Теорія

18. Тепловий баланс однокорпусної випарної установки.

Рівняння теплового балансу має такий вигляд:

G_поч ∙i_поч + D∙I_г = G_к ∙i_к + W∙I + D∙i` + Q_конц + Q_витр

Розглядаючи вихідний розчин як суміш упареного розчину і випарювання вологи і приймаючи, що теплоємність вихідного розчину в межах температур від початкової до кінцевої є величиною сталою, запишемо рівняння теплового балансу змішування за постійної температури кипіння t_k, розчину в апараті: G_k ∙ c_k = G_поч ∙ c_поч – W ∙ c``.

19. Призначення, будова та робота барометричного конденсатора.

Барометричний конденсатор служить для конденсації пари, що надходять з вакуумної колони. Конденсатор використовується при переробці цукру-сирцю та переробці цукрових буряків підприємствами відповідної продуктивності. БК є апаратом протиточного типу. По висоті конденсатор умовно поділяється на 3 зони:

Зона основного нагріву технологічної води, розташовується в нижній частині конденсатора.
Зона основної конденсації, розташовується в середній чатсині БК. Сюди надходить технологічний пар з нижньої частини конденсатора і конденсується на краплях води, які утворюються внаслідок розпилення холодної води.

Зона попереднього нагрівання технологічної води та охолодження газів. Сюди підводиться залишкова кількість технологічної пари в суміші з неконденсованими газами, як

20. Фільтрівні центрифуги.

Для розділення суспензій з кристалічною або зернистою фазою, а також для зневоднення штучних і твердих матеріалів, застосовуються фільтрівні центрифуги, де процес центрифугування проходить за рахунок дії відцентрової сили на масу, що знаходиться в перфорованому барабані. У даному типі центрифуг процес фільтрування здійснюється безперервно.

В центрифугах з безперевним вивантаженням осаду поршнем суспензія подається у вузьку частину конуса 1, що обертається. Поступово швидкість суспензії зростає і вона потрапляє на стінки сітчастого барабану 2, закріпленого на горизонтальному валу 3. Фільтрат проходить через стінки у кожух 8, а на ситі барабана залишається шар осаду, який безперервно проштовхується до виходу за допомогою поршня 4, який обертається разом з барабаном. На шляху до виходу осад може промиватися водою, яка поступає по спеціальній трубі. В центрифугах з промивкою осаду кожух розділений на 2 секції, через одну з яких відводиться промивна вода. Промитий і стиснений осад видаляється через патрубок 9.

Процес відцентрового фільтрування ділиться на 3 періоди з несталими режимами роботи: утворення осаду, ущільнення кристалів і механічне сушіння осаду. Перший період схожий зі звичайним фільтруванням у полі відцентрових сил, причому тиск фільтрування обумовлюється гідравлічним напором, що розвивається під дією відцентрових сил. У другому періоді центрифугована маса є практично двохфазною системою, причому спочатку тверді частинки розміщені некомпактно і мають мінімальну кількість точок контактування. У подальшому проходить зближення частинок зі зменшенням об'єму пор і витіснення рідкої фази. Третій період характеризується стіканням міжкристальної рідини по незаповнених порах з поверхні кристалів. Після відділення максимальної кількості міжкристальної рідини, плівка, що лишилася на поверхні кристалів, стає настільки тоненькою, що сили молекулярного зчеплення врівноважуються відцентровими силами і відділення рідини не відбувається. Для кінцевого видалення залишкового розчину кристали промивають водою і підсушують.

21. Теплопровідність плоскої стінки.

Плоску однорідну необмежену стінку, яка має товщину d і складена з матеріалу з коефіцієнтом теплопровідності l, з одного боку, омиває рідина з температурою t¢_f і відповідний коефіцієнт тепловіддачі дорівнює a₁ , з другого боку, вона контактує з теплоносієм, що має температуру t²_f , і відповідний коефіцієнт тепловіддачі дорівнює a₂.

Якщо крізь систему йде стаціонарний потік з поверхневою густиною q, то, використовуючи просторову незмінність стаціонарного потоку, можна записати:

- рівняння тепловіддачі на одній поверхні стінки:

q = a₁ (t¢_f - t₁) Û t¢_f - t₁ = q/a₁ ,

- рівняння теплопровідності скрізь стінку:

q = l/d (t₁ - t₂) Û t₁ - t₂ = q d /l ,

- рівняння тепловіддачі на протилежній поверхні стінки:

q = a₂ (t₂ - t²_f) Û t₂ - t²_f = q/a₂ , де t₁ і t₂ - температури на відповідних поверхнях стінки.

Склавши температурні напори простих процесів, отримаємо вираз для температурного напору процесу теплопередачі:

Це співвідношення і є шуканим рівнянням теплопередачі. Його стандартна форма запису має вид:

тобто коефіцієнт теплопередачі одношарової плоскої стінки дорівнює:

Якщо використати поняття - термічний опір тепловіддачі, позначити термічні опори тепловіддачі по різні боки стінки, і згадати, що термічний опір теплопровідності дорівнює:

, то легко побачити, що термоопір теплопередачі R крізь одношарову плоску стінку дорівнює сумі термічних опорів всіх послідовних процесів передачі тепла від однієї рідини до іншої.

Для визначення температур ( t₁ та t₂ ) на поверхнях стінки необхідно підставити знайдене значення питомого потоку q у раніше виписані співвідношення

t₁ = t¢_f - q/a₁ , або t₁ = t¢_f - q R_a₁ ,

t₂ = t₁ - q d /l = t¢_f - q (1/a₁ + d /l) , або t₂ = t₁ - q R_l = t¢_f - q (R_l + R_a₁ )

Температуру t₂ також можна зв`язати з температурою t²_f другого теплоносія. Для цього зручно використати рівняння

t₂ = t²_f + q/a₂ , або t₂ = t²_f + q R_a₂ .

22. Випарювання. Загальні відомості. Рівняння матеріального балансу.

Випар. наз. пр.. концентр. рідких розчинів нелетких або малолетких реч. з рідких летких розчинників під час їхнього кипіння.Випар. піддають розчини тв. реч (водні розчини лугів, солей тощо), а також висококиплячі рідини, для яких за темп. випар. характ. є малі тиски пари.Тепловим агентом є водяна пара, і такий теплоносій наз.первинним. Пара, яка утв. під час випар. кипл. розчину, наз.вторинною. Під час кипіння пара видал. зі всього об’єму розчину. Пр. вип. проводять під вакуумом за підвищ. або атм.тисків. 1) можливість здійсн. Пр. за нижчих температур. дає змогу вик. як гріючий агент вторинну пару самої випарної установки.вик. вакууму призводить до зростання витрат на створ. апарата.2) зростає темп. кип., що дає можливість вик. вторинну пару.3) вторинну пару не вик.. Не економ.є однокорпусні випарних установки і багатокорпусні випарні установки. у багатокорпусних досяг. значна економія первинної пари, оскільки нею обігрівається тільки перший корпус. Для екон. Вик. первинної пари в однокорпусних установках встан.тепловий насос. За режимом проведення процесу розрізняють періодичне і безперервне вип...однокорпусна установка тепл.бал. Gпоч*iпоч+D*Iг=Gк*iк+W*I+D*i’+Qконц+Qвтр.За пост темп кип Gпоч*cпоч+tк=Gк*cк+tк+W*c’’*tк.Тепловий баланс скл. для кожного корпусу багатокорпусної випарної установки за рівнянням для однокорпусного апарата. Gк*cк=Gпоч*cпоч-W*c’’.

23. Загальний термічний опір теплопередачі.

З основного рівняння теплопередачі Q = K Dt F , величина K називається коефіцієнтом теплопередачі: K º Q /(Dt F).

За змістом K - це величина теплового потоку крізь 1 м² поверхні теплопередачі за різниці температур теплоносіїв у 1 градус.

Використаємо поняття термічного опору теплопередачі R. Це величина обернено пропорційна до коефіцієнта теплопередачі:

Термоопір теплопередачі R крізь одношарову плоску стінку дорівнює сумі термічних опорів всіх послідовних процесів передачі тепла від однієї рідини до іншої:

24. Однокорпусні випарні установки. Матеріальний баланс установки.

