Luentokurssi kemiantekniikan prosessit ja laitteet. Kemiantekniikan prosessit ja laitteet
Kemiantekniikan perusprosessien ja -laitteiden luokittelu
Riippuen malleista Virtausta luonnehtien kemiallisen teknologian prosessit on jaettu viiteen pääryhmään.
1. Mekaaniset prosessit , jonka nopeus liittyy kiinteän olomuodon fysiikan lakeihin. Näitä ovat: kiinteiden bulkkimateriaalien jauhaminen, luokittelu, annostelu ja sekoittaminen.
2. Hydromekaaniset prosessit , jonka virtausnopeus määräytyy hydromekaniikan lakien mukaan. Näitä ovat: kaasujen puristus ja liikkuminen, nesteiden, kiinteiden aineiden liikkuminen, sedimentaatio, suodatus, sekoittaminen nestefaasissa, leijutus jne.
3. Lämpöprosessit , jonka virtausnopeus määräytyy lämmönsiirron lakien mukaan. Näitä ovat seuraavat prosessit: lämmitys, haihdutus, jäähdytys (luonnollinen ja keinotekoinen), kondensaatio ja kiehuminen.
4. Massansiirtoprosessit (diffuusio). , jonka intensiteetin määrää aineen siirtymänopeus faasista toiseen, ts. massasiirron lakeja. Diffuusioprosesseja ovat: absorptio, rektifikaatio, uutto, kiteytys, adsorptio, kuivaus jne.
5. Kemialliset prosessit liittyy aineiden muuttumiseen ja muutoksiin niissä kemialliset ominaisuudet. Näiden prosessien nopeus määräytyy kemiallisen kinetiikan lakien mukaan.
Luettelon prosessijaon mukaisesti kemialliset laitteet luokitellaan seuraavasti:
– hioma- ja luokittelukoneet;
– hydromekaaniset, lämpö-, massansiirtolaitteet;
– laitteet kemiallisten muunnosten suorittamiseen – reaktorit.
Tekijä: organisatorinen ja tekninen rakenne prosessit jaetaan jaksollisiin ja jatkuviin.
SISÄÄN jaksollinen prosessi yksittäiset vaiheet (operaatiot) suoritetaan yhdessä paikassa (laite, kone), mutta sisään eri aika(Kuva 1.1). SISÄÄN jatkuva prosessi (Kuva 1.2) yksittäiset vaiheet suoritetaan samanaikaisesti, mutta sisään eri paikkoja(laitteet tai koneet).
Jatkuvilla prosesseilla on merkittäviä etuja jaksollisiin prosesseihin verrattuna, mukaan lukien mahdollisuus erikoisoida laitteita jokaiseen vaiheeseen, parantaa tuotteiden laatua, stabiloida prosessia ajan myötä, säätelyn helppous, automaatioominaisuudet jne.
Prosesseja suoritettaessa missä tahansa luetelluista laitteista käsiteltyjen materiaalien parametrit muuttuvat. Prosessia kuvaavia parametreja ovat paine, lämpötila, pitoisuus, tiheys, virtausnopeus, entalpia jne.
Riippuen virtausten liikkeen luonteesta ja laitteeseen tulevien aineiden parametrien muutoksista, kaikki laitteet voidaan jakaa kolmeen ryhmään: laitteet. ihanteellinen (koko )sekoittamalla , laitteet ihanteellinen (koko )sorto ja laitteet keskitason tyyppi .
On kätevintä esitellä eri rakenteiden virtausten ominaisuuksia käyttämällä esimerkkiä eri mallien jatkuvista lämmönvaihtimista. Kuva 1.3a esittää kaaviota ihanteellisen siirtymän periaatteella toimivasta lämmönvaihtimesta. Oletetaan, että tässä laitteessa on virtauksen "mäntä" ilman sekoittumista. Yhden jäähdytysnesteen lämpötila muuttuu laitteen pituudella alkulämpötilasta loppulämpötilaan johtuen siitä, että seuraavat laitteen läpi virtaavat nestetilavuudet eivät sekoitu aikaisempien kanssa ja syrjäyttävät ne kokonaan. Toisen jäähdytysnesteen lämpötilan oletetaan olevan vakio (kondensoiva höyry).
Laitteessa täydellinen sekoitus Seuraavat ja edelliset nestetilavuudet sekoitetaan ihanteellisesti, nesteen lämpötila laitteessa on vakio ja yhtä suuri kuin lopullinen lämpötila (kuva 1.3, b).
Todellisissa laitteissa ei voida taata ihanteellisia sekoitusolosuhteita tai ihanteellista siirtymää. Käytännössä näihin piireihin voidaan saavuttaa vain melko läheinen likiarvo, joten todelliset laitteet ovat keskitason laitteet (Kuva 1.3, c).
Riisi. 1.1. Laitteet jaksollisen prosessin suorittamiseen:
1 – raaka-aineet; 2 – lopputuote, 3 – höyry, 4 – kondensaatti, 5 – jäähdytysvesi
Riisi. 1.2. Laitteet jatkuvan prosessin suorittamiseen:
1 – lämmönvaihdin-lämmitin; 2 – sekoittimella varustettu laite; 3 – lämmönvaihdin-jääkaappi; I – raaka-aineet; II – lopputuote, III – höyry, IV – kondensaatti;
V – jäähdytysvesi
Riisi. 1.3. Lämpötilan muutos lämmitettäessä nestettä laitteissa erilaisia tyyppejä: a – täydellinen siirtymä; b – täydellinen sekoitus; c – keskitason tyyppi
Tarkasteltavana olevan nesteen kuumennusprosessin käyttövoima laitteen minkä tahansa elementin osalta on ero lämmityshöyryn ja kuumennetun nesteen lämpötilojen välillä.
