05.17.08 – процессы и аппараты химических технологий

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 7 июня 2007 г. № 108
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цели и задачи программы-минимума

Роль науки о процессах и аппаратах химической технологии в изучении механизма и закономерностей протекания процессов, в установлении оптимальных условий их проведения, в аппаратурном оформлении технологических процессов, в разработке методов расчета рабочих параметров и размеров оборудования и в решении экологических проблем.

Историческое развитие науки об основных процессах и аппаратах химической технологии, ее взаимосвязь со смежными науками и вклад отечественных ученых в данной области.

Современные научные методы исследования, КИП и автоматика, вычислительная техника.

Требования к уровню знаний аспиранта, соискателя

Подготовка научных и педагогических кадров по специальности 05.17.08 «Процессы и аппараты химической технологии» базируется на современном этапе определяющей ролью химической промышленности в производственной деятельности общества, включая машиностроение, металлургию, приборостроение, сельское хозяйство, энергетику и т.д. Исходя из этих условий, при подготовке и сдаче кандидатского экзамена соискатель должен освоить теоретические основы науки о процессах и аппаратах химической технологии, проявить умение творческого анализа механизма протекания процессов и обработки результатов исследования, овладеть методологией решения прикладных задач.

При изучении теоретических основ особое внимание необходимо уделить законам равновесия и явлениям переноса количества движения энергии и массы распределяемого вещества в системах, а также аналогии в явлениях переноса. При анализе важное значение имеет классификация и математическое описание явлений, физическое моделирование процессов и аппаратов, установление оптимальных режимов проведения процессов и технико-экономических показателей аппаратурно-технологического оформления, получение инженерных расчетных зависимостей для определения технологических параметров и размеров оборудования. Методология решения прикладных задач включает в себя рациональные методы масштабного перехода от лабораторных условий и моделей к промышленной технологии и оборудованию, рекомендации по подбору совершенного оборудования и материалов для его изготовления, рекомендации по выбору энергоносителей и их экономному расходу, вопросы ресурсосбережения, экологии и утилизации отходов.

Во время сдачи кандидатского минимума соискатель должен продемонстрировать также творческий подход к выполнению научных исследований и готовность ответить на вопросы дополнительной программы по теме диссертации.

Общие закономерности и принципы расчета основных процессов и аппаратов химической технологии

Классификация процессов на основе единых кинетических закономерностей и по организационному принципу действия.

Законы равновесия в системах: условия термодинамического равновесия; правило фаз, уравнения линий равновесия для идеальных систем.

Законы явлений переноса. Уравнение неразрывности потока. Уравнение переноса теплоты (дифференциальное уравнение конвективного теплообмена). Уравнение переноса массы (дифференциальное уравнение конвективной диффузии). Уравнение переноса количества движения (уравнения Навье-Стокса). Аналогия механизма процессов переноса.

Значение моделирования при исследовании, расчете и проектировании химико-технологических процессов. Физическое моделирование. Математическое моделирование. Сравнительная характеристика методов и применение для этих целей вычислительной техники.

Определение массовых потоков и энергетических затрат с помощью материальных и энергетических балансов. Установление предельных (равновесных) условий и направления протекания процессов. Общий вид уравнений скорости процессов, кинетические коэффициенты и движущие силы. Учет влияния направления и режимов движения потоков на интенсивность протекания и среднюю движущую силу процессов. Роль теории подобия в научном обобщении результатов исследований и в моделировании процессов и аппаратов. Основные условия и теоремы теории подобия. Подобное преобразование дифференциальных уравнений, описывающих процесс, вывод критериев подобия и получение обобщенных критериальных зависимостей для определения кинетических параметров. Ограничения в применении методов теории подобия и анализа размерностей. Требования к исследованию процессов и аппаратов на модельных средах и установках с целью последующего масштабного перехода к промышленным образцам.

Принципы расчета основных размеров оборудования периодического и непрерывного действия.

Технико-экономическая оптимизация при расчете процессов и аппаратов химической технологии. Критерии оптимизации. Использование оптимизации для решения вопросов ресурсо- и энергосбережения.

Роль методов кибернетики при разработке процессов и проектировании оборудования. Возможности автоматического проектирования с использованием ЭВМ.

Гидромеханические процессы и аппараты

Основы технической гидравлики

Физические свойства жидкостей и газов. Понятие об идеальной жидкости. Силы, действующие в реальной жидкости. Сила давления на дно и стенки сосуда. Дифференциальное уравнение равновесия Эйлера. Основное уравнение гидростатики и практическое его применение.