Однокорпусна випарна установка має один випарний апарат (корпус). Апарат містить теплообмінний пристрій –нагрівальну камеру та сепаратор, об’єднанні в одному апараті. Існують конструкції з винесеною камерою і з з’єднаною з сепаратором трубами. Камера обігрівається здебільшого водяною насиченою парою, що надходить у її міжтрубний простір. Конденсат виводять знизу камери. Підіймаючись трубами, випарюваний розчин нагрівається і кипить з утворенням вторинної пари. Відділення пари від рідини відбувається в сепараторі. Вивільнена від крапель вторинна пар видаляється з верхньої частини сепаратора. Частина рідини опускається циркуляційною трубою під нижню трубну решітку гріючої камери. Внаслідок різниці густин розчину в трубі та парорідинної емульсії в трубах рідина циркулює замкненим контуром. Випарений розчин видаляється через штуцер в днищі апарата.

Кількість води, яка випаровується з розчину в однокорпусному апараті, визначається з рівняння матеріального балансу:

де S – кількість розчину, що поступає на випарювання;

Bн і Bк – початкова і кінцева концентрації розчину у відсотках твердої розчиненої речовини;

W – кількість випаровуваної води.

25. Теплопередача за змінних температур теплоносіїв.

Теплопередача за змінних температур залежить від взаємного напрямку руху теплоносіїв. В безперервних процесах теплообміну можливі наступні варіанти напрямку руху теплоносіїв один відносно другого вздовж поверхні стінки:

1)паралельний (прямотечійний) – в одному напрямку;

2)протитечійний – в протилежних напрямках;

3)перехресний – перпендикулярно один до другого;

4)змішаний – один теплоносій рухається в одному напрямку, а другий як прямотоком, так і протитоком до першого, причому, як однократно, так і багатократно.

Рівняння теплопередачі при прямотечійному і протитечійному русі теплоносіїв:

Середня рушійна сила (середня різниця температур) процесу теплопередачі для протитечійного і прямотечійного руху теплоносіїв визначається по рівнянню:

де Δt_н, Δt_к – початкова і кінцева (більша і менша) різниця температур.

Якщо , то

За протитечійного процесу холодніший теплоносій з такою ж початковою температурою, що за прямотечійного процесу може бути нагрітий до більш високої температури, яка наближається до початкової температури більш нагрітого теплоносія. Це дає можливість скоротити витрати холоднішого теплоносія. Під час протитечійного зменшується середня різниця температур і, відповідно, збільшується поверхня теплообміну порівняно з прямотечійним. Застосування протитечійного процесу теплообміну є економічнішим, ніж прямотечійний процес. Середня різниця температур під час протитечійного процесу буде більшою ніж за прямотечійного, а витрати теплоносіїв однакові. Тому, швидкість теплообміну за протитечійного процесу буде більшою, що надає переваги протитечійному процесу перед прямотечійним. В окремих випадках вибір напрямку руху теплоносіїв за принципом прямотоку визначається технологією процесу.

Вказані вище переваги протитечійного процесу відносяться до процесів теплообміну, в яких не відбувається зміни агрегатного стану теплоносіїв. Якщо температура одного з теплоносіїв залишається постійною вздовж поверхні теплообміну, а температура теплоносія з іншого боку стінки змінюється в часі і вздовж поверхні теплообміну, то напрямок руху теплоносіїв не впливає на різницю температур, середню різницю температур і витрату теплоносіїв.

26. Передача тепла теплопровідністю. Закон Фур’є. Рівняння теплопередачі при прямотечійному і протитечійному русі теплоносіїв. Середня рушійна сила.

Теплопровідністю називається молекулярний перенос теплоти в суцільному середовищі, виникає внаслідок нерівномірного розподілу температур в середовищі. У цьому випадку теплота передається за рахунок безпосереднього контакту між частинками, які мають різну температуру, що веде до обміну енергії між молекулами, атомами чи вільними електронами.

На основі дослідного вивчення процесу розповсюдження тепла у твердих тілах виведений основний закон теплопровідності – закон Фур’є: кількість тепла dQ , переданого теплопровідністю λ, пропорційна градієнту температури dt/dn, часу dτ та площі перерізу dF, перпендикулярно напрямку теплового потоку, тобто:

Знак мінус вказує, на зниження температури у напрямку теплового потоку.

Рівняння теплопередачі при прямотечійному і протитечійному русі теплоносіїв:

де Δt_н, Δt_к – початкова і кінцева (більша і менша) різниця температур.

Якщо , то

1.Неоднорідні системи

Неоднорідними, або дисперсними, називають системи, утворені із двох або більшої кількості фаз із розвинутою поверхнею розділення між ними.

Будь-яка неоднорідна (бінарна) система складається з дисперсної (внутрішньої) фази, розподіленої у вигляді дрібних частинок (краплинок, кристаликів, плівок, пластинок, бульбашок) у другій суцільній фазі – дисперсійному середовищі. Залежно від фізичного стану фаз розрізняють суспензії, емульсії, піни, пили, дими й тумани. Суспензії – неоднорідні системи, які складаються з рідини (дисперсійне середовище) і зважених у ній твердих частинок (дисперсна фаза). Залежно від розмірів частинок твердої речовини суспензії умовно поділяють на чотири групи: грубі суспензії (>100 мкм), тонкі (0,5–100 мкм), муті (0,1–0,5 мкм), колоїдні розчини (<0,1 мкм).

Колоїдні розчини можна зарахувати до перехідної ділянки між суспензіями та істинними (гомогенними) розчинами. У колоїдах тверді частинки мають розміри, наближені до розмірів молекул рідини, тому в цих розчинах виникає броунівський рух твердих частинок. Із виникненням броунівського руху частинки не можуть осаджуватись під дією сили тяжіння.

Емульсії складаються з рідин, які не змішуються. Одна з них розподілена в іншій у вигляді краплинок, розміри яких коливаються в значних межах. Якщо розміри краплинок менші, ніж 0,4– 0,5 мкм, емульсії стабільні та не розшаровуються під дією сили тяжіння. Стійкими емульсії стають тоді, коли до них додають спеціальні речовини – стабілізатори. Із збільшенням концентрації емульсованої речовини в емульсіях стає можливою інверсія фаз: краплинки дисперсної фази зливаються одна з одною та утворюють суцільну фазу, в якій розподілені краплинки рідини, що була раніше дисперсійним середовищем.

Піни – це системи, які складаються з рідини і розподілених у ній бульбашок газу. За своїми властивостями піни близькі до емульсій.

Пили й дими – системи, які складаються з газу й розподілених у ньому частинок твердої речовини. Вони відрізняються розмірами зважених частинок: пили мають частинки розмірами 5– 100 мкм, дими – 0,3–5 мкм.

2. Відцентрова сила і фактор розділення

Осадження під дією відцентрових сил застосовують для розділення неоднорідних газових систем, суспензій та емульсій. Для здійснення цього процесу до частинок, що складають дисперсну фазу, необхідно прикласти відцентрову силу, що здійснюється введенням дисперсійного середовища в поле відцентрових сил.

Поле відцентрових сил в техніці створюється двома методами:

- потік неоднорідної системи рухається по криволінійному каналу в нерухомому апараті – циклонний процес;

- потік неоднорідної системи надходить до апарату, що обертається, внаслідок чого відбувається обертання разом з обертовим апаратом – процес центрифугування.

Відношення відцентрової сили до сили тяжіння називається фактором розділення: F_r=ω²*r/g

Тобто, фактор розділення показує, у скільки разів сила відцентрова більше сили тяжіння, або у скільки разів прискорення відцентрової сили перевищує прискорення сили тяжіння.

3.Відстоювання.Швидкість осадження

Відстоюванням називають процес видалення зважених твердих частинок з об’єму або потоку рідини за допомогою осадження під дією сили тяжіння. Процеси відстоювання поділяють на згущування й прояснювання. Метою згущування є збільшення концентрації твердої фази, а прояснювання – видалення твердої речовини з порівняно розбавлених суспензій.

Незалежно від того, з якою метою здійснюють відстоювання, його можна розглядати як процес, що відбувається у декілька стадій. Припустимо, що відстоювання відбувається в апараті періодичної дії (рис. 1.1). Спочатку тверді частинки рівномірно розподілені в рідині, але через деякий проміжок часу вони починають осаджуватися, і на дні апарата збираються насамперед найбільші частинки (рис. 1.1, зона d), тобто утворюється осад. Над шаром осаду (зона с) утворюється зона згущеної суспензії, в якій відбувається ускладнене осадження частинок, що супроводжується тертям між частинками та їхнім взаємним стиканням. Крім цього, дрібніші частинки гальмують рух більших, а частинки більших розмірів захоплюють за собою дрібні частинки, пришвидшуючи їхній рух. Унаслідок такого характеру взаємодії частинок спостерігається вирівнювання швидкостей осадження частинок різних розмірів, що зумовлює виникнення колективного, або солідарного, осадження частинок із близькими швидкостями в кожному перерізі апарата. Вище зони ускладненого осадження розміщена зона вільного осадження

(зона b), в якій концентрація твердої фази зменшується знизу догори аж до концентрації вихідної суспензії. Над зоною вільного осадження утворюється шар чистої або проясненої рідини (зона а). Впродовж відстоювання суспензії зони а і с зростають (рис. 1.1, I, II), одночасно відбувається ущільнення зони d. Коли зони b і с зникають і завершується ущільнення згущеної суспензії, відстоювання закінчується (рис. 1.1, III), що відповідає повному розділенню суспензії на осад і прояснену рідину.

