Общие методы расчета химической аппаратуры

Основными задачами при расчете любого химического аппарата являются:

1) определение расхода энергии, пара, воды и других теплоэнергетических средств;

2) определение размеров аппарата, необходимых для обеспечения заданной производительности, или, наоборот, определение производительности аппарата по заданным размерам его.

Определение расхода теплоэнергетических средств производится на основании энергетического баланса аппарата. Наиболее часто приходится определять расход пара и воды.

Размеры аппарата определяются на основе данных о кинетике процесса. Исходя из этих данных, определяют время пребывания обрабатываемого вещества в аппарате (продолжительность процесса), а из уравнения (1) находят необходимую поверхность F.

Рассмотрим основные случаи определения размеров аппаратов (количество перерабатываемого вещества считается известным).

1. Задано время пребывания вещества в аппарате τ, с. В этом случае определяется необходимая полезная емкость аппарата:

(2)

2. Заданы время пребывания τ, с и скорость прохождения вещества через аппарат .

Площадь поперечного сечения аппарата определяется по уравнению расхода:

(3)

Длина аппарата L, необходимая для соблюдения требуемого времени пребывания в нем вещества, равна

(4)

3. Заданы скорость и поверхность теплообмена . Этот случай рассматривается при расчете теплообменных аппаратов.

4. Заданы скорость и поверхность соприкосновения фаз . Этот случай рассматривается при расчете аппаратов для массообмена, в частности при расчете насадочных колонн.

Особенности расчетов процессов и аппаратов:

1. При решении математических задач даются коэффициенты, характеризующие заданные величины, и внимание направлено на составление уравнения, которое имеет определенное решение. В расчетах процессов и аппаратов уравнение обычно известно и основная трудность заключается в выборе значений тех параметров, которые входят в расчетное уравнение. Некоторые из них (например, характеристики физико-химических свойств вещества) берутся по справочным таблицам, другие (например, скорость прохождения вещества через аппарат) могут быть приняты более или менее произвольно, значения некоторых величин (например, температуру стенки при тепловых расчетах) принимают как ориентировочные и проверяют принятые значения их в конце расчета. Следует также отметить, что большинство задач по расчетам процессов и аппаратов не имеет однозначного ответа – в зависимости от принятых величин могут получиться различные размеры аппаратов. В этом случае прн выборе того или иного размера надо руководствоваться технико-экономиче- скимн соображениями.

2. Наличие готовых уравнений создает ложное впечатление возможности механической подстановки в эти уравнения известных данных. При этом часто используют уравнения, которые неприменимы к данному случаю. Поэтому необходимо всегда тщательно обдумывать, каким именно уравнением следует воспользоваться в том или ином случае.

3. Отдельные коэффициенты, данные промежуточных расчетов и конечные результаты должны иметь определенную степень- точности. Излишняя точность вычислений бесполезна – она лишь увеличивает затраты времени и создает большую возможность допущения ошибок. В большинстве случаев достаточна точность до трех значащих цифр.

4. Полученные путем расчета размеры должны быть округлены в соответствии с действующими стандартами и нормалями. Многие размеры берутся, исходя из конструктивных соображений.