Ero prosessien kulussa eri laitetyypeissä tulee erityisen selväksi, kun otetaan huomioon, kuinka prosessin liikkeellepaneva voima muuttuu kussakin laitetyypissä. Kaavioiden vertailusta seuraa, että suurin käyttövoima esiintyy täydellisissä syrjäytyslaitteissa, pienin täydellisissä sekoituslaitteissa.
On huomattava, että prosessien liikkeellepaneva voima jatkuvasti toimivissa ihanteellisissa sekoituslaitteissa voidaan merkittävästi lisätä jakamalla laitteen työtilavuus useisiin osiin.
Jos ihanteellisen sekoituslaitteen tilavuus jaetaan n laitteeseen ja prosessi suoritetaan niissä, niin käyttövoima kasvaa (kuva 1.4).
Kun osien lukumäärä kasvaa ihanteellisissa sekoituslaitteissa, käyttövoiman arvo lähestyy arvoaan ihanteellisissa siirtolaitteissa, ja suuri numero osissa (noin 8–12), molempien tyyppisten laitteiden käyttövoimat muuttuvat suunnilleen samaksi.
Riisi. 1.4. Prosessin voiman muuttaminen osioinnin aikana
Esipuhe.
Tiede "Kemiallisen teknologian prosessit ja laitteet" (PACT) on yksi perustekniikan yleisistä tieteenaloista. Se on opiskelijan yleisessä insinöörikoulutuksessa lopullinen ja erityiskoulutuksessa perusopillinen.
Erilaisten kemiallisten tuotteiden ja materiaalien valmistustekniikka sisältää useita samanlaisia fysikaalisia ja fysikaalis-kemiallisia prosesseja, joille on ominaista yleiset lait. Nämä prosessit sisällä eri toimialoilla suoritetaan toimintaperiaatteeltaan samanlaisilla laitteilla. Yhteiset prosessit ja laitteet eri toimialoilla kemianteollisuutta kutsutaan kemiantekniikan perusprosesseiksi ja laitteiksi.
PACT-kuri koostuu kahdesta osasta:
· kemiantekniikan teoreettiset perusteet;
· kemiantekniikan standardiprosessit ja -laitteet;
Ensimmäisessä osassa hahmotellaan tyypillisten prosessien yleiset teoreettiset periaatteet; teoreettisten ja sovellettavien ongelmien ratkaisumenetelmän perusteet; pääprosessien mekanismin analyysi ja niiden esiintymisen yleisten mallien tunnistaminen; muotoillaan yleistettyjä menetelmiä prosessien ja laitteiden fysikaaliseen ja matemaattiseen mallintamiseen ja laskemiseen.
Toinen osa koostuu kolmesta pääosasta, joiden sisältö paljastaa kemiantekniikan perusteiden sovellettuja teknisiä kysymyksiä:
· hydromekaaniset prosessit ja laitteet;
· lämpöprosessit ja -laitteet;
· massansiirtoprosessit ja -laitteet.
Näissä osissa esitetään teoreettiset perustelut jokaiselle tyypilliselle teknologiselle prosessille, käsitellään laitteiden perusrakenteita ja niiden laskentamenetelmiä. Luennot, laboratorio ja käytännön oppitunteja, kurssisuunnittelu, opiskelijoiden itsenäinen työskentely ja yleinen insinöörituotannon harjoittelu takaavat sekä jatkokoulutuksessa että tuotannossa tarvittavien tietojen, taitojen ja valmiuksien hankkimisen.
Johdanto.
1.1 Kurssin aiheet ja tavoitteet.
Teknologia (tekninen taide, käsityötaito) on joukko menetelmiä prosessoida, valmistaa, muuttaa raaka-aineiden, materiaalien tai puolivalmisteiden tilaa, ominaisuuksia, muotoa tuotantoprosessin aikana.
Aiheena on teknisten prosessien tutkimus tietenkin. Teknologia tieteenä määrittää edellytykset lakien soveltamiselle käytännössä luonnontieteet(fysiikka, kemia, mekaniikka jne.) erilaisten teknisten prosessien tehokkaimpaan toteuttamiseen. Teknologia liittyy suoraan tuotantoon, ja tuotanto on jatkuvasti muutoksen ja kehityksen tilassa.
Kurssin päätavoite: erilaisten aineiden siirto- ja säilymisprosessien yleisten mallien tunnistaminen; teknisten prosessien laskentamenetelmien ja laitteiden kehittäminen niiden toteuttamiseksi; perehdytään laitteiden ja koneiden rakenteisiin, niiden ominaisuuksiin.
Kurinalan hallitsemisen tuloksena opiskelijoiden tulee tietää:
1. Kemiallisen teknologian prosessien teoreettiset perusteet; lait; kuvailemalla niitä; prosessien fyysinen olemus, asennuskaaviot; laitteiden suunnittelu ja toimintaperiaatteet; prosessien ja laitteiden laskentamenetelmät, mukaan lukien tietokoneen käyttö.
2. Mallintamisen ja laajamittaisen siirtymän periaatteet, laitteiden oikea valinta asiaankuuluvien prosessien suorittamiseen ja niiden tehostamismahdollisuus.
3. Tieteen ja tekniikan nykyaikaiset saavutukset kemian tekniikan alalla.
Taidot, jotka opiskelijoiden tulee hallita:
1. Käytä teoreettista tietoa oikein ratkaiseessasi tiettyjä tietoon perustuvia ongelmia:
a) tiettyjen prosessien suorittamiseen tarkoitettujen laitteiden suunnittelu;
b) laitteiden toimintaparametrit;
c) prosessin vuokaaviot.
2. Suorita laitelaskelmat itsenäisesti.
3. Työskentele itsenäisesti laboratoriotutkimustiloissa, käsittelee kokeellista tietoa, hanki empiirisiä riippuvuuksia, analysoi laskentamenetelmiä.