Гидродинамика. Внутренняя, внешняя и смешанная задачи гидродинамики. Субстанциональная производная. Установившееся и неустановившееся движение жидкости. Понятие о поле скоростей в потоке жидкости. Линия тока и элементарная струйка. Уравнение расхода. Уравнение неразрывности (сплошности) потока жидкости. Дифференциальное уравнение движения Эйлера. Уравнение Навье-Стокса для реальной жидкости. Уравнение Бернули и его энергетический смысл. Практическое использование уравнения Бернули (движение жидкости через насадки, приспособления для измерения расхода и т.д.).

Режимы движения жидкости. Опыты Рейнольдса. Гидравлический радиус, эквивалентный диаметр. Распределение скоростей и расход жидкости (газа) при установившемся ламинарном потоке. Некоторые характеристики турбулентного потока.

Гидродинамическое подобие. Подобное преобразование уравнений Навьте-Стокса. Критерии гидродинамического подобия, их физический смысл. Симплексы подобия. Обобщенное критериальное уравнение гидродинамики; его модификация для условий приближенного моделирования гидродинамических процессов. Производные критерии подобия (Галилея и Архимеда).

Гидравлическое сопротивление трубопроводов. Потеря давления на трение при ламинарном режиме (уравнение Гагена-Пуазейля). Потеря давления на трение при турбулентном режиме. Местные сопротивления. Расчет простого и сложного трубопроводов. Расчет газопровода. Движение разреженных газов. Определение оптимального диаметра трубопровода.

Элементы гидродинамики двухфазных потоков. Методы диспергирования жидкостей и газов. Движение газа через слой жидкости, капель жидкости в газе и жидкости. Основные характеристики пен и эмульсий. Движение потоков газ–жидкость в каналах. Расчет гидравлического сопротивления при движении двухфазных потоков. Движение жидкости (газа) через неподвижные слои и пористые перегородки. Основные характеристики слоев (дисперсность, порозность, удельная площадь контакта, эквивалентный диаметр). Гидродинамика «кипящих» зернистых слоев. Разнообразие «кипящего» (псевдоожиженного) состояния. Порозность слоя. Структура потоков и распределение времени их нахождения в аппаратах. Продольное перемешивание, степень перемешивания. Кривые отклика системы. Дифференциальная и интегральная функции времени пребывания. Модели структуры потоков.

Классификация насосов, основные параметры. Основное уравнение центробежных машин. Характеристики насосов. Работа насосов на сеть, совместная работа насосов. Конструкции насосов.

Классификация машин для сжатия и перемещения газов. Области применения. Степень сжатия. Объемный КПД и производительность.

Центробежные машины. Вентиляторы, газодувки, турбокомпрессоры. Основные характеристики. Рабочая точка. Параллельная и последовательная работа.

Поршневые компрессоры. Степень сжатия. Индикаторная диаграмма. Многоступенчатое сжатие и распределение давления между ступенями. Охлаждение машин. Методы регулирования производительности. Расход энергии.

Сравнительная характеристика машин для сжатия и транспортирования газов и области их применения.

Поршневые вакуум-насосы. Продолжительность вакуумирования сосудов. Ротационные вакуум-насосы. Водокольцевые вакуум-насосы. Другие типы вакуум-насосов (струйные вакуум-насосы, одно- и многоступенчатые и т.д.). Методы и конструкции вакуум-насосов для получения глубокого вакуума. Диффузионные вакуум-насосы.

Неоднородные (гетерогенные) системы и общие закономерности их разделения

Классификация и основные характеристики неоднородных систем. Способы разделения неоднородных систем, их технологическое и экологическое назначение.

Движение частиц в жидкостях. Сопротивление среды движению частиц при их обтекании в условиях различных гидродинамических режимов. Коэффициенты сопротивления среды; их определение. Скорости свободного осаждения шарообразных частиц и частиц произвольной формы. Скорость стесненного осаждения. Расчет скорости осаждения в поле центробежных сил.

Разделение в поле сил тяжести. Скорость осаждения твердых частиц под действием сил тяжести (отстаивание) и методы ее расчета. Метод П.В.Лященко. Расчет основных размеров аппаратов для отстаивания. Конструкции отстойных аппаратов для разделения суспензий, эмульсий и очистки запыленных газов.

