МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА Документ СМК 3 уровня УМКД УМКД Учебно-методические материалы по дисциплине «Промышленные тепломассообменные процессы и установки» Редакция № 1 от 10 января 2013 г. УМКД 042-05.1.36/032013 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ «ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И УСТАНОВКИ» для специальности 5В071700 – «Теплоэнергетика» УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Семей 2013 УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 2 из 53 Содержание 1 ГЛОССАРИЙ ............................................................................................................ 3 2 ЛЕКЦИИ.................................................................................................................... 6 3 ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ............................................................................... 47 4 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА ................................................ 53 УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 3 из 53 1 ГЛОССАРИЙ Абсорбция – это селективное поглощение газов или паров жидкими поглотителями – абсорбентами (переход вещества из газовой или паровой фазы в жидкую). Адсорбция – это процесс избирательного поглощения газов, паров или растворенных в жидкостях веществ твердым поглотителем – адсорбентом, способным поглощать один или несколько компонентов из их смеси. Выпаривание – это процесс концентрирования растворов твердых нелетучих или малолетучих веществ путем испарения летучего растворителя и отвода образовавшихся паров. Выщелачивание – процесс извлечения веществ из твердого тела с помощью растворителя. Вязкость – это свойство газов и жидкостей сопротивляться действию внешних сил, вызывающих их течение. Гидромеханические процессы – это процессы, скорость которых определяется законами механики и гидромеханики. Динамическая вязкость – величина, характеризующая сопротивление внешним средам ньютоновских жидкостей (вязкость, когда касательное напряжение при ламинарном течении среды и разности скоростей слоев, находящихся на расстоянии 1 м по нормали к направлению скорости сдвига, равной 1м/с, равно 1 Па). Изотермическая поверхность – это поверхность тела, все точки которой имеют одинаковую температуру. Испарение – процесс превращения жидкости в пар путем подвода к ней теплоты. Кинематическая вязкость – это вязкость среды плотностью 1 кг/м3, динамическая вязкость которой равна 1 Па∙с. Кинетика – это учение о скоростях и механизмах процессов. Компонент – чистые химические соединения, из которых состоят фазы и которые могут переходить из одной фазы в другую. Конденсация – переход вещества из паро- или газообразного состояния в жидкое путем отвода от него теплоты. Коэффициент массоотдачи – это коэффициент, который показывает какое количество вещества передается от поверхности контакта фаз площадью в 1 м2 в ядро воспринимающей фазы или обратном направлении в течение единицы времени при разности движущих сил равной единице. Коэффициент массопередачи – это коэффициент, который показывает какое количество вещества переходит из одной фазы в другую фазу в единицу времени через единицу поверхности фазового контакта при движущей силе, равной единице. Коэффициент теплопередачи – это коэффициент, который показывает какое количество теплоты передается от одного теплоносителя к другому через УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 4 из 53 разделяющую их стенку площадью 1 м2 в единицу времени при разности температур между теплоносителями 1 градус. Кристаллизация – это процесс перехода веществ из жидкой фазы в твердую в результате возникновения и роста кристаллов в растворе. Массообменные, или диффузионные, процессы – процессы, связанные с переносом вещества в различных агрегатных состояниях из одной фазы в другую. Массопередача – это процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия. Машина – устройство, выполняемое механические движения с целью преобразования энергии или материалов. Механические процессы – это процессы чисто механического взаимодействия тел. Нагревание – процесс повышения температуры материалов путем подвода к ним теплоты. Насыпная плотность – величина для характеристики сыпучих веществ. Непрерывный процесс – это процесс, отдельные стадии которого осуществляются одновременно, но в разных местах одной машины или аппарата или в разных машинах и аппаратах. Оптимизация – это выбор наиболее целесообразного варианта. Относительная плотность – это отношение плотностей двух веществ. Охлаждение – процесс понижения температуры материалов путем отвода теплоты. Параметры – это физические величины, сохраняющие постоянное значение при определенных фиксированных условиях процесса и могущие принимать различные, но определенные воспроизводимые значения при других условиях. Перегонка – это процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образовавшихся паров. Периодический процесс – это процесс, отдельные стадии которого осуществляются в одном аппарате (машине), но в определенной последовательности. Плотность – это масса единичного объема. Поверхностное натяжение – это работа образования единицы площади поверхности раздела фаз или тел при постоянной температуре. Производственный процесс – совокупность последовательных действий для достижения определенного результата. Ректификация – это процесс разделения смеси на составляющие ее компоненты в результате многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Смешанный процесс – процесс, отдельные стадии которого осуществляются периодически в машинах и аппаратах периодического действия , а другие стадии – в машинах и аппаратах непрерывного действия. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 5 из 53 Сушка – это удаление влаги из твердых или влажных материалов путем ее испарения. Температурная депрессия – разность между температурами кипения раствора и растворителя. Температуропроводность – процесс изменения температуры в окрестностях данной точки в объеме вещества при изменении температурного поля (распределения температур) в этом объеме. Теплоемкость – отношение количества теплоты, подводимого к веществу, к соответствующему изменению его температуры. Теплоемкость единицы количества вещества называется удельной теплоемкостью. Теплоноситель – движущая среда, используемая для переноса теплоты. Теплообмен – самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым. Теплообменные процессы – это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел (или сред) к менее нагретым. Теплоотдачей – процесс теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой. Теплопередача – теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую твердую стенку. Теплопроводность – это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц, приводящий к выравниванию температуры тела. Теплота (количество теплоты) – энергетическая характеристика процесса теплообмена, которая определяется количеством энергии, отдаваемой или получаемой телом в процессе теплообмена. Технологический аппарат – это устройство, приспособление, оборудование, предназначенное для проведения технологических процессов. Удельный вес – вес единицы объема вещества, зависящий от места измерения. Фаза – определенное количество вещества, физически однородное по всей массе. Химические и биохимические процессы – процессы, связанные с изменением химического состава и свойств вещества, скорость протекания которых определяется законами химической кинетики. Экстракция – процесс извлечения одного или нескольких веществ из растворов или твердых веществ с помощью растворителей. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 6 из 53 2 ЛЕКЦИИ Лекции – форма учебного занятия, цель которого состоит в рассмотрении теоретических вопросов излагаемой дисциплины в логически выдержанной форме. Модуль 1. Теплообменные аппараты Лекция 1 1 час; 1 неделя Введение Вопросы 1 Цель, объем и содержание курса «Промышленные тепломассообменные процессы и установки». Связь курса с другими дисциплинами. 2 Возникновение и развитие науки о тепломассообменных процессах и аппаратах. 3 Основные понятия и определения. Цель курса «Промышленные тепломассообменные процессы и установки» - изучение физических процессов и принципов действия различных типов теплообменного, выпарного, перегонного, сушильного, холодильного и другого тепломассообменного оборудования используемого в энергетическом хозяйстве современного промышленного предприятия, методов их расчёта и конструирования, характерных режимов и технико-экономических показателей их работы. Курс «Промышленные тепломассообменные процессы и установки» является элективным предметом для студентов специальности 5В050717 - Теплоэнергетика и включается в учебные планы в качестве профильной дисциплины. В своем непрерывном развитии наука о процессах и аппаратах, обобщая теоретические и экспериментальные методы исследования основных процессов, является генератором новых идей, ускоряющих научно-технический прогресс. Как наука учение о тепломассообменных процессах и аппаратах имеет свой ясно очерченный предмет, свои экспериментальные и расчетные методы и теоретические закономерности. В данном курсе изучается совокупность тепловых и массообменных процессов и пути их осуществления в промышленности. Курс дает возможность проанализировать и рассчитать процесс, определить оптимальные параметры, разработать и рассчитать аппаратуру для его проведения. В нем изучаются закономерности перехода от лабораторных процессов и аппаратов к промышленным. Знание этих закономерностей необходимо для проектирования и создания современных промышленных процессов. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 7 из 53 Обмен энергией между телами (или областями одного тела), имеющими различную температуру, называют теплообменом (теплопередачей). Теплопередача – это часть общего учения о теплоте. Перенос теплоты может осуществляться следующими способами: теплопроводностью, конвекцией, тепловым излучением. Тепловой поток (мощность теплового потока) Q - это количество теплоты, переносимое в единицу времени через рассматриваемую поверхность, единица измерения Дж/с (Вт). Тепловой поток отнесенный к единице поверхности тела называется плотностью теплового потока или удельным тепловым потоком, или тепловой нагрузкой поверхности q . Единица измерения q Вт/м2. Для теплового потока и плотности теплового потока можно записать соотношение: ( Q q , 1) F где F - поверхность теплообмена, м2. Тепловой поток, отнесенный к 1 м поверхности теплообмена называется линейной плотностью теплового потока q L. Единица измерения q L Вт/м. Теплопроводность – это теплообмен, обусловленный взаимодействием микрочастиц соприкасающихся тел или частей одного тела, имеющих разную температуру. Теплопроводность осуществляется молекулярным механизмом переноса теплоты: в зоне нагрева возрастает интенсивность движения молекул, энергия движения передается соседним молекулам, распространяясь в форме упругих волн к областям, имеющим меньшую температуру. Примером является процесс переноса теплоты через стену здания при наличии разности температур внутренней и наружной поверхностей. Согласно основному закону теплопроводности – закону Фурье, тепловая мощность, передаваемая теплопроводностью, пропорциональна градиенту температуры и площади сечения, перпендикулярного направлению теплового потока: ( T , Q F 2) n или для плотности теплового потока: ( T q gradT , 3) n где - коэффициент теплопроводности вещества, Вт/(мК). Знак минус в уравнениях (5.2), (5.3) указывает на то, что вектор плотности теплового потока q направлен противоположно вектору gradT (в сторону наибольшего уменьшения температуры). УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 8 из 53 Величина коэффициента теплопроводности определяет мощность теплового потока, проходящего через 1 м2 поверхности при градиенте температуры 1 К/м. Следовательно, коэффициент теплопроводности, определяя величину передаваемого теплового потока при прочих единичных условиях, зависит только от свойств и параметров состояния данного тела и является его теплофизической характеристикой (феноменологическим коэффициентом). Дифференциальным уравнением теплопроводности называется выраженный в математической форме первый закон термодинамики для тел, процесс взаимодействия которых с окружающей средой происходит без совершения какой-либо внешней работы. В пределах выбранного элементарного объема и бесконечно малого отрезка времени допустимо пренебречь изменением ряда величин, характеризующих процесс. Следовательно, цель получения дифференциального уравнения теплопроводности – дать описание температурного поля тела, в котором теплота передается теплопроводностью. Дифференциальное уравнение теплопроводности имеет вид: ( T q a2T v , 4) c где a - коэффициент температуропроводности тела, м2/с. c Дифференциальное уравнение теплопроводности получено на основе общих законов физики, так как оно описывает явление теплопроводности в общем виде, т.