Коли суспензії розділюють в апаратах неперервної дії, утворюються такі самі зони, але вони не змінюються за висотою.

швидкість осадження поодинокої частинки, яка залежить, насамперед, від сили опору середовища. Із збільшенням концентрації твердої фази, частинки зазнають додаткового опору, зумовленого тертям і співударяннями частинок. Крім цього, осаджуючись, частинки витісняють рідину, внаслідок чого виникає висхідний потік середовища, який також гальмує рух твердої фази. Отже, цілком зрозуміло, що швидкість ускладненого осадження менша від швидкості вільного осадження, і різниця між швидкостями тим більша, чим більша концентрація твердої фази у суспензії. Із збільшенням концентрації зростає і в’язкість суспензії, що призводить до зменшення швидкості осадження.

Загальна розрахункова залежність, що дає змогу визначити швидкість стислого осадження, аналогічна до залежності для визначення швидкості потоку у зваженому шарі

Re_ct=f(A,ε)

де ε – питомий вільний об’єм рідкої фази у суспензії.

4.Перемішування в хімічній промисловості використовують для:

1) приготування суспензій, емульсій;

2) отримання гомогенних систем (розчинення);

3) для інтенсифікації хімічних, теплових та дифузійних процесів.

Методи перемішування

Методи перемішування, вибір та апарати для його проведення визначають метою перемішування та агрегатним станом матеріалів, які перемішують. Поширено застосовують перемішування в рідкому середовищі.

Розрізняють:

1) механічний метод;

2) пневматичний метод;

3) перемішування в трубопроводах;

4) перемішування за допомогою насосів, сопел.

Найважливішими характеристиками перемішувальних пристроїв є: 1) ефективність перемішувального пристрою; 2) інтенсивність його дії.

Механічне перемішування здійснюють за допомогою мішалок введенням у середовище, що перемішується, механічної енергії від зовнішнього джерела.

Перемішування механічними мішалками полягає у зовнішньому завданні гідродинаміки – обтіканні тіл потоком рідини.

5.Теплопровідність

Теплопровідністю називають процес розповсюдження тепла внаслідок хаотичного руху мікрочастинок, які знаходяться безпосередньо в контакті між собою. Для газів і крапельних рідин – це рух самих молекул, для твердих тіл – коливання атомів в кристалічній решітці, для металів – дифузія вільних атомів. Для твердих тіл теплопровідність є основним видом передачі тепла.

Диференційне рівняння теплопровідності Процес розповсюдження тепла теплопровідністю можна описати математично диференційним рівнянням. Це рівняння отримують на основі закону збереження енергії, приймаючи, що тепло розповсюджується в тілі (середовищі), фізичні властивості якого теплоємність (С), густина (ρ), теплопровідність (λ) – не змінюються ні в часі, ні за напрямком. Для одержання цього рівняння виділено в тілі елементарний об’єм dV = dx dy dz у вигляді паралелепіпеда з ребрами dx, dy, dz

Це рівняння називається диференційним рівнянням теплопровідності Фур’є для невстановленого (нестаціонарного) процесу в нерухомому середовищі. Воно визначає температуру в будь-якій точці тіла, через яке тепло передається теплопровідністю.

6. Відстійник неперервної дії з гребковою мішалкою.

У відстійниках неперервної дії подавання суспензії, зливання проясненої рідини й видалення осаду здійснюють неперервно. У хімічній промисловості найпоширеніші одноярусні відстійники неперервної дії. Відстійник являє собою невисокий циліндрич- ний резервуар 1 з конічним днищем і кільцевим прямокутним жолобом 2 біля верхнього краю.

Відстійник неперервної дії: 1 – корпус; 2 – кільцевий жолоб; 3 – труба для подавання суспензії; 4 – електродвигун; 5 – патрубок для виведення проясненої рідини; 6 – лопаті з гребками; 7 – мішалка; 8 – розвантажувальний пристрій для осаду

У резервуарі вмонтована мішалка 7 із нахиленими лопатями, на яких закріплені гребки 6 для неперервного переміщення осадженого матеріалу до розвантажувального отвору 8. Згущена суспензія видаляється через розвантажувальний отвір за допомогою діафрагмового насоса. Вихідна суспензія безперервно подається зверху через трубу 3, а прояснена рідина переливається у кільцевий жолоб і виводиться через штуцер 5. Вал мішалки приводиться в обертання від електродвигуна 4 через редуктор. Кількість обертів мішалки становить від 0,015 до 0,5 об/хв., тобто мішалка обертається настільки повільно, що не порушує процесу осадження. У той самий час, гребки мішалки, переміщуючи осад до розвантажувального отвору, дещо згущують його, і тим самим сприяють ефективнішому зневоднюванню осадженого матеріалу.

Головним недоліком одноярусних гребкових відстійників є значна громіздкість.

7.Взаємне випромінювання двох твердих тіл.

Теплове випромінювання є процесом розповсюдження енергії у вигляді електромагнітних хвиль. Збудниками цих хвиль є електрично заряджені матеріальні частинки, які входять до складу речовини. Довжина хвиль теплового випромінювання знаходиться переважно у видимій частині спектра

Тверді тіла характеризуються суцільним спектром випромінювання і здатні випромінювати хвилі усіх довжин за будь-якої температури, однак інтенсивність випромінювання тим більша, чим вищою є температура.Теплопровідність твердих тіл з підвищенням температури здебільшого зростає.

Кількість тепла Qпр, що передається випромінюванням від більш нагрітого твердого тіла з температурою Т1, К до менш нагрітого тіла з температурою Т2, К, визначають за рівнянням

8.Схеми випарних установок. Багатокорпусна прямотечійна випарна установка

Схему трикорпусної вакуум-випарної установки, яка працює за прямотечійного руху гріючої пари та розчину, показано на рис. 4.2. Вихідний розчин, переважно підігрітий до температури кипіння, подається в перший корпус, який обігрівається первинною парою. Вторинна пара цього корпусу направляється як гріюча пара в другий корпус, де внаслідок пониженого тиску кипить за нижчої температури, ніж в першому. Внаслідок нижчого тиску у другому корпусі розчин самопливом переміщається з першого корпусу в другий, в якому охолоджується до температури кипіння. За рахунок виділення при цьому тепла додатково утворюється деяка кількість вторинної пари (явище самовипаровування розчину).

Випарений розчин з другого корпусу подається в третій, який обігрівається вторинною парою другого корпусу. Вторинна пара з останнього корпусу відводиться в барометричний конденсатор, в якому під час конденсації пари створюється необхідне розрідження. Повітря і несконденсовані гази, які потрапляють в установку з парою і охолоджувальною водою, відсмоктуються через бризковловлювач вакуум-насоса. Необхідною умовою передачі тепла в кожному корпусі є різниця температур, яка визначається різницею між температурою гріючої пари і температурою кипіння розчину. Разом з цим, тиск вторинної пари в кожному попередньому корпусі повинен бути більший, ніж в наступному.

9. Закон Фурє Основним законом передачі тепла теплопровідністю є закон Фурє, згідно з яким кількість тепла dQ, що передається за рахунок теплопровідності через елемент пoверхні dF, перпендикулярний до теплового потоку, за час dτ, прямо пропорційна до температурного градієнта дt/дn, до поверхні dF і до часу dτ: dQ= -λ* дt/дn*dF*dτ

Або густина теплового потоку q=Q/(F*τ)= -λ* дt/дn

Знак мінус перед правою частиною рівнянь вказує на те, що тепло рухається в бік зменшення температури.

Коефіцієнт пропорційності λ – коефіцієнт теплопровідності. Показує яка кількість тепла проходить внаслідок теплопровідності за одиницю часу через одиницю поверхні теплообміну у разі зменшення температури на один градус на одиницю довжини нормалі до ізотермічної поверхні. Залежить від природи речовини, структури, температури, тиску. Для газів λ підвищується із зростання температури і мало залежить від тиску, для рідин із підвищенням температури зменшується.