Разделение в поле сил давления. Фильтрование суспензий и газов. Виды фильтровальных перегородок. Скорость фильтрования, зависимость ее от перепада давления на фильтре, температуры фильтрования и структуры осадка. Процессы фильтрования, протекающие при постоянном перепаде давления и при постоянной скорости процесса.

Уравнения фильтрования; экспериментальное определение констант фильтрования.

Процессы промывки осадков на фильтрах.

Классификация и конструкции фильтров для суспензий. Оптимизация работы периодически действующих фильтров. Непрерывнодействующие фильтры. Схемы фильтровальных установок.

Фильтры для очистки газов от пылей: рукавные (тканевые), керамические и металлокерамические фильтры; основы их расчета.

Разделение в поле центробежных (инерционных) сил. Центробежное отстаивание и центробежное фильтрование. Фактор разделения. Классификация центрифуг. Схемы устройства фильтрующих и отстойных центрифуг периодического и непрерывного действия. Сверхцентрифуги. Методы расчета производительности центрифуг и расхода энергии на центрифугирование.

Разделение суспензий и эмульсий в гидроциклонах. Очистка газов от пыли в центробежных пылеуловителях. Расчет циклонов, гидроциклонов и аппаратов со встречными закрученными потоками. Очистка газов под действием инерционных сил.

Разделение газовых неоднородных систем путем мокрой очистки. Классификация пылеуловителей.

Разделение газовых неоднородных систем в поле электрических сил. Физические основы выделения тумана из газа в электрофильтрах. Устройство трубчатых и пластинчатых электрофильтров. Сухие и мокрые электрофильтры.

Перемешивание в жидких средах

Применение процессов перемешивания в жидких средах в химической технологии. Эффективность и интенсивность перемешивания.

Расчет мощности, потребляемой механическими мешалками. Классификация мешалок. Мешалки для специальных целей.

Пневматическое перемешивание; определение давления и расхода газа (пара).

Перемешивание в псевдоожиженном слое. Перемешивание с помощью циркуляционных насосов. Основные пути интенсификации процессов перемешивания.

Тепловые процессы и аппараты

Значение процессов теплообмена в химической промышленности. Виды переноса теплоты, их характеристика. Стационарный и нестационарный перенос теплоты. Понятие о температурном поле, изотермической поверхности, температурном градиенте.

Теплопроводность. Уравнение теплопроводности Фурье. Дифференциальное уравнение теплопроводности в неподвижной среде. Уравнение теплопроводности плоской и цилиндрической стенок (однослойной и многослойной).

Тепловое излучение. Теплообмен при излучении. Тепловое излучение газов.

Конвекция и теплоотдача. Профиль температур в потоке. Тепловой пограничный слой. Закон Ньютона (уравнение теплоотдачи). Дифференциальное уравнение конвективного переноса  теплоты  (уравнение Фурье-Кирхгофа). Подобие процессов теплоотдачи. Критериальные уравнения теплоотдачи. Анализ теплоотдачи в турбулентном потоке. Коэффициенты турбулентной теплопроводности и температуропроводности. Условия подобия полей температур и скоростей в турбулентном потоке.

Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителей в трубах и каналах. Входной эффект и длина участка гидродинамической и тепловой стабилизации. Теплоотдача при естественной конвекции. Теплоотдача в аппаратах с механическими мешалками. Теплоотдача к пленке жидкости. Теплоотдача при конденсации насыщенных паров (виды конденсации – пленочная и капельная), влияние на коэффициент теплоотдачи наличия неконденсирующихся газов. Теплоотдача при кипении, режимы кипения - пузырьковый и пленочный, критический температурный напор. Сложный теплообмен. Расчет потерь тепла в окружающую среду. Теплоотдача при непосредственном контакте теплоносителей (в системах  газ–жидкость, газ–твердое).

Теплопередача. Уравнение теплопередачи для плоской стенки при постоянных и переменных температурах теплоносителей. Определение средней движущей силы при прямоточном, противоточном, смешанном и перекрестном направлении движения теплоносителей. Выбор направления движения теплоносителей. Влияние гидродинамической структуры потоков на среднюю движущую силу процесса теплопередачи. Определение температуры стенок. Расчет толщины тепловой изоляции аппаратов. Теплопередача при нестационарном режиме.

Методы интенсификации процессов теплопередачи.

