мірою співвідношення між силами в'язкості та інерції в потоці, що рухається.

Закон Стокса Рівняння є законом Стокса, що виражає параболічний розподіл швидкостей у перерізі трубопроводу при ламінарному русі.

Рівняння Пуазейля n При ламінарному потоці в трубі середня швидкість рідини дорівнює половині швидкості осі труби.

Турбулентна в'язкість n Турбулентна в'язкість, на відміну від звичайної в'язкості, не є фізико-хімічною константою, яка визначається природою рідини, її температурою і тиском, але залежить від швидкості рідини та інших параметрів, що зумовлюють ступінь турбулентності потоку (зокрема, відстані від стінки труби та т. д.).

Диференціальне рівняння нерозривності потоку для неусталеного руху рідини, що стискається. Диференціальне рівняння нерозривності потоку стисливої рідини.

Рівняння сталості витрати n Ці вирази являють собою рівняння нерозривності (щільності) потоку в його інтегральній формі для руху. Це рівняння називається також рівнянням сталості витрати чи матеріальний баланс потоку. 1 w 1 S 1 = 2 w 2 S 2 = 3 w 3 S 3 M 1 = М 2 = М 3 n Швидкості краплинної рідини в різних поперечних перерізах трубопроводу обернено пропорційні площам цих перерізів. w 1 S 1 = w 2 S 2 = w 3 S 3 = const Q 1 = Q 2 = Q 3

Диференціальні рівняння руху Ейлера n Система рівнянь (II, 46) з урахуванням виразів (II, 47) являє собою диференціальні рівняння руху ідеальної рідини Ейлера для потоку, що встановився. (II, 46) (II, 47)

Рівняння Бернуллі n n Рівняння Бернуллі для ідеальної рідини Величину називають повним гідродинамічним напором, або просто гідродинамічний натиск.

Отже, згідно з рівнянням Бернуллі, для всіх поперечних перерізів потоку ідеальної рідини, що встановився, гідродинамічний напір залишається незмінним. z - нівелірна висота, звана також геометричним, або висотним, натиском (hг), є питомою потенційною енергією положення в даній точці (даному перерізі); – тиск тиску (hдавл), або п'єзометричний тиск, характеризує питому потенційну енергію тиску в даній точці (даному перерізі). Сума z+, звана повним гідростатичним, або просто статичним натиском (hст), отже, виражає повну питому потенційну енергію у цій точці (даному перерізі).

Таким чином, згідно з рівнянням Бернуллі, при встановленому русі ідеальної рідини сума швидкісного і статичного напорів, що дорівнює гідродинамічному натиску, не змінюється при переході від одного поперечного перерізу потоку до іншого. Таким чином, рівняння Бернуллі є окремим випадком закону збереження енергії і виражає енергетичний баланс потоку.

ПЕРЕМІЩЕННЯ РІДИН n 1. 2. 3. 4. 5. Переміщення рідин Об'ємні насоси Конструкція об'ємних насосів Відцентрові насоси Конструкція відцентрових насосів Насоси інших типів. Сифони

ПЕРЕМІЩЕННЯ РІДИН Залежно від принципу дії насоса збільшення енергії і тиску рідини може бути здійснено: 1. в об'ємних насосах шляхом витіснення рідини з замкнутого простору насоса тілами, що рухаються зворотно-поступально або обертаються; 2. у лопатевих або відцентрових насосах – відцентровою силою, що виникає в рідині при обертанні лопатевих коліс; 3. у вихрових насосах – інтенсивним утворенням і руйнуванням вихорів, що виникають при обертанні робочих коліс; 4. в струменевих насосах - струменем повітря, пари або води, що рухається; 5. у газліфтах - утворенням піни при подачі повітря або газу в рідину; 6. у монтежі та сифонах – тиском повітря, газу або пари на рідину.

Рис. ІІІ-8. Конструкції клапанів. I – кульовий клапан. 1 – корпус; 2 – клапан; 3 – кришка. II – відкидний клапан. 1 – кришка; 2 – сідло.

Мембранні (діафрагмові) насоси Мал. ІІІ-9. Діафрагмовий насос: 1 – корпус; 2 – клапани; 3 – циліндр; 4 – плунжер; 5 – діафрагма (мембрана).

Відцентрові насоси ІІІ-13 Мал. ІІІ-13. Схема відцентрового насоса: 1 – приймальний клапан; 2 - всмоктуючий трубопровід; 3 – робоче колесо; 4 – вал; 5 – корпус; 6 – засувка; 7 – зворотний клапан; 8 – нагнітальний трубопровід.