10.Очищення газів фільтруванням

фільтрування газу відбувається пропусканням його через пористі перегородки, які затримують зважені в газі частинки. Для тонкого очищення запиленого газу використовують тканинний фільтр. Фільтрування полягає в пропусканні запиленого газу, що містить зважені тверді частинки, через пористі перегородки, які пропускають газ і затримують на своїй поверхні тверді частинки. При фільтруванні газу на ступінь очищення вирішальний вплив має характеристика фільтрувальної перегородки, її питоме навантаження, тобто кількість газу, яка проходить через 1м2 фільтрувальної тканини за хвилину.

11. Критеріальне рівняння конвективного теплообиміну.

Узагальнене критеріальне рівняння конвективного теплообміну виражають функцією

12. Будова та робота випарного апарату з природною циркуляцією.

Однокорпусна випарна установка має один випарний апарат (корпус). Схему такого випарного апарата з природною циркуляцією розчину (з внутрішньою центральною циркуляційною трубою) Апарат містить теплообмінний пристрій – нагрівальну (гріючу) камеру 1 та сепаратор 2, об’єднані в одному апараті. Існують конструкції з винесеною камерою і з’єднаною з сепаратором трубами (див. далі). Камера обігрівається здебільшого водяною насиченою парою, що надходить у її міжтрубний простір. Конденсат відводять знизу камери. Піднімаючись трубами 3, випарюваний розчин нагрівається і кипить з утворенням вторинної пари. Відділення пари від рідини відбувається в сепараторі 2. Вивільнена від крапель вторинна пара видаляється з верхньої частини сепаратора. Частина рідини опускається циркуляційною трубою 2 під нижню трубну решітку гріючої камери. Внаслідок різниці густин розчину в трубі 2 та парорідинної емульсії в трубах 3 рідина циркулює замкненим контуром. Випарений розчин видаляється через штуцер в днищі апарата.

У разі проведення процесу випарювання під вакуумом вторинну пару відсмоктують в конденсатор парів, з’єднаний з вакуум-насосом.

13. Закон тепловіддачі.

Закон тепловіддачі (законом охолодження) Ньютона – Ріхмана:

Згідно з цим законом кількість тепла dQ, що передається за час d від поверхні стінки dF з температурою tст до рідини з температурою tр, чи навпаки, від рідини до стінки, прямо пропорційна до поверхні dF і до різниці температур tст – tр або tр – tст.

де α– коефіцієнт пропорційності, який називають коефіцієнтом тепловіддачі. Величина характеризує інтенсивність перенесення тепла між поверхнею тіла і оточуючим середовищем. Коефіцієнт тепловіддачі показує, яка кількість тепла передається від 1 м2 поверхні стінки до рідини (або від рідини до стінки) за 1 с за різниці температур між стінкою і рідиною в 1 градус.

15.Відстійні центрифуги

У центрифугах із суцільними стінками здійснюють відстійне центрифугування, тобто відстоювання, яке відбувається під дією відцентрових сил. У обертовому потоці на зважену частинку діє відцентрова сила, внаслідок чого вона рухається до периферії від центра вздовж радіуса зі швидкістю, яка дорівнює швидкості осадження w (рис. 1.27). Одночасно частинка рухається разом із потоком з окружною швидкістю wr. За деякою траєкторією з результуючою швидкістю wp частинка досягає стінки (точка k), тобто осаджується.

У полі дії відцентрових сил швидкість осадження також залежатиме від густини ρ1 і розмірів частинки d, густини рідини ρ та її в’язкості µ. Однак замість сили тяжіння на частинку діє відцентрова сила, тому є підстава в останню залежність замість прискорення сили тяжіння g ввести прискорення відцентрової сили ω2 r:

16. Температурне поле і температурний градієнт

Передача тепла теплопровідністю пов’язана з наявністю різниці температур тіла. Сукупність значень температур у даний момент часу для всіх точок середовища, яке розглядається, називається температурним полем. В найзагальнішому випадку температура у даній точці t залежить від координат точки (х, у, z) і змінюється в часі τ, тобто температурне поле виражається функцією тобто поле є нестаціонарним, або невстановленим

Якщо температура тіла не змінюється в часі, то таке температурне поле називається стаціонарним, або встановленим.

Похідна температури по нормалі до ізотермічної поверхні називається температурним градієнтом. Цей градієнт є вектором, напрям якого вказує на підвищення температури. Значення температурного градієнта визначає найбільшу швидкість зміни температури в даній точці температурного поля.

17.Потужність,яка витрачається механічними мішалками

Для розрахунку потужності мішалок застосовують модифіковані критерії Ейлера Euм, Рейнольдса Reм, і Фруда Frм.

18.Нагріваючі агенти і методи нагрівання

Для нагрівання використовують переважно насичену водяну пару за тисків 1,0–1,2 МПа (10– 12 ат). Використання водяної пари більш високого тиску вимагає складної та дорогої апаратури, що економічно не вигідно. Відповідно до тисків 1,0–1,2 МПа нагрівання насиченою водяною

парою обмежується температурою ~180 С. Під час нагрівання пара конденсується, виділяючи велику кількість тепла за невеликої витрати пари.

Однак використання насиченої водяної пари як нагрівального агента має недолік: із збільшенням температури відбувається значне зростання тиску, тому нагрівання насиченою водяною парою обмежене температурою 180–190 С (10–12 ат). Проведення процесу за високих тисків вимагає забезпечення товстостінною та дорогою апаратурою, а також відповідними комунікаціями та арматурою.

В хімічній промисловості найпоширенішим є нагрівання глухою парою, що передає тепло через стінку теплообмінного апарата.

Під час нагрівання “гострою парою” в рідину, що нагрівається, водяна пара вводиться безпосередньо, і під час конденсації, віддаючи тепло рідині, змішується з нею.

Порівняно з нагріванням водяною насиченою парою нагрівання гарячою водою має певні недоліки. Коефіцієнти тепловіддачі від гарячої води, як і від іншої рідини, нижчі за коефіцієнти тепловіддачі від водяної насиченої пари. Під час нагрівання гарячою водою знижується температура вздовж поверхні теплообміну, що погіршує рівномірність нагрівання.

Особливістю нагрівання димовими газами є жорсткі умови процесу нагрівання (неприпустимі для багатьох продуктів), значні перепади температур і невеликі коефіцієнти

тепловіддачі (35–60 Вт/м² град) від газу до стінок апарата. Великі температурні перепади під час такого нагрівання сприяють досягненню високих теплових навантажень. Найістотнішими недоліками цього методу є: нерівномірність нагрівання, можливість забруднення продуктами неповного згоряння палива, перегрівання матеріалу, який нагрівається, вогненебезпечність тощо.

Нагрівання високотемпературними теплоносіями. Суть цього методу полягає в тому, що такі теплоносії спочатку нагріваються димовими газами і передають одержане тепло матеріалам, які підлягають нагріванню.

19. Випарювання. Матеріальний баланс випарника.

Випарюванням називають процес концентрування рідких розчинів нелетких або малолетких речовин з рідких летких розчинників під час їхнього кипіння. Випарюванню піддають розчини твердих речовин (водні розчини лугів, солей тощо), а також висококиплячі рідини, для яких за температури випарювання характерними є малі тиски пари, – деякі мінеральні та органічні кислоти, багатоатомні спирти тощо.

Пара, яка утворюється під час випарювання киплячого розчину, називається вторинною. Процеси випарювання проводять під вакуумом за підвищеного або атмосферного тисків. Тепло, необхідне для випарювання розчину, підводять або через стінку, що відділяє теплоносій від розчину, або безпосередньо введенням його в розчин, який випарюється. Перевагою випарювання під вакуумом є можливість здійснювати процес за нижчих температур, що є важливим у разі концентрування розчинів термочутливих речовин.

Під час випарювання під тиском, більшим, ніж атмосферний, зростає температура кипіння, що дає можливість використовувати вторинну пару. Тому цей метод застосовують для випарювання термічно стійких продуктів, а теплоносії повинні бути з вищою температурою. Для здійснення випарювання під атмосферним тиском вторинну пару не використовують. Такий спосіб є найпростішим, але не економічним.

За режимом проведення процесу розрізняють періодичне і безперервне випарювання. Періодичне випарювання застосовують у малотоннажних виробництвах, коли необхідно одержати розчини з високими концентраціями, а також, коли випарювання супроводжується іншими технологічними процесами, що відбуваються в цьому самому апараті (наприклад, кристалізацією). За безперервного випарювання процес є встановленим в часі, тобто в установку в постійній кількості надходять початковий розчин і нагрівальна пара, а з установки також безперервно і в постійній кількості відводяться концентрований розчин (кінцевий продукт), вторинна пара і конденсат нагрівальної пари.