4. Suunnittele standardiprosessit ja -laitteet, käytä teknistä kirjallisuutta ja GOST-standardeja, täytä tekninen dokumentaatio ESKD:n mukaisesti.
1.2 Kemiantekniikan pääprosessien luokittelu.
Nykyaikainen kemiallinen tekniikka tutkii erilaisten happojen, alkalien, suolojen, mineraalilannoitteet, öljyn ja hiilen käsittelytuotteet, orgaaniset yhdisteet, polymeerit jne. Huolimatta kemiallisten tuotteiden valtavasta valikoimasta, niiden tuotanto liittyy useisiin samankaltaisiin prosesseihin (nesteiden ja kaasujen liikkuminen, lämmitys ja jäähdytys, kuivaus, kemiallinen vuorovaikutus jne. d.). Joten prosessien nopeuden määrittävistä laeista riippuen ne voidaan yhdistää seuraaviin ryhmiin:
1. Hydromekaaniset prosessit, joiden nopeus määräytyy hydromekaniikan lakien mukaan. Tämä sisältää nesteiden ja kaasujen kuljetuksen, heterogeenisten järjestelmien tuotannon ja erottamisen jne.
2. Lämpöprosessit, joiden nopeus määräytyy lämmönsiirron lakien mukaan (nesteiden ja kaasujen jäähdytys ja lämmitys, höyryjen kondensoituminen, nesteiden kiehuminen jne.).
3. Massansiirtoprosessit, joiden nopeus määräytyy faasista toiseen rajapinnan kautta tapahtuvan massan siirtymisen lakien mukaan (absorptio, adsorptio, uutto, nesteiden tislaus, kuivaus jne.)
4. Kemialliset prosessit, joiden nopeus määräytyy kemiallisen kinetiikan lakien mukaan.
5. Mekaaniset prosessit, jotka kuvataan mekaniikan laeilla kiinteät aineet(hionta, lajittelu, kiinteiden aineiden sekoittaminen jne.).
Luetteloidut prosessit muodostavat perustan suurimmalle osalle kemian tuotantoa, ja siksi niitä kutsutaan kemiantekniikan perusprosesseiksi (standardi).
PACT opiskelee kolmea ensimmäistä ryhmää, neljäs ryhmä MMA:n tieteenalaa, viides ryhmä pääosastojen erikoistieteenaloja.
Sen mukaan, muuttuvatko prosessiparametrit (virtausnopeudet, lämpötila, paine jne.) ajan myötä vai eivät, ne jaetaan paikallaan(tasainen) ja ei-kiinteä(epävakaa). Jos merkitsemme jotakin parametria arvolla U, Sitten:
Kiinteä prosessi U(x,y,z)
Epävakaa prosessi U(x,y,z,t)
Eräprosessi ominaista sen yksittäisten vaiheiden sijainnin yhtenäisyys. Prosessi ei ole kiinteä.
Jatkuva prosessi ominaista ajan yhtenäisyys sen kaikissa vaiheissa. Prosessi on tasainen (kiinteä).
Tavata yhdistetty prosessit - jotkut vaiheet suoritetaan jatkuvasti, jotkut jaksoittain.
PACT-kurssia ei kuitenkaan ole rakennettu yllä lueteltujen yksittäisten ryhmien esittelyksi. Kemian tekniikan yleisiä teoreettisia perusteita tutkitaan erikseen, minkä jälkeen hahmotellaan kemiantekniikan tyypillisiä prosesseja ja laitteita.
1.3 Keskipitkän jatkuvuuden hypoteesi.
Nestemäinen väliaine täyttää tietyn tilavuuden ilman vapaita tiloja jatkuvalla tavalla tai on jatkuva väliaine. Tällaisia väliaineita kuvattaessa oletetaan, että ne koostuvat hiukkasista. Lisäksi jatkuvan väliaineen hiukkasella emme tarkoita mitä tahansa mielivaltaisen pientä osaa sen tilavuudesta, vaan hyvin pientä osaa siitä, joka sisältää miljardeja molekyylejä sen sisällä. Yleisesti ottaen tilallisen Δl:n tai ajallisen Δt-koordinaatin makroskooppisen asteikon jakamisesta aiheutuvien vähimmäiskustannusten tulisi olla riittävän pieniä, jotta makroskooppisten fysikaalisten suureiden muutos Δl:n tai Δt:n sisällä ei oteta huomioon, ja riittävän suuri jättääkseen huomioimatta näiden määrien keskiarvolla saatujen mikroskooppisten määrien vaihtelut. ajan myötä Δt tai hiukkastilavuus Δl 3. Makroskooppisen asteikon vähimmäisjakohinnan valinta määräytyy ratkaistavan ongelman luonteen mukaan.
Väliaineen makroskooppisten tilavuuksien liike johtaa massan, liikemäärän ja energian siirtoon.
KIRJALLISUUS 1. Kasatkin A. G. Kemiantekniikan perusprosessit ja -laitteet. Ed. 9th, M.: Kemia. 1973 – 754 s. 2. Planovsky A. N., Nikolaev P. I. Kemian ja petrokemian tekniikan perusprosessit ja -laitteet. Ed. 2nd, M.: Kemia. 1972 – 493 s. 3. Kemiallisen tekniikan perusprosessit ja -laitteet: Suunnittelukäsikirja / G. S. Borisov, V. P. Brykov, Yu. I. Dytnersky ym. Toim. Yu. I. Dytnersky. Ed. 2nd, M.: Kemia. 1991 – 496 s. 4. Aksartov M. M. Kemiallisen tekniikan perusprosessit ja -laitteet. Luentokurssi. Publ. Kar. GI 1-2 tonnia.
