Процессы и аппараты химической технологии. Общий курс.
advertisement
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ. ОБЩИЙ КУРС Под редакцией В. Г. АЙНШТЕЙНА В двух книгах Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по химико-технологическим направлениям и специальностям 5-е издание (электронное) Москва БИНОМ. Лаборатория знаний 2014 УДК 66-93 (075.8) ББК 35.11 П84 Авторы В. Г. Айнштейн, М. К. Захаров, Г. А. Носов, В. В. Захаренко, Т. В. Зиновкина, А. Л. Таран, А. Е. Костанян Рецензенты: Кафедра процессов и аппаратов химической технологии РХТУ им. Д.И. Менделеева; доктор технических наук, профессор Б.С. Сажин (МГТА им. А.Н. Косыгина) П84 Процессы и аппараты химической технологии. Общий курс : [Электронный ресурс] : в 2 кн. / В. Г. Айнштейн, М. К. Захаров, Г. А. Носов [и др.] ; Под ред. В. Г. Айнштейна. — 5-е изд. (эл.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. — 1758 с. : ил. ISBN 978-5-9963-2214-5 В учебнике, написанном опытными преподавателями Московского государственного университета тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова (МИТХТ им. М. В. Ломоносова), рассмотрены теоретические основы построения, математического описания и инженерного расчета основных химико-технологических процессов, а также принципы устройства и функционирования технологической аппаратуры. В книге 1 раскрываются основные понятия и соотношения, основы тепло- и массопереноса, основные закономерности переноса импульса, теплоты, вещества. Особое внимание уделяется вопросам гидравлики, перемещения жидкостей, сжатия газов, гидромеханическим процессам, теплопередаче и теплообмену, структуре потоков, а также выпариванию. Книга 2 — логическое продолжение книги 1, здесь наряду с традиционными для учебника главами, посвященными абсорбции, дистилляции и ректификации, жидкостной экстракции, адсорбции, сушке твердых материалов, кристаллизации, охлаждению, измельчению и классификации твердых материалов, приводится ряд новых глав: «Гранулирование», «Сублимация и десублимация», «Сопряженные и совмещенные процессы». Авторы учебника удостоены премии Правительства Российской Федерации в области образования за 2005 г. Для студентов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по химикотехнологическим направлениям и специальностям, а также для специалистов химической промышленности. УДК 66-93 (075.8) ББК 35.11 По вопросам приобретения обращаться: «БИНОМ. Лаборатория знаний» Телефон: (499) 157-5272 e-mail: binom@Lbz.ru, http://www.Lbz.ru ISBN 978-5-9963-2214-5 © БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014 ОГЛАВЛЕНИЕ Книrа 1 Предисловие ко пятому изданию . . . . . . ... .................... ............................... Предисловие к первому изданию .. ............................".." .. "" ... ".".......... Основные условные обозначения . . . .. .. . ... ... ......... ......... ........ 13 14 26 Глава 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СООТНОШЕНИЯ .. """""""""".".".. 31 1.1. Введение ."".. "."".."......"..."......""."."""...."".." ..""."..".""""""" ... ". 1.1.1. Предмет и место курса """"""""""""""""""""""""""".. """" 31 31 35 38 41 1.1.2. Краткие исторические сведения"""". .. "".. """""""""""""""". 1.1.3. 1.1.4. 1.1.5. Перенос субстанции в химической технологии""""""""""""" Размерности. Системы единиц. F,диницы измерения":"".. "."" О точности инженерных расчетов""""""."... """" .. """""""."" 1.2. Основные понятия.""."... """..""""".."""."""...""""""".""."""" ....". 1.2.1. Обобщение и конкретизация"""."....".."""".. """"""."""."."". 1.2.2. Некоторые физические понятия "".""".""""."""".""""""""". 1.2.3. Основные харакrеристики (свойства) рабочих тел """""".. ""... 1.3. Общие подходы к анализу процессов переноса".. """""""""""""""". 1.3.1. Уравнения баланса"""".".""""".. """...."."."""""."""""""."... 1.3.2. Интенсивность процессов переноса""""".""""".""""""".. ".... Потенциалы и потоки субстанций """""""." .."""."."""""""".."". О перекрестиых эффекrах Онзаrера". "" """"".".""".. """".""."". " Пропускные способности"""""""""... ".."."""..""....... ""..."........" 1.3.3. Подходы к анализу и установлению общих закономерностей процессов переноса""... "."..".."...."""......"..""""... """".""...... 1.3.4. Общая канва анализа" ... ".".. ".""""""" ... """""""""""""..""". 1.4. Уравнения неразрывности и расхода ""..... ".. "."""."""""".. """""" .. " 1.4.1. Уравнение неразрывности ".. "."...... "...... "" ... "...".""...""""... ". 1.4.2. Уравнения расхода".... "" .. """."..." ... "..... "...... ""........"""......... 1.5. Уравнения переноса импульса, теплоты и вещества """"""".. """....... 1.5.1. 1.5.2. 1.5.3. .жидкости " ..""""."""..""..""."" ..."""". """"""""" .. """."".. "". 83 Дифференциальное уравнение переноса вещества в движущейся жидкости........................................................................... 86 1.8. Физическое подобие"."""."."".. """""..""".... ".".""." ..... """""."""". 1.8.З. 69 73 74 74 77 79 79 1.6.2. Различные конфиrурации потоков субстанции""""""""""""" 1.6.3. Анизотропные среды "."""... "."""."""""""".. """."""""""."... 1.7. Условия однозначности""."".""""..""""".. """ .... ""..""""""."""""". 1.8.1. 45 45 47 50 55 55 60 60 66 67 Дифференциальное уравнение движения несжимаемой жидкости (перенос импульса).""""... """""" .. ".. """.".""."""......... Дифференциальное уравнение переноса теплоты в движущейся 1.6. Модификации уравнений переноса""""."".. "."."."""""""""""...."... 1.6.1. Ус.ловия протекания процесса переноса".""""""" .. ".."""".. "" 1.8.2. 44 Обобщенные переменные""""" .. "".... "." .. """"."..""""."."."". Геометрическое и физическое подобие. Масипабные преобразования. Критерии подобия".. "".. ""..... """"""."..."""." .. "."". Обобщенные переменные на базе основных уравнений переноса .............................................................................................. 89 89 91 95 97 99 99 101 106 3 Гидродинамическое подобие............................................................. Теruювое подобие.............................................................................. Диффузионное подобие .. .................................................................. Подобие в переносе различных субстанций .... ... ........ .. .... .... · · · ·.· · · · . . . . 106 110 111 112 1.8.4. Обобщенные переменные на базе других уравнений и предстаалений . ".................................................................................. 1.8.5. Критериальные уравнения........................................................... 1.8.6. Обобщенные переменные и пропускные способности............... 112 114 115 Литература к главе 1..................................................................................... 118 Глава 2 ГИДРАВJIИКА .. .... ...... ...... .... "................................................................... 119 2.1. Гидростатика. .... .. ... .... ".""."".....""...." .............. ".........."...................... 119 120 122 124 2.1.1. 2.1.2. Основные уравнения rnдростатики и поверхностей уровня . ..... Дааления и поверхности уровня в покоящемся сосуде.............. 2.1.3. Дааления и поверхности уровня в случае относительного покоя Цистерна, движущаяся с постоянным ускорением по горизонтальной плоскости ..... ."........"........................................................... Вертикальный цилиндрический сосуд, вращающийся вокруг своей оси ..... "................................"............................................................ Горизонтальный сосуд, вращающийся вокруг своей оси................. 2.1.4. Силы дааления на дно и боковые стенки сосуда........................ 2.2. Гидродинамика (общие проблемы)........................................................ 2.2.1. Уравнение БернуJUIИ . ... "........................................."................... Уравнение Бернулли для идеальной жидкости.".. ... ... ".................. Уравнение Бернулли для реальной жидкости""."""."."""... """"". 2.2.2. Уравнение Дарси-Вейсбаха . "."""."" ....""""..".""."""."""""". 2.2.3. Режимы течения жидкости... ""...."""""""...."......""""....".""" 2.2.4. Законы ламинарного течения ньютоновских жидкостей " .. """. 2.2.5. Законы турбулентного течения... .. "".....""....""......"""".."..""" Общая картина течения.". ..... """""...."""