Матеріальний баланс однокорпусної випарної установки На випарювання надходить Gпоч кг/с вихідного розчину з концентрацією bпоч. мас. % і видаляється Gк кг/с випареного розчину з концентрацією bк. мас. % (рис. 4.1). Якщо в апараті випарюється W кг/с розчинника (води), то загальний матеріальний баланс апарата Gпоч = Gк + W.

20.Переваги нагріванням насиченою водяною парою

Широке застосування процесів з нагріванням насиченою водяною парою обумовлено:

великою кількістю тепла, яке виділяється під час конденсації пари (2,26 106Дж/кг) за тиску 0,1 МПа;

високим коефіцієнтом тепловіддачі від пари до стінки (4640– 17400 Вт/(м2 град);

рівномірністю нагрівання, оскільки конденсація відбувається за постійної температури;

високим ККД нагрівальних парових пристроїв; доступністю;

пожежобезпечністю.

1.Які сили діють на частинку, яка осідає в нерухомому середовищі і як вони визначаються?

У відстійній камері твердих зважених у газі частинок проходить внаслідок їх вільного падіння під впливом сил тяжіння.

2.Як впливає ступінь стиснення газів на продуктивність компресора

Ступінь стиснення за якого об’ємний коефіцієнт компресора дорівнює нулеві, називається границею стиснення. За граничного ступеня стиснення газ, що знаходиться у “мертвому просторі”, розширяється і займає весь об’єм циліндра. Всмоктування газу в циліндр припиняється і продуктивність компресора дорівнює нулеві.

3.Основні характеристики руху рідини

Стаціонарний і нестаціонарний режими руху потоків

Рух рідини є стаціонарним (встановленим), якщо швидкість частин потоку, а також усі інші чинники, що на нього впливають, не змінюються в часі в кожній фіксованій точці простору, через яку проходить рідина. У разі нестаціонарного режиму чинники, що впливають на рух рідини, змінюються в часі.

Режими руху рідин. Струмини рідин можуть рухатися паралельними траєкторіями. Такий рух називають струминним, або ламінарним. Якщо швидкість в трубі збільшити вище від певної границі, то струмини набувають хвильового руху, а потім розмиваються, змішуючись з основною масою потоку. Це пояснюється тим, що окремі частини рідини рухаються вже не паралельно одна до другої і до осі труби, а переміщаються в поперечному напрямку. Такий рух рідини називають турбулентним. Рейнольдс встановив комплекс, числове значення якого дає змогу говорити про режим руху рідини і носить назву критерію Рейнольдса (Re), який є мірою співвідношення між силами в’язкості і інерції в рухомому потоці.

4. Фізичні властивості рідини.

Фізичні властивості рідин Густина. Маса одиниці об’єму рідини ƍ=m/v (кг/м3) Для крапельних рідин не залефить від тиску і зовсім незначно залежить від температури.Питома вага. Вага одиниці об’єму рідини ϒ=G/V (H/м3) ϒ=ƍ*g. Густина і питома вага крапельних рідин більші, ніж газів.
Тиск. Cила, яка діє на одиницю поверхні Р=F/S (Па) Атмосферний тиск вимірюється барометром. Тиск який більший від атмосферного називається надлишковим, вимірюється манометром.Манометр показує на скільки тиск у системі більший ніж атмосферний P=Pабс.=Рбар.+Рман.=Ратм.+Рнадл.. Тиск, який менший від атмосферного назив. Розрідженням або вакуум, вимірюється вакууметром P=Pабс.=Рбар.-Рвак.=Ратм.-Рвак.
В’язкість. Властивість рідини чинити опір, зусилля, які зумовлюють взаємне переміщення її шарів. Є динамічний (µ, Па*с) і кінематичний (Ʋ, м2/c) коефіцієнти вязкості. Для крапельних рідин при збілш. Т, зменш. µ, а для пружних µ збільш.
Поверхневий натяг. Робота, яку необхідно виконати, щоб створити одиницю нової поверхні σ (дж/м2).

5. Напір насосу(поршневого і відцентрового)

Повний напір насоса пропорційний до різниці тисків в нагнітальній і всмоктувальній лініях:

Напір відцентрового насоса пропорційний до квадрата колової швидкості:

6. Витрата рідини при ламінарному режимі

Рівняння Пуазейля, яке визначає витрату рідини під час її ламінарного руху по круглій прямій трубі.

7. Об’ємне к.к.д поршневого компресора.

Відношення об’єму газу, що всмоктує компресор до робочого об’єму циліндра, називається об’ємним коефіцієнтом компресора:

8. Основне рівняння гідростатики

Рівняння (3.14) і (3.15) називають основними рівняннями гідростатики, згідно з яким для кожної точки рідини в стані спокою сума нівелірної висоти і статичного напору є сталою величиною.

9. Розрахункові параметри поршневого насосу.

Теоретична продуктивність насоса простої дії дорівнює:

Теоретична продуктивність насоса подвійної дії:

Дійсна продуктивність поршневого насоса:

10. Що таке компресор? Його будова та робота.

Машини, призначені для переміщення і стиснення газів називають компресорними машинами. За принципом дії компресорні машини поділяють на поршневі, ротаційні, відцентрові та осьові. У поршневих машинах стиснення газу відбувається в результаті зменшення об’єму, в якому знаходиться газ, під час зворотно-поступального руху поршня. Стиснення газу в ротаційних машинах обумовлене зменшенням об’єму, в якому знаходиться газ, під час обертання ексцентрично розміщеного ротора. У відцентрових машинах енергія передається потокові газу силовою дією лопатей робочого колеса, в результаті чого відбувається стиснення і підвищення кінетичної енергії газу. Ця енергія перетворюється в тиск у нерухомих елементах машини. В осьових машинах газ стискається за рахунок пристрою типу “гвинта”.

11. При яких умовах шар дисперсного матеріалу починає «кипіти»

Киплячий шар. Коли швидкість руху газу (або рідини) досягає деякого критичного значення, шар матеріалу перестає бути нерухомим, його пористість і висота починають зростати, шар набуває текучості і переходить у киплячий (псевдозріджений ) стан. Тверді частинки інтенсивно переміщуються в потоці в різних напрямках - весь шар нагадує киплячу рідину. Швидкість, при якій порушується стаціонарність шару і він починає переходити в псевдозріджений стан, називають першою критичною швидкістю або швидкістю псевдозрідження. Початком псевдозрідження вважається момент, коли сили гідравлічного опору шару зрівноважаться з вагою усіх частин останнього.

12. Для чого використовують багатоступінчате стиснення

Багатоступінчасте стиснення використовують для отримання високих тисків газу. Процес багатоступінчастого стиснення здійснюють у багатоступінчастих компресорах, у яких газ проходить ряд ступенів, поступово стискаючись до кінцевого тиску. Між ступенями газ

охолоджують у проміжних холодильниках. Об’єм циліндрів поступово зменшується від першого до останнього ступеня.

13. Що таке частка мертвого простору компресора

Рівняння Бернулі для ідеальної рідини

Розв’язок рівняння руху Ейлера для встановленого потоку приводить до одного із найбільш важливих рівнянь гідродинаміки, що широко використовується в практиці, – рівняння Бернуллі. – для ідеальної рідини; - статичний напір, - динамічний напір, z – нівелірна висота. Це р-ня називають повним гідродинамічним напором. Під час стаціонарного режиму руху ідеальної рідини сума швидкісного і статичного напорів та нівелірної висоти дорівнює гідродинамічному напору і не змінюється при переході від одного поперечного перерізу до другого.

Сума потенціальної і кінетичної енергії для кожного перерізу потоку є величина стала.

Отже, рівняння Бернуллі є частковим випадком закону збереження енергії і виражає енергетичний баланс потоку.

Рівняння Бернулі для реальної рідини

Під час руху реальної рідини починають діяти сили внутрішнього тертя, зумовлені в’язкістю рідини і режимом її руху, а також сили тертя рідини до стінок труби. На подоланн гідравлічного опору використовується деяка частина енергії потоку. Тому загальна к-сть енергії потоку по довжині трубупроводу буде постійно зменшуватися внаслідок переходу потенціальної енергії у втрачену енергію, яка витрачається на тертя і розсіюється у вигляді тепла довкілля. - для реальних рідин, де – характеризує питому енергію потоку, що витрачається на подолання гідравлічного опору під час руху реальної рідини.

Що вивчає гідростатика? Основний закон гідростатики.

Гідростатика вивчає рівновагу рідин, що знаходяться в стані відносного спокою, за якого в рухомій рідині її частини не переміщаються одна відносно одної. При цьому сили внутрішнього тертя відсутні, що дає змогу вважати рідину ідеальною.