Prosessien ja laitteiden analyysin ja laskennan yleiset periaatteet I. Yleistä 1. Kurssin aihe "Prosessit ja laitteet" 2. Prosessien ja laitteiden tieteen synty ja kehitys 3. Perusprosessien luokittelu 4. Analyysin yleiset periaatteet ja prosessien ja laitteiden laskenta 5. Erilaiset systeemiset fysikaalisten suureiden mittayksiköt
Perusprosessien luokittelu n n n Hydromekaanisia prosesseja, joiden nopeus määräytyy hydrodynamiikan lailla - tieteen nesteiden ja kaasujen liikkeistä. Lämpöprosessit, jotka tapahtuvat lämmönsiirron lakien määräämällä nopeudella - tiede lämmönjakomenetelmistä. Massansiirtoprosessit (diffuusio), joille on tunnusomaista yhden tai useamman kemiallisen (reaktio) prosessin siirtyminen, jotka tapahtuvat kemiallisen kineettisten lakien määräämällä nopeudella. alkuseoksen komponentit faasista toiseen faasirajapinnan kautta. Kiinteän mekaniikan lakien kuvaamat mekaaniset prosessit.
Organisointitavan mukaan prosessit jaetaan: 1. 2. 3. Jaksottaiset prosessit suoritetaan laitteissa, joihin ladataan raaka-aineita tietyin väliajoin; Käsittelyn jälkeen lopputuotteet puretaan näistä laitteista. Jatkuvat prosessit suoritetaan läpivirtauslaitteissa. Yhdistetyt prosessit. Näitä ovat jatkuvat prosessit, joiden yksittäiset vaiheet suoritetaan jaksottaisesti, tai jaksolliset prosessit, joista yksi tai useampi vaihe tapahtuu jatkuvasti.
Viipymäaikojen jakauman mukaan ne erotetaan: 1. 2. 3. 4. Ihanteellisissa siirtymälaitteissa kaikki hiukkaset liikkuvat tiettyyn suuntaan; sekoittumatta edessä ja takana liikkuvien hiukkasten kanssa ja syrjäyttämättä kokonaan virtauksen edessä olevat hiukkaset. Ihanteellisissa sekoituslaitteissa sisään tulevat hiukkaset sekoittuvat välittömästi täysin siellä olevien hiukkasten kanssa, eli ne jakautuvat tasaisesti koko laitteen tilavuuteen. Todelliset jatkuvasti toimivat laitteet ovat keskitason laitteita. Prosesseja voidaan myös luokitella sen mukaan, miten niiden parametrit (nopeudet, lämpötilat, pitoisuudet jne.) muuttuvat ajan myötä. Tämän perusteella prosessit jaetaan vakiintuneisiin (stationary) ja ei-pysyviin (ei-stationaariset tai ohimenevät).
Hydromekaaniset prosessit. II. Hydrauliikan perusteet. Yleisiä kysymyksiä sovellettu hydrauliikka kemiallisissa laitteissa 1. Perusmääritelmät 2. Jotkin nesteiden fysikaaliset ominaisuudet A. Hydrostatiikka 3. Eulerin differentiaalitasapainoyhtälöt 4. Hydrostaattisen perusyhtälö 5. Hydrostaattisen perusyhtälön käytännön sovelluksia
n Newtonin sisäisen kitkan laki Pintajännitys ilmaistuna seuraavina yksiköinä: SI-järjestelmässä [ν] = [j/m 2] = [n m/m] = [n/m] CGS-järjestelmässä ] = erg/cm 2] = [dyn/cm 2] MKGSS-järjestelmässä] = kgf m/m 2] = kgf/m]
Jokaiselle levossa olevan nesteen pisteelle tasoituskorkeuden ja pietsometrisen paineen summa on vakioarvo. (II, 18) (II, 18 d) n Viimeinen yhtälö on Pascalin lain lauseke, jonka mukaan lepäävän kokoonpuristumattoman nesteen missä tahansa kohdassa syntyvä paine välittyy tasaisesti sen tilavuuden kaikkiin pisteisiin.
Hydrostaattisen perusyhtälön käytännön sovelluksia Tasapainoolosuhteet kommunikoivissa aluksissa: Kuva. II-4. Yhteyksissä olevien suonten tasapainoolosuhteet: a – homogeeninen neste; b – erilaiset (sekoittumattomat) nesteet
Avoimissa tai suljetuissa, saman paineen alaisissa, homogeenisella nesteellä täytettyjen yhteyksissä olevien astioiden tasot sijaitsevat samalla korkeudella astioiden muodosta ja poikkileikkauksesta riippumatta
Riisi. II-5. Hydraulisen tiivisteen korkeuden määrittäminen jatkuvasti toimivassa nesteerottimessa Kuva. II-6. Pneumaattinen nestetasomittari
HYDROMEKAANISET PROSESSIT. B. Hydrodynamiikka 1. Nesteiden liikkeen perusominaisuudet 2. Virtauksen jatkuvuuden (jatkuvuuden) yhtälö 3. Eulerin liikkeen differentiaaliyhtälöt 4. Navier-Stokesin liikkeen differentiaaliyhtälöt 5. Bernoullin yhtälö 6. Bernoullin eräitä käytännön sovelluksia 7. Kappaleiden liike nesteissä 8. Nesteiden liikkuminen paikallaan olevien rakeisten ja huokoisten kerrosten läpi 9. Kiehuvien (fluidisoitujen) rakeisten kerrosten hydrodynamiikka 10. Kaksivaiheisten virtausten hydrodynamiikan elementit 11. Virtausten rakenne ja nesteen viipymäajan jakautuminen laitteessa
Hydraulinen säde Hydraulinen säde r (m) tarkoittaa putkilinjan tai kanavan tulvineen osan pinta-alan suhdetta, jonka läpi neste virtaa, eli virtauksen jännitteisen poikkileikkauksen, märän kehän suhdetta: (II) , 26)
Vastaava halkaisija on yhtä suuri kuin hypoteettisen pyöreän putkilinjan halkaisija, jonka alueen S suhde kostutettuun kehään P on sama kuin tietyllä ei-pyöreällä putkilinjalla.