..""......"".. " .."""......... ". Распределение скоростей в турбулентном потоке ".".. .".""....... ".". Коэффициент rnдраалического сопротиаления"."""""""".".. "...". 2.2.6. Mecrnыe сопротиаления" ." ..."""""""""".""""".""""""...... .... 2.2.7. Характер изменения напора по длине трубопровода"".".".... ". 2.3. Трубопроводы ... .. "............."......."....."................................................... 2.3.1. Простой трубопровод .. .... " ................. "....................................... 2.3.2. Наивыгоднейший диаметр трубопровода. Диапазоны рекомендуемых скоростей. ..... "...................."........................................... 2.3.3. Разветвленный трубопровод ... .. ...... ........ ..... .......".........."........... 2.3.4. Трубопровод с путевым и транзитным расходами......... "......... " 2.3.5. Газопровод................................................................................... 2.3.6. Гидраалический удар .. ".............................."......"............"......... . . 2.4. Гравитационное течение тонких пленок........ "...................................... 2.5. Течение неньютоновских жидкостей .. .......... "................"........... "........ 2.5.1. 2.5.2. 2.5.3. Классификация и общие свойства неньютоновских жидкостей Пластичное течение бингамовских жидкостей ........................... Пластичное течение псевдопластичных и дилатантных жидкостей."........................................................................................ 125 126 128 130 132 133 134 137 139 142 146 151 151 155 159 163 166 167 168 172 173 176 179 182 185 190 190 195 199 2.6. Истечение жидкостей и газов..... "................................"....."..".""".... " 202 Истечение жидкости при постоянном напоре................... .. ".." 202 203 205 2.6.1. . Истечение через отверстие в дне сосуда .. "......""""......".............".. Истечение через отверстие в боковой стенке... "".....".......".... "....... 4 2.6.2. Истечение :жидкости при переменном напоре .............. ............. 2.6.3. Об истечении rазов...................................................................... 2.7. Элементы гидравлики дисперсных систем............................................. 2.7.1. Общая характеристика дисперсных систем с твердой фазой..... 2:7.2. Неподвижный слой...................................................................... 2.7.3. Движущийся слой ........................................................................ 2.7.4. Псевдоожиженный слой .............................................................. Кривые псевдоожижения .................................................. ................ Гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя................. С корость начала псевдоожюкения ............................................... ... .. Скорость уноса .. ................................ .......... . . ... . ........... .. ............. . . . ... Стесненное витание и расширение псевдоожиженноrо слоя........... 2.7.5. Образование и движение жидких капель и rазовых пузырей.... Оценка размеров элементов дисперсной фазы................................. О скорости движения капель и пузырей в сплошной среде ............ 2.8. Двухфазные течения ..... ......................................... ................... .............. 2.8.1. Общие положения ....................................................................... 2.8.2. Транспортные системы с твердой фазой..................................... Общие характеристики пневмотранспортных систем....................... Гидравлическое сопротивление......................................................... 2.8.3. О двухфазных течениях типа жидкость-жидкость и жидкостьrаз............................ ..................................................................... 2.9. Об особенностях молекулярного течения.............................................. Литература к главе 2..................................................................................... 207 209 213 214 217 222 224 227 228 230 232 236 241 241 244 246 246 250 250 253 255 257 260 Глава 3 ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ........................................................ 3.1. Классификация насосов. Типовая схема и основные характеристики насосной установки ............................................................... ............... 3.1.1. Классификация насосов .............................................................. 3.1.2. Основные характеристики насосной установки.......................... 3.1.3. Предельная геометрическая высота всасьmания насосов............ 3.1.4. О мощности и КПД насосов....................................................... 3.2. Поршневые насосы................................................................................. 3.2.1. Принцип действия и классификация насосов............................ 3.2.2. Производительность.................................................................... 3.2.3. Закон движения поршня. Диаrрамма подачи............................. Закон движения поршня .................................. ........................ ......... Диаrрамма подачи ........ . .................................................................... 3.2.4. Работа и расчет воздушных колпаков ................................... """ 3.2.5. Характеристика поршневых насосов ........."."............................. 3.2.6. Предельная высота всасывания................................................... 3.2.7. Расчет мощности, потребляемой поршневым насосом .............. 3.2.8. Регулирование производительности пор шневых насосов... "...... 3.3. Центробежные насосы............................................................................ 3.3.1. Основное уравнение. Напор .................".... "............................... 3.3.2. Производительность.................................................................... 3.3.З. Характеристики центробежных насосов.........................."..... "... Частная характеристика центробежного насоса..................... .. "....... Рабочая точка центробежного насоса ..........................................".... З аконы пропорциональности............................................................ Универсальная характеристика центробежного насоса. ..............".... 261 262 262 267 270 273 274 274 279 281 281 283 285 289 290 293 294 295 298 303 304 304 306 308 309 5 3.3.4. 3.3.5. Параллельная и последовательная работа насосов...................... 311 Предельная высота всасывания ..""......".."."""...""".......""..".. 313 3.4. Немеханические насосы ........... "".""."."."".....".....""........"."....".".". 3.4.1. Га.злифrы...................................................................................... 3.4.2. Струйные насосы """"..""""""........"....."."..."""..""".......""... 3.5. Достоинства и недостатки насосов различных типов. Области их применения........................................................................................... Литература к главе]..................................................................................... 314 314 316 317 322 Глава 4 СЖАТИЕ ГАЗОВ................................................................................ 323 4.1. Классификация компрессоров ".. .................... "........"....."""......""".." 4.2. О термодинамических основах работы компрессоров......... ""..........".. 4.3. Поршневые компрессоры....................................................................... 4.3.1. Устройство и работа поршневых компрессоров .."""....."".....". 4.3.2. Удельные затраты энергии в поршневом компрессоре .... "..""" 4.3.3. Производительность поршневого компрессора .. """"".".""" .." 4.3.4. Степень сжатия в поршневом компрессоре... ""........."........."". 4.3.5. Сжатие rаза в многоступенчатых компрессорах ..."""..""""""" 324 325 Схема многоступенчатой компрессионной установки ."......... "....." ОIТТИмизация распределения степени сжатия 330 330 332 337 342 343 343 по ступеням ком- прессора ............................................................................................. 345 ОIТТИмизация распределения степени сжатия при промежуточном oroope части газа..... "....."".........".....""....."""..""....".........""