Виходячи з диференційного рівняння рівноваги Ейлера для рідини, що знаходиться в стані спокою, тиск змінюється тільки вздовж осі z, залишаючись однаковим в довільній горизонтальній площині. - основне рівняння гідростатики. . Основними рівняннями гідростатики - для кожної точки рідини в стані спокою сума нівелірної висоти і статичного напору є сталою величиною.

Геометричний напір характеризує питому енергію положення даної точки, а статичний напір – енергію тиску.

Основне рівняння гідростатики є частковим випадком закону збереження енергії: питома потенціальна енергія в усіх точках рідини, яка знаходиться в стані спокою, є сталою величиною: . Цей вираз носить назву закону Паскаля, згідно з яким тиск, що створюється в будь-якій точці рідини в стані спокою, передається однаково усім точкам її об’єму.

Індикаторна діаграма реального компресора.

Для контролю роботи поршневих компресорів знімається індикаторна діаграма, яка являє собою залежність між тиском Р і об’ємом газу V, який всмоктується і нагнітається компресором за один подвійний хід поршня.

Точка D відповідає крайньому лівому положенню поршня, який в реальному компресорі ніколи не підходить впритул до кришки циліндра. Простір між кришкою і поршнем в лівому крайньому положенні називається “мертвим простором”, який виражають в частках робочого об’єму Vп циліндра, що дорівнює εV, де ε – відношення об’єму мертвого простору до об’єму, який описує поршень. Значення ε в середньому дорівнює 0,025–0,06.

“Мертвий простір” зменшує продуктивність компресора, однак його наявність істотно не впливає на втрати енергії. Газ у “мертвому просторі” стиснений до тиску р2 в нагнітальному трубопроводі. Абсциса точки D відповідає об’єму “мертвого простору” εVп , а ордината – тиску р2. Під час руху поршня з лівого крайнього положення вправо починається розширення газу у “мертвому просторі”. Цей процес (лінія DA) супроводжується збільшенням об’єму і зменшенням тиску газу і зупиняється тоді, коли тиск р0 в циліндрі компресора стане дещо меншим від тиску р1 у всмоктувальній лінії.

В положенні поршня (точка А) під дією різниці тисків р1 – р0 відкривається всмоктувальний клапан і газ поступає в компресор. Всмоктування (лінія АВ) продовжується до досягнення поршнем правого крайнього положення (точка В). Об’єм всмоктувального газу Vвс пропорційний

до відрізка АВ і може бути виражений в частках робочого об’єму циліндра , де – об’ємний коефіцієнт компресора. Під час руху поршня із крайнього положення в ліве всмоктувальний клапан закривається і починається політропне стиснення газу (лінія ВС) до тиску, дещо більшого за тиск р2 в нагнітальному трубопроводі, за якого (в точці С) відкривається нагнітальний клапан. Нагнітання відбувається по лінії СD, величина якої пропорційна до об’єму нагнітального газу.

Що вивчає гідродинаміка?

Рушійною силою під час руху рідин є різниця тисків, яка створюється за допомогою насосів, компресорів, внаслідок різниці рівнів або густин рідин.

Знання законів гідродинаміки дає змогу розрахувати різницю тисків, необхідну для переміщення даної кількості рідини з необхідною швидкістю, тобто знайти витрати енергії на її переміщення, або навпаки, – знайти швидкість руху рідини для відомого перепаду тисків.

Існує внутрішня і зовнішня задача гідродинаміки. Внутрішня задача пов’язана з аналізом переміщення рідини всередині труб і каналів. Зовнішня задача пов’язана з вивченням закономірностей обтікання рідинами різних тіл. Під час руху потоку через зернисті шари має місце змішана задача. В такому випадку потік рухається як через канали, так і омиває окремі частини.

Що таке коефіцієнт подачі і як він впливає на продуктивність компресора.

Коефіцієнт подачі являє собою відношення об’єму газу V, що поступає в нагнітальний трубопровід до об’єму Vп, який описується поршнем.

Коефіцієнт подачі враховує усі втрати продуктивності компресора, які відображені і не відображені на індикаторній діаграмі. До перших відносяться втрати, пов’язані із зменшенням корисного об’єму циліндра під час розширення газу, що знаходиться у “мертвому просторі”. Ці втрати враховуються величиною . До інших відносяться втрати продуктивності за рахунок нещільностей в поршневих кільцях, клапанах, сальниках, а також за рахунок розширення всмоктувального газу під час контакту його з гарячими стінками циліндра та у разі змішування з нагрітими газами “мертвого простору”. Вказані втрати враховуються коефіцієнтом герметичності і термічним коефіцієнтом , відповідно К- коефіцієнт подачі може бути визначений як добуток трьох коефіцієнтів:

Фізичні властивості рідин

Густина. Маса одиниці об’єму рідини називається густиною і позначається через . В

системі СІ густина вимірюється в кг/м3:

Питома вага. Вага одиниці об’єму рідини називається питомою вагою і позначається через g: . Густина і питома вага крапельних рідин більші, ніж газів, і значно змінюються під дією тиску і температури.

Тиск. Рідина створює тиск на дно і стінки посудини, в якій вона знаходиться, і на поверхню будь-якого тіла, що в ній знаходиться. Сила, яка діє на елементарну поверхню, що знаходиться в рідині, носить назву сили гідростатичного тиску. Тиск можна розглядати і як силу, що діє на одиницю поверхні. Тиск в системі СІ виражається в Н/м². Між тиском, вираженим в Н/м² і в одиницях висоти стовпа рідини, існує просте співвідношення: P=rgh=Па=мм.рт.ст.=мм.вод.ст.=атм.

Прилади, які використовують для вимірювання тиску (манометри або вакууметри), показують не абсолютне значення тиску в замкнутому об’ємі , а різницю між абсолютним тиском і атмосферним (барометричним тиском). Ця різниця носить назву надлишкового тиску , якщо тиск в об’ємі більший за атмосферний. Отже

. Якщо тиск в системі менший за атмосферний, то

В’язкість. Властивість рідини чинити опір зусиллям, що спричиняють відносне переміщення її частин, називають в’язкістю.

На рис. 3.1 зображені два паралельні шари площею S, які рухаються зі швидкістю (w+ Dw), більшою, ніж швидкість шару, який розміщений нижче на нескінченно малу величину ( Dw). Cила Т пропорційна до площі шарів S, які контактують між собою

. Сила опору, яка виникає всередині рідини, дорівнює прикладеній силі Т і направлена в

протилежний бік. Відношення цієї сили до поверхні позначають через t і називають напруженням внутрішнього тертя, або дотичним напруженням - закон внутрішнього тертя, яке виникає між шарами рідини під час її руху. Коефіцієнт пропорційності m в рівняннях називається динамічним коефіцієнтом в’язкості, або динамічною в’язкістю.
Інколи в’язкість рідин характеризують кінематичним коефіцієнтом в’язкості: . В’язкість рідин сильно зменшується із підвищенням температури, а в’язкість газів з ростом температури підвищується.

Значення в’язкості крапельних рідин і газів наводяться у довідниковій літературі або можуть бути розраховані для чистих речовин.

Поверхневий натяг. Поверхневий натяг — фізичне явище, суть якого полягає в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об'ємі. Завдяки силам поверхневого натягу краплі рідини приймають максимально близьку до сферичної форми, виникає капілярний ефект. Для створення нової поверхні, необхідно затратити енергію. Роботу, яка витрачається для створення одиниці нової поверхні, називають міжфазним, або поверхневим натягом і позначають через s . В системі СІ має розмірність . Поверхневий натяг зменшується із збільшенням температури.

Пилоосадженнні камери. Камера 1 є спорудою здебільшого прямокутної форми, всередині якої розиіщенні горизонтальні перегородки2. Частинки пилу осаджуються на перегородках під час руху газу каналами, утвореними перегородками.відстань між поличками незначна і становить 0,1-0,4м. наявність перегороодок дає смогу збільшити поверху осадження.швидкість потоку газу в камері повинна бути такою,щоб частинки за час перебування в апараті могли осадитися, приблизно швмдкість = 1-1,5м/с.після прогодження каналами між перегородками газ обгинає вертикальну відбивну перегородку 3 і виводиться з камери. Пил із перегородки видаляється вручну спеціальними скребачками через дверцята4. Для неперервності очистки газу ккамера складпється з 2 секцій. Пилоосаджувальні камери прості у виготовленні, мають невеликий гідравлічний опір (50-100Па), однак ефективність очистки в них низька (40-50%). Тому такі апарати здебільшого використовують як перший ступінь очистки.