Типи сальників n n I – сальник із гідравлічним затвором: 1 – ліхтар; 2 – сальник. II – сальник для кислот: 1, 2 – кільцеві порожнини; 3, 4 – відвідні отвори. III – сальник пружинний: 1 – прокладка; 2 – пружина.

Безсальниковий насос n 1 корпус, 2 – кришка, 3 – робоче колесо, 4 – втулка корпусу, 5 – фасонна втулка, 6 – втулка, 7 – лівий диск, 8 – шпилька, 9 – правий диск, 10 – стяжна шпилька, 11 – пружина, 12 - вал, 13, 14 - кільця.

Монтеж. Рис. ІІІ-8. Монтежу: 1 – труба наповнення; 2, 3, 4, 5, 8 – крани; 6 – манометр; 7 – труби для передавлювання

Струменеві насоси. Паровий насос. Рис. ІІІ-22. Паровий насос. 1 – паровий штуцер; 2 – парове сопло; 3 - сопло, що змішує; 4 - всмоктувальна камера; 5 – всмоктувальний штуцер; 6 – дифузор; 7 – нагнітальний штуцер; 8 – штуцер конденсату; 9, 10 - зворотні клапани.

Водоструйний насос. ІІІ-22 Мал. ІІІ-22. Водоструйний насос. 1 – сопло; 2 – отвір; 3 – всмоктуючий трубопровід; 4 1 - сопло; 2 – отвір; 3 – всмоктувальний штуцер трубопровід; 4 – штуцер III-23

Схема повітряного витягу Мал. ІІІ-24. Схема повітряного витягу: 1, 2 – труби; 3 – змішувач; 4 – сепаратор Мал. III-24

Повітряні витяги (ерліфти) та сифони Мал. ІІІ-25. Системи повітряних витягів 1 – повітряна труба; 2 - труба, що подає для суміші; 3 – змішувач. Рис. III-26. Сифони. 1 – резервуар; 2 – сифонна труба; 3, 4, 5 – крани, 6 – оглядовий канал

Переміщення та стиснення газів (компресорні машини) n n n n 1. Загальні відомості 2. Поршневі компресори 3. Ротаційні компресори та газодувки 4. Відцентрові машини 5. Осьові вентилятори та компресори 6. Гвинтові компресори Сн. різних типів

ПЕРЕМІЩЕННЯ ТА СТИСКУ ГАЗІВ (КОМПРЕСОРНІ МАШИНИ) n n n n Загальні відомості Машини, призначені для переміщення та стиснення газів, називають компресорними машинами. Залежно від ступеня стиснення розрізняють такі типи компресорних машин: вентилятори (3.0) - створення високих тисків; вакуум-насоси - для відсмоктування газів при тиску нижче атмосферного.

Поршневі компресори n Одноступінчастий горизонтальний компресор дії Мал. IV-1. Схеми одноступінчастих поршневих компресорів: а – одноциліндровий простої дії; б - одноциліндровий подвійної дії; в – двоциліндровий простої дії. 1 = циліндр; 2 – поршень; 3 – всмоктуючий клапан; 4 – нагнітальний клапан; 5 – шатун; 6 – кривошип; 7 – маховик; 8 – повзун (крейцкопф)

Багатоступеневий стиск. Рис. IV-2. Схеми багатоступінчастих поршневих компресорів. а, б, в - зі ступенями стиснення в окремих циліндрах (а - одночасного виконання; б - дворядного виконання; в - з V-подібним розташуванням циліндрів); г – з диференціальним поршнем: 1 – циліндр; 2 – поршень; 3 – всмоктуючий клапан; 4 – нагнітальний клапан; 5 – шатун; 6 – повзун (крейцкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – проміжний холодильник.

Турбогазодувки. Рис. IV-8. Схема багатоступінчастої турбогазодувки. 1 – корпус; 2 – робоче колесо; 3 – напрямний апарат; 4 – зворотний клапан. Рис. IV-9. Ентропійна діаграма стиснення газу в турбогазодувці

Поділ неоднорідних систем V. Поділ неоднорідних систем 1. Неоднорідні системи та методи їх поділу 2. Поділ рідких систем 2. Матеріальний баланс процесу поділу А. Відстоювання 3. Швидкість обмеженого осадження (відстоювання) 4. Відстійники Б. Фільтрування 5. Загальні Фільтрувальні перегородки 7. Влаштування фільтрів

Відстійник безперервної дії Мал. IV-3. Відстійник безперервної дії з гребковою мішалкою 1 – корпус; 2 – кільцевий жолоб; 3 – мішалка; 4 – лопаті з гребками; 5 - труба для подачі вихідної суспензії; 6 – штуцер для виведення освітленої рідини; 7 - розвантажувальний пристрій для осаду (шламу); 8 – електродвигун.