........ 4.3.6. 4.3.7. 4.3.8. Об охлаждении поршневых компрессоров .. "..".""""".."""".... Расход энергии. Мощность """""......""".. """.."..""""..""""... Реrулирование производительности поршневых компрессоров. 350 351 352 354 356 356 4.4. Некоторые специальные объемные компрессоры "".". ".."""..""""... 4.4.1. Пластинчатые ротационные компрессоры""""."........... """"".. 4.4.2. Водокольцевые компрессоры ....... "...."..................""......"".."... 4.5. Центробежные компрессоры .................................................................. 4.5.1. Устройство и принцип действия турбокомпрессоров"...".."...". 4.5.2. Производительность турбокомпрессоров."""".... ".".........."."... 4.5.3. Напор, развиваемый турбокомпрессорами"""""... """".""".".. 4.5.4. Характеристики турбокомпрессоров ."".".""."""""""..."""."". 4.5.5. Реrулирование производительности турбокомпрессоров """"... 4.5.6. Центробежные вентиляторы ".... "......."""..""...........""..."""."" 4.6. Другие динамические компрессоры""""""..... """""".......""..".. """". 4.7. Области применения компрессоров"..""."..."".""""."."..""".".."""... 4.8. Вакуумирование .. ........................ .... .................. " ................... "............ 4.8.1. Поршневые вакуум-насосы """.. "."..."...""."............."""""""" 4.8.2. О вакуум-насосах глубокого вакуума ""."".... ""..."".""""""..". 4.8.3. Время вакуумирования сосудов.... "."...."."...............""...""""". 358 359 359 360 361 364 365 366 367 368 368 369 372 374 Литература 375 " . к . . главе 4" ....".."..."...""""....."..."........."....."".............""..".". Глава 5 ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ" ........".."""..............."""". 377 5.1. Осаждение............................................................................................... 5.1.1. Общие положения "".".".."".".""""""".."""....."""""""""""" 5.1.2. Естественное осаждение ."............".....""""."".""".".".".."""." 378 378 383 6 5.1.3. Центробежное . осаждение в неоднородных ЖJЩКОСПIЫХ сисrемах Связь свойств су.спензии с геометрическими размерами це.�приq�уги и ее производительностью............................................................ Затраты энергии на работу центрифуги............................................ 5.1.4. Центробежное осаждение в неоднородных rазовых системах".. Устройство и принцип работы циклонов ".."".....".".....""....."."".. Технологический расчет циклонов.................................................... 5.1.5. Некоторые другие процессы осаждения " .... ""....."""..."""....... 5.2. Фильтрование ........ .. ... ........ ..... ... ........ "................................................. 5.2.1. Общие положения ...... .. ""...."".............................".................... 5.2.2. Устройство и работа фильтров ... ... ....... ".........................."......... 5.2.3. Основные характеристики фильтрационного процесса.............. 5.2.4. Основное уравнение фильтрования .. "".".."..................."....."... 5.2.5. Отдельные режимы периодическоrо фильтрования ................... . Фильтрование при постоянной движущей силе............................... Фильтрование при постоянной скорости фильтрации....... .. ..... .. "". О других режимах и моделях фильтрования ..... ............ ."................ 5.2.6. 392 395 399 404 404 407 412 413 413 415 418 419 422 422 424 425 Непрерывный процесс фильтрования на барабанном вакуумфильтре .. ...................................................................................... 5.3.5. О перемешивании паст и сыпучих материалов . .... .""".............. 5.4. Диспергирование жидкостей и rазов " ..................................."..........".. 5.4.1. Механическое диспергирование ...... . .. ...... ......... .... ."..........".".. 5.4.2. Диспергирование при истечении из отверстий и сопел .... ... . ".. 426 428 430 435 436 436 436 437 441 441 443 445 446 452 453 460 461 462 465 Литература к главе 5..................................................................................... 467 5.2.7. 5.2.8. 5.2.9. Определение параметров процесса фильтрования...................... Фильтрование в поле центробежных сил..... ............... ".............. Промывка осадка ..... . . ... ...... .... ... .. ............ ... .. ... .."....................". 5.3. Перемешивание .". .... "......."......."......."................................................ 5.3.1. Общие положения ..... ...... .. ." .................................... "................. Цели процесса перемешивания"...... ...... ........... ....... . ... ".................. . . . Основные проблемы процессов перемешивания.............................. Способы перемешивания ... .. ........ ..... .. ... ... "....."............................... 5.3.2. 5.3.3. 5.3.4. Пневматическое перемешивание.".............................................. Циркуляционное перемешивание .. ..... ................... ...... .."........... Перемешивание лопастными мешалками .. ...... ... ....... .. "......"..... Движение жидкости в окрестности вращающейся лопасти . ............ Центральная воронка...... ..... . .. .... "..............................".................... . Затраты энергии на перемешивание лопастными мешалками......... . . . Глава 6 ОСНОВЫ ТЕШIОПЕРЕНОСА " ......"............................"..................... 469 6.1. Основные понятия."......... .. "......"......."..........."..........................."....... Теплофизические свойства рабочих тел ...... "..............."................... Характер процессов переноса теплоты......... .. ... .. .. .. ""................."... 6.2. Виды теплопереноса. Общее математическое описание.. "....."............. 6.2.1. Виды теплопереноса ... ..... ...... ... ......... .......... ... .... ."..................".. 6.2.2. Удельные тепловые потоки ... "".................."......"."................... 6.2.3. Об уравнении Фурье-Кирхrофа......... ........ ......... ... .... .. .. . "....... 6.3. Стационарный кондуктивный перенос теплоты через стенки.............. 6.3.1. Плоская однослойная стенка.. .."........................................."...... 6.3.2. Плоская многослойная стенка..................................................... 6.3.З. Цилиндрические стенки"................................... "" ..... ... ......... .... 471 472 474 475 475 477 478 478 479 481 482 . . 7 6.3.4. Сферические стенки.................................................................... 6.4. Конвективный теплоперенос.................................................................. 6.4.1. Коэффициент теплоотдачи и число Нуссельта ... ....... ................. 6.4.2. Аналогия в процессах конвективного переноса количества 6.4.3. 6.4.4. 6.4.5. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. 6.9. движения и теплоты, а также вещества....................................... Теплоперенос в условиях вынужденной конвекции................... Теплоперенос в условиях естественной конвекции.................... Конвективная теплоотдача к шару.............................................. Теплоперенос при конденсации пара .................................................... Теплоперенос при кипении жидкости................................................... Теплоотдача от поверхности в псевдоожиженном слое..... . "................. Порядок коэффициентов теплоотдачи................................................... Теплоперенос излучением...................................................................... 6.9.1. 6.9.2. 6.9.3. 6.9.4. Общие понятия............................................................................ Лучистый теплоперенос между двумя телами............................. Экранирование ............................................................................ Об излучении газов...................................................................... Литература 484 485 485 487 490 491 495 496 502 506 508 509 510 512 515 516 главе 6..................................................................................... 518 Приложении к главе 6 .......................................................... . ......................... 519 к Приложение 6.1. К определению среднего коэффициента рядности д1lЯ пучков горизонтальных труб............................... 519 при кипении .. ....................................................... 