Пиловловлювачі( інерційні пиловловлювачі, а) з вертикальною перегородкою, б) з центральною трубою, в) з бічним патрубком, г) з горизонтальними елементами.) Принцип дії пиловловлювачів грунтується на використанні інерційних сил. Якщо в апараті в напрямку руху газу встановити першкоду, то газовий потік обгинає її, а тверді частинки за інерцією зберігають напрямок руху. Наштовхуючись на перешкоду, частинки втрачають швидкість і випадають з потоку. Інерційні апарати здатні вловлювати частинки за розмірами більшими ніж 25-30 мкм, ступінь очистки становить 60-70 %. Інерційні апарати використовуються, переважно для попередньої груюої очистки газів у хімічній промисловості та кольоровій металургії, очистки пічних газів у сірчанокислому виробництві.

Рівняння нерозривності потоку становимо загальну залежність між швидкостями в потоці рідини, для якої дотримується умова суцільності, або нерозривності руху, тобто не утворюється пусток, не заповнених рідиною. Виділимо усередині потоку елементарний паралелепіпед об'ємом dV = dxdxdz, ребра якого орієнтовані паралельно осям координат.

Рівняння є диференціальним рівнянням нерозривності потоку для несталого руху рідини, що стискається.

У сталому потоці густина не змінюється в часі, тобто = 0, і рівняння набуває вигляду:

Якщо ρω S = const або, то дані рівняння є рівнянням нерозривності (суцільності) потоку в його інтегральній формі для сталого руху. Це рівняння називається також рівнянням постійності витрати. Згідно рівнянню постійності витрати, при сталому русі рідини, що повністю заповнює трубопровід, через кожний його поперечний переріз проходить в одиницю часу одна і та ж сама маса рідини.

Продуктивність і характеристика поршневого насосу. Всмоктування й нагнітання рідини в поршневому насосі простої дії відбувається нерівномірно: за два ходи поршня рідина один раз всмоктується і один раз нагнітається.

За кількістю всмоктувань або нагнітань, які здійснюються за один оберт кривошипу, або за два ходи поршня, поршневі насоси поділяться на:- насоси простої дії;- насоси подвійної дії;- диференціальні насоси. За розташуванням поршня розрізняють вертикальні й горизонтальні поршневі насоси.

Рис. 51. Схема горизонтального насосу простої дії:

1 – всмоктувальний клапан; 2 – робоча камера; 3 - нагнітальний клапан; 4 – поршень; 5 – циліндр; 6 – шток; 7 - крейцкопф; 8 – шатун; 9 – маховик; такий насос має газву насоса простої дії. В ньому 2 ходи відбуаається одне всмоктування одне нагнітання, що спричиняє нерівномірність подачі.

Теоретична продуктивність насоса простої дії дорівнює

, де F - площа перерізу поршня; S - довжина ходу поршня; n-кількість обертів.

для насосу подвійної дії:

де - площа перерізу штоку.

Дійсна продуктивність поршневих насосів визначається за формулою:

,Значення коефіцієнту корисної дії h_v=0,85-0,99.

Розрахунок висоти всмоктувального насосу.

Всмоктування рідин насосом відбувається під дією перепадів тисків у приймальній ємності Р0 і в насосі Рвс або під дією різниці напорів:

висота всмоктування . під час перекачання гарячих рідин насос встановлюється нижче рівня рідини, щоб створити певний тиск на лінії всмоктування не може бути більшою від висоти стовпа рідини, який = атмосферному тискові і залежить від місця розміщення насоса.

Послідовна і паралельна робота відцентрових насосів

На практиці використовують паралельне й послідовне з’єднання насосів. У випадку, якщо продуктивності одного насосу не вистачає, то вмикають в роботу два насоси, які з'єднують паралельно. Графічна залежність сумарної характеристики при паралельному з’єднанні насосів залежить від крутизни характеристики мережі. Для пологої характеристики мережі паралельне включення насосу більш ефективне, ніж для крутої характеристики мережі. Для збільшення напору відцентрові насоси вмикають послідовно. І у цьому разі графічна залежність сумарної характеристики насосу залежить від крутизни характеристики мережі. Більший ефект досягається для крутої характеристики мережі і менший - для пологої.


. Паралельна робота насосів на мережу	Послідовна робота насосів на мережу

Відцентрові насоси невеликої і середньої продуктивності мають к.к.д. на 10-15 % нижчі за поршневі.

Розрахунок середньої швидкості руху рідини під час ламінарного режиму.

З рівняння Пуазейля, яке визначає витрату рідини під час її ламінарного руху по круглій прямій трубі, знайдемо середню швидкість діленням витрати на площу
.
або зі співвідношення між середньою швидкість та максимальною при ламінарному русі:

Робота насоса на трубопровід

Характеристика насоса задається або графічно, або у вигляді таблиці. Для визначення з якими робочими параметрами ( , , ) будуть спільно працювати заданий насос та заданий трубопровід будують характеристику насоса та трубопроводу та знаходять робочу точку.

1 – характеристика насоса; 2 – характеристика трубопроводу; 3 – залежність ; А – робоча точка.

Характеристики відцентрових насосів

Відцентрові насоси, що випускаються промисловістю, характеризуються продуктивністю (об’ємною витратою) та напором, що створює насос при цій продуктивності. Якщо для об’ємних насосів ці дві характеристики не були зв’язані між собою – об’ємна витрата визначалась геометрією насосу, а напір – міцністю конструкції, то у відцентрових насосів це взаємопов’язані величини.

Потужність на валу насосу розраховується по тим самим формулам, що і потужність об’ємних насосів:

де Gv – об’ємна витрата насосу, м3/г, -- повний коефіцієнт корисної дії ( переважно 0,6 – 0,8).

Теоретично залежність між G_v, H, N_e та n відображають наступні рівняння:

Ці формули показують, що продуктивність насосу змінюється пропорційно зміні кількості обертів двигуна, напір змінюється пропорційно квадрату зміни обертів, а потужність – кубу. Так якщо оберти двигуна на одному і тому ж насосі збільшити в 2 рази, то продуктивність збільшиться в 2 рази, напір насосу збільшиться в 4 рази а потужність двигуна – 8 раз.

Дані відношення є лише орієнтовні. Практично такої строгої залежності немає. Крім того, зміна будь-якого параметра приводить до зміни к.к.д. Тому всі ці залежності краще визначати дослідним шляхом.

Залежність між напором H , потужністю Ne , к.к.д. насосу від йього продуктивності Gv при постійному числу обертів валу виражається графічно і називається характеристиками насосу.

Знаючи характеристики насосу можна вибрати найбільш сприятливі режими його роботи в умовах експлуатації. Приклад характеристик реального відцентрового насосу приведено на рис. 4/3.9.

Якщо на одній діаграмі приведені характеристики насосу отримані для ряду обертів валу, то така діаграма називається універсальною характеристикою насосу.

Універсальна характеристика дозволяє легко встановити межі оптимального використання відцентрового насосу, регулювати цих оптимальних межах витрату та напір насосу за рахунок зміни обертів валу.

Закони пропорційності для відцентрових насосів

Закони пропорційності розповсюджуються на геометрично подібні лопатеві машини. Геометрично подібними лопатевими машинами називаються такі, в яких усі відповідні розміри знаходяться в однакових співвідношеннях. Продуктивність, напір і потужність (Q, H, N) відцентрових машин залежать від числа обертів робочого колеса п. При зміні числа обертів змінюються його продуктивність Q, напір H та потужність, що споживається, N.

Між названими величинами виявлені такі співвідношення:

- продуктивність відцентрового насосу прямопропорційна числу обертів робочого колеса

;

- напір відцентрового насосу прямопропорційний квадрату числа обертів робочого колеса

;

- потужність прямопропорційна добутку подачі на напір, тому

Визначення потужності двигуна насосу

Вихідними даними для визначення необхідної потужності насоса й двигуна є подача Q , м3 /з і напір Н, м.

Потужність на валу насоса N, кВт визначають за формулою

N =

де Qр - розрахункова подача насоса, м3 /з;

Нр - розрахунковий напір, створюваний насосом, м;

r - щільність переміщуваної рідини, кг/м3;

g - прискорення сили ваги, м/с2;

hподр - ККД насоса на розрахунковому режимі.

Потужність двигуна насоса N дв, кВт, прийняту більше потужності насоса на випадок перевантажень від неврахованих умов роботи, визначають за формулою

Nдв = (де hпер - ККД передачі при з'єднанні двигуна і насоса за допомогою еластичної муфти hпер = 1,0;

К - коефіцієнт запасу потужності на перевантаження електродвигуна, прийнятий залежно від потужності насоса.