Tasaiset ja epätasaiset virtaukset. Nesteen liike on tasaista tai paikallaan olevaa, jos virtauksen hiukkasten nopeudet ja kaikki muut sen liikkeeseen vaikuttavat tekijät (tiheys, lämpötila, paine jne.) eivät muutu ajallisesti kussakin kiinteässä pisteessä tilassa, jonka läpi neste kulkee. Näissä olosuhteissa nesteen virtausnopeus on jokaisessa virtausosassa vakio ajan myötä.
Nesteen liikkumistavat. n n Liikettä, jossa kaikki nesteen hiukkaset liikkuvat yhdensuuntaisia lentoratoja pitkin, kutsutaan virtaukseksi tai laminaariseksi. Epäjärjestynyttä liikettä, jossa nesteen yksittäiset hiukkaset liikkuvat monimutkaisia, kaoottisia lentoratoja pitkin samalla kun nesteen koko massa liikkuu yhteen suuntaan, kutsutaan turbulentiksi.
Reynoldsin kriteeri (Re) n Re-kriteeri on viskoosien ja inertiavoimien välisen suhteen mitta liikkuvassa virtauksessa.
Stokesin laki Yhtälö on Stokesin laki, joka ilmaisee nopeuksien parabolisen jakauman putkilinjan poikkileikkauksessa laminaariliikkeen aikana.
Poiseuillen yhtälö n Laminaarivirralla putkessa nesteen keskimääräinen nopeus on yhtä suuri kuin puolet putken akselin suuntaisesta nopeudesta.
Pyörteinen viskositeetti n Turbulenttinen viskositeetti, toisin kuin tavallinen viskositeetti, ei ole fysikaalis-kemiallinen vakio, joka määräytyy nesteen luonteen, lämpötilan ja paineen mukaan, vaan riippuu nesteen nopeudesta ja muista parametreista, jotka määräävät virtauksen turbulenssiasteen (in erityisesti etäisyys putken seinästä jne.).
Differentiaalisen virtauksen jatkuvuuden yhtälö kokoonpuristuvan nesteen epävakaalle liikkeelle. Differentiaalinen jatkuvuusyhtälö kokoonpuristumattomalle nestevirtaukselle.
Vakiovirtauksen yhtälö n Nämä lausekkeet edustavat virtauksen jatkuvuuden (tiheyden) yhtälöä sen yhtenäisessä muodossa tasaiselle liikkeelle. Tätä yhtälöä kutsutaan myös vakiovirtausyhtälöksi tai materiaalivirtaustasoksi. 1 w 1 S 1 = 2 w 2 S 2 = 3 w 3 S 3 M 1 = M 2 = M 3 n Pudottavan nesteen nopeudet putkilinjan eri poikkileikkauksissa ovat kääntäen verrannollisia näiden osien pinta-aloihin. w 1 S 1 = w 2 S 2 = w 3 S 3 = vakio Q 1 = Q 2 = Q 3
Eulerin liikkeen differentiaaliyhtälöt n Yhtälöjärjestelmä (II, 46) ottaa huomioon lausekkeet (II, 47) edustaa ihanteellisen Euler-nesteen liikeyhtälöitä tasaiselle virtaukselle. (II, 46) (II, 47)
Bernoullin yhtälö n n Bernoullin yhtälö ihanteelliselle nesteelle Suuruutta kutsutaan kokonaishydrodynaamiseksi korkeudeksi tai yksinkertaisesti hydrodynaamiseksi pääksi.
Näin ollen Bernoullin yhtälön mukaan ihanteellisen nesteen tasaisen virtauksen kaikilla poikkileikkauksilla hydrodynaaminen paine pysyy muuttumattomana. z - tasoituskorkeus, jota kutsutaan myös geometriseksi tai korkeudeksi, paine (hg), edustaa paikan ominaisenergiaa tietyssä pisteessä (tietyssä osassa); – painepaine (hpress), tai pietsometrinen paine, kuvaa paineen ominaispotentiaalienergiaa tietyssä pisteessä (tietyssä osassa). Summa z+, jota kutsutaan kokonaishydrostaattiseksi tai yksinkertaisesti staattiseksi korkeudeksi (hst), ilmaisee siten kokonaispotentiaalisen energian tietyssä pisteessä (tietyssä osassa).
Bernoullin yhtälö n n Näin ollen Bernoullin yhtälön mukaan ihanteellisen nesteen tasaisen liikkeen aikana nopeuden ja staattisen paineen summa, joka on yhtä suuri kuin hydrodynaaminen paine, ei muutu siirtyessään virtauksen poikkileikkauksesta toiseen. Siten Bernoullin yhtälö on energian säilymislain erikoistapaus ja ilmaisee virtauksen energiatasapainon.