522 Приложение 6.2. К расчету относительного коэффициента теплоотдачи Глава 7 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И ТЕПЛООБМЕН............................................... 523 7.1. Классификация теплообменников .. ....................................................... 7.2. Теплопередача (основные понятия)....................................................... 7.3. Коэффициент теплопередачи................................................................. 7.3.1. Общая концепция коэффициента теплопередачи при последовательном теплопереносе................................ ............................. 7 .3.2. Расчет коэффициентов теплопередачи........................................ 7.3.3. Коэффициент теплопередачи при параллельном теплопереносе 7.4. Отдельные задачи теплопередачи........................................................... 7.4.1. Распределение температур в катализаторной зоне в круглой 523 527 529 7.4.2. 7.4.3. трубе............................................................................................. Перенос теплоты через стержень бесконечной длины ............... Критическая и целесообразная толщина тепловой изоляции.... 7.5. Теплообмен (основные проблемы и положения).................................. 7.5.1. Круг задач .................................................................................... 7.5.2. Потоки энтальпий и тепловые балансы...................................... 7.6. Средний температурный напор. ..... ........... ..... . ......... ".... "".................. 7 .6.1. Характерные температурные профили........................................ 7.6.2. Средние температурные напоры ................................................. 7.6.3. Проектный выбор теплообменника ............................................ 7.7. Тепловой поток....................................................................................... 7.7.1. Тепловой поток при движении теплоносителей в режиме идеального перемешивания .. ................. . ........ .................................. 7.7.2. Тепловой поток при прямоточном и противоточном движении теплоносителей . ........................................................................... 7.8. Изменение температур вдоль теплообменной поверхности.................. . 8 . 529 531 534 535 535 539 541 544 544 546 550 550 551 558 559 559 561 565 7.9. Л имити рующие стадии 7.9.1. 7.9.2. в процессах теплопереноса .............................. Общие понятия............................................................................ Пропускные способности и лимитирующие стадии при стационарном теплопереносе. ..... ...... .. .. .. ... ..... ................. . . ......... ... О пропускных способностя х в нестационарных процессах........ . 7.9.3. . 7.10. Нестационарный теплообмен с твердыми телами ............................... 7.10.1. Основные понятия... ....... .... ......... ... .... ... ........... .... ....... ................ 7.10.2. Нестационарный безградиентный теплообмен с твердым телом 7.10.3. Нестационарный теплообмен с шаром в граничных 567 567 568 574 574 574 576 услови- 111 и 1 рода ... ... ... ... ............ ..... .... ........... .. .. ... ... ... .......... ........... 7.11.1. Межфазный тешюобмен в тонком псевдоожиженном слое....... 577 583 584 7.11.2. Вырождение смешанной задачи в потоковую 586 ях 7.11. Межфазный теплообмен в псевдоожиженном слое............................. ( балансовую) ..... . 7.12. Реrуля рный режим теплообмена тела со сплошной средой.. ...... .. ..... . 588 589 590 592 594 601 7.12.1. Реrулярный режим 1- го рода........ .. ...... ................ ........... ........... 7.12.2. Реrулярный режим 2- го рода............. ... ........ ........... ... .... .. .. ........ 7 .13. О термосифонах и тепловых трубах..................................................... 7.14. Приближенный расчет реrенсраторов.... ..... ..... ....... ..... ... ...... ........ ...... . 7.15. Отдельные задачи теплообмена ....... . ...... ......... .. .... .. ................ ... ..... .... . 7.15.l. Нагрев конденсирующимся паром интенсивно перемеши ваемой жидкости.......................................................................... - 7.15.2. Нагрев псевдоожиженного слоя потоком горя чего rаза в условиях балансовой задачи ................................................................... 7.15.3. Нестационарный теплообмен между двумя интенсивно перемешиваемыми жидкостя ми ................. .............. ............ ... ... ...... .. 7.15.4. Безградиентное остывание тела за счет лучистого теплообмена. Литература к Z11аве 7..................................................................................... 601 602 603 605 606 Глава 8 СТРУКТУРА ПОТОКОВ......................................................................... 607 8.1. Общие понятия......... .. ... ..... .. .... ..... .......... ............... .... ........ ...... .............. 608 612 618 618 618 618 621 621 621 623 8.2. Влия ние продольного перемешивания на эффективность ХТП. .. .... . . . . 8.3. Структура потоков в случае простейших идеальных моделей"". .......... Идеальное вытеснение................................ ................................. Время пребывания .............................................................""."......... Кривые отклика .... ... ..."".""...."."."."..."..................".."... "............. Результирующий эффект проце сса Uрез .. 8.3.2. Идеальное перемешивание."......"....."............. ""........ ".......... ". Время пребывания ... .....""....."............. "... "."... "......... "................... Кривые отклика ...... . ........... ."...""......................".................."...... " Результирующий эффект процесса Uрез.". ."".....""........"""..""...... Параметры кривых отклика и простейших моделей продольно8.3.3. го перемешивания ". ""........"................" .......... "."......"........... 8.3.1. "" .. " .. . . . " .. """"."."". .. . . . . .• . " 8.4. Структура потоков в реальных системах." .. """..."............ ".. "".......... " 8.4.1. Ячеечная (каскадная , ступенчатая" ..) модель потока с продольным перемешиванием...... "....."................................................... Сущность модели...... .... .. ... ................... ........ ....... ... .............. ............. Расчетные сооrnошения. Определение Uроз .......... .."."... "............". 8.4.2. Диффузионная модель потока с продольным перемешиванием Сущность модели..... ... .. ...... ... ... ""...".......................................... ...... 624 627 628 629 629 632 634 634 Расчетные сооrnошения. Определение Uрез ..... "".".................... .. ... 637 8.5. Общая оценка моделей структуры потоков ".. .. "......""""".."........ ....... 638 9 8.7.1. Химическая реакция в потоке"""""""""""""""""""""""""". 638 640 644 644 647 648 650 655 656 8.7.2. Распределение элементов потока по времени пребывания при гравитационном течении тонких пленок """""""""""""""""" 658 8.7.3. Конвективный теплообмен при ограниченном продольном перемешивании одноrо из теплоносителей"""""""""""""""""" 8.5.1. 8.5.2. Сопоставление моделей продолъноrо перемешивания""""""". Общая оценка моделей продолъноrо перемешивания"""""""" 8.6. Об эксперимекrальном изучении продольноrо перемешивания """"" 8.6.1. Общие положения """"""""""""""""""""""""""""""""""". 8.6.2. О среднем времени пребывания""""""""""""""""""""""""" 8.6.3. К выбору модели и определению ее параметров"""""""""""" 8.6.4. Определение параметров моделей методом моментов "" """". 8.7. Структура потоков в технологических расчетах"""""""""""""""""". " Литература к главе 8..................................................................................... 661 666 Глава 9 ВЫПАРИВАНИЕ...................................................................................... 667 9.1. Сущность процесса. Цели и области применения"""""""""""""""". 9.2. Основные типы выпарных аппаратов """""".""""""""""""""""""". 9.2.1. Классификация вьmарных аппаратов"""""""""""""""..""""" 9.2.2. Конструкции вьmарных аппаратов """"""""""""""""."""""" 667 669 669 671 675 683 9.3. Физико-химические основы процесса вьmаривания"""""""""""""". 