Масообміні процеси та їх конструктивні рішення

Лекція №8

Контроль

Питання за лекцією: Плановский А.Н., Ромм В.М. Процесы и аппараты химической технологии. – М.: ”Химия”, 1967 г. Друскин Л.И. Сжигание газа в промышленных печах и котлах.

1. Сутність процесу охолодження. Означення хладогентів та основні їх різновиди. Навести приклади.

2. Основні фізичні властивості, що лежать в основі холодильних установок та іх класифікація.

3. Компресійні установки. Функціональна схема, призначення елементів, принцип дії. Холодильний коефіцієнт.

4. Абсорбційні установки. Функціональна схема, призначення елементів, принцип дії. Холодильний коефіцієнт.

5. Компресори та насоси. Означення і класифікація.

6. Поршневі та ротаційні компресори і насоси. Конструктивне виконання і принцип дії. Переваги та недоліки.

7. Осьові, центробіжні та струйні компресори і насоси. Конструктивне виконання і принцип дії. Переваги та недоліки.

Самостійна робота: Горбис Э.Р., Календерьян В.А. Теплообменники с проточными дисперсными теплоносителями. – М.: “Энергия”, 1975 г. Друскин Л.И. Сжигание газа в промышленных печах и котлах. М., 1962 г. (робочий цикл…doc) Иванова Г.В. Автоматизация технологических процессов основных химических производств: Методическое пособие. Часть 1/ СПбГТИ(ТУ).-СПб., 2003.- 70с. Материалы к лекции №4 (у лектора)

Питання на самостійний розгляд:

1. Етапи робочого циклу Карно для компресійної установки за pv-діаграмою.

2. Основні показники роботи насосів.

3. Визначення продуктивності та напору насосів.

4. Визначення корисної потужності та К.К.Д насоса.

5. Діаграма основні характеристики центробіжних насосів.

Масообміні процеси – це процеси, що супроводжуються переходом однієї або декількох речовин з однієї фази в іншу. Швидкість масопередачі при заданій температурі залежить від інтенсивності молекулярної дифузії, тобто здатності мимовільного проникнення однієї речовини в інше за рахунок безладного руху молекул. Процес переносу маси з однієї фази в іншу відбувається за рахунок різниці концентрацій речовини в цих фазах доти, поки не будуть досягнуті умови рівноваги. Рушійна сила процесу масопередачі визначається різницею концентрацій фаз (виражається через різницю між робочими й рівноважними концентраціями компонента, що розподіляє, у першій і другій фазах відповідно). Кількість маси, передана з однієї фази в іншу, залежить від поверхні роздягнула фаз, тривалості процесу й різниці концентрацій.

Основними різновидами масообмінних процесів є: абсорбція, адсорбція, перегонка, ректифікація, кристалізація, сушіння й екстракція.

А б с о р б ц и е й називають процес поглинання газу або пари рідким поглиначем. Зворотний процес - виділення з рідин розчиненого газу - називають десорбцією. Абсорбція характеризується вибірковістю (селективністю), де кожна речовина поглинається певним поглиначем. Розрізняють абсорбцію просту, засновану на фізичному поглинанні компонента рідким поглиначем, і хемосорбцію, що супроводжується хімічною реакцією між компонентом, що витягається, і рідким поглиначем. Прикладом простої абсорбції служить виробництво газування або соляної кислоти, хемосорбція широко застосовується у виробництві сірною й азотної кислот, азотних добрив і т.д. Апарати, у яких ідуть дані процеси, називають абсорберами. За принципом організації процесу абсорбування абсорбери поділяють на поверхневі барботажні та розпилюючі.

Поверхневі абсорбери бувають дзеркальними та плівковими. Дзеркальні являють собою багатоярусний резервуар, кожен ярус якого являє собою плоске дзеркало на поверхня якого заповнена абсорбером. Газ повільно підіймається змійкоподібними газоходами так, щоб максимально проходити над поверхнею всіх дзеркал. Дані абсорбери малоефективні та малопродуктивні. У плівковому абсорбері рідина повільно плівкоподібно стікає по поверхнях чисельних патрубків а газ подається знизу уверх. Всередині патрубків протікає охолоджуюча рідина.

У барботажних абсорберів газ проходить через рідину у вигляді бульбашків. У сітчастих барботажних абсорберів газ проходить через яруси відділені один від одного сітками через які абсорбер стікає донизу. У напірних барботажних абсорберах газ через насадку подається знизу у сасуд з абсорбером під тиском. У розпилюючих абсорберах абсорбер розпилюється зверзу на газ, що підіймається.

А д с о р б ц и я - це процес виборчого поглинання одного або декількох компонентів з рідкої або газової суміші твердим поглиначем - адсорбентом. Як адсорбенти широко застосовують тверді речовини з високорозвиненою поверхнею й високою пористістю(активні вугілля, силікагелі, алюмогелі, цеоліти - водні алюмосилікати кальцію й натрію й ін.) Адсорбція застосовується в промисловості для очищення й сушіння рідин і газів, для поділу сумішей різних рідин і газоподібних речовин, витягу летучих розчинників, посвітління розчинів, для очищення води й ін. Адсорбція використається в хімічній, нафтовій, лакофарбовій, поліграфічній і іншій галузях промисловості.