е. описывает целый класс явлений теплопроводности. Чтобы из бесчисленного количества выделить конкретно рассматриваемый процесс и дать его полное математическое описание, к дифференциальному уравнению надо присоединить математическое описание всех частных особенностей рассматриваемого процесса. Эти частные особенности называются условиями однозначности или краевыми условиями. Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: дифференциальное уравнение теплопроводности, коэффициента теплопроводности, теплопроводность, линейная плотность теплового потока, тепловой поток, теплопередача. Вопросы для самоконтроля 1 Что изучается в курсе «Промышленные тепломассообменные процессы и установки»? 2 Каковы основные этапы становления данной науки? 3 Какие основные понятия и определения используются при изучении дисциплины? УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 9 из 53 Список использованных источников 1 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. 2 Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.: Энергия, 1972. – 320 с. 3 Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с. 4 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 783 с. Модуль 1. Теплообменные аппараты Лекция 2 2 часа; 1, 2 недели Тема. Принципы анализа и расчета процессов и аппаратов Вопросы 1 Кинетические закономерности тепломассообменных процессов. 2 Общие принципы расчета тепломассообменных машин и аппаратов. 3 Требования, которые предъявляются к машинам и аппаратам. 4 Определение основных размеров аппаратов. 5 Теория подобия. Основными уравнениями при расчете теплообменных аппаратов являются уравнения теплопередачи: Q kFtср , (1) где Q - тепловая нагрузка теплообменника, Вт; F - поверхность теплообмена, м2; k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К); t ср - средняя разность температур теплоносителей, К; и уравнение теплового баланса: Q G1c1 t1 t1 G2c2 t2 t2 , (2) где G1 - расход горячего теплоносителя, кг/с; с1 - средняя удельная массовая изобарная теплоемкость горячего теплоносителя при температуре t1 , Дж/(кгК); t1 - температура горячего теплоносителя на входе в теплообменный аппарат, оС; УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 10 из 53 t1 - температура горячего теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата, оС; G2 - расход холодного теплоносителя, кг/с; с2 - средняя удельная массовая изобарная теплоемкость холодного теплоносителя при температуре t1 , Дж/(кгК); t 2 - температура холодного теплоносителя на входе в теплообменный аппарат, оС; t2 - температура холодного теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата, оС. Классификацию теплообменных аппаратов проводят и в соответствии со схемой движения теплоносителей. Наиболее простыми схемами движения теплоносителей являются прямоток (рисунок 1 а ), противоток (рисунок 1 б ), перекрестный ток (рисунок 1 в ). Возможна более сложная схема движения теплоносителей: смешанная, многократноперекрестная (рисунок 1 г ). Если температура теплоносителей изменяется по закону прямой линии, то средний температурный напор в аппарате tср равен разности среднеарифмети- ческих величин и называется среднеарифметическим температурным напором: t t t t ар (3) tср 1 1 2 2 . 2 2 Если температуры рабочих жидкостей меняются по криволинейному закону, то уравнение (3) будет только приближенным и может применяться при небольших изменениях температуры теплоносителей. При криволинейном изменении температуры величину tср называют среднелогарифмическим температурным напором и определяют по формулам для прямотока и противотока соответственно: t t t1 t2 , tсрлог 1 2 (4) t1 t2 ln t1 t2 t t t1 t2 , tсрлог 1 2 (5) t1 t2 ln t1 t2 Численные значения tср для аппаратов с противотоком при одинаковых условиях всегда больше tср для аппаратов с прямотоком, поэтому аппараты с противотоком имеют меньшие размеры. Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Вход горячего теплоносителя Выход горячего теплоносителя Вход холодного теплоносителя Выход холодного теплоносителя Страница 11 из 53 Выход горячего теплоносителя Вход горячего теплоносителя Вход холодного теплоносителя Выход холодного теплоносителя а) б) Вход горячего теплоносителя Вход холодного теплоносителя Выход холодного теплоносителя Вход горячего теплоносителя Выход горячего теплоносителя Выход холодного теплоносителя Вход холодного теплоносителя Выход горячего теплоносителя в) г) а) прямоток; б) противоток; в) перекрестный ток; г) многократно перекрестный ток Рисунок 1 - Схемы движения теплоносителей в теплообменных аппаратах Тепловой расчет теплообменного аппарата может быть конструкторским и поверочным. При конструкторском расчете теплообменника известны начальные и конечные параметры теплоносителей и требуется определить поверхность теплообменника. При поверочном расчете известна конструкция теплообменника (задана площадь поверхности теплообмена), заданы начальные параметры теплоносителей и требуется определить конечные параметры. Теория подобия – это наука о подобных явлениях. Первая теорема подобия доказывает, что подобные явления имеют одинаковые критерии подобия. Вторая теорема подобия утверждает, что любая зависимость между переменными характеризующими какое-либо явление, может быть представлена в форме зависимости между критериями подобия, составленных из этих переменных. Третья теорема подобия трактует о тех условиях, которые необходимы и достаточны для подобия двух явлений. Каждый из критериев подобия имеет определенный физический смысл. Их принято обозначать первыми буквами фамилий ученых. Критерий Нуссельта Nu : Nu Критерий Рейнольдса Re : l . (6) Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Re Критерий Прандтля Pr : Pr wl . Страница 12 из 53 (7) . (8) gTl 3 . 2 (9) a Критерий Грасгофа Gr : Gr Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителя используется в различных теплообменных устройствах. В этих условиях интенсивность теплообмена в значительной степени зависит от скорости движения среды. Теплоотдача при свободном движении теплоносителя используется как в быту, так и в технике. Причиной свободной конвекции является неустойчивое распределение плотностей в жидкости, обусловленное неравномерностью ее нагрева. При этом температурный напор определяет разность плотностей и величину подъемной силы, а площадь поверхности – зону распространения процесса. Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: теория подобия, тепловой расчет, среднелогарифмический температурный напор, уравнение теплопередачи Вопросы для самоконтроля 1 Какой вид имеет общее кинетическое уравнение? 2 В чем заключаются задачи расчета тепломассообменных аппаратов? 3 Какие требования предъявляют к аппаратам? 4 Какими показателями характеризуются периодический и непрерывный процессы? 5 Что такое математическое и физическое моделирование? 6 В каком случае используется теория подобия для моделирования процессов? 7 Как получают критерии подобия? 8 Какие бывают критерии подобия? Список использованных источников 1 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. 2 Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.: Энергия, 1972. – 320 с. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 13 из 53 3 Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с. 4 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 783 с. Модуль 1. Теплообменные аппараты Лекция 3 2 часа; 2, 3 недели Тема. Теплообменные процессы Вопросы 1 Основные понятия и определения. Основные законы. 2 Движущая сила теплообменных процессов. 3 Распределение общего температурного напора. 4 Определение расчетных температур теплоносителей и среднего температурного напора. Теплообменные процессы – это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел (или сред) к менее нагретым. Все тепломассообменные процессы и установки разделяются на: - высокотемпературные; - среднетемпературные; - низкотемпературные; - криогенные. К первому классу относятся огнетехнические процессы и установки (промышленные печи). Им соответствует диапазон рабочих температур от 400 до 20000 С. Ко второму классу относятся установки, рабочий диапазон которых лежит в пределах от 150 до 7000 С (выпарные аппараты). К третьей группе относятся установки с диапазоном температур от –150 до +1500 С (отопительные, вентиляционные системы, кондиционеры, тепловые насосы и холодильные установки). К четвертой группе – установки с рабочим диапазоном ниже –1500 С (процесс разделения воздуха). К наиболее распространённым процессам относятся: нагревание, охлаждение, конденсация, выпаривание, сушка, дистилляция, плавление, кристаллизация, затвердевание. Основными элементами теплообменных установок являются теплообменные аппараты. Движущиеся среды, обменивающиеся теплотой или применяемые для передачи теплоты от более нагретых тел или веществ к менее нагретым, называются теплоносителями. Теплоносители подразделяют: по назначению, по агрегатному состоянию, по диапазону рабочих температур и давлению. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 14 из 53 По назначению: - греющий; - охлаждающий; - промежуточные тепло- и хладоносители; - хладоагенты; - сушильные агенты. По агрегатному состоянию: - однофазные: газы, не конденсирующиеся пары, смеси газов, твёрдые материалы; - многофазные (чаще всего двухфазные): кипящие, испаряющиеся, конденсирующиеся, пены, газовзвеси, аэрозоли. По диапазону рабочих температур: - высокотемпературные (с температурой кипения более 2000 С): минеральные масла, расплавы солей, жидкие металлы; - среднетемпературные: вода (до 3750 С, пар до 6500 С, воздух до 1000 С); - низкотемпературные (температура кипения меньше 0 С): хладоагенты (аммиак); - криогенные: сжиженные газы (О2, N2, Н2, воздух). Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: теплообменные процессы, теплоноситель, температурный напор. Вопросы для самоконтроля 1 Какие процессы относятся к теплообменным? 2 Какие требования предъявляют к теплоносителям? 3 Какая характеристика является основной для теплового процесса? 4 Каким уравнением определяется связь между количеством переданной теплоты и размерами теплообменной аппаратуры? 5 Какой процесс называется теплопередачей? Каким уравнением она описывается? 6 Каков физический смысл коэффициента теплопередачи? 7 Какие существуют способы передачи теплоты? 8 Какой закон является основным для теплопроводности? 9 Каков физический смысл коэффициента теплопроводности? 10 Каковы основные законы теплового излучения? 11 Какой закон является основным для теплоотдачи? 12 Каков физический смысл коэффициента теплоотдачи? 13 Что называется критериальным уравнением? 