9.4. Схема работы вьmарных аппаратов. Количество удаляемого растворителя 9.4.1. Типовая схема выпарноrо аппарата. Обозначение параметров процесса ..".......""....."."....."....."""...."......"..."".......""............ 9.4.2. Определение количества (потока ) удаляемого растворителя"". 9.5. Выпарные аппараты периодическоrо действия"""""""""""".. .."""" 9.5.1. Периодическое выпаривание с однократной загрузкой исходного раствора в аппарат""""""""""""""""""""""""""".. """. 9.5.2. Периодическое выпаривание с постоянным уровнем раствора в аппарате"...""".....""..."".."""...""......"......"......""."...........". 9.6. Выпарные аппараты непрерывноrо действия """ """"""""" """ " "" 9.6.1. Однокорпусный выпарной аппарат """.""""""""""""".""""" 9.6.2. Выбор рабочеrо давления процесса""""""""""""""".. ".. """". 9.6.3. Схема и расчет вакуумной выпарной установки """""""""""" 9.6.4. Пути экономии греющеrо пара """""""""""""""""""""."""" 9.6.5. Многокорпусные вьmарные установки..""""""""""""""."""" Схема и работа мноrокорпусных установок """"""""""""""""."" Расчет прямоточной многокорпусной установки""""""""."."""". 9.6.6. Выпарной аппарат с полным тепловым насосом """""""" " "". 9.6.7. Выпарной аппарат с частичным тепловым насосом"""".. """". Расход пара ....""....""......"....."....."..............".................................. Расчет коэффициента инжекции....................................................... 9.6.8. Повышение эффективности выпарных установок за счет утилизации теплоты .................................................. . ....................... . " " 683 684 685 686 690 693 693 695 696 702 704 704 708 716 719 719 720 9.7. Пленочные выпарные аппараты""""""""""""""."""""""""""""""" 9.8. Выбор размеров сепарационноrо пространства выпарных аппаратов " Литература к главе 9" .."".".."."...."".....".....""..............""..".""......."....... 725 727 730 733 Приложения к главе 9 """""""." """""""""""""""" """"""""""""""."". 734 Приложение 9.1. Дифференциальные теплоты дегидратации Qд (к.Дж/кг растворителя) для водных растворов неко­ торых распространенных неорrанических веществ различных концентраций а(% (мае.)]""""""""""". 10 734 Приложение 9.2. Значения поправочного множителя <f>• (Ккг раство­ рителя/кДж) в зависимости от рабочих температур кипения растворителя fp (0С) и давлений р (кПа) .. . . 734 Глава 10 ОСНОВЫ МАССОПЕРЕНОСА ............. ............. . ............................ . .. . 10.1. Общая характеристика массопереноса .....................""....................... 10.1.1. Классификация массообменных процессов ................................ 10.1.2. Составляющие описания массопереноса ............................ "...... 10.1.3. Массообменные устройства ......................................................... 10.1.4. Порядок последующего изложения............................................. 10.2. Концентрации........................ .............................................................. 10.2.1. Способы выражения и пересчета концентраций ........................ 10.2.2. Расчет некоторых свойств смесей с использованием концентраций............................................................................................. 10.2.3. О концентрациях в технологических расчетах ............................ 10.2.4. Правило рычаrа.. ........."............................................................... 10.3. Равновесие ...............................""......"................................................ 10.3.1. Общие положения ...................................... ...... " ........... "............ 10.3.2. Равновесие в системах класса 3(2-2)1 .............."......................... 10.4. Кинетика массопереноса в фазе.................................................. ... ..... 10.4.1. Общие положения . ...."....."........................................................ 10.4.2. В иды массопереноса. Об уравнении Фика ......"......................... 10.4.3. Диффузионный массоперенос..................................................... 10.4.4. Конвективный массоперенос "............ .. .................................... 10.5. Элеме1пы материального баланса для фазы ....................................... 10.6. Массопередача и баланс для процессов класса 3(2-2)1 ................ . .. 10.6.1. Массопередача ........"..."......"..........................................."......... Составление уравнения массопередачи........................"................... Двухпленочная модель массопередачи .....................""..................... Расчет коэффициентов массопередачи............. ................................. 10.6.2. Материальный баланс аппарата................................................... 10.6.3. Пропускные способности массообменного процесса................. 10.7. Рабочие линии в аппарате для непрерывного процесса класса 3(2-2)1 10.7.1. Уравнения и положение рабочих линий........................... .......... 10.7.2. Построение рабочих линий...."................................................... 10.7.3. Рабочие линии в некоторых специфических случаях................. 10.8. Средняя движущая сила для процессов класса 3(2-2)1 .................. . .. 10.8.1. Идеальное перемешивание обеих фаз ...".................................... 10.8.2. Прямоточное движение фаз в режиме ИВ............"" .... "............ 10.8.3. Противоточное движение фаз в режиме ИВ ...".......................... 10.8.4. Основные размеры массообменных аппаратов ............ "............. 10.9. Поток вещества в процессах класса 3(2-2)1 ........................................ 10.9.1. Идеальное перемешивание обеих фаз......................................... 10.9.2. Прямоточное движение фаз в режиме ИВ.................................. 10.9.3. Противоточное движение фаз в режиме ИВ............................... 10.10. Пропускные способности и лимитирующие стадии для процессов класса 3(2-2)1 .................................................... ........"........""........... 10.10.1. Пропускная способность массообменного аппарата ................. 10.10.2. Лимитирующие стадии процесса ............. ................. ................. 10.10.3. О подмене задачи в массопереносе .... ...................................... 10.11. Сети аппаратов (общая характеристика) ............ . ............ ...".......... 10.12. Ступенчатый противоток для процессов класса 3(2-2)1 .................... 10.12.1. Общие положения. Графоаналитический расчет....................... . . . . . . . . . . . . 735 736 736 742 744 748 750 751 755 758 759 762 762 766 768 768 770 772 773 778 780 780 781 781 785 788 791 792 793 797 801 805 806 808 811 814 817 818 821 823 825 825 828 829 830 833 834 11 10.12.2. Аналитический расчет идеальноrо процесса.............................. 83S 10.12.3. Аналиrический расчет реальноrо процесса................... ............. Сrупенчатый противоток для цепочки из двух аппаратов .... . .......... 841 Ступенчатый противоток для цепочки из п одинаковых аппаратов 843 10.12.4. Оценка эффективности функционирования 841 ступенчато-про- тивоточной цепочки реальных массообменных аппаратов ....... 10.12.5. О расчете противоточных аппаратов и их цепочек по 848 "методу ВЭТС" .. ..... .. . .... ... .... .. ...... ..... .. ..... .......... ...... ... .. .. . ..... .... .. 10.13. Перекрестное соединение аппаратов в сети для процессов класса 851 3(2-2) 1 ········· · · · · · ············ ·························· · · · · · · · · · · · · · · · · · ··· ········· · · · · · · · · · · · · · · · 10.13.1. Массоперенос при идеальном контакте фаз в ступенях........... 10.13.2. Оптимизация ступенчато-перекрестных процессов при идеальном контакте фаз................................................................. Оптимизация потоков распределяемой фазы ................................... Оптимизация числа ступеней............................................................ Выбор распределяемой фазы............................................................. 10.13.3. Массоперенос в реальных ступенях контакта в случае прямой линии равновесия .... . ........... ........ .........:.................................. 10.14. Периодические и полунепрерывные процессы класса 3(2-2)1.......... 10.14.1. Периодические процессы........................................................... 