Промышленные способы подвода и отвода теплоты в химической аппаратуре.

Требования, предъявляемые к теплоносителям. Области применения. Нагревание водяным паром и парами высокотемпературных органических теплоносителей. Нагревание горячими жидкостями. Нагревание топочными газами. Нагревание электрическим током.

Охлаждение водой и низкотемпературными жидкими хладоагентами. Охлаждение воздухом. Водооборотные циклы химичских производств.

Теплообменные аппараты. Классификация и конструкции основных поверхностных теплообменников (кожухотрубные, змеевиковые, пластинчатые и др.). Конструкции смесительных теплообменников. Расчет теплообменников (проектный и поверочный) и оптимальных режимов их работы.

Выпаривание. Общие сведения о процессе и области его применения. Методы проведения выпаривания. Однокорпусные, многокорпусные и с тепловым насосом выпарные установки. Температурные потери в выпарной установке. Материальный и тепловой балансы однокорпусной и многокорпусной выпарных установок. Распределение полезной разности температур по корпусам. Оптимальное число корпусов в многокорпусной выпарной установке. Расчет одно- и многокорпусных выпарных установок.

Выпарные аппараты. Классификация и конструкции основных типов выпарных аппаратов (с естественной и принудительной циркуляцией, пленочные, с погружными горелками и др.).

Холодильные процессы (искусственное охлаждение до низких температур). Значение процессов производства искусственного холода в химической технологии. Умеренное и глубокое охлаждение. Способы получения искусственного холода – испарение низкокипящих жидкостей, расширение предварительно сжатых газов (паров) без совершения внешней работы (дросселирование) и с совершением внешней работы (расширение в детандерах). Термодинамические основы получения искусственного холода.

МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ

Значение массообменных процессов в химической технологии. Применение массообменных процессов для разделения гомогенных и гетерогенных систем. Роль массообменных процессов для охраны окружающей среды от вредных выбросов химических производств.

Принципы выбора методов разделения с помощью различных массообменных процессов. Массообмен в системах со свободной и с твердой (фиксированной) межфазной поверхностью. Распределяющие (инертные носители) и распределяемые вещества в массообменных процессах. Способы выражения состава фаз.

Равновесные условия процессов массообмена.

Материальный баланс процессов массообмена, общий вид уравнения рабочей линии. Направление процессов массопереноса; его определение на основе равновесной и рабочей линий.

Перенос вещества в гомогенных средах. Закон молекулярной диффузии Фика. Определение коэффициента молекулярной диффузии в газах, капельных жидкостях и твердых телах. Конвективный перенос. Продольный и поперечный перенос в турбулентных потоках фаз.

Массоотдача. Уравнения массоотдачи в фазах; движущие силы и коэффициенты массоотдачи. Механизмы массоотдачи при свободной и фиксированной (твердой) поверхности раздела фаз в условиях различных гидродинамических режимов. Модели механизмов массоотдачи.

Подобное преобразование уравнения конвективной диффузии совместно с уравнениями Навье-Стокса. Диффузионные критерии подобия; их физический смысл. Обобщенное уравнение массоотдачи и его использование для обработки опытных данных.

Массопередача. Общий вид основного уравнения массоперадачи; движущая сила и коэффициент массопередачи. Соотношение между коэффициентом массопередачи и коэффициентами массоотдачи. Анализ уравнения аддитивности для выявления возможностей интенсификации процесса массопередачи. Лимитирующие стадии процесса массопередачи. Принципы выбора модельных систем для экспериментального определения коэффициента массоотдачи в лабораторных и полупромышленных условиях.

Расчет средней движущей силы массопередачи. Число единиц переноса (ЧЕП); его связь со средней движущей силой. Понятие о высоте единицы переноса (ВЕП). Влияние структуры потоков (продольного перемешивания) на среднюю движущую силу.

Методы интенсификации массопередачи.

Общие методы расчета основных размеров массообменных аппаратов. Аппараты с непрерывным и ступенчатых контактом фаз. Рациональный выбор взаимного направления движения фаз.

Определение потребного поперечного сечения и диаметра аппаратов.

Расчет рабочей высоты (длины) массообменных аппаратов из общего уравнения массопередачи. Методы определения величины удельной поверхности контакта фаз и степень точности такого определения.