14 Каковы основные критерии подобия? УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 15 из 53 15 Какая существует связь между величинами коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи? 16 Как определяют термическое сопротивление теплопередаче? 17 Что является движущей силой теплообменных процессов? Список использованных источников 1 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. 2 Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.: Энергия, 1972. – 320 с. 3 Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с. Модуль 1. Теплообменные аппараты Лекция 4 1 час; 3 неделя Тема. Нагревание, испарение, охлаждение, конденсация Вопросы 1 Нагревание. Нагревание водой. Нагревание водяным паром. Нагревание топочными газами. 2 Испарение. 3 Охлаждение. Охлаждение водой. Охлаждение льдом. Охлаждение воздухом. 4 Конденсация. Поверхностная конденсация. Конденсация при смешении теплоносителей. Нагревание – процесс повышения температуры материалов путем подвода к ним теплоты. Существует несколько способов нагревания: нагревание водой; нагревание водяным паром; нагревание топочными газами. Нагревание горячей водой Горячая вода применяется для нагрева и пастеризации пищевых продуктов до температур не более + 100 °С при необходимости обеспечения мягких условий обогрева. Но коэффициент теплоотдачи при нагревании горячей водой ниже, чем при нагревании конденсирующимся паром. Кроме того, вдоль поверхности обогрева происходит снижение температуры воды, что ухудшает условия нагрева и затрудняет регулирование температуры. Горячую воду получают в паровых водонагревателях (бойлерах) и водогрейных котлах. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 16 из 53 Нагревание насыщенным водяным паром Важными достоинствами насыщенного водяного пара являются передача значительного количества теплоты при малом расходе пара и небольших поверхностях теплообмена, постоянство температуры конденсации при данном давлении и точное поддержание заданной температуры, доступность, пожаробезопасность, наличие относительно высокого теплового КПД. Основной недостаток насыщенного водяного пара заключается в значительном возрастании давления при повышении температуры, что требует более прочной и дорогостоящей аппаратуры и подводящих коммуникаций. Обычно насыщенный водяной пар применяется при температуре +180 ÷ +190 °С. При дополнительном нагреве насыщенного пара на специальных установках – пароперегревателях получают перегретый пар, но он имеет незначительный коэффициент теплоотдачи. В качестве теплоносителя используют насыщенный водяной пар в виде глухого пара при осуществлении обогрева через теплопередающую стенку или острого пара при смешении пара и нагреваемого продукта. Способ нагрева острым паром проще в сравнении с нагревом глухим паром и позволяет полнее использовать тепло пара из–за смешивания парового конденсата с нагреваемой жидкостью и выравнивания их температур. Пар подводится к нагреваемой жидкости с помощью труб с отверстиями, которые называются барботерами. Нагревание топочными газами Топочные газы позволяют осуществлять нагревание в специальных печах (например, для обогрева сушилок) до +1000 ÷ 1100 °С при давлении газа, близком к атмосферному. В качестве топлива используют в основном природный газ с большим количеством метана, а также мазут, каменный уголь, бурый уголь, торф, дрова, иногда отходящие технологические газы нефтеперерабатывающих и других производств. К недостаткам способа нагрева топочными газами относятся низкое значение коэффициента теплоотдачи, жесткие условия нагрева (перепад температур) и трудности точного регулирования температуры. Нагревание топочными газами жидких продуктов производят в основном в трубчатых печах. Испарение - это переход вещества из жидкого состояния в газообразное (пар), происходящее со свободной поверхности жидкости. Сублимацию, или возгонку, т. е. переход вещества из твердого состояния в газообразное, также называют испарением. Молекулы любой жидкости находятся в непрерывном и беспорядочном движении, причем, чем выше температура жидкости, тем больше кинетическая энергия молекул. Среднее значение кинетической энергии имеет определенную величину. Но у каждой молекулы кинетическая энергия может быть как больше, так и меньше средней. Если вблизи поверхности окажется молекула с кинетической энергией, достаточной для преодоления сил межмолекулярного притяжения, она вылетит из жидкости. То же самое повторится с другой быстрой УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 17 из 53 молекулой, со второй, третьей и т. д. Вылетая наружу, эти молекулы образуют над жидкостью пар. Образование этого пара и есть испарение. Поскольку при испарении из жидкости вылетают более быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул становится все меньше и меньше. Это значит, что внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшается. Поэтому если нет притока энергии к жидкости извне, температура испаряющейся жидкости понижается, жидкость охлаждается (именно поэтому, в частности, человеку в мокрой одежде холоднее, чем в сухой, особенно при ветре). В отличие от кипения испарение происходит при любой температуре, однако с повышением температуры жидкости скорость испарения возрастает. Чем выше температура жидкости, тем больше быстро движущихся молекул имеет достаточную кинетическую энергию, чтобы преодолеть силы притяжения соседних частиц и вылететь за пределы жидкости, и тем быстрее идет испарение. Скорость испарения зависит от рода жидкости. Быстро испаряются летучие жидкости, у которых силы межмолекулярного взаимодействия малы (например, эфир, спирт, бензин). Если капнуть такой жидкостью на руку, мы ощутим холод. Испаряясь с поверхности руки, такая жидкость будет охлаждаться и отбирать у нее некоторое количество теплоты. Скорость испарения жидкости зависит от площади ее свободной поверхности. Это объясняется тем, что жидкость испаряется с поверхности, и чем больше площадь свободной поверхности жидкости, тем большее количество молекул одновременно вылетает в воздух. В открытом сосуде масса жидкости вследствие испарения постепенно уменьшается. Это связано с тем, что большинство молекул пара рассеивается в воздухе, не возвращаясь в жидкость (в отличие от того, что происходит в закрытом сосуде). Но небольшая часть их возвращается в жидкость, замедляя тем самым испарение. Поэтому при ветре, который уносит молекулы пара, испарение жидкости происходит быстрее. Испарение играет важную роль в энергетике, холодильной технике, в процессах сушки, испарительного охлаждения. Например, в космической технике быстро испаряющимися веществами покрывают спускаемые аппараты. При прохождении через атмосферу планеты корпус аппарата в результате трения нагревается, и покрывающее его вещество начинает испаряться. Испаряясь, оно охлаждает космический аппарат, спасая его тем самым от перегрева. Охлаждение – процесс понижения температуры материалов путем отвода теплоты. Существует несколько способов охлаждения: охлаждение водой; охлаждение льдом; охлаждение воздухом. Конденсация - переход вещества из газообразного состояния (пара) в жидкое или твердое состояние. Одновременно с испарением с поверхности жидкости идет и конденсация. Конденсация происходит из-за того, что часть молекул пара, беспорядочно УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 18 из 53 перемещаясь над жидкостью, снова возвращается в нее. Ветер же выносит вылетевшие из жидкости молекулы и не дает им возвращаться. Конденсация может происходить и тогда, когда пар не соприкасается с жидкостью. Именно конденсацией объясняется, например, образование облаков: молекулы водяного пара, поднимающиеся над землей, в более холодных слоях атмосферы группируются в мельчайшие капельки воды, скопления которых и представляют собой облака. Следствием конденсации водяного пара в атмосфере являются также дождь и роса. При испарении жидкость охлаждается и, став более холодной, чем окружающая среда, начинает поглощать ее энергию. При конденсации же, наоборот, происходит выделение некоторого количества теплоты в окружающую среду, и ее температура несколько повышается. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации единицы массы, равно теплоте испарения. Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: нагревание, испарение, охлаждение, конденсация. Вопросы для самоконтроля 1 Какие существуют методы нагревания? 2 Как определяют расход теплоносителя при нагревании? 3 Как определяют расход греющего пара? 4 В каких случаях осуществляют нагрев топочными газами? 5 Какие способы нагревания электрическим током существуют? 6 Как определяют расход теплоты на испарение? 7 При каких условиях происходит конденсация? 8 Какие существуют виды конденсации? Список использованных источников 1 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. 2 Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.: Энергия, 1972. – 320 с. 3 Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 19 из 53 Модуль 1. Теплообменные аппараты Лекция 5 6 часов; 4, 5, 6 недели Тема. Теплообменные аппараты Вопросы 1 Теплообменные аппараты. Классификация теплообменных аппаратов. 2 Рекуперативные теплообменные аппараты. 3 Регенеративные теплообменные аппараты. 4 Смесительные теплообменные аппараты. Тепломассообменные аппараты различают: по назначению, по принципу действия, по фазовому состоянию теплоносителей, по конструктивным и прочим признакам. По назначению теплообменные аппараты называют: подогревателями, испарителями, пароперегревателями, конденсаторами, холодильниками, радиаторами и т.д. К тепломассообменным аппаратам относятся: скрубберы (для осушки и увлажнения воздуха), ректификационные колонны, абсорберы или адсорберы, сушильные аппараты, градирни. По принципу действия аппараты могут быть: поверхностные; контактные (смесительные). Поверхностные теплообменные аппараты делятся на: - рекуперативные (теплообмен через стенку; непрерывного действия); - регенеративные (теплоносители поочерёдно омывают поверхность или насадку; периодического действия). Конструкции рекуперативных теплообменников Аппараты непрерывного действия предназначены для работы с теплоносителями: пар-жидкость, жидкость-жидкость, газ-газ и представляют собой аппараты, выполненные из рядов труб, собранных при помощи решёток в пучок и помещённые в кожух, как правило, цилиндрической формы. Трубы в решётках закрепляются различными способами. В таких кожухотрубных теплообменных (ТО) аппаратах, которые применяются как водоподогреватели ТЭС, в тепловых сетях, применяют трубы, внутренний диаметр которых не менее 12 мм и не более 38 мм. Длина трубного пучка от 0,5 до 6 м; толщина труб от 0,5 до 2,5 мм. Самым распространённым теплообменником является кожухотрубный. Существует 2 типа: - типа Н (с неподвижной трубной решёткой); - типа К (с линзовым компенсатором). Теплообменники типа Н имеют перепад температур между теплоносителями 20 – 600 С. В противном случае применяют теплообменники типа К. Применение теплообменников типа К ограничено предельно допустимым дав- УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 20 из 53 лением в кожухе до 1 МПа. При большем давлении (до 1,6 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой. Теплообменники с плавающей головкой отличает большой диаметр штуцера для подвода пара в межтрубное пространство. Диаметр кожуха 600 – 1400 мм, высота труб до 6 м. Давление воды в трубах до 1 МПа. Помимо теплообменника с плавающей головкой, используются аппараты с U-образными трубами (они только 2-х ходовые). U-образные теплообменные аппараты применяются для нагрева жидких и газообразных сред без изменения агрегатного состояния. Эти теплообменники рассчитаны на давление до 6,5 МПа. По аналогии с теплообменниками с U-образными трубами существуют теплообменники с W-образными трубами. Теплообменники со змеевиковыми поверхностями могут быть выполнены с внешним змеевиком, а также с внутренним змеевиком. Регенеративные теплообменные аппараты Это устройства, в которых передача теплоты от одного теплоносителя к другому происходит с помощью насадки. Процесс теплообмена осуществляется в 2 стадии. Первоначально через насадку пропускается горячий теплоноситель (нагревание). Затем пропускается через эту же насадку холодный теплоноситель (охлаждение). Наиболее распространёнными являются воздухонагревательные регенеративные установки (ВРУ) и холодильно-газовые машины (ХГМ). И первые, и вторые в качестве насадки используют базальтовую насыпную насадку с диаметром частиц от 4 до 14 мм, либо сетчатую насадку, выполненную из материала высокой температуропроводности (бронза, латунь). Характеристикой регенеративных аппаратов является их компактность: это отношение площади поверхности насадки к занимаемому объёмуВ качестве насадки при высоких температурах применяют огнеупорные кирпичи различной формы. Регенераторы большинства печей имеют периоды нагрева и охлаждения (они равноценны). Элементы насадки нагреваются и охлаждаются при граничных условиях 2-ого рода (q = const). Степень аккумулирования теплоты насадки оценивается коэффициентом аккумуляции теплоты: это отношение теплоты аккумулированной насадкой к тому количеству теплоты, которое могло бы аккумулироваться. Смесительные аппараты В смесительных аппаратах теплообмен происходит при непосредственном контакте теплоносителей (двух сред). В промышленности такие аппараты носят название градирня или скруббер. Они применяются для осушки или увлажнения газов от пыли (взвешенных частиц). По конструктивным особенностям смесительные аппараты подразделяются на: УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 21 из 53 - камерные; - насадочные; - каскадные; - струйные; - плёночные подогреватели. Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: теплообменные аппараты, рекуперативные теплообменные аппараты, регенеративные теплообменные аппараты, смесительные теплообменные аппараты. Вопросы для самоконтроля 1 Как классифицируют теплообменные аппараты по принципу действия? 2 Как устроен одноходовой кожухотрубный теплообменный аппарат? 3 Каковы достоинства и недостатки кожухотрубных теплообменных аппаратов? 4 Каковы достоинства и недостатки теплообменных аппаратов типа «труба в трубе»? 5 Как устроен спиральный теплообменник? 6 Как утроен пластинчатый теплообменник? 7 В каких случаях используют ребристые теплообменные аппараты? 8 Привести пример регенеративного теплообменного аппарата. 9 В чем заключается конструктивный расчет теплообменного аппарата? 10 В чем заключается поверочный расчет теплообменного аппарата? Список использованных источников 1 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. 2 Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.: Энергия, 1972. – 320 с. 3 Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 22 из 53 Модуль 1. Теплообменные аппараты Лекция 6 6 часов; 7, 8, 9 недели Тема. Выпаривание Вопросы 1 Физико-химические основы выпаривания. 2 Методы выпаривания. 3 Выпарные аппараты. Выпаривание – это процесс концентрирования растворов твердых нелетучих или малолетучих веществ путем испарения летучего растворителя и отвода образовавшихся паров. В зависимости от режима работы (время эксплуатации) выпарные аппараты делятся на: - аппараты периодического действия; - аппараты непрерывного действия. Первая группа аппаратов используется при малой производительности установки или в лабораторных условиях. В промышленных условиях они не экономичны, т.к. при пуске их необходимо разогреть, а при остановке это тепло не используется. Вторая группа используется в промышленных условиях и достаточно широко. По давлению аппараты работают при: повышенном, атмосферном давлениях и при вакууме. Работа при вакууме используется, если раствор при повышенном давлении и температуре меняет свои свойства, ухудшается его качество и когда необходимо увеличить теплоперепад. По расположению выпарного аппарата они делятся: - вертикальные; - горизонтальные; - наклонные. По конструктивным признакам делятся на: - аппараты с паровой рубашкой; - змеевикового типа; - с прямыми трубами. В качестве теплоносителей используются водяной пар и горячая вода. Материал, из которого изготавливаются аппараты, может быть: сталь или цветные металлы. Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: выпаривание, выпарные аппараты. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 23 из 53 Вопросы для самоконтроля 1 В чем заключается процесс выпаривания? 2 Какие растворы концентрируют выпариванием? 3 От чего зависит температурная депрессия? 4 Какими методами в промышленности осуществляется процесс выпаривания? 5 От чего зависит количество выпаренной воды? 6 Чем отличается полезная разность температур от общей? 7 Какие имеются способы экономии греющего пара при выпаривании? 8 В чем заключается расчет выпарных установок? 9 Какие конструкции выпарных аппаратов используют в промышленности? Список использованных источников 1 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. 2 Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.: Энергия, 1972. – 320 с. 3 Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с. Модуль 2. Массообменные процессы Лекция 7 3 часа; 10, 11 недели Тема. Массообменные процессы Вопросы 1 Основы массопередачи. Основные понятия и определения. 2 Кинетика массопередачи. 3 Материальный баланс массообменных процессов. 4 Механизм процесса массопередачи. 5 Массоотдача. 6 Основные законы массопередачи. 7 Массопередача в системе без твердой фазы. 8 Массопередача в системе с твердой фазой. 9 Движущая сила массообменных процессов. 10 Расчет основных размеров массообменных процессов. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 24 из 53 Массообменные процессы – такие технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую конвективной и молекулярной диффузией. Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций распределяемого вещества во взаимодействующих фазах. Массообменные процессы классифицируют по трем основным признакам: агрегатному состоянию вещества, способу контакта фаз и характеру их взаимодействия. По агрегатному состоянию вещества можно представить основные фазы: «газ – жидкость», «газ – твердое тело», «жидкость – жидкость», «жидкость – твердое тело» и др. В зависимости от сочетания фаз имеются способы их разделения. Так, при сочетании «газ – жидкость» разделение возможно дистилляцией, ректификацией, абсорбцией и десорбцией, сушкой и увлажнением; «газ – твердое тело» – сублимационной сушкой, адсорбцией, ионным обменом, фракционной адсорбцией; «жидкость – жидкость» –жидкостной экстракцией; «жидкость – твердое тело» – фракционной кристаллизацией, экстрагированием, адсорбцией, ионным обменом. Перенос распределяемого вещества происходит всегда из фазы, в которой его содержание выше равновесного, в фазу, в которой концентрация этого вещества ниже равновесной. По способу контакта фаз массообменные процессы разделяют на процессы с непосредственным контактом фаз, контактом через мембраны и без видимой (четкой) границы фаз. По характеру взаимодействия массообменные процессы и аппараты разделяют на периодические и непрерывные. В непрерывных процессах возможна организация прямоточного, противоточного, перекрестного и комбинированного движения компонентов. Массопередача – это процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия. Процессы массопередачи характеризуются переносом вещества. Этот перенос осуществляется обычно из одной фазы в другую, поэтому для процессов массопередачи характерно наличие нескольких фаз и нескольких компонентов. Движущая сила процессов массопередачи представляет собой разность концентраций компонентов системы между данной и равновесной, при которой процесс прекращается. Поэтому предельным состоянием процесса является достижение равновесия системы. При расчете и анализе процессов массопередачи рассматриваются следующие три стороны явлений: - Необходимые и достаточные условия существования данного количества фаз и законы распределения компонентов в них, определяемые правилом фаз и законами равновесия. - Необходимые и достаточные условия, создаваемые для проведения процессов, так называемые рабочие условия, определяемые заданием начальных и конечных концентраций перерабатываемых продуктов и их количеств. Связь между заданными количествами и концентрациями устанавливается матери- УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 25 из 53 альными балансами, в конечном виде дающими так называемые рабочие линии процесса. - Необходимые и достаточные условия, определяющие скорости перехода вещества из одной фазы в другую и зависящие от разности равновесной и рабочей концентраций (движущей силы процесса), физических свойств систем и гидродинамической обстановки процесса. Связь между этими факторами устанавливается при помощи уравнений диффузионной кинетики. Одновременный учет указанных условий массопередачи позволяет выбрать рациональную конструкцию и определить размеры диффузионного аппарата. Гидродинамическая обстановка, создаваемая при проведении диффузионного процесса, в свою очередь зависит от конструктивных особенностей аппарата. Поэтому если равновесные соотношения и заданные условия проведения процесса могут быть рассмотрены вне связи с конструктивными особенностями диффузионного аппарата, то кинетика должна быть непосредственно увязана с конкретной конструкцией аппарата, в котором осуществляется процесс массопередачи. При анализе процессов массопередачи, происходящих в диффузионных аппаратах, всю совокупность протекающих в них явлений можно условно делить на два уровня: микроуровень (микрокинетика процесса) и макроуровень (макрокинетика процесса). К микрокинетическим факторам относятся физикохимические эффекты, определяющие скорость протекания физических явлений на молекулярном (атомарном) уровне и в локальном объеме аппарата. Макрокинетика процесса изучает поведение физико-химических систем в масштабе аппарата в целом. Здесь на эффекты микроуровня накладываются гидродинамические, тепловые, диффузионные явления крупномасштабного характера, структура которых определяется конструктивными особенностями промышленного аппарата, характером подвода к нему внешней энергии, типом перемешивающих устройств и т. п. Анализ процессов массопередачи позволяет изучить влияние различных условий проведения процесса на характеристики конечных продуктов разделения. Кроме того, он позволяет изучить некоторые внутренние характеристики процесса, такие, как профиль изменения температуры и концентраций по высоте колонны, местоположение контрольной точки с максимальным изменением температуры или других измеряемых параметров при отклонениях в режиме эксплуатации, оптимальное место ввода питания, отбора фракций и т. п. Массоотдача - конвективный массообмен между движущейся средой и поверхностью раздела с другой средой (твёрдым телом, жидкостью или газом) Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: массопередача, массоотдача, массообменные процессы, диффузия вещества. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 26 из 53 Вопросы для самоконтроля 1 Какие признаки объединяют все массообменные процессы? 2 В каком направлении протекают массообменные процессы? 3 Что является движущей силой массообменных процессов? 4 Каков физический смысл коэффициента массопередачи? 5 Каков физический смысл коэффициента массоотдачи? 6 Как изобразить процесс массопередачи графически? 7 Какими законами описывается перенос вещества из ядра потока к поверхности раздела фаз? 8 Какой закон описывает диффузию вещества в твердом теле? 9 Почему в расчетной практике пользуются не дифференциальными уравнениями массопереноса, а критериальными? 10 Какие принимаются схемы изменения концентрации распределяемого вещества во взаимодействующих фазах в массообменных аппаратах при выводе уравнений средних движущих сил? Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Лунин О.