Рис. V-6. Відстійник безперервної дії з конічними полицями; 1 - штуцер для підведення суспензії, що розділяється; 2 – конічні полиці; 3 – штуцер для відведення шламу; 4 – канали для відведення освітленої рідини; 5 – штуцер для виведення освітленої рідини

Рис. V-7. Відстійник безперервної дії для розподілу суспензій. 1 – штуцер для підведення емульсій; 2 – перфорована перегородка; 3 – трубопровід для відведення легкої фази; 4 – трубопровід для відведення важкої фази; 5 пристрій для розриву сифона.

Б. Фільтрування Мал. V-8. Схема процесу фільтрування. 1 – фільтр; 2 – фільтрувальна перегородка; 3 суспензія; 5 осад

Влаштування фільтрів Мал. V-10. Нутч, який працює під тиском до 3 атм. 1 – корпус; 2 – турбіна; 3 - знімна кришка; 4 – фільтруюче дно; 5 - фільтрувальна перегородка; 6 – опорна перегородка; 7 – захисна сітка; 8 – кільцева перегородка; 9 – штуцер для подачі суспензії; 10 - штуцер для подачі стисненого повітря; 11 – штуцер видалення фільтрату; 12 – запобіжний клапан

Барабанні фільтри. Рис. V-13. Схема дії барабанного вакуум-фільтра із зовнішньою поверхнею фільтрування. 1 – барабан; 2 – сполучна трубка; 3 – розподільний пристрій; 4 – резервуар для суспензії; 5 - мішалка, що коливається; 6, 8 - порожнини розподільчого пристрою; 7 - пристрій, що розбризкує; 9 – нескінченна стрічка; 10 - напрямний ролик; 11, 13 – порожнини розподільного пристрою, сполучені з джерелом стисненого повітря; 12 – ніж для знімання осаду.

В. Центрифугування Г. Поділ газових систем (очищення газів) VI. Перемішування в рідких середовищах В. Центрифугування 1. Основні положення 2. Пристрій центрифуг Г. Поділ газових систем (очищення газів) 1. Загальні відомості 2. Гравітаційне очищення газів 3. Очищення газів під дією інерційних та відцентрових сил 4. Очищення газів фільтрування Мокра очищення газів 6. Електричне очищення газів VI. Перемішування в рідких середовищах 1. Загальні відомості 2. Механічне перемішування 3. Механічні пристрої, що перемішують

Влаштування центрифуг n Триколонні центрифуги. Рис. V-14. Триколонна центрифуга. 1 – перфорований ротор; 2 – опорний конус; 3 – лаг; 4 – дно станини; 5 нерухомий кожух; 6 – кришка кожуха; 7 – станина; 8 – тяга; 9 – колонка; 10 – ручне гальмо.

Підвісні центрифуги. Рис. V-15. Підвісна центрифуга. 1 - трубопровід для подачі суспензії; 2 – ротор із суцільними стінками; 3 – вал; 4 – нерухомий кожух; 5 штуцер для видалення рідини; 6 – конічна кришка; 7 – сполучні ребра

Горизонтальні центрифуги з ножовим пристроєм видалення осаду. Рис. V-16. Горизонтальна центрифуга з ножовим пристроєм видалення осаду. 1 – перфорований ротор; 2 - труба для подачі суспензії; 3 – кожух; 4 – штуцер видалення фугата; 5 – ніж; 6 – гідравлічний циліндр для підйому ножа; 7 похилий жолоб; 8 – канал для видалення осаду

Центрифуги з пульсуючим поршнем для вивантаження осаду. Рис. V-17. Центрифуга з пульсуючим поршнем для вивантаження осаду. 1 – труба для надходження суспензії; 2 конічна вирва; 3 – перфорований ротор; 4 – металеве щілинне сито; 5 – поршень; 6 – штуцер видалення фугата; 7 – канал для відведення осаду; 8 – шток; 9 – порожнистий вал; 10 - диск, що переміщається зворотно-поступально

Центрифуги зі шнековим пристроєм для розвантаження осаду. Рис. V-18. Центрифуга із шнековим пристроєм для вивантаження осаду. 1 – зовнішня труба; 2, 4 – отвір для проходження суспензії; 3 – внутрішня труба; 5 – конічний ротор із суцільними стінками; 6 – циліндрична основа шнека; 7 – шнек; 8 – кожух; 9 – порожнисті цапфи; 10 – отвори для проходження осаду; 11 - камера для осаду; 12 – отвір для проходження фугату; 13 – камера для фугату.

Центрифуги з інерційним розвантаженням осаду. Рис. V-19. Центрифуга з інерційним розвантаженням осаду. 1 – вирва для надходження суспензії; 2 – ротор; 3 – канал видалення рідкої фази; 4 – канал видалення твердої фази; 6 – шнек.