Использование объемных коэффициентов массопередачи или величин ВЕП для расчета аппаратов с непрерывным контактом. Определение числа тарелок аппаратов со ступенчатым контактом на основе коэффициентов массоперадачи, отнесенных к единице рабочей площади тарелки или ЧЕП на одну тарелку. Графоаналитическое определение числа тарелок с использованием кинетической линии.

Расчет высоты аппаратов на основе модели теоретической ступени изменения концентрации; графическое и аналитическое определение числа теоретических ступеней. Высота эквивалентная теоретической ступени (ВЭТС); эмпирические уравнения по расчету ВЭПС для аппаратов с непрерывным контактом фаз.

Общий КПД аппарата со ступенчатым контактом; КПД тарелки: локальное КПД. Расчет высоты аппаратов через общий КПД.

Недостатки расчета высоты аппаратов по числу теоретических ступеней изменения концентраций.

Сопоставление различных способов расчета основных размеров массообменных аппаратов. Использование ЭВМ при расчетах.

Процессы массообмена в системах со свободной границей раздела фаз

Абсорбция газов жидкостями

Значение процессов абсорбции и их применение в химической технологии. Абсорбтивы и абсорбенты; принципы выбора абсорбентов. Физическая абсорбция и абсорбция, сопровождаемая химическими реакциями (хемосорбция).

Равновесие между газовой и жидкой фазами. Закон Генри для идеальных растворов; его различные выражения и пределы применимости.

Материальный баланс (уравнение рабочей линии) для процесса абсорбции и десорбции. Удельный расход абсорбента, его минимальное и экономически оптимальное значение.

Тепловой баланс процесса абсорбции и десорбции; определение конечной температуры абсорбента и затрат тепла на десорбцию с регенерацией абсорбента. Методы отвода тепла при проведении абсорбции.

Особенности расчетов неизотермической и многокомпонентной абсорбции; использование ЭВМ при расчетах.

Скорость хемосорбции; кинетическая и диффузионная области ее протекания. Фактор ускорения процессов хемосорбции.

Принципиальные схемы одноступенчатых и многоступенчатых абсорбционно-десорбционных установок.

Абсорбционные аппараты. Классификация абсорберов. Способы создания поверхности контакта фаз газа (пара) и жидкости в промышленных аппаратах.

Гидродинамические режимы работы насадочных колонн. Колонны с подвижной (шаровой) насадкой.

Барботажные аппараты. Тарельчатые колонны и основные конструкции тарелок. Общие направления усовершенствования конструкций тарелок.

Распыливающие и разбрызгивающие абсорберы. Сравнительные характеристики и области применения аппаратов различных конструкций. Принципы выбора контактных устройств и оптимальных режимов их работы. Расчет основных конструктивных размеров колонных аппаратов.

Перегонка жидкостей (дистилляция и ректификация)

Виды процессов дистилляции и ректификации.

Равновесие бинарных систем жидкость–пар. Законы Рауля, Дальтона и Коновалова, их использование для расчета равновесий.

Простая перегонка. Материальный баланс простой перегонки. Тепловой баланс; определение расхода тепла. Простая перегонка с дефлегмацией.

Перегонка в токе носителя (водяного пара или инертного газа). Материальный и тепловой балансы. Определение температуры дистилляции, расхода греющего пара и носителя.

Молекулярная дистилляция. Принцип и области применения процесса. Аппаратурное оформление одно- и многоступенчатой молекулярной дистилляции.

Схемы установок для различных видов перегонки (дистилляции).

Ректификация, физическая сущность (механизм) процесса. Принципиальные схемы колонн и установок для непрерывной и периодической ректификации бинарных и многокомпонентных смесей. Схема установок периодической и непрерывной ректификации. Материальный баланс непрерывной ректификации бинарных смесей. Особенности кинетики процесса ректификации, характеризуемого совместным массо- и теплообменом.

Непрерывная ректификация бинарных смесей. Анализ работы и расчет ректификационных колонн. Определение минимального и рабочего (оптимального) флегмового числа. Зависимость между флегмовым числом, рабочей высотой колонны и энергозатратами (расходами греющего пара ти охлаждающей воды). Использование ЭВМ для оптимизации флегмового числа. Тепловой баланс; определение расходов греющего пара и охлаждающей воды.

Периодическая ректификация бинарных смесей. Проведение процесса при постоянном флегмовом числе или постоянном составе дистиллята; построение рабочих линий и принципы расчета процесса.

Ректификация многокомпонентных смесей; ее особенности и принципы анализа и расчета процесса. Применение ЭВМ для расчета.

Экстрактивная и азеотропная ректификация; физические основы процессов. Принципиальные схемы установок. Сравнительная характеристика и области применения этих методов разделения.

Ректификационная аппаратура. Особенности конструкций массообменных аппаратов для процессов ректификации при различных давлениях. Принципы выбора контактных устройств для пленочных, насадочных и тарельчатых ректификационных колонных аппаратов. Определение диаметра колонн; выбор оптимальных фиктивных скоростей паров. Расчетные уравнения массоотдачи при ректификации и расчет высоты колонны.

Расчет ректификационных колонн с помощью энтальпийной диаграммы.

Устройство, размещение и варианты работы теплообменных устройств (кипятильников, дефлегматоров) ректификационных установок.

Экстракция из растворов

Общая характеристика процессов экстракции в системе жидкость–жидкость, области их применения. Селективность и обратимость процессов экстракции. Принципы выбора экстрагентов. Физическая экстракция и экстракция, сопровождаемая химической реакцией. Методы проведения процессов экстракции: одноступенчатая и многоступенчатая экстракции. Многоступенчатая противоточная экстракция с флегмой. Процесс многоступенчатой экстракции двумя экстрагентами (фракционная экстракция). Принципиальные схемы экстракционных установок с использованием различных методов регенерации экстрагента.

Равновесие при экстракции для систем с различной взаимной растворимостью контактирующих жидкостей. Коэффициент распределения целевого компонента; способы его увеличения.

Материальный баланс экстракции. Анализ условий проведения процесса на основе графического определения числа потребных теоретических степеней разделения. Определение расхода экстрагента.

Экстракционная аппаратура. Классификация экстракторов. Экстракторы с подводом энергии извне. Сравнительные характеристики и выбор экстракционных аппаратов. Расчет основных размеров экстракторов

Массопередача в системах с твердой фазой. Механизмы переноса массы в пористых твердых телах и в обтекающей их жидкости (внутренняя и внешняя диффузия). Массопроводность. Диффузионные критерии Био и Фурье. Расчет скорости процесса; его лимитирующие стадии и способы интенсификации.

Адсорбция газов и растворенных веществ

Общая характеристика процессов адсорбции и ионного обмена и их применение в химической технологии. Промышленные адсорбенты и иониты. Десорбция; способы ее проведения.

Основные модели механизма процессов адсорбции. Условия равновесия при адсорбции. Стационарные и нестационарные процессы адсорбции.

Материальный баланс. Внутренняя и внешняя диффузии. Кинетика адсорбции в пористом зерне адсорбента.

Модель Н.А.Шилова и математическое описание адсорбции в неподвижном слое адсорбента; формирование и перенос фронта адсорбции: зона массопередачи, время защитного действия слоя.

Принципиальные схемы адсорбционно-десорбционных и ионообменных установок.

Сравнительные характеристики и области применения адсорберов и ионообменных аппаратов различных типов. Расчет основных размеров периодически и непрерывно действующих аппаратов.

Сушка

Общая характеристика и применение процессов сушки в химической технологии. Формы связи влаги с материалом и методы ее удаления. Основные способы сушки. Теплоносители, применяемые для сушки материалы. Сушка при атмосферном давлении и под вакуумом.

Равновесие между жидкостью во влажном материале и образующимся паром. Направление и движущая сила массопередачи при сушке и увлажнении материала.

Конвективная сушка, анализ условий проведения, графоаналитический и аналитический расчеты. Определение с помощью –диаграммы расходов воздуха (газа) и тепла для теоретической и реальной сушилок. Материальный и тепловой балансы сушки.

Основные варианты процессов конвективной сушки; их анализ, области применения.

Контактная сушка; материальный и тепловой балансы, определение расхода тепла.

Кинетика сушки. Скорость сушки. Понятие о термодиффузии и ее значении для скорости сушки. Кинетические кривые. Периоды постоянной и падающей скорости сушки; методы воздействия на лимитирующие стадии процесса с целью интенсификации массопередачи при сушке. Определение скорости и продолжительности сушки. Определение размеров сушилок.

Конструкции сушилок. Классификация сушилок. Конвективные сушилки с неподвижным или движущимся без перемешивания слоем материала, с механическим перемешиванием, с перемешиванием в псевдоожиженном слое, пневматические и распылительные. Контактные сушилки. Сушка инфракрасными лучами (терморадиационная), токами высокой частоты и сублимацией; принципы устройства сушилок.

Сравнительные характеристики и области применения сушилок различных конструкций. Выбор типа сушилок; расчет основных размеров.

Растворение и экстракция из твердых тел (выщелачивание)

Общая характеристика процесса растворения и выщелачивания из пористых твердых тел и области их применения. Равновесие и кинетика процессов. Способы периодического и непрерывного проведения процессов. Принципиальные схемы установок.

Аппаратура для растворения и экстракции из твердого вещества. Сравнительная характеристика и области применения аппаратов различных конструкций; основные принципы их выбора и расчета.

Кристаллизация из растворов и расплавов

Общая характеристика процессов кристаллизации, их значение в химической технологии. Виды промышленных методов кристаллизации.

Материальный и тепловой балансы; определение расхода охлаждающего агента и энергетических затрат. Кинетика кристаллизации. Влияние условий кристаллизации на характеристики кристаллов. Технические способы получения кристаллов заданного размера. Схемы установок для непрерывного и периодического процессов кристаллизации.

Кристаллизаторы: с охлаждением растворов через стенку, с воздушным испарительным охлаждением, с испарительным охлаждением под вакуумом; с псевдоожиженным слоем кристаллов. Особенности конструкций выпарных аппаратов, работающих с образованием кристаллов.

Сравнительные характеристики и области применения кристаллизаторов различных конструкций; основные принципы их выбора и расчета основных размеров.

Процессы массообмена через полупроницаемые перегородки (мембраны)

Общая характеристика мембранных процессов. Их использование для разделения жидких и газовых гомогенных смесей, для извлечения ценных продуктов и для очистки жидкостей и газов от вредных примесей. Классификация мембран, способы получения мембран различной структуры. Особенности массопереноса при мембранном разделении; явление концентрационной полимеризации. Основные модели механизма мембранного разделения жидких и газовых смесей. Кинетика мембранных процессов.

Аппаратура для мембранного разделения смесей. Расчет мембранных процессов и аппаратов.

Химические процессы и реакторы

Общие сведения о химических процессах; их место и значение в общей технологической схеме химических производств. Основные характеристики химических процессов; влияние гидродинамических, тепловых и массообменных факторов на их скорости.

Химические реакторы; их классификация. Типы реакторов: идеального смешения, идеального вытеснения и промежуточного типа. Влияние продольного и поперечного перемешивания на протекание процессов в реакторах.

Тепловые режимы работы реакторов; устойчивость режимов их работы.

Время пребывания компонентов в зоне реакции для реакторов различных типов; его влияние на степень превращения.

Основные конструкции реакторов. Принципиальные схемы работы трубчатых реакторов – проточная и с рециркуляцией.

Особенности конструкций реакторов, работающих при высоких давлениях. Реакторы с твердой фазой: с неподвижным и псевдоожиженным слоем.

Сравнение и выбор реакторов. Принципы расчета, моделирования и оптимизации работы реакторов.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Физико-механические основы процессов измельчения. Прочностные свойства твердых материалов. Гипотетические теории процесса измельчения. Методы измельчения. Степень измельчения. Классификация машин для измельчения.

Крупное дробление. Щековые и конусные дробилки.

Среднее измельчение. Дробилки валковые, ударно-центробежные (молотковые, дезинтеграторы и дисмембраторы).

Тонкое измельчение. Барабанные мельницы (шаровые, стержневые, трубчатые). Критическое и рабочее числа оборотов. Материал и размеры мелющих тел. Сухой и мокрый помол. Пути повышения экономичности процесса измельчения. Открытый и замкнутый циклы сухого и мокрого помола. Регулирование размера измельченных частиц.

Вибрационные и струйные мельницы. Коллоидные мельницы для сухого и мокрого помола.

Общие характеристики машин для измельчения: производительность, скорость вращения, расход энергии.

Способы классификации: ситовой, гидравлический.

Сита и ситовой анализ. Грохочение. Барабанные, качающиеся, гирационные и вибрационные грохоты. Классификация в псевдоожиженном слое.

Гидравлическая классификация и воздушная сепарация. Классификаторы спиральные, реечные, чашевые. Сепараторы проходные и циркуляционные.

Питатели шнековые, секторные, вальцовые, тарельчатые и лотковые.

Смешение твердых материалов. Смесители барабанные, шнековые, лопастные, центробежные.

Список литературы

  1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 9-е изд. – М.: Химия, 1973.

  2. Гальперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1981.

  3. Соколов В.Н., Яблокова М.А. Аппаратура микробиологической промышленности. – Л.: Машиностроение, 1988.

  4. Основные процессы и аппараты химической технологии (Пособие по проектированию). Под ред. Ю.И.Дытнерского. – М.: Химия, 1983, 1991.

  5. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. В 2-х ч. – М.: Химия, 1992.

  6. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для вузов: В 2 книгах / В.Г.Айнштейн, М.К.Захаров, Г.А.Носов и др.; Под ред проф. В.Г.Айнштейна. – М.: Химия, 2000.

  7. Маркаў У.А., Вайцяховіч П.Я. Працэсы і апараты хімічнай тэхналогіі: Вучэбны дапаможнік. У 2-х частках. Ч. 1. Гідрамеханічныя і механічныя працэсы. – Мінск: БДТУ, 2002.

  8. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи) / П.Г.Романков,В.Ф.Фролов и др. – С.-П.: Химия, 1993.

  9. Процессы и аппараты химической технологии. Лабораторн. практикум. Под ред. Ершова А.И. – Мн.: Университетское, 1988.

  10. Боровик А.А., Протасов С.К., Марков В.А. Процессы и аппараты химической технологиию Сборник примеров и задач. В 2 ч. Ч. 1. Техническая гидравлика. Гидромеханические процессы: учеб. пособие для студентов химико-технологических и химико-экономических специальностей. – Мн.: БГТУ, 2006.

  11. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. 3-е изд. – М.: Химия, 1967.

  12. Берд Р., Стьюард В., Лайтфут Е. Явления переноса. – М.: Химия, 1974.

  13. Коган В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии. – Л.: Химия, 1977.

  14. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологи-ческих процессов. 2-е изд. – М.: Химия, 1982.

  15. Масштабный переход в химической технологии (под ред. Розена А.М.). – М.: Химия, 1980.

  16. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. 3-е изд. – Л.: Химия, 1982.

  17. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

  18. Жужиков В.А. Фильтрование. 4-е изд. – М.: Химия, 1980.

  19. Брагинский Л.Н. и др. Перемешивание жидких сред. – Л.: Химия, 1984.

  20. Романков П.Г., Фролов В.Ф. Теплообменные процессы химической технологии. – Л.: Химия, 1982.

  21. Справочник по теплообменникам. Т. 1 и П. – М.: Энергоиздат, 1987.

  22. Таубман Е.И. Выпаривание. – М.: Химия, 1982.

  23. Шервуд Т., Пигфорд Р.Л., Уилки У. Массопередача. – М.: Химия, 1982.

  24. Рамм В.М. Абсорбция газов. – М.: Химия, 1975.

  25. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. – М.: Химия, 1978.

  26. Романков П.Г. и др. Массообменные процессы химической технологии (системы с твердой фазой). – Л.: Химия, 1975.

  27. Кафаров В.В. Основы массопередачи. – М.: Высшая школа, 1979.

  28. Ягодин Г.А., Каган С.З. Основы жидкостной экстракции. – М.: Химия, 1981.

  29. Гельперин Н.П., Носов Г.А. Основы техники кристаллизации расплавов. – М.: Химия, 1976.

  30. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. 2 изд. – М.: Химия, 1984.

  31. Сажин Б.С. Основы техники сушки. – М.: Химия, 1984.

  32. Фролов В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов. – Л.: Химия, 1986.

  33. Сенявик М.М. Ионный обмен в технологии и анализе неорганических веществ. – М.: Химия, 1980.

  34. Аксельруд Г.А., Молчанов А.Д. Растворение твердых веществ. – М.: Химия, 1977.

  35. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. - М.: Химия, 1986.

  36. Хванг С.-Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения. – М.: Химия, 1981.

  37. Справочник химика. Т.5. – М.-Л.: Химия, 1966.

  38. Перри Дж. Справочник инженера-химика. В 2 кн. – Л.: Химия, 1969.

  39. Шервуд Т., Пигфорд Р.Л., Уилки Ч. Массопередача. – М.: Химия, 1982.

  40. Современное помольное оборудование: Обзор. информ. / Науч. исслед. ин-т информ. и техн.-эконом. исслед. промышленности нерудных материалов. – М., 1990. – 60 с.