З дисципліни Процеси та Апарати

 

Частина ІI

Масообмінні процеси

 

для спеціальності 6.07.08.00

“Екологія та охорона навколишнього середовища”

 

Затверджено Затверджено

на засіданні кафедри на засіданні навчально-

„Екологія та безпека методичної комісії

життєдіяльності” факультету АД

Протокол №3 від 15.10.2008р. Протокол №2 від 1.10.2008р.

_________С.П. Висоцький __________Л.М. Морозова

 

Горлівка, 2008

 

 

УДК 50. (075)

Процеси та апарати. Курс лекцій для студентів спеціальності 7.070801 – Екологія. Частина IІ –7-й семестр.

Укладач О.Г.Сірик – Горлівка АДІ ДонНТУ, 2008 р.

Викладені основні поняття процесів масопередачі, абсорбції, адсорбції, кристалізації і сушіння.Приведені конструкції найбільш поширених апаратів для виконання процесів, основи їх розрахунку.

При складанні ІІ частини курсу за основу прийнято рекомендований Міністерством освіти i науки України підручник В.С.Шалугіна та В.М.Шмандія „Процеси та апарати промислових технологій” – К.: ЦУЛ, 2008. – 392 с.

 

 

Укладач: О.Г.Сірик – доц.

 

 

Відповідальний за випуск С.П.Висоцький, проф.

 

 

ЗМІСТ

 

Стор.

 

Лекція 1ОСНОВИ МАСОПЕРЕДАЧІ.........................................................6

1.1 Види масообмінних процесів.......................................................6

1.2 Способи вираження складу фаз....................................................7

1.3 Рівновага масообмін них процесів...............................................8

1.4 Матеріальний баланс масопередачі.............................................8

1.5 Способи взаємодії розподіляючих фаз........................................10

Лекція 2. РІВНЯННЯ МАСОПЕРЕДАЧІ.........................................12

2.1 Рівняння робочих ліній процесу масопередачі...........................12

2.2 Основне рівняння масопередачі...................................................13

Лекція 3 ЗАКОНИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ДИФУЗІЇ..............................14

3.1 Перший закон Фіка........................................................................14

3.2 Конвективна дифузія.....................................................................15

3.3 Схема процесу масопередачі……………………………………16

Лекція 4 ПОДІБНІСТЬ ДИФУЗІЙНИХ ПРОЦЕСІВ........................19

4.1 Дифузійні критерії подібності......................................................19

4.2 Критерійні залежності масообмін них процесів.........................20

Лекція 5.................................................................................................21

5.1 Рушійна сила процесів масопередачі..........................................21

Лекція 6 РОЗРАХУНКИ МАСООБМІННИХ АПАРАТІВ.............22

6.1 Число одиниць переносу..............................................................22

6.2 Модифіковані рівняння масопередачі........................................24

Лекція 7 АБСОРБЦІЯ.....................................................................................26

7.1 Поняття про абсорбцію.................................................................26

7.2 Рівновага в процесах абсорбції....................................................28

7.3 Матеріальний баланс процесу абсорбції……………………….30

7.4 Кінетика процесуабсорбції …………………………………….31

Лекція 8 ПРИНЦИПОВІ СХЕМИ АБСОРБЦІЇ................................35

8.1 Прямоточна і проти точна схеми.................................................35

8.2 Схеми абсорбції з рециркуляцією...............................................37

8.3 Десорбція………………………………………………………...38

Лекція 9 КОНСТРУКЦІЇ АБСОРБЕРІВ...........................................39

9.1 Поверхневі абсорбери…………………………………………..40

9.2 Плівкові абсорбери.......................................................................41

9.3 Насадкові абсорбери……………………………………………43

9.4 Гідродинамічні режими насадкових колон...............................46

Лекція 10 КРИСТАЛІЗАЦІЯ......................................................................56

10.1 Процес кристалізації..................................................................56

10.2 Матеріальний баланс кристалізації..........................................59

10.3 Тепловий баланс кристалізації..................................................60

10.4 Устаткування кристалізації........................................................61

Лекція 11 АДСОРБЦІЯ.................................................................................63

11.1 Процес адсорбції.........................................................................63

11.2 Рівновага в процесах адсорбції.................................................64

11.3 Адсорбенти і іонообмінні смоли...............................................66

Лекція 12 АПАРАТИ ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ АДСОРБЦІЇ...............68

12.1 Апарати з нерухомим шаром адсорбенту.................................68

12.2 Апарати з рухомим шаром адсорбенту.....................................69

12.3 Апарати з механічним транспортуванням адсорбенту............71

Лекція 13 СУШІННЯ..........................................................................75

13.1 Процес сушіння..........................................................................75

13.2 Рівновага в процесі сушки..........................................................76

13.3 Кінетика сушки............................................................................78

13.4 Конвективна сушка.....................................................................82

Лекція 14 ДІАГРАМА СТАНУ ВОЛОГОГО

АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ...........................................................86

14.1 Побудова діаграми......................................................................86