10.14.2. Полунепрерывные процессы...... ........................ ... ..... ".............. 10.15. О расчете массообменных процессов иных классов, нежели 3(2-2) 1 10.16. Массообмен с твердыми телами......................................................... 10.16.1. Общие положения .... ........... ... .......... ...... ................ ............ "...... 10.16.2. Внешняя задача массопереноса...... ...... " ...................... "............ Соста811Яющие внешнего массопереноса . . ........... ........... .......... .... .... 851 853 857 857 859 860 Нбl R6l X6.\ X65 ХЫ! R7 I R7 I 10.16.4. Потоковая задача массопереноса ..... .......................... ...... ..... ..... R73 873 875 877 880 10.17. К оценке качества ра:шеления .. .......... .......... ...................................... 882 884 Литература к главе 10................................................................................... 8SS Массообмен в псевдоожиженном слое в условиях внешней задачи 10.16.3. Внутренняя задача массопереноса ........ ................ ...... .. ........ . . .. . 10.16.5. О смешанных задачах массопереноса ..................... ..... ... .. ...... .. . Книrа 2 Оглавление 891 Глава 11. 907 Глава 12. Глава 13. Глава 14. Глава 15. Глава 16. Глава 17. Глава 18. Глава 19. Глава 20. Глава 21. Глава 22. Глава 23. Глава 24. АБСОРБЦИЯ дисrилляция и РЕКТИФИКАЦИЯ ЖИДКОСfНАЯ ЭКСfРАКЦИЯ АДСОРБЦИЯ СУШКА ТВЕРДЫХ МАТЕрИАЛОВ КРИСfАJVIИЗАЦИЯ РАСfВОРЕНИЕ И ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ СУБЛИМАЦИЯ И ДЕСУБЛИМАЦИЯ ГРАНУЛИРОВАНИЕ МЕМБРАННЫЕ ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЕНИЯ УМЕРЕННОЕ И ГЛУБОКОЕ ОХЛАЖдЕНИЕ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ СОПРЯЖЕННЫЕ И. СОВМЕЩЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Перече" уче61н(ов nо общему курсу Процессw н апnара11.1 ХН1МЧесхой тeXJЮJIOIIOI Пред.w-...�й ухаза�nе. 969 1103 1157 1213 1307 1393 1435 1469 1519 1551 1619 1655 1697 1733 1735 ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЯТОМУ (ЭЛЕКТРОННОМУ) ИЗДАНИЮ Первое издание учебника увидело свет в конце 1999 г. (кн. 1) – начале 2000 г. (кн. 2) в издательстве «Химия» (Москва) при поддержке центра «Интеграция». Тираж первого издания был ограничен (1000 экз.) и целиком распределён по вузам и НИИ РАН, в свободную продажу учебник не поступал. Между тем, издательство и авторы получили многочисленные заявки на учебник от научных организаций, предприятий, вузов и частных лиц – научных работников, инженеров, аспирантов, преподавателей и студентов вузов. В 2002 и 2003 гг. учебник вышел в свет в издательствах «Логос», «Высшая школа», в 2006 г. – в издательствах «Университетская книга», «Логос», «Физматкнига» (совместное издание). Настоящее (пятое) издание учебника выходит в электронном виде. Авторы учебника внимательно изучили замечания, полученные от читателей и рецензентов, большинство замечаний нами учтено (в полной мере или частично). Лишь немногие из поступивших замечаний мы отклонили, и на то было две причины. Во-первых, при анализе некоторых объектов мы придерживаемся других взглядов и считаем нашу методику изложения учебного материала более рациональной. Во-вторых, будучи даже согласны с некоторыми замечаниями по сути, мы не хотели нарушать целостность нашей авторской концепции (см. предисловие к первому изданию учебника и главу 1). Здесь мы осмелимся напомнить, что учебная дисциплина почти всегда преподносит теоретические положения и закономерности науки в обобщённом и в какой-то степени упрощённом виде. Мы старались следовать строгому научному изложению (конечно же, хорошо понимая различие между наукой и её «учебной долей») и найти разумное соотношение научного и учебного начал. Мы полагаем, что более строгому анализу того или иного объекта место в научной литературе, но не в учебнике, тем более по общей учебной дисциплине. В настоящем издании исправлены ранее допущенные и замеченные опечатки и неточности. В остальном пятое издание является стереотипным. Все замечания и предложения читателей авторы по-прежнему примут с благодарностью. 13 Светл ой памяти Уч ителя выдающегося педагога, ученого и инженера Нисона Ильи'lа Гел ьперина посвящаем ПРЕДИ СЛОВИ Е К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ Развитие научной мысли, расширение масштабов научного знания и прони кн овение в его глубины сопровождается диффе­ ренциа цией науки , возни кн овением и вьщелением новых ее об­ ластей, более дробной рубрикацией , усилением разобщенности между раз.л ичными научными дисциплинами и разделами внут­ ри дисциплин, ослаблением и даже утерей связей (по крайней мере - ясно видимых) между ними. Это приводит к потерям в осознании единства природных явлений, общности в закономер­ ностях дисциплин и отдельных их разделов, в подходах к их изучению - движение мысли происходит по обособл енн ым тра­ екториям. В результате появляются затруднения в изучении (усвоении) научных дисципл и н, в использовании успехов одной науки (одного раздела науки ) при теоретическом и эксперимен­ тал ьном изучении проблем и практической ре али зации решений - в другой области знаний (нередко - достаточно бл и зкой) . Растущее принципи ал ьное противоречие (развитие науки и потеря общности между разными областями знания) особенно так негативно влияет на про це сс обуч е н ия студентов, как именно в этот пери од закладывается научное мировоззрен и е будущих специ ал истов. Поэтому одна из важнейших задач пр и написании вузовского учебника состоит в том, чтобы вскрыть перед студентами при чинно -следственные связи изучаемой дисц и ­ плины с другими (предьщущими, с м ежными , последующими) и между разделами (а также внутри разделов) изучаемой дисци­ плины. Применительно к курсу " Про цессы и аппараты хими­ ч еской технологии " ( ПАХТ) необходимо подчеркнуть в первую очередь тесную связь с Высшей м ате м атикой (это для ПАХТ не только инструментарий, но во многом еще и наука, определяю­ щая пути и методы анализа явлений и про цессов, в ряде случаев - просто способ мышления), Ф изико.й (прежде всего речь здесь ид ет о п оюп ий но м аппарате и феноме н ологическо м подходе к анализу явлений) , Физической хи мией (в наибольшей мере с раздело м " Термодинамика" , отчасти - с кинетикой химиче· 14 ских реакций), а также с рядом других дисциплин. В то же вре­ мя при изучении курса ПАХТ необходимо прокладывать мости­ ки (далее они будут расширены и конкретизированы) к курсам "Общая химическая технология", "Реакторные устройства и моделирование", "Системы управления", "Оборудование заво­ дов", а также к курсам специальных технологий. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КУРСА ПАХТ. Вряд ли следует жестко противопоставлять со­ держательную и методическую стороны учебного материала. Важны обе проблемы: Чему учить и Как учить, - но вторая представляется сегодня более острой, что и обусловило повы­ шенное внимание в учебнике к методологии и методическим вопросам. ПАХТ - курс синтетический. Он формировался на протяже­ нии десятков лет из отдельных (нередко - обособленных) об­ ластей знания и дисциплин, зачастую подходящих к анализу и описанию явлений и процессов с совершенно разных позиций. Разумеется, одновременно происходил и обратный процесс: некоторые разделы ПАХТ выделялись в самостоятельные учеб­ но-научные дисциплины. Но при создании учеб ника интеграция занимает нас больше, нежели дифференциация, поскольку именно при интеграции возникает проблема осмысления и пояс­ нения общности в подходах (при дифференциации - лишь во­ прос о сохранении или несохранении этой общности). Современные учебные курсы ПАХТ содержат анализ тради­ ционного набора технологических приемов; вариации - весьма невелики (наличие или отсутствие некоторых глав: "Измельчение и классификация твердых материалов", "Холодильные процессы" и т.