Г. Теплообменные аппараты пищевой промышленности. – М.: Пищевая промышленность, 1976 г. – 216 с. 4 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. Модуль 2. Массообменные процессы Лекция 8 3 часа; 11, 12 недели Тема. Сушка Вопросы 1 Свойства влажного воздуха. 2 Сушка. Общие сведения. 3 Способы обезвоживания. 4 Виды влажных материалов. 5 Статика сушки. 6 Формы связи влаги с материалом. 7 Кинетика сушки. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 27 из 53 8 Материальный и тепловой балансы сушилки. 9 Сушильные процессы. 10 Устройство сушилок. Сушка — это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла. Целью сушки является улучшение качества материала (снижение его объемной массы, повышение прочности) и, в связи с этим, увеличение возможностей его использования. В химической промышленности, где технологические процессы протекают в основном в жидкой фазе, конечные продукты имеют вид либо паст, либо зерен, крошки, пыли. Это обусловливает выбор соответствующих методов сушки. Наиболее широко распространены в химической технологии конвективный и контактный методы сушки. При конвективной сушке тепло передается от теплоносителя к поверхности высушиваемого материала. В качестве теплоносителей используют воздух, инертные и дымовые газы. При контактной сушке тепло высушиваемому материалу передается через обогреваемую перегородку, соприкасающуюся с материалом. Несколько реже применяют радиационную сушку (инфракрасными лучами) и сушку электрическим током (высокой или промышленной частоты). Методы сушки сублимацией, в жидких средах, со сбросом давления находят применение в других отраслях промышленности. Применяемые в химической промышленности виды сушилок можно классифицировать по технологическим признакам: давлению (атмосферные и вакуумные), периодичности процесса, способу подвода тепла (конвективные, контактные, радиационные, с нагревом токами высокой частоты), роду сушильного агента (воздушные, газовые, сушилки на перегретом паре), направлениям движения материала и сушильного агента (прямоточные и противоточные), способу обслуживания, схеме циркуляции сушильного агента, тепловой схеме и т. д. Выбор типа сушилки зависит от химических свойств материала. Так, при сушке материалов с органическими растворителями используют герметичные аппараты и сушку обычно проводят под вакуумом; при сушке окисляющихся материалов применяют продувку инертными газами; при сушке жидких суспензий используют распыливание материала. Конструкции сушилок весьма разнообразны и выбор их определяется технологическими особенностями производства. Наиболее широкое распространение получили барабанные сушилки. Эти сушилки отличаются высокой производительностью и относятся к конвективным сушилкам. В качестве сушильного агента в них используют воздух и дымовые газы. В этих аппаратах сушке подвергают соли, топливо, пасты; их используют в производствах соды, удобрений, ядохимикатов. Сушилка представляет собой цилиндрический барабан 1, к которому крепятся бандажи 9, опира- УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 28 из 53 ющиеся на опорные 3 и опорно-упорные 6 ролики. Вращение барабану передается от электродвигателя через редуктор 4 и зубчатый венец 5, закрытый кожухом 10. Мощность двигателя от 1 до 40 кВт. Частота вращения барабана 1 ÷ 8 об/мин. Размеры корпусов сушилки нормализованы. Высушиваемый материал подается в приемную камеру 8 и поступает на приемно-винтовую насадку, а с нее — на основную насадку. Лопасти насадки поднимают и сбрасывают материал при вращении барабана. Барабан установлен под углом а к горизонтали до 6 °; высушиваемый продукт передвигается к выгрузочной камере 2 и при этом продувается сушильным агентом. Между вращающимся барабаном и неподвижной камерой установлено уплотнительное устройство 7. Выбор типа насадки зависит от материала. Для крупных кусков и налипающих материалов применяют лопастную систему насадки, для сыпучих материалов - распределительную, для пылеобразующих материалов — перевалочную с закрытыми ячейками. Барабан заполняют материалом обычно до 20 %. Рисунок 1 - Барабанная сушилка Туннельные сушилки применяют для сушки долго сохнущих материалов. Высушиваемый материал помещают на вагонетки (тележки), которые проталкиваются специальным толкателем через туннель. Длина туннеля составляет 25 ÷ 60 м. Воздух проходит через весь туннель; во избежание расслаивания потока воздуха по высоте и неравномерности сушки аппарат разбивают на ряд зон, на перекрытиях которых устанавливают отопительно-вентиляционные агрегаты, создающие вертикальную циркуляцию воздуха. Скорость теплоносителя 2 ÷ 3 м/с. Время сушки в обычных сушилках может достигать 200 ч. В сушилке, показанной на рисунке, время сушки сокращено до 20 ч за счет интенсификации процесса и изменения режима (использование воздуха с повышенными влажностью и температурой). Основные размеры таких сушилок определяются продолжительностью сушки. Длина сушилки зависит от размеров тележек, емкости туннеля и определяется производительностью и временем сушки. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 29 из 53 Рисунок 2 - Туннельная сушилка В сушилках с кипящим слоем обычно сушат продукты с размерами зерен от 0,1 до 5,0 мм. Эти аппараты отличаются высокой надежностью, сокращением времени сушки за счет усиленного перемешивания материала в сушильной камере. Такие сушилки используют для сушки сульфата аммония, хлористого калия и целого ряда сыпучих и даже пастообразных материалов. Сушилки просты по конструкции. Материал через бункер подается на наклонную решетку, которая может получать колебания от вибратора. На сетке происходит псевдоожижение материала воздухом, поступающим снизу. Отработанный воздух проходит две параллельные щели в верхней части камеры и отводится через патрубок, а материал выгружается через патрубок и частично через патрубок. В промышленности используют сушилки и с несколькими камерами. Разновидностью этих сушилок являются вихревые сушилки. Распылительные сушилки применяют для обезвоживания концентрированных растворов веществ, суспензий, эмульсий, подвижных паст. Материал, подлежащий высушиванию, распыливается механическими форсунками (производство уксуснокислого кальция), пневматическими форсунками, центробежными дисковыми распылителями (производство антибиотиков). При этом площадь поверхности материала резко возрастает. Горячий воздух или дымовые газы подаются в сушильную камеру по прямоточной или противоточной схеме и отводятся из камеры через пылеулавливающее устройство. Высушенный материал (сушка происходит мгновенно) падает вниз и гребковым устройством выводится из камеры. Такие сушилки используют для сушки хлористого винила, меламина, триполифосфата натрия, глинозема. Для сушки применяют горячие газы, но вследствие малого времени контакта поверхность материала прогревается только до 60 ÷ 70 °С и не пересыхает. Здесь можно совмещать сушку с одновременным прокаливанием и охлаждением материала. Высушенный материал попадает на прокалочные тарелки, которые обогреваются дымовыми газами. Материал перемешивается гребками и пересыпается с тарелки на тарелку, а затем, после прохождения охлаждающей тарелки, выводится из сушилки. Помимо рассмотренных типов конвективных сушилок в химической промышленности применяют и другие конструкции: ленточные, камерные, аэрофонтанные сушилки, пневмосушилки, сушилки с виброкипящим слоем и т. д. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 30 из 53 В контактных сушилках тепло высушиваемому материалу передается через металлическую стенку, обогреваемую паром или водой. Поверхность контакта может быть либо цилиндрической, когда паста или густой раствор высушиваемого продукта подаются на поверхность обогреваемого цилиндра (однои двухвальцовые сушилки), либо плоской, когда влажный продукт насыпается на горизонтальные плиты, обогреваемые изнутри паром, водой, электронагревателями. Применяют цилиндрические поверхности с наружным обогревом цилиндров и подачей материала внутрь (гребковые, центробежно-щеточные сушилки). Одновальцовая сушилка (см. рисунок 3) представляет собой полый чугунный валец 5, вращающийся от электродвигателя. Пар, обогревающий валец, поступает через патрубок 2 и цапфу 3. Влажный материал подается в лоток 9, где перемешивается мешалкой. Конденсат отводится через сифонную трубку 1. Пленка материала, образующаяся на поверхности вальца, калибруется скребком, укрепленным на оси 11, и срезается ножом 10. Высушенный продукт по фартуку 8 через патрубок 7 поступает в ящик 6. Влажный воздух отсасывается через патрубок 4. Рисунок 3 - Одновальцовая сушилка Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: сушка, тепломассообменный процесс, идеальная сушка, реальная сушка, сублимационная сушка. Вопросы для самоконтроля 1 Какой процесс называется сушкой? 2 Почему сушка является сложным тепломассообменным процессом? 3 Какие виды сушки используют? 4 Что является движущей силой сушки? 5 По каким данным и как определяется характер связи влаги с материалом? УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 31 из 53 6 Чему равняется общий расход теплоты на сушку? 7 Почему процесс сушки разделяют на первый и второй периоды? 8 На что расходуется теплота при конвективной сушке? 9 Чем отличается идеальная сушка от реальной? 10 Какие известны конструкции конвективных сушилок? 11 Какие известны конструкции контактных сушилок? 12 Какие специальные виды сушки известны? 13 Что называется сублимационной сушкой? Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Лунин О.Г. Теплообменные аппараты пищевой промышленности. – М.: Пищевая промышленность, 1976 г. – 216 с. 4 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. Модуль 2. Массообменные процессы Лекция 9 2 часа; 13 неделя Тема. Сорбционные процессы Вопросы 1 Абсорбция. Основные понятия и определения. Физические основы абсорбции. 2 Материальный баланс абсорбции. 3 Кинетические закономерности абсорбции. 4 Кинетические закономерности абсорбции. 5 Принципиальные схемы абсорбции. 6 Абсорберы. 7 Адсорбция. Основные понятия и определения. 8 Адсорбенты (характеристика и области применения). 9 Статика и кинетика адсорбции. 10 Десорбция. 11 Расчет процессов адсорбции. 12 Адсорберы. 13 Схемы адсорбционных установок. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 32 из 53 Сорбция – физико-химический процесс, в результате которого происходит поглощение каким-либо телом газов, паров или растворённых веществ из окружающей среды. Абсорбция – поглощение газа в объёме, а так же избирательное поглощение одного или нескольких компонентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). Поглощение происходит либо в результате растворения в абсорбенте, либо в результате химического взаимодействия. В 1-м случае процесс называется физической абсорбцией, во 2-м – хемабсорбцией. Абсорбентами служат однородные жидкости, либо растворы активного компонента в жидком растворителе. К абсорбентам предъявляют следующие требования: - высокая абсорбционная способность; - селективность; - низкое давление паров; - химическая инертность по отношению к конструкционным материалам; - нетоксичность; - огне- и взрывобезопасность. С технологической точки зрения, лучшими являются те абсорбенты, расход которых для определённого процесса наименьший, т.