14.2 Процеси зміни параметрів повітря на діаграмі i — х..............88

Лекція 15 ПРИНЦИПОВІ СХЕМИ КОНВЕКТИВНОЇ

СУШКИ................................................................................................91

15.1 Сушка з багатократним проміжним підігрівом повітря..........91

15.2 Сушка з частковим поверненням відпрацьованого

повітря..................................................................................................92

15.3 Сушка із замкнутою циркуляцією газу......................................93

15.4 Контактна сушка..........................................................................94

Лекція 16 КОНСТРУКЦІЇ СУШАРОК..............................................96

16.1 Сушарки для контактної сушки.................................................97

16.1.1 Сушильна шафа........................................................................97

16.1.2 Гребкові сушарки.....................................................................97

16.1.3 Вальцьові сушарки...................................................................98

16.2 Конвективні (повітряні) сушарки..............................................99

16.2.1 Камерні сушарки......................................................................99

16.2.2 Тунельні сушарки....................................................................99

16.2.3 Барабанні сушарки..................................................................100

16.2.4 Розпилювальні сушарки.........................................................102

16.2.5 Сушарки із зваженим (псевдозрідженим) шаром................104

16.2.6 Пневматичні сушарки.............................................................104

 

 

МАСООБМІННІ ПРОЦЕСИ І АПАРАТИ

 

Лекція 1

ОСНОВИ МАСОПЕРЕДАЧІ

 

1.1 Види масообмін них процесів

Технологічні процеси, швидкість яких визначається швидкістю перенесення речовини з однієї фази в іншу, називаються масообмінними (дифузійними) процесами.

Рушійна сила масообмінних процесів — різниця концентрацій.

До масообмінних процесів відносяться:

• абсорбція — процес виборчого поглинання компонентів з газових або парогазових сумішей рідкими поглиначами (абсорбентами);

• ректифікація — процес розділення однорідних рідких сумішей, що не знаходяться в термодинамічній рівновазі, на компоненти залежно від їх летючості при протитічному взаємодії рідини і пари;

• екстракція (рідинна) — процес витягання речовини, розчиненої в одній рідині, іншою рідиною, що не розчинною і не змішується з першою;

• екстрагування — процес витягання компоненту з твердої речовини за допомогою розчинника;

• адсорбція — процес виборчого поглинання компонентів з газів, пари або розчинених в рідинах речовин твердими поглиначами (адсорбентами). Різновидом адсорбції є іонний обмін — процес витягання речовини з розчину, заснований на здатності деяких твердих речовин (іонітів) обмінювати свої рухомі іони на іони витягуваної речовини;

• сушка — процес видалення вологи з твердих вологих матеріалів шляхом її випаровування і відведення пари, що утворилася.

• кристалізація — процес виділення компоненту з розчинів або розплавів у вигляді твердої фази (кристалів);

• розчинення — процес переходу твердої фази в рідку (розчинник);

• мембранне розділення — процес розділення речовин, що знаходяться в однорідних розчинах, заснований на здатності деяких тонких плівок (мембран) пропускати одні речовини і затримувати інші.

Всі перераховані процеси характеризуються переходом речовини з однієї фази в іншу і називаються масопередачою.

Механізмом масопередачі є молекулярна, або конвективна, дифузія. Процес здійснюється у напрямі рівноваги і припиняється при його досягненні.

 

 

Способи вираження складу фаз

 

У масообмінних процесах беруть участь як мінімум три речовини. Дві з них (розподіляючі речовини, або фази) обмінюють між собою третю, що міститься в них (розподілювана речовина). Розподіляючі речовини не беруть участь в процесі масопередачі, а є носіями розподілюваної речовини, і їх кількість в процесі взаємодії не змінюється (G = const, L = const).

Першу і другу розподіляючі фази, а також їх витрату прийнято позначати G і L. Розподілювана речовина і її кількість позначається буквою М. Концентрацію речовини М у фазі G прийнято позначати у (Су), а в L — х(С_x).

Деякі способи виразу складу фаз двокомпонентних систем представлені в табл. 9.1.

Оскільки рівняння, що описують конкретні масообмінні процеси, можуть записуватися з використанням різних розмірностей концентрацій, у кожному випадку вони обмовлятимуться особливо.

 

Таблиця 1.1 - Способи виразу складу двокомпонентних систем

Концентрація	Позначення концентрації розподілюваного компоненту
	у фазі G	у фазі L
Молярна частка, кмоль А/кмоль (А + В)	у	х
Масова частка, кг А/кг (А + В)
Відносна молярна концентрація (частка), кмоль А/кмольВ	У	Х
Відносна масова концентрація (частка), кг А/кг В
Об'ємна молярна концентрація, кмоль А/м^3(А + В)	Су	Cx
Об'ємна масова концентрація, кгА/м^3(А+В)

 

Примітка. А — кількість розподілюваної речовини М в двокомпонентній системі відповідних розмірностей; В — кількість розподіляючої речовини (G або L) в двокомпонентній системі відповідної розмірності.

 

Концентрація компоненту в газовій суміші може бути виражена також через його парціальний тиск, тобто через тиск газу, що входить до складу газової суміші, який він би надавав при даній температурі, займаючи один весь об'єм суміші.