п.). Формируя содержательное наполнение учебника, мы сочли целесообразным дополнительно включить в него ряд технологических приемов, приобретающих значимость в наши дни и имеющих достоверную перспективу на будущее: "Сублима­ ция и д е сублимация ", "Гранулирование", "Сопряженные и совмещенные процессы". Кроме того, нетрадиционно расстав­ лены акценты в главе "Мембранные процессы разделения". Объединить методологически и методически отдельные (часто разрозненные, имеющие разные базы) подХоды к анализу процессов, явлений - весьма непросто. Но если этого не сде­ лать, то перед студентом курс не будет выступать в виде едино­ го, логически увязанного целого; скорее, он предстанет как со­ брание отдельных рецептов, применяемых к решению тех или иных задач. Иными словами, будет набор проблем, подпроблем, вопросов и задач, каждую из которых надо решать своим специфи­ ческим способом. Излишне rоворить, что такой курс окажется гро­ моздким, лоскутным, не обьединенным общей идеей. 15 Со:щанию методологически выдержанного курса преmпствуют: - тр адиции, громадный накопленный опыт, выраженный прежде всего в многочисленных практических рекомендациях, эмпирических формулах, прагматических рецептах решения отдельных задач; - различия в подходах к решению разных проблем - как до­ статочно общих, так и сугубо частных. Видимо, поэтому в ряде учебников по курсу ПАХТ ощущает­ ся четко выраженное стремление к обобщению излагаемого мате­ риала, иначе говоря - к интеграции знания. В учебники вклю­ чаются главы общего характера, на основе которых далее трак­ туются технологические приемы и описания конкретных про­ цессов (конкретных в смысле ПАХТ, но не отдельных техноло­ гий) . Цель - выявить и проследить перед студентами эту общ­ ность, показать связи дисциплин по вертикали и горизонтали, базируя новый материал на уже известном. Подчеркнем, что интеграции знаний способствует акцент в учебнике прежде всего на фундаментальные положен ия курса. Это позволяет от эвристических правил перейти к структурированию учебно­ научного материала на уровне принципов, что в конечном итоге приводит к репрографии (более сжатому и емкому представле­ нию) информации и ускоряет познание. Существенной помехой в последовательной реализации идеи обобщен ия является желание авторов многих учебников охва­ тить в ходе анализа и описания крайне широкий круг процессов и задач. Эта многоохватность в условиях любой разумной огра­ ниченности объема учебника возможна только за счет глубины проработки основ; многочисленные частности (под эгидой " практической важности " или " освоен ия последних достижений науки и техники " ) можно включить в учебник только в ущерб выявлению общности и анализу физического смысла явлений, процессов. Кстати, ограниченность времени на изучение в вузе курса ПАХТ делает освоение такого учебника практически не­ возможным. Разумеется, учебник по охвату проблем должен быть шире курса ПАХТ в любом химико-технологическом вузе, дабы в ходе обучения можно было выбрать разделы, коим жела­ тельно (соответственно направленности и традициям вуза, фа­ культета, а может быть - и пристрастиям кафедры, преподавате­ лей) уделить более пристальное внимание (сократив или опустив изучение других). Однако существующие учебники, на наш взгляд, отличаются тенденцией к рассмотрению чрезмерного множества отдельных объектов, в том числе таких, место которым (при всей их практической значимости) - в научных публикаци­ ях, справочной литературе. Не в подробном описании многочис­ ленных объектов видятся нам цели вузовского учебника. 16 Соответственно указанным выше положениям при создании учебника мы исходили не из тезиса "Что можно добавить", а из тезиса "Без чеrо нельзя обойтись", имея в виду прежде всего об­ щие подходы к рассматриваемым явлениям и типовым процес­ сам (конечно, насколько это возможно на существующем уров­ не науки о ПАХТ) . Мы считали целесообразным ограничить изложение курса основн ым и проблемам и (вопрос в том, насколь­ ко правильно мы смогли установить и отобрать основное), ти­ повым и пр им ерам и , привлекая наиболее интересные (пол езные!) частности лишь для иллюстрации - в целях лучшего усвоения основ. При отборе материала мы отдавали предпочтение методически сущес111е1D1ЫМ моментам перед прикладными (пусть даже практи­ чески важн ыми), полагая главной целью - раскрыть перед сту­ дентом подходы к анализу процесса и методы проведения анализа. Надо исходить из того, что, восприняв общие подходы и приемы, студент (а впоследствии научный работник, инженер) с анализом множества конкретных процессов и ситуаций справится само ­ стоятельно . ПРИНЦИПЫ ИЗЛОЖЕН ИЯ КУРСА. Существующая ныне градация усвоения знания насчитывает четыре уровня: "Распознавание" (узнавание ранее изученного объекта при его предъявлении); "Воспроизведение " (умение воспроизвести объ­ ект, его описание, математический вывод) ; "Понимание " (овладение связями различных факторов, умение установить и объяснить их, предсказать поведение объекта при изменении условий, т. е. активное применение знаний) ; "Творчество" (создание новых подходов к описанию объекта, выявление но­ вых факторов, новых объе ктов, новых областей знания). Мы полагаем , что инженер или научный работник, владея уровнями Распознавания и Воспроизведения, должен в основном функ­ ционировать на уровнях Понимания и Творчества (доля послед­ него особенно высока у научного работника). По этой причине мы старались построить учебник на уровне Понимания - это предпосылка Творческого уровня, когда вопросы становятся важнее ответов. В конце концов, сверхзадача - не в том, чтобы студент знал описание того или иного процесса, а в том, чтобы он усвоил общие подходы (к рассмотрению явлений и процес­ сов, к постановке технологических задач) и приемы (анализа этих явлений, процессов, задач) , чтобы смог подойти к описа­ нию любого (даже незнакомого) процесса, провести его анализ­ синтез на уровне ПАХТ. В соответствии с этим в учебнике особенно тщательно и де­ тально проработаны общие главы, где изложены основные по­ ложения, важные для ряда конкретных (последующих) глав. Общность в физико-химических закономерностях, технолоrиче- 17 ских аспектах, методических вопросах, в подходах к анализу подчеркивается нередкими перекрестными ссьтками в тексте на материалы других глав (чаще - предыдущих, в основном общих). Специально заметим, что в согласии с концепцией учебника оправдано . место главы "Основы массопереноса": тра­ диционно ее включают в тот том, где изучаются конкретные массообменные процессы; в данном учебнике она помещена в томе (книге), содержащем все общие главы. Это позволяет про­ следить общность различных процессов переноса. Заметно расширена и углублена глава "Кристаллизация", ставшая фундаментом для глав "Растворение и выщелачивание", "Сублимация и д есублимация", "Гранулирование". Значительно шире (в виде отдельной главы) представлена общая проблема структуры потоков. Для главы 10 "Основы массопереноса" сущест­ венно вьщеление систем класса 3(2-2) 1 - анализ разнообразных массообменных процессов этого класса (скажем, многих про ­ цессов абсорб ции и экстракции) ведется по единой канве. Общность подчеркивается и внутри глав. Так, с единых по­ зиций анализируется кристаллизация из растворов и расплавов. При изложении некоторых разделов нам пришлось в ряде случаев использовать базу (подходы, приемы, методы), традици­ онно выпадающую из общих (устоявшихся) подходов к курсу (это относится, например, к главе "Выпаривание", в еще большей мере - к главе "Сушха", отчасти - к главе "Адсорбция"). Мы постара­ лись и :щесь показать связи этой базы с общими подходами - в балансовых соотношениях, в кинетических закономерностях и т.п. М ногие фундаментальные (концептуальные, методологиче­ ские) положения научный работник, преподаватель, инженер (и не каждый!) начинают чувствовать и понимать через 15-20 лет профессиональной деятельности, т.е. далеко за предел ами вуза. Для студента они остаются не только непознанными, но чаще всего - да:же не обозначенными. Авторы учебника постарались сделать акцент на некоторых таких моментах (примеры приве­ дены ниже), наиболее концентрированно - в первой главе. Их осмысление способствует становлению методо.11оги11еского харак­ тера мышления студентов, поиску ими причинно-следственных связей. При этом появляются вопросы и сомнения, а это пред­ посьтка успешной творческой учебы и работы. В ходе изложения материала в учебнике авторы постарались показать и подчеркнуть общность рассматриваемых проблем: - на содержательном уровне (вывод и вид дифференциаль­ ных уравнений переноса различных субстанций; представление равновесия и кинетики переноса, и т.