NESTEIDEN LIIKKEET n 1. 2. 3. 4. 5. Nesteiden liikkeet Syrjäytyspumput Syrjäytyspumppujen suunnittelu Keskipakopumput Keskipakopumppujen suunnittelu Muut pumput. Sifonit
NESTEIDEN LIIKKUMINEN Pumpun toimintaperiaatteesta riippuen nesteen energian ja paineen lisäys voidaan suorittaa: 1. tilavuuspumpuissa - syrjäyttämällä nestettä pumpun suljetusta tilasta edestakaisin liikkuvilla kappaleilla tai pyörivä; 2. siipi- tai keskipakopumpuissa - keskipakovoima, joka syntyy nesteessä, kun siipipyörät pyörivät; 3. pyörrepumpuissa - juoksupyörien pyörimisen aikana syntyvien pyörteiden intensiivinen muodostuminen ja tuhoutuminen; 4. suihkupumpuissa - liikkuva ilma-, höyry- tai vesivirta; 5. kaasunostimissa - vaahdon muodostuminen, kun nesteeseen syötetään ilmaa tai kaasua; 6. Montejussa ja sifoneissa - ilman, kaasun tai höyryn paine nesteeseen.
Riisi. III-8. Venttiilien mallit. I - palloventtiili. 1 - runko; 2 – venttiili; 3 – kansi. II – läppäventtiili. 1 – kansi; 2 – satula.
Kalvo (kalvo) pumput Kuva. III-9. Kalvopumppu: 1 – kotelo; 2 – venttiilit; 3 – sylinteri; 4 – mäntä; 5 – kalvo (kalvo).
Keskipakopumput III-13 Kuva. III-13. Keskipakopumpun kaavio: 1 – tuloventtiili; 2 - imuputki; 3 – juoksupyörä; 4 – akseli; 5 – runko; 6 – venttiili; 7 – takaiskuventtiili; 8 – poistoputki.
Tiivistetyypit n n I – tiiviste hydraulisella tiivisteellä: 1 – lyhty; 2 – öljytiiviste. II – tiiviste hapoille: 1, 2 – rengasmaiset ontelot; 3, 4 – poistoaukot. III – jousitiiviste: 1 – tiiviste; 2 - kevät.
Tiivisteetön pumppu n 1 kotelo, 2 – kansi, 3 – juoksupyörä, 4 – kotelon holkki, 5 – muotoiltu holkki, 6 – holkki, 7 – vasen kiekko, 8 – tappi, 9 – oikea levy, 10 – raidetanko, 11 – jousi , 12 – akseli, 13, 14 – renkaat.
Montaju. Riisi. III-8. Asennus: 1 – täyttöputki; 2, 3, 4, 5, 8 – hanat; 6 – painemittari; 7 – putket puristamiseen
Jet pumput. Höyrypumppu. Riisi. III-22. Höyrypumppu. 1 – höyryliitin; 2 – höyrysuutin; 3 – sekoitussuutin; 4 - imukammio; 5 – imuliitin; 6 - diffuusori; 7 – tyhjennysliitin; 8 – kondenssivesiliitin; 9, 10 - takaiskuventtiilit.
Vesisuihkupumppu. III-22 Kuva. III-22. Vesisuihkupumppu. 1 - suutin; 2 – reikä; 3 – imuputki; 4 1 – suutin; 2 – reikä; 3 – imuliitinputki; 4 - liitin III-23
Ilmannoston kaavio Kuva. III-24. Ilmanostokaavio: 1, 2 – putket; 3 – sekoitin; 4 - erotin Kuva. III-24
Ilmanostimet (ilmanostimet) ja sifonit Kuva. III-25. Ilmanostinjärjestelmät 1 – ilmaputki; 2 – seoksen syöttöputki; 3 – mikseri. Riisi. III- 26. Sifonit. 1 – säiliö; 2 – sifoniputki; 3, 4, 5 – hanat, 6 – tarkastuskanava
Kaasujen liike ja puristus (kompressorikoneet) n n n n 1. Yleistä 2. Mäntäkompressorit 3. Pyörivät kompressorit ja kaasupuhaltimet 4. Keskipakokoneet 5. Aksiaalipuhaltimet ja kompressorit 6. Ruuvikompressorit 7. Tyhjiöpumput 8. Kompressorin vertailu ja sovellukset erilaisia koneita
KAASUJEN LIIKKUMINEN JA PURISTUS (KOMPRESSORIKONEET) n n n n Yleistä Kaasujen siirtämiseen ja puristamiseen tarkoitettuja koneita kutsutaan kompressorikoneiksi. Puristusasteesta riippuen erotetaan seuraavat kompressorikoneet: puhaltimet (3.0) - korkeiden paineiden luomiseen; tyhjiöpumput - kaasujen imemiseen ilmakehän paineessa.
Mäntäkompressorit n Yksivaiheinen vaakasuuntainen yksitoiminen kompressori Kuva. IV-1. Yksivaiheisten mäntäkompressorien kaaviot: a – yksisylinteriset, yksitoimiset; b – yksisylinterinen, kaksitoiminen; c – kaksisylinterinen yksitoiminen. 1 = sylinteri; 2 – mäntä; 3 – imuventtiili; 4 – poistoventtiili; 5 – kiertokanki; 6 – kampi; 7 – vauhtipyörä; 8 – liukusäädin (ristipää)
Monivaiheinen pakkaus. Riisi. IV-2. Monivaiheisten mäntäkompressorien kaaviot. a, b, c – puristusvaiheilla erillisissä sylintereissä (a – samanaikainen rakenne; b – kaksirivinen rakenne; c – V-muotoinen sylinterijärjestely); d – tasauspyörästön männällä: 1 – sylinteri; 2 – mäntä; 3 – imuventtiili; 4 – poistoventtiili; 5 – kiertokanki; 6 – liukusäädin (ristipää); 7 – kampi; 8 – vauhtipyörä; 9 – välijääkaappi.