Практичне застосування основного рівняння гідростатики

Маємо, наприклад, дві посудини заповнені рідиною густиною ρ. Хай точка порівняння проходить через т. А. Якщо рахувати, що т. А належить лівій посудині, то згідно рівняння Паскаля, тиск в даній точці P = P_атм + ρg Z . Якщо рахувати, що т. А належить правій посудині, то P = P_атм + ρg Z

При рівновазі для кожної точки тиск однаковий в любому напрямі. Отже

P_атм + ρg Z = P_атм + ρg Z або Z = Z

Аналогічний висновок можна зробити для двох закритих посудин, в яких тиск над вільною поверхнею однаковий.

Таким чином, у відкритих чи закритих сполучених посудинах, які знаходяться під однаковим тиском, заповнених однорідною рідиною, рівні їх знаходяться на одній висоті незалежно від форми і поперечного перерізу посудини.

Цей принцип використовується для вимірювання рівня рідини в закритих апаратах з допомогою водомірного скла.

Якщо сполучені посудини заповнені двома незмішуючими рідинами, які мають густини ρ₁ і ρ₂, то аналогічно попередньому одержимо

ρ₁ Z = ρ₂ Z або =

Звідси видно, що в сполучених посудинах висоти рівнів різнорідних рідин над поверхнею їх розподілу обернено пропорційні густинам цих рідин.

Якщо посудини заповнені однією рідиною з густиною ρ, але тиски над рівнями рідини в них різні і дорівнюють Р^/ і Р^//, то

Р^/ + ρg Z = Р^// + ρg Z

Звідки різниця рівнів рідини в сполучених посудинах дорівнюватиме:

Z - Z =

Це рівняння застосовується для вимірювання тисків або різниці тисків між різними точками за допомогою диференційних u-подібних манометрів.

Використовуючи рівняння Пуазейля вимірюють кількість рідини в підземних резервуарах, визначають висоту гідравлічного затвору у різних апаратах .

На використанні основного рівняння гідростатики заснована робота гідравлічних машин, наприклад гідравлічних пресів, які застосовуються в хімічній промисловості для пресування і брикетування різних матеріалів.

Класифікація основних процесів

1. Гідромеханічні процеси, швидкість яких визначається законами гідродинаміки—науки про рух рідин і газів. До цих процесів відносяться переміщення рідин, стиснення і переміщення газів, розділення рідких і газових неоднорідних систем у полі сил тяжіння (відстоювання), в полі відцентрових сил (центрифугування) а також під дією різниці тисків при русі через пористий шар (фільтрування) і перемішування рідин.

2. Теплові процеси, які протікають зі швидкістю, що визначається законами теплопередачі—науки про способи поширення тепла. Такими процесами є нагрівання, охолодження, випарювання і конденсація парів. До теплових процесів можуть бути віднесені і процеси охолодження до температур більш низьких ніж температура зовнішнього середовища (процеси помірного і глибокого охолодження.

Швидкість теплових процесів у значній мірі залежить від гідро- динамічних умов (швидкостей, режимів течії) при яких відбувається перенос тепла між середовищами, що обмінюються теплом.

3. Масообмінні (дифузійні) процеси, які характеризуються переносом одного або декількох компонентів вихідної суміші з однієї фази в другу через поверхню розділу фаз. Найбільш повільною і тому, звичайно, лімітуючою стадією масообмін них процесів є молекулярна дифузія речовини, що розподіляється. До цієї групи процесів, які описуються законами масопередачі, відносяться абсорбція, перегонка (ректифікація), екстракція з розчинів, розчинення і екстракція з пористих твердих тіл, кристалізація, адсорбція і сушка.

Протікання процесів масообміну тісно зв’язано з гідродинамічними умовами у фазах і на кордоні їх розділу і часто – з супутніми масообміну процесами переносу тепла (теплообміну).

4. Хімічні (реакційні) процеси, які протікають зі швидкістю, що визначається законами хімічної кінетики. Однак хімічні реакції часто супроводжуються переносом маси і енергії і, відповідно, швидкість хімічних процесів (особливо промислових) залежить також від гідродинамічних умов. Внаслідок цього швидкість реакцій підкоряється законам макрокінетики і визначається найбільш повільним з послідовно протікаючих хімічної взаємодії і дифузії.

5. Механічні процеси, які описуються законами механіки твердих тіл. Ці процеси застосовуються, в основному, для підготовки вихідних твердих матеріалів і обробки кінцевих твердих продуктів, а також для транспортування кускових і сипучих матеріалів. До механічних процесів відносяться подрібнення, транспортування, сортування (класифікація) і змішування твердих речовин.

По способу організації основні процеси хімічної технології діляться на періодичні і безперервні і напівбезперервні (комбіновані).

Періодичні процеси характеризуються тим, що всі стадії процесу відбуваються в одному апараті, а фізико-хімічні умови—концентрація реагуючих речовин, температура, тиск тощо—з часом змінюються, тобто періодичні процеси характеризуються єдністю місця здійснення всіх стадій процесу і зміною в часі його хімічних і фізичних умов. Після закінчення процесу продукцію вивантажують, відповідним чином підготовляють апарат, завантажують нові порції реагентів і процес повторюють. Прикладом періодичного процесу може бути виробництво сталі в мартенівських і конвекторних печах.

Характерною рисою безперервного процесу є незмінність умов здійснення всіх стадій процесу з часом, при проведені їх в різних апаратах, послідовно з’єднаних між собою, або в різних частинах того самого апарату. При безперервному процесі сировина надходить в апарат безперервно або періодично окремими порціями, в міру готовності її вивантажують, але в апараті всі стадії процесу відбуваються одночасно в різних зонах, а фізико-хімічні умови окремих стадій процесу залишаються незмінними.

Будова та принцип роботи поршневого компресора

Поршневий компресор — тип компресора, принцип роботи якого базується на використанні механічного пристрою поршневого типу для збільшення тиску газу шляхом компресії (зменшення об'єму).

Компресор може використовуватись для створення тиску (газів) або для транспортування газу трубопроводом.

Поршневі компресори складаються з наступних елементів:

робочий циліндр;

поршень;

нагнітальний і всмоктувальний клапани, розміщені зазвичай в кришці циліндра;

корбово-гонковий механізм з колінчастим валом.

Принцип дії поршневих компресорів наступний:

Етап 1. При русі поршня вниз об'єм простору над поршнем у циліндрі циліндра збільшується і тиск в ньому зменшується.

Етап 2. Коли тиск у циліндрі стане нижчим, ніж тиск у камері всмоктування голівки, відкриється всмоктуючий клапан і газ по всмоктуючому трубопроводу поступає в циліндр. Почнеться процес всмоктування. Він буде тривати до тих пір, поки поршень, досягнувши крайнього нижнього положення (нижня мертва точка) в циліндрі, не почне рухатися вгору. Об'єм простору над поршнем у циліндрі буде зменшуватися, а тиск, відповідно, рости.

Етап 3. Як тільки тиск в циліндрі перевищить тиск у камері всмоктування головки, всмоктуючий клапан закриється і процес всмоктування закінчиться. Розпочнеться стиснення газу. Процес стиснення буде відбуватися до тих пір, поки тиск газу в циліндрі не перевищить тиску в камері нагнітання головки.

Етап 4. У результаті попереднього етапу відкриється нагнітальний клапан. Почнеться процес нагнітання, тобто виштовхування стисненого газу з циліндра компресора в нагнітальний патрубок.

Еквівалентний діаметр зернистого шару

згідно з рівнянням Дарсі–Вейсбаха, стає наслідком збільшення перепаду тисків:

де l – загальний коефіцієнт опору, який лише формально відповідає коефіцієнтові тертя, що входить в залежність для розрахунку гідравлічного опору трубопроводу під час руху по ньому рідини чи газу. Загальний коефіцієнт опору l відображає вплив опору тертя та місцевих опорів, що виникають під час руху рідини по кривизні каналів шару матеріалу та обтіканні нею окремих елементів шару.

Н – висота шару, м; – густина газу, кг/м³; d_e – еквівалентний діаметр каналів в зернистому матеріалі, крізь які рухається газовий потік, м:

а – питома поверхня шару зернистого матеріалу, м²/м³.

Еквівалентний діаметр може бути вираженим також через діаметр частинок, з яких складається шар:

Число псевдозрідження. Його визначення

Відношення робочої швидкості газу w₀ до швидкості початку псевдозрідження називається числом псевдозрідження K_пз:

Число псевдозрідження характеризує інтенсивність перемішування частин і стан псевдозрідженого шару.