Учебно-методический комплекс дисциплины «Основные процессы и аппараты химико-технологических производств» (стр. 12 )

37. Принцип, на котором основано электроосаждение. В каком случае происходит и в каком не происходит электроосаждение. Конструктивное оформление электроосадителей.

38. Принцип действия циклонов и аэроциклонов. Силы, действующие на частицы, находящиеся в циклоне. Определение скорости осаждения. От чего зависит эффект разделения в аэроциклонах? Критерии, от которых зависит эффект разделения?

39. Что такое К. П.Д. циклона и какова его величина? Каким образом можно повысить эффект разделения циклона? Определение гидравлического сопротивления циклона. Конструкция батарейных циклонов, и технико-экономическая характеристика.

40. Метод, применяемый для расчета циклонов? Изложите методику расчета циклонов.

41. Для чего применяются гидроциклоны? Для каких производственных процессов они являются перспективными? Их принцип действия. Определение производительности циклона, максимальный размер частиц,  уходящих со сливом, мощность, необходимая для работы,. Факторы, влияющие на эффект разделения.

42. В каких машинах для разделения жидких неоднородных систем используется центробежное поле? На какие классы делятся эти машины, чем они отличаются, принцип их работы? По каким признакам классифицируются центрифуги?

43. Определение центробежного давления в фильтрующих центрифугах. Из каких слагаемых состоит полный цикл работы? Как определяется производительность периодически действующих центрифуг? Типы и конструкции непрерывно-действующих центрифуг, работающих в промышленности, принцип их действия и определение их производительности.

44. Какие известны конструкции непрерывно-действующих осадительных центрифуг и принцип их работы? Для каких целей предназначены тарельчатые сепараторы, как они устроены и работают? Как определяется производительность сепараторов, их преимущества и недостатки.

Рекомендуемая  литература.

1. , , и др.  Процессы и аппараты пищевых производств. М., «Агропромиздат», 1985г.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия»,1971г.

Лекция 13.  Массообменные процессы. 

План лекции:

1.  Основы массопередачи.

  Массообменные процессы – это процессы, сущность  которых составляет перенос вещества из одной  фазы в другую в результате разности концентраций вещества между фазами  ?С:

?С = С1  - С2 ;  ( 1)

где С1  - концентрация вещества в первой фазе;

  С2 -  концентрация вещества во второй фазе.

  Массопередача – это суммарный процесс переноса вещества из отдающей фазы к границе раздела фаз, через границу раздела фаз и затем в принимающую фазу.

  Массопередача состоит из молекулярной и конвективной диффузий. Молекулярная диффузия происходит за счёт беспорядочного теплового движения молекул, скорость её, как известно, определяется длиной свободного пробега молекул. Конвективная  диффузия вызывается различной плотностью вещества в отдельных точках системы. В свою очередь разность плотностей  ?? вызвана разностью концентраций вещества между фазами в системе. Скорость конвективной диффузии значительно выше скорости молекулярной диффузии. При переносе вещества, например, в системе газ – жидкость,  вещество на участке фаза 1 -  граница фаз движется  в основном за  счёт конвективной диффузии, Через границу раздела фаз (два плёночных слоя) вещество переносится только в результате молекулярной диффузии. Далее, в глубь фазы 2 перенос массы происходит, главным образом, за счёт конвективной диффузии. Таким образом, всё диффузионное сопротивление массопередаче сосредоточено в межфазном слое (плёночном слое).

Скорость молекулярной  диффузии  характеризуется первым законом Фика:

dM = - D ·F · (dC/dx) · d? ;  (2 )

где  dM  - элементарная масса прошедшего вещества;

  D  -  коэффициент диффузии, определяющий способность вещества проникать в какую-либо среду, м2 / с;

  F  - площадь массопередачи (поверхность контакта между фазами);

  (dC/dx) – градиент концентрации;

  d?  - элементарное время  диффузии. 

Для расчётов промышленных процессов массопередачи применяют уравнение, учитывающее комплексный эффект молекулярной и конвективной диффузий – основное уравнение массопередачи:

M = Kм · F · ?С ;  (3 )

где  M  - масса вещества (массовый расход), перешедшего из фазы 1 в фазу 2 за единицу времени, кг / с;

  Kм  - коэффициент массопередачи, характеризующий интенсивность процесса, кг / м2 · с.

;  (4 )

где ?1  - коэффициент массоотдачи от первой фазы к границе раздела фаз. 

  ?2  - коэффициент массоотдачи от границы раздела фаз  ко второй фазе

  n – коэффициент распределения вещества фазы 1 в объёме фазы 2.

Величины  ?1 , ?2  определены  для веществ различной природы опытным путём и сведены в таблицы.

Критериальное уравнение Нуссельта для массопередачи  имеет вид:

Nuв = А · Rea · Prд b ;  ( 5)

где  Nuв  - диффузионный критерий Нуссельта;

  Prд -  диффузионный критерий Прандтля.