Turbo kaasupuhaltimet. Riisi. IV-8. Kaavio monivaiheisesta turbokaasupuhaltimesta. 1 – runko; 2 – juoksupyörä; 3 – ohjaussiipi; 4 – takaiskuventtiili. Riisi. IV-9. Entropiakaavio kaasun puristamisesta turbokaasupuhaltimessa
Epähomogeenisten järjestelmien erottelu V. Epähomogeenisten järjestelmien erottelu 1. Heterogeeniset järjestelmät ja niiden erotusmenetelmät 2. Nestejärjestelmien erottelu 2. Erotusprosessin materiaalitase A. Laskeutuminen 3. Pakotettu sedimentaationopeus (sedimentaatio) 4. Selkeytyssäiliöt B Suodatus 5. Yleistä tietoa 6. Suodattimen väliseinät 7. Suodattimen järjestely
Jatkuva selkeytyssäiliö Kuva. IV-3. Jatkuva selkeytyssäiliö haravasekoittimella 1 – kotelo; 2 – rengasmainen ura; 3 - sekoitin; 4 – siivet meloilla; 5 – putki alkuperäisen jousituksen syöttämiseksi; 6 – liitin kirkastetun nesteen poistamiseen; 7 – sedimentin (lietteen) purkulaite; 8 – sähkömoottori.
Riisi. V-6. Jatkuva selkeytyssäiliö kartiomaisilla hyllyillä; 1 – liitin erotetun jousituksen syöttämiseksi; 2 – kartiomaiset hyllyt; 3 – liitin lietteen poistoon; 4 – kanavat kirkastetun nesteen tyhjentämiseksi; 5 – liitin kirkastetun nesteen poistamiseen
Riisi. V-7. Jatkuva sedimentaatiosäiliö suspensioiden erottamiseen. 1 – liitin emulsioiden syöttämiseen; 2 – rei'itetty väliseinä; 3 – putki valofaasin poistoon; 4 – putki raskaan faasin poistamiseksi; 5 laite sifonin rikkomiseen.
B. SUODATTAMINEN Kuva. V-8. Suodatusprosessin kaavio. 1 – suodatin; 2 – suodatinväli; 3 jousitus; 5 sedimenttiä
Suodattimen järjestely Kuva. V-10. Nutsch toimii paineen alla 3 atm asti. 1 – runko; 2 – turbiini; 3 - irrotettava kansi; 4 – suodattimen pohja; 5 – suodatinväli; 6 – tukiosio; 7 – suojaverkko; 8 – rengasmainen väliseinä; 9 – jousituksen syöttöliitin; 10 – paineilman syöttöliitin; 11 – liitin suodoksen poistamiseen; 12 – varoventtiili
Rumpusuodattimet. Riisi. V-13. Kaavio ulkoisella suodatuspinnalla varustetun rumpuimusuodattimen toiminnasta. 1 – rumpu; 2 – liitosputki; 3 – kytkinlaitteet; 4 – ripustussäiliö; 5 – kääntyvä sekoitin; 6, 8 - jakelulaitteen ontelot; 7 – ruiskutuslaite; 9 – loputon nauha; 10 – ohjausrulla; 11, 13 – paineilmalähteen kanssa yhteydessä olevat jakelulaitteen ontelot; 12 – veitsi sedimentin poistamiseen.
B. Sentrifugointi D. Kaasujärjestelmien erottaminen (kaasun puhdistus) VI. Sekoitus nestemäisessä väliaineessa B. Sentrifugointi 1. Perusperiaatteet 2. Sentrifugien suunnittelu D. Kaasujärjestelmien erotus (kaasun puhdistus) 1. Yleistä 2. Kaasujen painovoimapuhdistus 3. Kaasujen puhdistus inertia- ja keskipakovoimien vaikutuksesta 4 Kaasujen puhdistus suodattamalla 5. Kaasun märkäpuhdistus 6. Sähköinen kaasun puhdistus VI. Sekoitus nestemäisessä väliaineessa 1. Yleistä tietoa 2. Mekaaninen sekoitus 3. Mekaaniset sekoituslaitteet
Sentrifugien suunnittelu n Kolmipylväiset sentrifugit. Riisi. V-14. Kolmipylväinen sentrifugi. 1 – rei'itetty roottori; 2 – tukikartio; 3 – viive; 4 – rungon alaosa; 5 kiinteä kotelo; 6 – kotelon kansi; 7 – sänky; 8 – veto; 9 – sarake; 10 – käsijarru.
Riippuvat sentrifugit. Riisi. V-15. Ripustettu sentrifugi. 1 - putki jousituksen syöttämiseen; 2 – roottori kiinteillä seinillä; 3 – akseli; 4 – kiinteä kotelo; , 5 liitin nesteen poistamiseen; 6 – kartiomainen kansi; 7 – liitosrivat
Vaakasuorat sentrifugit, joissa on veitsi sedimentin poistamiseen. Riisi. V-16. Vaakasuora sentrifugi veitsellä sedimentin poistamiseen. 1 – rei'itetty roottori; 2 – putki jousituksen syöttämiseen; 3 – kotelo; 4 – liitin keskusaineen poistamiseen; 5 - veitsi; 6 – hydraulisylinteri veitsen nostamiseen; 7 kalteva kouru; 8 – kanava sedimentin poistamiseen
Sentrifugit, joissa on sykkivä mäntä sedimentin poistamiseksi. Riisi. V-17. Sentrifugi sykkivällä männällä sedimentin poistamiseksi. 1 – putki jousituksen syöttämiseen; 2 kartiomainen suppilo; 3 – rei'itetty roottori; 4 – metalliseula; 5 – mäntä; 6 – liitin keskusaineen poistamiseen; 7 – kanava sedimentin poistoon; 8 – sauva; 9 – ontto akseli; 10 – levy liikkuu edestakaisin
Sentrifugit ruuvilaitteella sedimentin purkamiseen. Riisi. V-18. Sentrifugoi ruuvilaitteella sedimentin purkamiseksi. 1 – ulkoputki; 2, 4 – reikä jousituksen läpikulkua varten; 3 – sisäputki; 5 – kartiomainen roottori, jossa kiinteät seinät; 6 – kairan sylinterimäinen pohja; 7 – kaira; 8 – kotelo; 9 – ontot tapit; 10 – reiät sedimentin kulkua varten; 11 – kammio sedimentille; 12 – reikä keskuksen läpikulkua varten; 13 – kammio keskittämistä varten.