е. в котором растворимость поглощаемого вещества выше. Поэтому абсорбенты выбирают по данным о растворимости в них поглощаемых веществ. Физическая абсорбция газа чаще всего сопровождается выделением теплоты, следовательно, что в результате повышения температуры абсорбента возможно резкое понижение растворимости газа. Поэтому для поддержания производительности абсорбента прибегают к его охлаждению. Преимущество абсорбционной холодильной установки перед компрессионной является использование для выработки холода тепловой энергии как низкого, так и среднего потенциала. В процессе абсорбции температура пара может быть ниже температуры абсорбента, поглощающего пар. Для процесса важно следующее: необходимо, чтобы концентрация абсорбируемого пара была равна или больше равновесной концентрации этого пара над абсорбентом. Для возможности применения абсорбента он должен с достаточной скоростью поглощать хладоагент и при одинаковых давлениях их температура кипения должно быть значительно выше температуры кипения хладоагента. Наибольшее применение получили водоаммиачные абсорбционные установки, в которых аммиак является хладоагентом, а вода – поглотителем (абсорбентом). Аммиак сильно растворяется в воде. При 0 0С в одном объёме воды растворяется 1148 объёмов парообразного аммиака. Абсорбция жидкого аммиака в воде сопровождается выделением тепла (750 кДж на 1 кг аммиака). Ещё больше аммиака выделяется при растворении паров аммиака, т.к. происходит выделение теплоты парообразования (1250 кДж/кг). УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 33 из 53 При нагревании водоаммиачного раствора происходит не только выделение паров аммиака, но и испарение воды. Пока температура низкая – выделяется в основном пар аммиака. Состав смеси паров первоначальной стадии отличается преобладанием аммиака, в дальнейшем количество водяных паров начинает расти. Абсорберы выполняются как горизонтальными, так и вертикальными плёночными (противоточные). В горизонтальных оросительных абсорберах раствор поступает в аппарат сверху и орошает трубки, внутри которых циркулирует охлаждающая вода. Снизу подаётся пар, поглощается раствором. Крепкий раствор в абсорбере отводится из нижней части. Адсорбция – это процесс избирательного поглощения газов, паров или растворенных в жидкостях веществ твердым поглотителем – адсорбентом, способным поглощать один или несколько компонентов из их смеси. Существует множество технологических приемов проведения адсорбционных процессов. Широко распространены циклические (периодические) установки с неподвижным слоем адсорбента, основной узел которых - один или несколько адсорберов, выполненных в виде полых колонн, заполняемых гранулированным адсорбентом. Газовый (или жидкостной) поток, содержащий адсорбируемые компоненты, пропускается через слой адсорбента. После этого адсорбент в адсорбере регенерируют, а газовый поток направляют в другой адсорбер. Регенерация адсорбента включает ряд стадий, из которых основная десорбция, т.е. выделение ранее поглощенного вещества из адсорбента. Десорбцию проводят нагреванием, сбросом давления в газовой фазе, вытеснением или комбинацией этих методов. Основные требования к адсорбентам: большая адсорбционная емкость, т.е. они должны представлять собой дисперсные тела с большой удельной поверхностью или с большим объемом пор; химическая и термическая стойкость, регенерируемость, доступность. Наибольшее распространение получили активные угли, ксерогели некоторых оксидов (силикагели, алюмогели и др.), цеолиты; из непористых адсорбентов - технический углерод (сажа) и высокодисперсный SiO2 (аэросил, «белая сажа»). На явлении адсорбции основаны многие способы очистки воздуха от вредных примесей при водоподготовке, а также сахарных сиропов при сахароварении, фруктовых соков и других жидкостей в пищевой промышленности, отработанных смазочных масел. На адсорбционных процессах основано тонкое разделение смесей веществ и выделение из сложных смесей определенных компонентов. Быстро развивающаяся область применения адсорбционной техники - медицина, где она служит для извлечения вредных веществ из крови (метод гемосорбции) и других жидкостей. Высокие требования к стерильности ставят очень трудную задачу подбора подходящих адсорбентов. К ним относятся специально приготовленные активные угли. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 34 из 53 Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: сорбция, адсорбция, десорбция, хладоагент. Вопросы для самоконтроля 1 Какова сущность абсорбции? Каким законам массопередачи подчиняется процесс абсорбции? 2 Какие факторы способствуют абсорбции? 3 Какие схемы абсорбции применяются в технике? 4 Как влияет расход абсорбента на размере абсорбера? 5 Из соображений определяется оптимальный расход абсорбента? 6 Какие конструкции абсорберов применяются в промышленности? 7 При каких режимах могут работать насадочные абсорберы? 8 В чем заключается расчет насадочных и тарельчатых абсорберов? 9 Как определяется эффективность ступени изменения концентраций? 10 В чем различие теоретической и действительной ступеней изменения концентраций? 11 В чем сущность процесса адсорбции? 12 Какие адсорбенты используются? 13 Какими свойствами должны обладать адсорбенты? 14 От каких факторов зависит равновесие при адсорбции? 15 В чем заключается расчет адсорберов периодического и непрерывного действия? Список использованных источников 1 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. 2 Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.: Энергия, 1972. – 320 с. 3 Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с. 4 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 783 с. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 35 из 53 Модуль 2. Массообменные процессы Лекция 10 2 часа; 14 неделя Тема. Перегонка и ректификация Вопросы 1 Общие сведения. 2 Теоретические основы процессов. 3 Простая перегонка. 4 Ректификация. 5 Ректификационные установки. 6 Схемы ректификационных установок. В ряде производств химической, нефтяной, пищевой и других отраслей промышленности в результате различных технологических процессов получают смеси жидкостей, которые необходимо разделить на составные части. Для разделения смесей жидкостей и сжиженных газовых смесей в промышленности применяют способы простой перегонки (дистилляции), перегонки под вакуумом и с водяным паром, молекулярной перегонки и ректификации. Ректификацию широко используют в промышленности для полного разделения смесей летучих жидкостей, частично или целиком растворимых одна в другой. Сущность процесса ректификации сводится к выделению из смеси двух или в общем случае нескольких жидкостей с различными температурами кипения одной или нескольких жидкостей в более или менее чистом виде. Это достигается нагреванием и испарением такой смеси с последующим многократным тепло- и массообменом между жидкой и паровой фазами; в результате часть легколетучего компонента переходит из жидкой фазы в паровую, а часть менее летучего компонента - из паровой фазы в жидкую. Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильникконденсатор, подогреватель исходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка. Дефлегматор, холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированные в дефлегматоре пары легколетучего компонента, выходящие из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны). Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 36 из 53 проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенные давления применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность фазового контакта, а следовательно, от количества орошающей жидкости (флегмы) и устройства ректификационной колонны. В промышленности применяют колпачковые, ситчатые, насадочные, пленочные трубчатые колонны и центробежные пленочные ректификаторы. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата, назначение которого — обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках (колпачковых или ситчатых) либо при поверхностном контакте пара и жидкости на насадке или поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой. Рисунок 1 - Конструкции ректификационных колонн Тарельчатые колпачковые колонны (рисунок 1, а) наиболее часто применяют в ректификационных установках. Пары с предыдущей тарелки попадают в паровые патрубки колпачков и барботируют через слой жидкости, в которую частично погружены колпачки. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези, расчленяющие пар на мелкие струйки для увеличения поверхности соприкосновения его с жидкостью. Переливные трубки служат для подвода и отвода жидкости и регулирования ее уровня на тарелке. Основной областью массообмена и теплообмена между парами и жидкостью, как показали исследования, является слой пены и брызг над тарелкой, создающийся в результате барботажа пара. Высота этого слоя зависит от размеров колпачков, глубины их погружения, скорости пара, толщины слоя УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 37 из 53 жидкости на тарелке, физических свойств жидкости и др. Расчет основных размеров колпачков и некоторые рекомендации изложены в методике расчета тарельчатых колпачковых колонн. Следует отметить, что, кроме колпачковых тарелок, применяют также клапанные, желобчатые, S-образные, чешуйчатые, провальные и другие конструкции тарелок. В расчетах необходимо учитывать особенности конструкций тарелок. Клапанные тарелки показали высокую эффективность при значительных интервалах нагрузок благодаря возможности саморегулирования. В зависимости от нагрузки клапан перемещается вертикально, изменяя площадь живого сечения для прохода пара, причем максимальное сечение определяется высотой устройства, ограничивающего подъем. Площадь живого сечения отверстий для пара составляет 10 ÷ 15 % площади сечения колонны. Скорость пара достигает 1,2 м/с. Клапаны изготовляют в виде пластин круглого или прямоугольного сечения с верхним или нижним ограничителем подъема. Тарелки, собранные из S-образных элементов, обеспечивают движение пара и жидкости в одном направлении, способствуя выравниванию концентрации жидкости на тарелке. Площадь живого сечения тарелки составляет 12 ÷ 20 % от площади сечения колонны. Коробчатое поперечное сечение элемента создает значительную жесткость, позволяющую устанавливать его на опорное кольцо без промежуточных опор в колоннах диаметром до 4,5 м. Чешуйчатые тарелки подают пар в направлении потока жидкости. Они работают наиболее эффективно при струйном режиме, возникающем при скорости пара в чешуях свыше 12 м/с. Площадь живого сечения составляет 10% площади сечения колонны. Чешуи бывают арочными и лепестковыми; их располагают на тарелке в шахматном порядке. Простота конструкции, эффективность и большая производительность — преимущества этих тарелок. Пластинчатые тарелки собраны из отдельных пластин, расположенных под углом 4 ÷ 9 ° к горизонтам. В зазорах между пластинами проходит пар со скоростью 20 ÷ 50 м/с. Над пластинами установлены отбойные щитки, уменьшающие брызгоунос. Эти тарелки отличаются большой производительностью, малым сопротивлением и простотой конструкции. К провальным относят тарелки решетчатые, колосниковые, трубчатые, ситчатые (плоские или волнистые без сливных устройств). Площадь живого сечения тарелок изменяется в пределах 15 ÷ 30 %. Жидкость и пар проходят попеременно через каждое отверстие в зависимости от соотношения их напоров. Тарелки имеют малое сопротивление, высокий к. п. д., работают при значительных нагрузках и отличаются простотой конструкции. Прямоточные тарелки обеспечивают длительное контактирование пленки жидкости с паром, движущимся со скоростью 14 ÷ 45 м/с. Площадь живого сечения тарелки достигает 30 %. Ситчатые колонны (см. рисунок 1, б) применяют главным образом при ректификации спирта и жидкого воздуха. Допустимые нагрузки по жидкости и УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 38 из 53 пару для них относительно невелики, и регулирование режима их работы затруднительно. Массо- и теплообмен между паром и жидкостью в основном происходят на некотором расстоянии от дна тарелки в слое пены и брызг. Давление и скорость пара, проходящего через отверстия сетки, должны быть достаточны для преодоления давления слоя жидкости на тарелке и создания сопротивления ее отеканию через отверстия. Ситчатые тарелки необходимо устанавливать строго горизонтально для обеспечения прохождения пара через все отверстия тарелки, а также во избежание стекания жидкости через них. Обычно диаметр отверстий ситчатой