Учебно-методический комплекс дисциплины «Основные процессы и аппараты химико-технологических производств» (стр. 2 )

Гидромеханические процессы,  как правило,  являются  последующими  после механических процессов.  Рассмотрим  определения  гидромеханических процессов. 

Перемешивание - процесс приведения в тесный контакт одного или нескольких компонентов с целью создания однородной  по распределению веществ массы. При перемешивании происходит выравнивание полей концентрации и температуры по всему объёму.

Осаждение - процесс  разделения неоднородной жидкой системы (НЖС) на твёрдую фазу - осадок и жидкую  осветленную фазу - декантат или фугат.

Фильтрование -  процесс  разделения неоднородной жидкой системы (НЖС) на твёрдую фазу - осадок и жидкую  осветленную фазу - фильтрат.

Тепловые  процессы, в основном, выступают как основные процессы всего производственного цикла. Рассмотрим  определения  тепловых процессов.

Охлаждение - процесс обработки пищевых сырья, полуфабрикатов, продуктов холодом  при  околонулевых (собственно охлаждение) или  отрицательных температурах (замораживание).

Нагревание - комплекс процессов обработки  пищевых сырья, полуфабрикатов, продуктов теплом. К нагреванию относят следующие частные процессы: варку, шпарку, обжарку, пастеризацию, стерилизацию.

Выпаривание - процесс удаления воды из растворов при кипении с целью их концентрирования. При этом растворённые вещества остаются в неизменном количестве.

Конденсация - процесс фазового перехода парообразного вещества в жидкое. Конденсация в технологических процессах пищевых производств в основном является вторичным процессом, неизбежно сопутствующим выпариванию или теплопередаче в теплообменниках. В этих случаях речь идёт о конденсации греющего водяного пара. Конденсация применяется также при сжижении газов при значительном  избыточном давлении

Массообменные  процессы  чаще всего выступают в качестве основных технологических процессов пищевых производств. Также некоторые массообменные  процессы  используются в качестве экологических  процессов. Рассмотрим  определения  массообменных процессов.

Абсорбция – процесс поглощения газов или паров всем объёмом жидкости.

Адсорбция – процесс поглощения газов или паров поверхностью твёрдого тела.

Сушка - процесс удаления влаги из влажного материала вследствие разности концентраций влаги в материале и окружающей среде. Цель: увеличение сроков хранения продукта (материала), а также придание продукту товарного вида и транспортабельности.

Экстрагирование – процесс  разделения сложного по составу вещества на отдельные компоненты за счёт  воздействия на вещество растворителем, обладающим избирательной растворимостью.

Кристаллизация - процесс образования и роста кристаллов в насыщенных растворах при понижении  давления или температуры.

Растворение - процесс  образования  раствора веществ при  их физическом  взаимодействии. 

Вопросы для самопроверки.

1. Чем вызвано создание курса  «Процессы и аппараты»? Что является его основой, что изучается в курсе, что дает знание курса. Что такое процесс В чем заключается существенное отличие аппарата от машины. Что является основной характеристикой аппаратов и машин?

2. Дайте технико-экономическую оценку аппаратов периодического и непрерывного действия. Укажите их достоинства и недостатки.

3. На какие группы делятся процессы, изучаемые в курсе? Что является движущими силами их?

4. Какие процессы изучаются в каждом разделе курса? Характеристика этих процессов.

5. Сущность стационарных и нестационарных процессов. Как определяется закон протекания этих процессов? Чем вызывается начало любого процесса? Что такое система, какие имеются системы, их характеристика?

Рекомендуемая  литература.

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

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

Лекция 2.  Основные (базовые) законы курса ОПАХТП.

План лекции:

1. Закон движущей силы  процессов (принцип Ле-Шателье)

2. Закон кинетики процессов.

3. Закон сохранения массы в системе.

4. Закон сохранения энергии в системе.

5. Закон равновесия в системе (правило фаз Гиббса)

6. Закон оптимизации процессов.

1. Закон движущей силы  процессов (принцип Ле-Шателье)

Формулировка: «Для того, чтобы протекал любой технологический процесс необходимо, чтобы система была выведена из состояния равновесия, при этом разность потенциалов  всегда  величина положительная».

Движущая  сила  всегда представляет собой  разность  потенциалов одной  физической величины – разность уровней энергии:

?? =?1  - ?2;

где  ?? - разность потенциалов (движущая сила процесса);

  ?1  -  потенциал в первой фазе;

  ?2 - потенциал во  второй  фазе;

В качестве  ?? выступают следующие  величины:  ??; ? p,  ?t,  ?C, характерные для каждой группы (класса) процессов. Таким образом, чтобы протекал любой технологический процесс необходимо, чтобы:

??> 0, следовательно, ?1 > ?2.

При  состоянии в системе, когда  ?1 =  ?2,  > ?? = 0,  в ней  установилось равновесие и процесс не происходит. В пищевых  производствах  всегда в ходе  рабочей смены  в аппаратах  искусственно поддерживают  ??> 0.

2 Закон кинетики  процессов.

В  процессовых расчётах  необходимо знать закономерность изменения скорости протекания данных процессов. (u). Установлено, что  скорость процесса  прямо пропорциональна движущим силам и обратно пропорциональна сопротивлению со стороны системы:        

3 Закон сохранения массы в системе.

В ПАПП приобретает форму уравнения материального баланса для данного работающего аппарата. Рассмотрим  аппарат непрерывного действия на рис.1:

Рис.1. Схема аппарата непрерывного действия.

1,2 – входящие массовые  потоки, 3,4,5 – выходящие массовые потоки.

Уравнение материального баланса примет вид:

Мс1 + Мс2 = Мс3 + Мс4 + Мс5 ,

где  Мс1,  Мс2 – массовые расходы входящих потоков; кг/с

  Мс3, Мс4, Мс5 - массовые расходы выходящих потоков; кг/с.

Данное уравнение используют для расчёта  какого-либо аппарата по затратам сырья или выходу готового продукта.

4. Закон сохранения энергии в системе.

В ПАПП приобретает форму уравнения теплового  баланса для данного работающего аппарата. непрерывного действия (см. рис.1)

Q1 + Q2 = Q3 +Q4 + Q5 + QП ;

где  Q1;Q2 – входящие тепловые потоки, Вт;

  Q3,Q4,Q5 - выходящие тепловые потоки, Вт;

  QП – тепловые потери, Вт.

Данное уравнение используют для расчёта тепловой нагрузки, расхода греющего теплоносителя в  аппарате.

5. Закон равновесия в системе (правило фаз Гиббса).

Устанавливает  число термодинамических параметров, которые полностью характеризуют равновесное протекание процесса или установившееся равновесие, при котором процесс практически не происходит. Термодинамические параметры  называют степенями свободы системы (S). Как известно, к ним относят давление – р, объём – V, температура – Т, концентрация одного или нескольких компонентов – С.

S = К – Ф + 2;

S – число степеней  свободы системы;

К –  число компонентов в системе

Ф  - число фаз в системе;

2 -  число внешних параметров, определяющих равновесие в системе (р и Т).

6. Закон оптимизации процессов.

Один и тот же технологический процесс можно  осуществить  несколькими способами. Один из этих способов  в данных конкретных условиях является оптимальным. Выбор  такого, наиболее целесообразного  способа, называется оптимизацией процесса. Оптимизация предполагает такую организацию технологического процесса, при которой  максимальная производительность аппарата, машины, линии  будет обеспечена при возможно минимальных затратах сырья и  энергии. Каждый процесс требует в принципе индивидуального подхода, однако существуют универсальные решения – принципы, которые строго должны соблюдаться при оптимизации любых технологических процессов. Это следующие принципы:

Непрерывность протекания процесса. Противоточность обменивающихся потоков. Обновление поверхности контакта фаз. Создание  развитой поверхности контакта между фазами. Ступенчатое  использование греющих теплоносителей. Закон масштабного перехода и моделирования.

1. Сущность основных и общих законов, определяющих условия системы, их характеристика?

2 Как пишется общее выражение скорости протекания процессов? Физический смысл и размерность  величин, входящих в общее выражение. К какому однообразному виду могут быть приведены кинетические уравнения процессов? Их физический смысл.

3. Охарактеризуйте закон движущей силы  процессов (принцип Ле-Шателье)

4. Охарактеризуйте закон кинетики процессов.

5. Охарактеризуйте закон сохранения массы в системе.

6. Охарактеризуйте закон сохранения энергии в системе.

7. Охарактеризуйте закон равновесия в системе (правило фаз Гиббса)

8. Охарактеризуйте закон оптимизации процессов.

Рекомендуемая  литература.

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

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

Лекция 3.  Основы теории подобия и моделирования.

План лекции:

1. Сущность моделирования.

2. Способы исследования процессов.

3. Сущность теории подобия.

4. Теоремы подобия.

Сущность моделирования.

Моделирование – способ изучения  процесса (объекта), при котором вместо самого объекта (оригинала) изучается  его уменьшенная копия, называемая моделью. Результаты моделирования  путём масштабного перехода переносятся на оригинал. Основной результат моделирования состоит в предсказании поведения оригинала в рабочих условиях производства на базе расчётов и эксперимента. Методы моделирования основаны на подобии различных объектов.