п.); - на методолоrическом уровне (линейность-нелинейность модельных описаний; уровень абстрагирования модели от объ­ екта; концепция пропускных способностей и лимитирующих 18 стадий; место обобщенных переменных; правомерность исполь­ зования коэффициентов незнания и т.д. ); - на методическом уровне (сходное построение большинства глав, техника составления балансов; выбор подходящего типа концентраций компонентов для обеспечения постоянства рас­ четных потоков; определение числа теоретических ступеней ; равноточность инженерных расчетов и др.). В настоящем учебнике отдельных технологических задач рассмотрено меньше, чем в других учебни ках. Скажем, в разделе "Дистилля ц ия " опущены некоторые способы осуществления этого процесса, не содержащие оригинальных методических решений; по той же причине в главе " Экстракция " не рассмат­ ривается экстрагирование с флегмой (в таких случаях читатель обычно отсьшается к соответствующей литературе) . Мы поста­ рались использовать предоставленные нам страницы для углуб­ ленной (в плане ПАХТ) проработки физического смысла, под­ ходов и приемов, детального рассмотрения тех процессов и си­ туаций, которые характерны для возможно более широкого круга " процессных" задач . В ряде случаев приводится несколько возможных путей анализа объектов; в качестве примеров можно привести распределение скоростей при течении тонких пленок (глава " ГИдравлика " ) или формирование напора центробежного насоса (глава " Перемещение жидкостей " ). Все это предопределило ряд особенностей учебника . 1 . Главное внимание уделено вопросам, разделам, главам, дающим наиболее общие представ.ления о процессах и группах сходных процессов, о постановке задач, приемах анализа, алго­ ритмах расчетов, о физическом смысле явлений и процессов. 2. Основные вопросы в учебнике - не "как ?" и "что ?", а ''за чем ?" (постановка проблемы) и ''п о чему ?" (обоснование хода и результатов анализа) . Поэтому, где возможно, мы стремились дать образы, модельные представ.ления о явлении, процессе, соче­ тая феноменологический и аналитический подходы. При этом в ходе получения ответов на вопросы "зачем?" и "почему?" разре­ шаются многочисленные вопросы типа " что? " , " как? " : в есте­ ственно-научном и техническом образовании важны не столько факты и эмпирические связи, сколько постижение их физи­ ческой сущности и доказательность анализа . А эмпирику и ак­ сиоматику мы постарались свести к минимуму. 3. В учебник включено рассмотрение отдельных вопросов, не очень существенных с прагматической точки зрения, но важных в методическом отношении (в смысле нетривиальности подхода, не потерять метод, вооружить приема анализа) . Здесь цель студента достаточно широким и действенным инструментарием в для разрешения технологических ситуаций (пусть даже - 19 ущерб перебору более широкого круга конкретных практиче­ ских задач ) . 4. М ы особо старались обратить внимание студентов на те моменты курса ПАХТ , которые (мы знаем это из опыта препо­ давания) вызывают у них затруднения при постижении физи­ ческой сущности процесса и осмыслении полученного результа­ та либо вообще ускользают от их внимания. 5. В качестве основного мы старались вьщержать дедуктивный метод построения курса и изложения материала , не отказываясь в отдельных случаях и от других способов его подачи. При написании уч ебника мы стремились: - найти разумное соотношение научного и учебного начал, сохра­ нить приемле м ый научный уровень (но без глубоких научных изысков - их рассмотрение в учебнике может затруднить усвое­ ние материала студентом; место им - в научной литературе, т.е. на более высокой ступени овладения научной дисци пл иной) ; - выдержать методич еский уровень, позволяющий студенту уяснить суrь и двигаться дальше. Мы старались соблюсти известную меру научной строгости (не опускаясь до вульгаризации), понимая в то же время разли­ чие между наукой и ее учебной долей, преподносимой в учеб­ нике. Поэтому мы считали возможным в ряде случаев посту­ питься строгостью научного изложения , если это помогало соз ­ данию образа (облика) , модели явления, процесса и способство­ вало лучшему осмыслению проблемы. Полагаем, что строгость научного восприятия и анализа придет к студенту , инженеру, научному работнику (или они придуr к ней) при более глубокой проработке проблемы, если им доведется столкнуrься с ней в будущей учебе и деятельности. Достаточно строгое изложение материала в уч ебнике для ес­ тественных и технических вузов не отрицает целесообразности (если удается) эмоциональной пода чи материала, повышающей интерес к предмету, способствующей усвоению и запоминанию. Речь идет об интересных технологических ситуациях, запоми­ нающихся эпизодах, элегантных пуrях решения задач, ярком языке - образности, эпитетах, метафорах. Одним словом, во втузовском учебнике есть место для восклицательного знака (и не только в изображении факториалов) и для многоточия (и не только при указании на прерывание записи бесконечных после­ довательностей) . Авторы в основном придерживались терминологии, устано­ вившейся в науке о ПАХТ, не отказываясь вм есте с тем от ее изменения и уrочнения там, где это представлял ось целесооб­ разным. Так, в главах "Основы тепл опереноса" , "Теплопередача и теплообмен" разведены (им придан конкретный смысл) понятия "теплоперенос" , "теплоотдача" , "теплопередача" , "теплообмен " . 20 В учебник включались только те вопросы, которые авторы “пропустили через себя”, т.е. по которым у них была достаточная ясность. По этой причине из рассмотрения исключен, например, такой вопрос (интересный методически и важный для химической технологии), как истечение на водосливах: в существующих учебниках он дан с недопустимыми ошибками, а более строгое решение отличается неприемлемой громоздкостью. Пока же компактного, строгого, но доступного студентам решения этого вопроса, к сожалению, нет. Изложенные выше подходы представляются нам важными вообще, в том числе и при написании учебника по курсу ПАХТ, в особенности – в связи с намечающимся в перспективе возникновением более общей научной (впоследствии и учебной) дисциплины “Технологические процессы и аппараты” (ТПА), в которую дисциплина ПАХТ войдет как составная часть со своим характерным (для химической технологии) содержанием. Но методология и методика у ТПА и ПАХТ будут общими (вероятно, обогащенными новыми подходами). Подчеркнутое внимание в учебнике к общим моментам и выявлению связей — существенно еще и в этом аспекте. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА ЧИТАТЕЛЮ (СТУДЕНТУ). Учебник разделен на две примерно равные по объему книги. Отдельные книги не являются тематически обособленными: вторая книга представляет собой продолжение первой; нумерация страниц у книг — общая. Представление материала в учебнике учитывает развитие науки “Процессы и аппараты химической технологии” — сложный нелинейный переход от эвристических правил (в период становления технологии) к основополагающим принципам (глобальным, общим, отраслевым, частным) на основе фундаментальных представлений в исследуемой и смежных областях Знания. Причинно-логические связи анализируются, а математические преобразования приводятся в учебнике достаточно подробно, чтобы студенту были вполне ясны постановка задачи, канва вывода, анализ полученного результата. Мы считаем неприемлемой нередко реализуемую в учебниках практику, когда результат приводится сразу, а ход решения изымается. Ведь в самом ходе решения часто встречаются поучительные приемы, а порой и неожиданные повороты. 21 [...] Учебное электронное издание Айнштейн Виктор Герцевич, Захаров Михаил Константинович, Носов Геннадий Алексеевич, Захаренко Василий Валериевич, Зиновкина Татьяна Вальтеровна, Таран Александр Леонидович, Костанян Артак Ераносович ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ. ОБЩИЙ КУРС Ведущий редактор канд. хим. н. Т. И. Почкаева Редакторы М. В. Миникс, Л. И. Галицкая Технический редактор А. Л. Шелудченко Корректоры М. В. Черниховская, Э. В. Назидзе Подписано 25.10.2013. Формат 84×108/32 Гарнитура Таймс. Усл. печ л. 92,35 Издательство «БИНОМ. Лаборатория знаний» 125167, Москва, проезд Аэропорта, д. 3 Телефон: (499) 157-5272, e-mail: binom@Lbz.ru, http://www.Lbz.ru Минимальные системные требования определяются соответствующими требованиями программы Adobe Reader версии не ниже 10-й для платформ Windows, Mac OS, Android, iOS, Windows Phone и BlackBerry.