тарелки принимают в пределах 0,8 ÷ 3,0 мм. Насадочные колонны получили широкое распространение в промышленности (см. рисунок 1, в). Они представляют собой цилиндрические аппараты, заполненные инертными материалами в виде кусков определенного размера или насадочными телами, имеющими форму, например, колец, шаров для увеличения поверхности фазового контакта и интенсификации перемешивания жидкой и паровой фаз. Массо- и теплообмен в колоннах с насадкой характеризуются не только явлениями молекулярной диффузии, определяющимися физическими свойствами фаз, но и гидродинамическими условиями работы колонны, которые определяют турбулентность потоков. В зависимости от скорости потока в колонне возможны три гидродинамических режима: ламинарный, промежуточный и турбулентный, при которых поток пара является сплошным, непрерывным и заполняет свободный объем насадки, не занятый жидкостью, в то время как жидкость стекает лишь по поверхности насадки. Дальнейшее развитие турбулентного движения может привести к преодолению сил поверхностного натяжения и нарушению граничной поверхности между потоками жидкости и пара. При этом газовые вихри проникают в поток жидкости, происходит эмульгирование жидкости паром, и массообмен между фазами резко возрастает. В случае эмульгирования жидкость распределяется не по насадке, а заполняет весь ее свободный объем, не занятый паром; жидкость образует сплошную фазу, а газ — дисперсную фазу, распределенную в жидкости, т. е. происходит инверсия фаз. Исследования показали, что переход от турбулентного режима к режиму эмульгирования (точка инверсии или точка начала эмулыирования) соответствует оптимальным условиям работы колонны и оптимальной скорости пара, при которой на насадке задерживается максимальное количество жидкости, брызг и пены, достигаются интенсивный массообмен и максимальная производительность при минимальной высоте насадки. Насадочную колонну следует рассчитывать, исходя из оптимальной скорости. При превышении оптимальной скорости начинается обращенное движение жидкости снизу вверх, происходит так называемое «захлебывание» колонны и нарушение режима ее работы. Трубчатые пленочные ректификационные колонны состоят из пучка вертикальных труб, по внутренней поверхности которых тонкой пленкой стекает жидкость, взаимодействуя с поднимающимся по трубам паром. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 39 из 53 Пар поступает из куба в трубки. Флегма образуется в дефлегматоре непосредственно на внутренней поверхности трубок, охлаждаемых водой в верхней их части. Диаметр применяемых трубок 5 ÷ 20 мм. Эффект работы пленочного аппарата возрастает с уменьшением диаметра трубок. Трубчатые колонны характеризуются простотой изготовления, высокими коэффициентами массопередачи и весьма малыми гидравлическими сопротивлениями движению пара. Многотрубные (и длиннотрубные) колонны с искусственным орошением имеют значительно меньшие габаритные размеры и массу, чем тарельчатые. Все ректификационные установки, независимо от типа и конструкции колонн, классифицируют на установки периодического и непрерывного действия. В ректификационных установках периодического действия начальную смесь заливают в перегонный куб, где поддерживается непрерывное кипение с образованием паров. Пар поступает на укрепление в колонну, орошаемую частью дистиллята. Другая часть дистиллята из дефлегматора или концевого холодильника, охлажденная до определенной температуры, через контрольный фонарь поступает в сборник готового продукта. В колоннах периодического действия ректификацию проводят до тех пор, пока жидкость в кубе не достигает заданного состава. Затем обогрев куба прекращают, остаток сливают в сборник, а в куб вновь загружают на перегонку начальную смесь. Установки периодической ректификации успешно применяют для разделения небольших количеств смесей. Большим недостатком ректификационных установок периодического действия является ухудшение качества готового продукта (дистиллята) по мере протекания процесса, а также потери тепла при периодической разгрузке и загрузке куба. Эти недостатки устраняются при непрерывной ректификации. Колонны непрерывного действия состоят из нижней (исчерпывающей) части, в которой происходит удаление легколетучего компонента из стекающей вниз жидкости, и верхней (укрепляющей) части, назначение которой— обогащение поднимающихся паров легколетучего компонента. Схема установки непрерывной ректификации отличается от периодической тем, что питание колонны начальной смесью определенного состава происходит непрерывно с постоянной скоростью; готовый продукт постоянного качества также непрерывно отводится. При ректификации смесей, состоящих более чем из двух компонентов, схема установки значительно усложняется. При этом для каждого добавочного компонента требуется колонна с дефлегматором. Размеры и конструкции перегонного куба, дефлегматора и концевого холодильника зависят от производительности установки, физических свойств перегоняемой смеси и режима процесса (периодический или непрерывный). Дефлегматор обычно представляет собой кожухотрубчатый теплообменник. В ряде случаев в дефлегматоре происходит конденсация всех паров, вышедших из колонны. В концевом холодильнике дистиллят охлаждается до заданной температуры. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 40 из 53 Иногда в дефлегматоре конденсируется лишь часть паров для получения флегмы, а полная конденсация и охлаждение происходят в холодильнике. Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: перегонка, процесс ректификации, константы равновесия. Вопросы для самоконтроля 1 Какие методы применяются для разделения жидких однородных смесей? На каких свойствах жидких смесей основаны эти методы разделения? 2 Что такое простая перегонка? Для разделения каких смесей она применяется? 3 Какие разновидности простой перегонки бывают? 4 В чем заключается процесс ректификации? 5 Что такое константы равновесия? 6 Какие допущения принимают при расчете процессов ректификации? 7 Как рассчитываются число тарелок и высота ректификационной колонны? 8 Какие конструкции ректификационных колонн существуют? Список использованных источников 1 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. 2 Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.: Энергия, 1972. – 320 с. 3 Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с. 4 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 783 с. Модуль 2. Массообменные процессы Лекция 11 2 часа; 15 неделя Тема. Экстрагирование Вопросы 1 Общие сведения. 2 Экстракция в системе твердое тело - жидкость. 3 Выщелачивание. 4 Экстракционные аппараты, устройство и расчет. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 41 из 53 5 Экстракция в системе жидкость-жидкость. 6 Равновесия в системах жидкость – жидкость. 7 Массопередача при экстракции. 8 Схемы процессов экстракции. 9 Расчет процессов экстракции. 10 Экстракторы, конструкция и расчет. Экстрагирование - перевод одного или нескольких компонентов из твердого пористого тела в жидкую фазу с помощью растворителя (экстрагента); один из массообменных процессов химической технологии. Наряду с термином «экстрагирование» часто применяют термин «выщелачивание», название которого происходит от слова «щелочь». Термин «экстрагирование», под которым понимают извлечение в системе твердое тело - жидкость, следует считать более общим и предпочтительным. Экстрагирование существенно отличается от экстракции жидкостной, которая протекает в гетерогенной системе жидкость - жидкость. При экстрагировании размеры твердых тел задаются предшествующими операциями (измельчение). Различают два принципиально разных способа извлечения: экстрагирование растворенного вещества и экстрагирование твердого вещества. В случае экстрагирования растворенного вещества пористый объем твердого тела заполнен раствором целевого компонента, который при извлечении диффундирует за пределы пористого тела в экстрагент. К основным стадиям экстрагирования относят: - подготовку сырья и экстрагента (очистка и измельчение сырья, нагревание растворителя); - непосредственное контактирование твердой и жидкой фаз в аппарате, наз. экстрактором; - разделение системы твердая фаза - раствор (отстаивание, фильтрование, центрифугирование). Промышленные экстрагенты должны обладать высокой избирательностью, легко регенерироваться и быть сравнительно дешевыми. Таким требованиям отвечают вода, этанол, бензин, бензол, СС14 ацетон, растворы кислот, щелочей и солей. На скорость и механизм экстрагирования существенно влияет структура твердых пористых тел, особенности строения которых определяются их природой и технологической обработкой на стадиях, предшествующих экстрагированию. Такие тела могут обладать изотропной или анизотропной структурой. В соответствии со вторым началом термодинамики при взаимодействии твердой и жидкой фаз их состояние изменяется в направлении достижения равновесия, которое характеризуется равенством химических потенциалов извлекаемого вещества в объеме твердого тела и в основной массе экстрагента. При извлечении растворенного вещества это равносильно равенству его концентраций в обеих фазах; условие нарушается, если целевой компонент ад- УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 42 из 53 сорбируется твердой фазой, тогда равновесие определяется изотермой адсорбции. При извлечении твердого вещества равновесие обусловлено растворимостью целевого компонента, находящегося в контакте с экстрагентом; при полном извлечении твердого компонента его концентрации в основной массе раствора и в пористом объеме выравниваются. Кинетически экстрагирование подчиняется законам массообмена, конвективной и молекулярной, а также законам переноса извлекаемого вещества из твердой фазы в жидкую. Движущая сила переноса целевого компонента - разность его химических потенциалов в фазах. На практике для упрощения связи между скоростью процесса и составом материальных потоков движущую силу экстрагирования выражают через переменный во времени градиент концентраций извлекаемого вещества в фазах. По взаимному направлению движения твердой фазы и экстрагента экстракторы подразделяют на прямоточные и противоточные, по режиму работы на аппараты периодического, полунепрерывного и непрерывного действия. Экстракторы периодического и полунепрерывного действия наиболее распространены камерные аппараты (реакторы) с механическим, пневматическим или пневмомеханическим перемешиванием, а также так называемые настойные чаны с неподвижным слоем твердых частиц с циркуляцией (перколяторы) и без циркуляции экстрагента. Аппараты для экстрагирования в плотном слое обычно располагаются вертикально и имеют комбинированную форму: в основной части цилиндрическую, с одного или обоих концов - форму усеченного конуса (рисунок 1, а). На решетку сверху загружается слой твердого материала, через который сверху вниз протекает экстрагент; для выгрузки твердого остатка служит откидное днище. а - единичный аппарата; б - батарея аппаратов (I-V); 1 - корпус; 2 - ложное днище (решетка); 3 - откидное днище; 4 - штуцер для ввода свежего экстрагента; 5 - штуцер для отвода концентрированного раствора; 6 - насос. Рисунок 1 - Экстракторы периодического действия УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 43 из 53 Последовательное соединение 4 - 16 таких аппаратов в батарею (рисунок 1, б) позволяет перейти к полунепрерывной противоточной схеме. Благодаря замкнутой системе коммуникаций удается периодически отключать от циркуляционной системы один из аппаратов, освобождать его от полностью истощенного материала и заполнять свежим. Далее этот аппарат снова включают в систему циркуляции и подают в него наиболее обогащенный экстрагент, прошедший через все остальные аппараты; затем отключают след, аппарат, в который до этого поступал чистый экстрагент, и т.