Для поглинання летучих розчинників і пар органічних речовин найчастіше використають активоване вугілля (протигази), для сушіння газів - силікагелі й цеоліти, для очищення води від розчинених солей - іоніти. Адсорбери працюють як фільтри (звичайно з нерухомим шаром адсорбенту). Всі вони періодичної дії: після насичення адсорбент повинен бути відновлений (регенерований) зворотним процесом - десорбцією. Остання протікає при нагріванні адсорбенту гострою парою, що відганяє поглинені речовини. Потім адсорбент сушать, прохолоджують і використають знову.

П е р е г о н к а и р е к т и ф и к а ц и я засновані на різних температурах кипіння фракцій, що що складають рідину. Існують два принципово відмінних види перегонки: проста (однократна) перегонка й ректифікація.

Проста перегонка - це однократний процес часткового випару низькокиплячей фракції з наступною конденсацією парів, що утворилися, а ректифікація - це процес багаторазового (або безперервного) випарювання й конденсації парів вихідної суміші. У результаті ректифікації одержують більше чисті кінцеві продукти. Рідину, отриману в результаті цього, називають дистилятом, або ректифікатом. Процеси перегонки й ректифікації знаходять широке застосування в хімічній і спиртовій промисловості, у виробництві лікарських препаратів, у нафтопереробній промисловості й т.д.

К р и с т а л л и з а ц и е й називається виділення твердої фази у вигляді кристалів з розчинів або розплавів. Кристалізація починається з утворення центрів (або зародків) кристалізації. Швидкість їхнього утворення залежить від температури, швидкості перемішування й т.д. З підвищенням температури швидкість росту кристалів збільшується, однак це приводить до утворення більше дрібних кристалів і часто викликає зниження рушійної сили процесу. Великі кристали легше одержати при повільному їхньому росту без перемішування й невеликих ступенів пересичення розчинів, однак це знижує продуктивність процесу кристалізації. Знаходження оптимальної швидкості кристалізації й становить одну з основних завдань цього процесу.

Широко застосовуються кілька способів кристалізації: кристалізація з охолодженням, кристалізація з видаленням частини розчинника, а також вакуум-кристалізація. Залежно від способу кристалізації застосовують кристаллизаторы періодичної й безперервної дії.

Кристалізація лежить в основі металургійних і ливарних процесів, одержання покриттів, плівок, застосовуваних у мікроелектроніці, а також використається в хімічній, фармацевтичній, харчовій і іншій галузях промисловості. Кристалізація є завершальною стадією у виробництві мінеральних солей, добрив, органічних і особливо чистих речовин. Особливе значення в промисловості має процес кристалізації металів з розплавів.

Э к с т р а к ц и я - це процес виборчого поглинання рідиною або парою цільових компонентів, що втримуються у вихідній твердій сировині. (Приклад - заварка чаю, кави, тощо). Екстрагент – це рочовина, що поглинає цільовий компонент. Екстракт – рочовина-поглинач + цільовий компонент. Рафінад – залишок вихідної суміші без цільового компонента. Узагальнена схема екстрагуючої установки можна представлена наступним чином. Сепарація може відбуватись під дією гравітаційних або центробіжних сил.

С у ш к о ю називають процес видалення вологи з різних (твердих, рідких і газоподібних) матеріалів. Волога може бути вилучена випаром, сублімацією, виморожуванням, струмами високої частоти, адсорбцією й т.д. Частиш застосовується сушіння випаром за рахунок підведення теплоти. Більше економічним є послідовне видалення вологи фільтрацією, центрифугуванням (зі змістом залишкової вологи 10...40 %), а потім тепловим сушінням. За способом підведення тепла до матеріалу розрізняють: конвективну, контактну, радіаційну, діелектричну (СВЧ) сушку.

Апарати для цього процесу - сушки - розрізняються по використовуваному теплоносію (повітря, топкові гази, пара, електронагрів), організації (періодичної й безперервної дії), напрямку руху потоків матеріалу й теплоносія (прямоточні й протитечійні), стану шаруючи матеріалів (нерухомий, що пересипає, киплячий і т.д.).

У конвективных сушках - потік теплого (пального) повітря рухається на матеріал, що сушиться, що може перебуває в русі (протитечія), або в підвішеному стані й т.д.

У контактних сушарках теплота передається через поверхню, що гріє, з однієї сторони якої міститься теплоприймач, з іншої - теплоносій. Вони призначені для пастоподібних і рідких продуктів, забруднення яких неприпустимо (харчова й фармацевтична промисловість).

У радіаційних сушках теплота передається випромінюванням керамічних плит. Їх застосовують для сушіння тонколистових матеріалів і лакофарбових покриттів. Інші види сушарок (вакуумна, криогенна, ультразвукова, СВЧ) більше дорогі й застосовуються рідше.

Дата добавления: 2014-01-14