Sentrifugit inertiaalisella sedimenttipurkauksella. Riisi. V-19. Sentrifugoi inertiaalisella sedimenttipurkauksella. 1 – suppilo jousitusta varten; 2 – roottori; 3 – kanava nestefaasin poistamiseksi; 4 – kanava kiinteän faasin poistamiseksi; 6 – kaira.
Nesteen erottimet. Riisi. V-20. Levytyyppinen nesteerotin. 1 - putki emulsion syöttämiseen; 2 – levyt; 3 – reikä raskaamman nesteen tyhjentämiseen; 4 – reikiä lisää tyhjennykseen kevyt neste; 5 – kylkiluut.
1. 2. 3. 4. 5. KAASUJÄRJESTELMIEN EROTTELU (KAASUN PUHDISTUS) Seuraavat kaasunpuhdistusmenetelmät erotetaan toisistaan: sedimentaatio painovoiman vaikutuksesta (painovoimapuhdistus); sedimentaatio inertiaalisten, erityisesti keskipakovoimien vaikutuksesta; suodatus; märkä puhdistus; laskeuma sähköstaattisten voimien vaikutuksesta (sähköinen
Kaasujen painovoimapuhdistus Pölynerotuskammiot. Riisi. V-21. Pölynerotuskammio. 1 - kamera; 2 – vaakasuorat väliseinät (hyllyt); 3 heijastava väliseinä; 4 – ovet.
Kaasun puhdistus inertia- ja keskipakovoimien vaikutuksesta Inertiaaliset pölynkerääjät. Riisi. V-22. Inertiaalinen säleikköllinen pölynkerääjä. 1 – ensisijainen säleikköllinen pölynkerääjä; 2 – sykloni; 3 – putket puhdistetulle kaasulle; 5 – pölynpoistoputki.
Sykloni kuva. V-23. NIIOgazin suunnittelema sykloni. 1 – runko; 2 – kartiomainen pohja; 3 – kansi: 4 – tuloputki; 5 – pölynkerääjä; 6 - pakoputki.
Akkusykloni V-24. V-25. Riisi. V-26. Suoravirtaisen akkusyklonin elementti. 1 – kiertolaite; 2 tuloputki; 3 – rengasmainen rako; 4 – pakoputki.
Kaasun puhdistus suodattamalla Suodattimen väliseinän tyypistä riippuen erotetaan seuraavat kaasusuodattimet: a) taipuisat huokoiset väliseinät, jotka on valmistettu luonnonkuiduista, synteettisistä ja mineraalikuiduista (kangasmateriaalit), kuitukangasmateriaaleista (huopa, pahvi jne.). ), huokoiset levymateriaalit (sienikumi, polyuretaanivaahto jne.), metallikankaat; b) puolijäykillä huokoisilla väliseinillä (kuitukerrokset, lastut, verkot); c) jäykillä huokoisilla väliseinillä, jotka on valmistettu rakeista materiaaleista (huokoinen keramiikka, muovit, sintratut tai puristetut metallijauheet jne.); d) rakeisilla kerroksilla koksia, soraa, kvartsihiekkaa jne.
Suodattimet joustavilla huokoisilla väliseinillä. Riisi. V-27. Pussisuodatin mekaanisella ravistuksella ja kankaan vastapesulla. I-IV – suodatinosat; 1, 9 – tuulettimet; 2 – tulokaasukanava; 3 – kamera; 4 – hihat; 5 – jakeluverkko; 6, 8 – kuristusventtiilit; 7 – pakoputki; 10 – ravistusmekanismi; 11 – kehys; 12 – kaira; 13 – sulkuportti.
Suodattimet jäykillä huokoisilla väliseinäillä Keraaminen metallisuodatin Kuva. V-28. Metallikeraaminen suodatin. 1 – runko; 2 – metalliset hihat; 3 – verkko; 4 - tuloliitin; 5 – ulostuloliitin; 6 – paineilmasarja; 7 – bunkkeri.
Suodattimet rakeisilla kerroksilla. Riisi. V-29. Jatkuva suodatin, jossa liikkuva kerros rakeista suodatinmateriaalia. 1 – runko; 2 – suodatinväli; 3 – suodatinmateriaali; 4 tuloliitin; 5 – ulostuloliitin; 6 – portit; 7 – syöttölaitteet.
V-34
SEKOTUS NESTEISESSÄ VÄLINEISSÄ Sekoitusmenetelmät. Riippumatta siitä, mitä väliainetta sekoitetaan nesteen - kaasun, nestemäisen tai kiinteän rakeisen aineen - kanssa, nestemäisessä väliaineessa on kaksi pääsekoitusmenetelmää: mekaaninen (erityyppisten sekoittimien avulla) ja pneumaattinen (paineilma tai inertti kaasu). Lisäksi käytetään sekoitusta putkistoissa sekä sekoittamista suuttimien ja pumppujen avulla.
Esipuhe
Johdanto
1. Kemian teknologian aihe ja kurssin tavoitteet
2. Prosessien luokittelu
3. Materiaali- ja energialaskelmat
Yleiset materiaalitasekäsitteet. Poistu. Esitys. Tuotantoprosessien intensiteetti. Energiatasapaino. Tehoa ja tehokkuutta.
4. Fysikaalisten suureiden mitat
OSA YKSI. HYDRODYNAMISET PROSESSIT
Luku ensimmäinen. Hydrauliikan perusteet
A. Hydrostatiikka)