д. С увеличением числа аппаратов процесс приближается к непрерывному. Главные недостатки описанных экстракторов, которые продолжают широко применяться в химических производствах: большие затраты ручного труда при их эксплуатации, значительные потери экстрагируемого вещества при выгрузке, высокая металлоемкость, трудность регулирования работы. Экстракторы периодического действия используют в производстве небольших партий фармацевтических препаратов, настоев, морсов и др. Экстракторы полунепрерывного действия (батарея аппаратов) малоэффективны, громоздки и сложны в обслуживании. К основным экстракторам непрерывного действия относятся шнековые и ленточные аппараты. Шнековый экстрактор (рисунок 2) представляет собой трехколонный аппарат с транспортирующим органом шнекового типа. Твердая фаза последовательно перемещается через загрузочную, горизонтальную и экстракц. колонны навстречу движущемуся экстрагенту. В верхней части загрузочной колонны имеется сито для отделения экстракта от твердой фазы. Достоинства аппарата - малая металлоемкость и небольшая занимаемая площадь. Недостатки обусловлены конструкцией шнека, вокруг вала которого закручивается твердый материал; поэтому иногда шнек заменяют цепным транспортирующим органом. Ленточный экстрактор (рисунок 3) имеет стальной корпус, внутри которого расположен транспортер с перфорированной лентой. Подаваемый в аппарат материал движется слоем высотой 0,6 - 1,2 м по верхней ветви транспортера. 1, 2, 3 - загрузочная, горизонтальная и экстракцинная колонны; 4 - 6 - шнеки; 7 - разделительное сито. Рисунок 2 - Шнековый экстрактор непрерывного действия УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 44 из 53 Для равномерного распределения экстрагента по поверхности материала над слоем размещены распылители. Пройдя через слой материала, раствор поступает в воронку, откуда насосом подается в смежную зону, которая расположена в направлении, противоположном движению ленты. Распространены также роторные аппараты карусельного типа, реализующие тот же принцип действия. 1 - корпус; 2 - бункер; 3 - ленточный транспортер; 4 - воронка; 5 - насосы. Рисунок 3 - Ленточный экстрактор непрерывного действия Преимущества экстракторов непрерывного действия, применяемых в многотоннажных производствах, перед периодически функционирующими аппаратами: - более высокий коэффициент массоотдачи от поверхности твердых частиц к экстрагенту; - полное исключение ручного труда при обслуживании; - возможность создания экстрактов большой единичной мощности и автоматизации экстрагирования. По сравнению с растворением экстрагирование протекает медленнее. Для его интенсификации целесообразны следующие способы: - Повышение температуры экстрагента приводит к увеличению коэффициента диффузии, что ускоряет извлечение растворенного и твердого веществ. При повышении температуры снижается также вязкость экстрагента, вследствие чего уменьшаются потери напора на прокачку растворителя через слои извлекаемого вещества. - Повышение относительной скорости движения фаз способствует увеличению коэффициент массоотдачи, что сокращает время экстрагирования (если процесс не лимитируется внутренней диффузией). - Интенсивное перемешивание приводит к обновлению поверхности контакта твердых частиц с экстрагентом (эффективно при внешне диффузионном сопротивлении). - Повышение давления уменьшает объем воздуха, «защемленного» в пористом объеме частиц при погружении твердого вещества в экстрагент, и, сле- УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 45 из 53 довательно, восстанавливает нарушенный при этом контакт внутренней поверхности частиц с жидкостью. - Подвод энергии (вибрации, пульсации, ультразвуковые и инфразвуковые колебания). Кроме того, при химических реакциях между веществом и экстрагентом процесс можно ускорить, повышая концентрацию извлекаемого вещества. Экстрагирование используют: - для извлечения соединений редких металлов, урана, серы и др. из руд; - для извлечения из пористых продуктов спекания различных веществ (производство глинозема, NaF и т.д.); - для выделения органических соединений из растительного сырья в производствах сахара, растит, и эфирных масел, растворимых кофе и чая, лек. средств и др.; для образования пористых структур путем добавления и последующего извлечения растворимого вещества после фиксации структуры (напр., в производстве пористых пластмасс, применяемых как изоляционный материал). Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: экстракция, высота колонного экстрактора, кинетический расчет экстракторов. Вопросы для самоконтроля 1 В чем сущность процесса экстракции? Какие компоненты участвуют в процессе экстракции? 2 Какие факторы определяют равновесие в процессе экстракции? 3 При каких условиях равновесие в процессе экстракции описывается прямой линией? 4 Какие диаграммы изображают процессы экстракции? 5 В каких аппаратах происходят процессы экстракции? 6 Каким законам массопередачи подчиняются процессы экстракции? 7 Как рассчитывается коэффициент массопередачи при экстракции в общем случае и как в частных случаях? 8 В чем заключается кинетический расчет экстракторов? 9 Какими величинами определяется высота колонного экстрактора? Список использованных источников 1 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. 2 Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М.: Энергия, 1972. – 320 с. 3 Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 46 из 53 4 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 783 с. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 47 из 53 3 ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ Практические занятия – одна из форм учебного занятия, направленная на развитие самостоятельности студентов и приобретение умений и навыков. Практические занятия должны способствовать углубленному изучению наиболее сложных вопросов дисциплины и служат основной формой подведения итогов самостоятельной работы студентов. Именно на этих занятиях студенты учатся грамотно излагать проблемы и свободно высказывать свои мысли и суждения, рассматривают ситуации, способствующие развитию профессиональной компетентности. Всё это помогает приобрести навыки и умения, необходимые современному специалисту. Практическое занятие 1 1 час; 1 неделя Тема. Введение Цель занятия. Изучить системы единиц. Усвоить физико-технические характеристики веществ. Методические рекомендации по выполнению задания. Единицы измерения величин, используемых при изучении данного курса. Физико-технические характеристики веществ. Контрольные вопросы. Выдаются преподавателем на занятии. Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. 4 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. Практическое занятие 2 2 часа; 2, 3 недели Моделирование и подобие процессов тепломассообмена Цель занятия. Изучить теорию подобия. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 48 из 53 Методические рекомендации по выполнению задания. При изучении данного материала требуется усвоить понятие «теории подобия. После приводить примеры критериев подобия, уметь решать критериальные уравнения Контрольные вопросы. Выдаются преподавателем на занятии. Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. 4 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. Практическое занятие 3 2 часа; 4, 5 недели Определение коэффициентов теплоотдачи Цель занятия. Изучить основные случаи теплоотдачи. Методические рекомендации по проведению работы. При изучении данного материала следует тщательно изучить физический смысл коэффициента теплоотдачи, а также методы определения коэффициента теплоотдачи. Контрольные вопросы. Выдаются преподавателем на занятии. Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. 4 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 49 из 53 Практическое занятие 4 2 часа; 6. 7 недели Изучение конструкции и расчет теплообменных аппаратов Цель занятия. Изучить существующие конструкции теплообменных аппаратов и методику их расчета. Методические рекомендации по проведению работы. При изучении данного материала, студент должен знать, что называется теплообменным аппаратом, какие существуют виды и уметь выполнять расчет теплообменного аппарата. Контрольные вопросы. Выдаются преподавателем на занятии. Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. 4 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. Практическое занятие 5 2 часа; 8. 9 недели Изучение устройства и расчет выпарных аппаратов Цель занятия. Изучить устройства выпарных аппаратов и методику их расчета. Методические рекомендации по проведению работы. При изучении данного материала следует тщательно изучить какие аппараты называются выпарными, что понимают под процессом выпаривания, какова методика расчета выпарных аппаратов. Контрольные вопросы. Выдаются преподавателем на занятии. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 50 из 53 Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. 4 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. Практическое занятие 6 2 часа; 10, 11 недели Изучение устройства и расчет сушильных установок Цель занятия. Изучить устройство сушильных установок и методику их расчета. Методические рекомендации по проведению работы. При изучении данного материала особое внимание процессам сушки. Следует усвоить пути повышения интенсификации процесса сушки. Контрольные вопросы. Выдаются преподавателем на занятии. Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. 4 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 51 из 53 Практическое занятие 7 2 часа; 12, 13 недели Изучение абсорбционных и адсорбционных установок. Расчет абсорберов и адсорберов Цель занятия. Изучить устройство абсорбционных и адсорбционных установок и методику их расчета. Методические рекомендации по проведению работы. При изучении данного материала изучить процесс абсорбции. Усвоить физические основы абсорбции. Контрольные вопросы. Выдаются преподавателем на занятии. Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. 4 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. Практическое занятие 8 1 час; 14 неделя Изучение ректификационных установок. Расчет процессов ректификации Цель занятия. Изучить устройство ректификационных установок и методику их расчета. Методические рекомендации по проведению работы. При изучении данного материала изучить процесс ректификации. Усвоить решение метериального баланса ректификации, уметь выполнять схемы ректификационных установок. Контрольные вопросы. Выдаются преподавателем на занятии. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 52 из 53 Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. 4 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. Практическое занятие 9 1 час; 15 неделя Изучение экстракционных установок. Расчет экстракционных установок Цель занятия. Изучить устройство экстракционных установок и методику их расчета. Методические рекомендации по проведению работы. При изучении данного материала обратить особое внимание процессам экстракции, уметь приводить схемы и выполнять расчет процессов экстракции. Контрольные вопросы. Выдаются преподавателем на занятии. Список рекомендуемых источников 1 Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с. 2 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с. 3 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. 4 Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503 с. УМКД 042-05.1.36/03-2013 Ред. № 1 от «____» ________ 2013 г. Страница 53 из 53 4 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА При кредитной системе обучения предъявляются высокие требования к повышению качества организации самостоятельной работы студента, которая включает выполнение различных домашних заданий. Самостоятельная работа студента под руководством преподавателя – одна из форм учебной работы при кредитной системе обучения, которая проводится в виде аудиторного занятия в диалоговом режиме, а также в виде консультаций во внеаудиторное время.