  Nuв = ? · l / D ;  (6 )

  Prд  =  ? / D;  ( 7)

Основной задачей расчёта массообменных аппаратов является определение поверхности массопередачи F, м2 .

  F = M / (Kм · ?С) ;  (8 ) 

По величине поверхности массопередачи рассчитывают все габаритные размеры массообменных аппаратов.

Вопросы для самопроверки

1. Какие процессы называются массообменными и почему их иногда называют диффузионными процессами? Перечислите их и охарактеризуйте сущность этих процессов.

2. Приведите основные законы диффузии. От чего зависит процесс молекулярной диффузии и коэффициент диффузии? Что является основой теории диффузии? Определение коэффициента диффузии при различных температурах /для газов и слабо разбавленных растворов/, когда он известен для одной какой-либо температуры

3. Массоотдача и массопередача. Физический смысл и размерность коэффициентов массоотдачи и массопередачи. Уравнения, которые описывают массоотдачу и массопередачу. Связь между коэффициентами массоотдачи и массопередачи.

4. Критерии подобия процессов массообмена и их характеристика. Методы получения основной формы зависимости между критериями подобия для различных видов массопередачи, сущность этих методов.

5. Термодиффузия и принцип её линейности. Условия подчинения выбора термодинамических сил переноса для явлений теплопроводности и диффузии. Как устанавливается основная форма зависимости для градиента концентрации, возникающего из-за градиента температуры?

6. Сорбционные процессы и их использование в пищевой промышленности, характерные черты этих процессов и как они используются в промышленности? Какие условия, исходя из правил Ле-Шателье, являются благоприятными для сорбции и десорбции.

Рекомендуемая  литература.

1. , , и др.  Процессы и аппараты пищевых производств. М., «Агропромиздат», 1985г.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия»,1971г.

Лекция 14.  Массообменные процессы.  Процесс сушки.

План лекции:

1.  Основы кинетики и динамики сушки.

2.  Материальный и тепловой балансы сушки.

1.  Основы кинетики и динамики сушки.

Сушка – тепломассообменный процесс удаления влаги из материала путём её испарения и отвода образующихся паров. Основу сушки составляет массообмен. Технологическое назначение сушки: обезвоживание продуктов с целью увеличения их  сроков хранения, придания  товарного вида и улучшения транспортабельности. При этом все первоначальные пищевые свойства продуктов должны быть сохранены,  а в некоторых случаях улучшены.

  Различают конвективную и контактную сушку.

Конвективная сушка  - сушка влажного материала в потоке  газообразной  среды (сушильного агента). Контактная сушка – сушка влажного материала находящегося непосредственно на нагретой металлической поверхности.

  Способ сушки и интенсивность теплового воздействия сушильного агента  зависят от вида связи влаги с материалом  и соответственно – от  природы материала. Существуют три вида связи влаги с материалом: химическая, физико-химическая, механическая. Первая является наиболее прочным видом связи и удаляется только контактной (кондуктивной) сушкой. 

  Сушка характеризуется двумя движущим силами:  средней разностью концентраций (?С) вещества  между фазами( С1 и С2 ) и средней разностью температур ?t температур  между сушильным агентом t2 и материалом t1.

  ?С = С1 - С2 ;  ( 1)

  ?t =  t2  -  t1.  ( 2)

Наиболее распространённым видом сушки является конвективная сушка. Данная сушка проходит в три стадии:

1. Перемещение влаги от центральных слоёв к поверхностным внутри материала.

2. Парообразование влаги.

3. Перемещение пара от поверхности  в окружающий воздух. 

На второй стадии процесса затрачивается значительное количества тепла, пропорциональное  массе испаряемой влаги  и удельной теплоте парообразования.

В итоге вся масса удалённой влаги (m) складывается из массы, удалённой за счёт влагопроводности ( mw),  и массы, удалённой за счёт теплопереноса (mt).

M  =  mw  +  mt ;  (3 )

Кинетика и динамика процесса сушки характеризуется кривыми сушки  W = f (?) и скорости сушки  dW/d? = f (W) . Здесь W – удалённая влага  в процессе сушки в кг, ? – время сушки, dW/d? – скорость сушки.  Согласно кривой сушки процесс происходит в три периода:

  -  период прогрева материала;

-  период постоянной скорости;

-  период падающей скорости.

Основная масса влаги  W удаляется в периоде постоянной скорости:

W = ?p · F · ( p1 – p2) · ? ;  (4 )

где ?p  - коэффициент массоотдачи;

  p1  -  парциальное давление паров воды в пограничном водяном слое;

  p2  -  парциальное давление паров воды в окружающей среде.

Конвективная сушильная установка включает в себя: вентилятор, калорифер, сушильную камеру, транспортирующие механизмы и другое вспомогательное оборудование. Уравнение материального баланса имеет  вид: