Введение. Дисциплина «Процессы и аппараты химической технологии» (ПАХТ) является одной из фундаментальных общеинженерных дисциплин

Предисловие.

Дисциплина «Процессы и аппараты химической технологии» (ПАХТ) является одной из фундаментальных общеинженерных дисциплин. Она является завершающей в общеинженерной подготовке студента и основополагающей в специальной подготовке.

Технология производства разнообразия химических продуктов и материалов включает ряд однотипных физических и физико-химических процессов, характеризуемых общими закономерностями. Эти процессы в различных производствах проводятся в аналогичных по принципу действия аппаратах. Процессы и аппараты, общие для разных отраслей химической промышленности, получили название основных процессы и аппаратов химической технологии.

Дисциплина ПАХТ состоит из двух частей:

· теоретические основы химической технологии;

· типовые процессы и аппараты химической технологии;

В первой части излагаются общие теоретические закономерности типовых процессов; основы методологии подхода к решению теоретических и прикладных задач; анализ механизма основных процессов и выявление общих закономерностей их протекания; формулируются обобщенные методы физического и математического моделирования и расчета процессов и аппаратов.

Вторая часть состоит из трех основных разделов, содержание которых раскрывает прикладные инженерные вопросы основ химической технологии:

· гидромеханические процессы и аппараты;

· тепловые процессы и аппараты;

· массообменные процессы и аппараты.

В этих разделах даются теоретические обоснования каждого типового технологического процесса, рассматриваются основные конструкции аппаратов и методика их расчета. Лекции, лабораторные и практические занятия, курсовое проектирование, самостоятельная работа студентов и общеинженерская производственная практика обеспечивают приобретение знаний, навыков и умений, необходимых как для дальнейшего обучения, так и для работы на производстве.

Введение.

1.1 Предметы и задачи курса.

Технология (techne-искусство, мастерство)- совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката в процессе производства.

Изучение технологических процессов составляет предмет курса. Технология, как наука, определяет условия практического применения законов естественных наук (физики, химии, механики и др.) для наиболее эффективного проведения разнообразных технологических процессов. Технология непосредственно связана с производством, а производство постоянно находиться в состоянии изменения и развития.

Основная задача курса: выявление общих закономерностей процессов переноса и сохранения различных субстанций; разработка методов расчета технологических процессов и аппаратов для их проведения; ознакомление с конструкциями аппаратов и машин, их характеристиками.

В результате освоения дисциплины студенты должны знать:

1. Теоретические основы процессов химической технологии; законы; их описывающие; физическую сущность процессов, схемы установок; конструкции аппаратов и принцип их работы; методику расчета процессов и аппаратов, в том числе, с использованием ЭВМ.

2. Принципы моделирования и масштабного перехода, правильного выбора аппаратуры для проведения соответствующих процессов и возможности их интенсификации.

3. Современные достижения науки и техники в области химической технологии.

Умения, которыми должны овладеть студенты:

1. Правильно применять теоретические знания при решении конкретных задач обоснованного выбора:

а) конструкции аппаратов для проведения определенных процессов;

б) режимных параметров работы аппаратов;

в) схемы проведения процессов.

2. Самостоятельно проводить расчеты аппаратов.

3. Самостоятельно работать на лабораторных исследовательских установках, обрабатывать экспериментальные данные, получать эмпирические зависимости, анализировать расчетные методики.

4. Проектировать типовые процессы и аппараты, пользоваться технической литературой и ГОСТами, заполнять техническую документацию в соответствии с ЕСКД.

1.2 Классификация основных процессов химической технологии.

Современная химическая технология изучает процессы производства различных кислот, щелочей, солей, минеральных удобрений, продуктов переработки нефти и каменного угля, органических соединений, полимеров и др. Однако, несмотря на огромное разнообразие химических продуктов, получение их связано с проведением ряда однотипных процессов (перемещение жидкостей и газов, нагревание и охлаждение, сушка, химическое взаимодействие и.т.д.). Итак, в зависимости от законов, определяющих скорость протекания процессов, они могут быть объединены в следующие группы:

1. Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидромеханики. Сюда относятся транспортирование жидкостей и газов, получение и разделение неоднородных систем и др.

2. Тепловые процессы, скорость которых определяется законами переноса теплоты (охлаждение и нагревание жидкостей и газов, конденсация паров, кипение жидкостей и т.п.).

3. Массообменные процессы, скорость которых определяется законами переноса массы из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз (абсорбция, адсорбция, экстракция, перегонка жидкостей, сушка и др.)

4. Химические процессы, скорость которых определяется законами химической кинетики.

5. Механические процессы, которые описываются законами механики твердых тел (измельчение, сортировка, смешение твердых материалов и др.).

Перечисленные процессы составляют основу большинства химических производств и поэтому называются основными (типовыми) процессами химической технологии.

ПАХТ изучает первые три группы, четвертую группу изучает дисциплина ОХТ, пятая группа – предмет специальных дисциплин профилирующих кафедр.

В зависимости от того, изменяются или не изменяются во времени параметры процессов (скорости движения потока, температура, давление и.т.д.) их подразделяют на стационарные (установившиеся) и нестационарные (неустановившиеся). Если обозначить какой-нибудь параметр через U, тогда:

-стационарный процесс U(x,y,z)

-нестационарный процесс U(x,y,z,t)

Периодический процесс характеризуется единством места проведения его отдельных стадий. Процесс нестационарный.

Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий. Процесс установившийся (стационарный).

Встречаются комбинированные процессы - отдельные стадии проводятся непрерывно, отдельные периодически.

Однако курс ПАХТ построен не как изложение отдельных вышеперечисленных групп. Общетеоретические основы химической технологии изучаются отдельно, далее излагаются типовые процессы и аппараты химической технологии.

1.3 Гипотеза сплошности среды.

Жидкая среда заполняет тот или иной объем без каких-либо свободных промежутков, сплошным образом, или является сплошной средой. При описании таких сред предполагают, что они состоят из частиц. Причем под частицей сплошной среды подразумевают не любую сколь угодно малую часть ее объема, а весьма небольшую его часть, содержащую внутри себя миллиарды молекул. В общем случае минимальная цена деления макроскопического масштаба пространственной Δl или временной Δt координаты должна быть достаточно малой, чтобы пренебречь изменением макроскопических физических величин в пределах Δl или Δt, и достаточно большой, чтобы, пренебречь флуктуациями микроскопических величин, полученных осреднением этих величин по времени Δt или объему частицы Δl³. Выбор минимальной цены деления макроскопического масштаба определяется характером решаемой задачи.

Движение макроскопических объемов среды приводит к переносу массы, импульса и энергии.