Рідкісні сепаратори. Рис. V-20. Рідкісний сепаратор тарілчастого типу. 1 - труба для подачі емульсії; 2 – тарілки; 3 – отвір для відведення важчої рідини; 4 – отвори для відведення легшої рідини; 5 – ребра.

1. 2. 3. 4. 5. РОЗДІЛ ГАЗОВИХ СИСТЕМ (ОЧИЩЕННЯ ГАЗІВ) Розрізняють такі способи очищення газів: осадження під дією сил тяжіння (гравітаційне очищення); осадження під впливом інерційних, зокрема відцентрових сил; фільтрування; мокре очищення; осадження під впливом електростатичних сил (електрична

Гравітаційне очищення газів Пилоосаджувальні камери. Рис. V-21. Пилоосаджувальна камера. 1 – камера; 2 – горизонтальні перегородки (полиці); 3 відбивна пергородка; 4 – дверцята.

Очищення газів під дією інерційних та відцентрових сил Інерційні пиловловлювачі. Рис. V-22. Інерційний жалюзійний пиловловлювач. 1 – первинний жалюзійний пиловловлювач; 2 – циклон; 3 – патрубки для очищеного газу; 5 - пилевідвідний патрубок.

Циклон Мал. V-23. Циклон конструкції НДІОгаз. 1 – корпус; 2 – конічне днище; 3 – кришка: 4 – кхідний патрубок; 5 – пилозбірник; 6 – вихлопна труба.

Батарейний циклон V-24. V-25. Рис. V-26. Елемент прямоточного батарейного циклону. 1 – пристрій, що закручує; 2 вхідний патрубок; 3 - кільцевий щілинний зазор; 4 – вихлопний патрубок.

Очищення газів фільтруванням Залежно від виду фільтрувальної перегородки розрізняють такі фільтри для газів: а) з гнучкими пористими перегородками з природних, синтетичних та мінеральних волокон (тканинні матеріали), нетканих волокнистих матеріалів (повсть, картон та ін.), пористих листових матеріалів (губчаста) гума, пінополіуретан та ін.), металоткани; б) з напівжорсткими пористими перегородками (шари з волокон, стружки, сіток); в) із жорсткими пористими перегородками із зернистих матеріалів (пористі кераміка, пластмаси, спечені або спресовані порошки металів та ін.); г) із зернистими шарами з коксу, гравію, кварцового піску та ін.

Фільтри із гнучкими пористими перегородками. Рис. V-27. Рукавний фільтр з механічним струшуванням та зворотним продуванням тканини. I-IV – секції фільтра; 1, 9 – вентилятори; 2 – вхідний газохід; 3 – камера; 4 – рукави; 5 – розподільні грати; 6, 8 – дросельні клапани; 7 – вихлопна труба; 10 - струшуючий механізм; 11 – рама; 12 – шнек; 13 – шлюзовий затвор.

Фільтри із жорсткими пористими перегородками Металокерамічний фільтр Мал. V-28. Металокерамічний фільтр. 1 – корпус; 2 – металеві гільзи; 3 – грати; 4 – вхідний штуцер; 5 – вихідний штуцер; 6 – колектор стисненого повітря; 7 – бункер.

Фільтри із зернистими шарами. Рис. V-29. Фільтр безперервної дії з шаром, що рухається, зернистого фільтруючого матеріалу. 1 – корпус; 2 – фільтрувальна перегородка; 3 – фільтруючий матеріал; 4 вхідний штуцер; 5 – вихідний штуцер; 6 – затвори; 7 – живильники.

V-34

ПЕРЕМІШУВАННЯ В РІДКИХ СЕРЕДОВИЩАХ Способи перемішування. Незалежно від того, яке середовище поєднується з рідиною - газ, рідина або тверда сипуча речовина, - розрізняють два основні способи перемішування в рідких середовищах: механічний (за допомогою мішалок різних конструкцій) і пневматичний (стисненим повітрям або інертним газом). Крім того, застосовують перемішування в трубопроводах та перемішування за допомогою сопел та насосів.

Передмова
Вступ
1. Предмет хімічної технології та завдання курсу
2. Класифікація процесів
3. Матеріальні та енергетичні розрахунки
Загальні уявлення про матеріальний баланс. Вихід. Продуктивність. Інтенсивність виробничих процесів. Енергетичний баланс. Потужність та коефіцієнт корисної дії.
4. Розмірність фізичних величин
ЧАСТИНА ПЕРША. ГІДРОДИНАМІЧНІ ПРОЦЕСИ
Глава перша. Основи гідравліки
А. Гідростатика)