- •3. Закономерности развития технологических процессов
- •3.1. Технологическое развитие как ключевой фактор совершенствования промышленного производства.
- •3.2. Динамика трудозатрат при развитии технологических процессов.
- •3.3. Рационалистическое развитие технологических процессов и его закономерности. Понятие уровня технологии.
- •3.4. Эволюционное развитие технологических процессов и его закономерности.
- •3.5. Революционное развитие технологических процессов и его закономерности.
- •4. Закономерности функционирования технологических процессов
- •4.1. Общие принципы классификации технологических процессов.
- •4.2. Физические процессы в технологии.
- •4.2.1. Механические процессы.
- •4.2.2. Гидромеханические процессы.
- •4.2.3. Тепловые процессы.
- •4.2.4. Массообменные процессы.
- •4.3. Химические процессы в технологии.
- •4.4. Биологические процессы в технологии.
4.2.3. Тепловые процессы.
К тепловым относятся такие, которые определяются переносом энергии в форме теплоты: нагревание, охлаждение, испарение, плавление и др. Они часто сопутствуют другим технологическим процессам: химического взаимодействия, разделения смесей и т.д.
По механизму переноса энергии различают три способа распространения теплоты — теплопроводность, конвективный перенос и тепловое излучение.
Теплопроводность — перенос энергии молекулами, ионами, электронами за счет тепловых колебаний.
Конвективный перенос (конвекция) — процесс переноса теплоты от стенки к движущейся относительно нее жидкости (газу) или от жидкости (газа) к стенке. Различают вынужденную и естественную конвекцию. При вынужденной движение вещества обусловлено действием внешней силы, при естественной - вследствие изменения плотности жидкости (газа), обусловленного термическим расширением.
Тепловое излучение — перенос энергии в форме электромагнитных колебаний.
При любом механизме переноса теплоты передаваемого тепла пропорционально площади поверхности, разности температур и коэффициенту теплоотдачи.
В наиболее распространенном случае теплота передается от одной среды к другой через разделяющую их стенку. Такой вид теплообмена называется теплопередачей, а участвующие в ной среды — теплоносителями. Процесс теплопередачи состоит из трех стадий: 1) передача теплоты стенке нагретой средой (теплоотдача); 2) перенос теплоты в стенке (теплопроводность); 3) перенос теплоты от нагретой стенки в холодную среду (теплоотдача).
На практике широко применяются следующие разновидности тепловых процессов: нагревания и охлаждения; выпаривания, испарения, конденсации; искусственного охлаждения; плавление и кристаллизация.
Нагревание и охлаждение сред проводят в аппаратах, называемых теплообменниками. Для передачи тепла при нагревании используют вещества, называемые теплоносителями (наиболее распространенным является водяной пар). Во многих процессах используется нагревание топочными газами (процессы обжига и сушки). Для нагревания в широком диапазоне температур применятся электрический нагрев.
Для охлаждения сред используют вещества, называемые хладагентами (наиболее распространенным является вода).
Выпаривание — процесс удаления растворителя в виде пара из раствора при кипении. Применяется для выделения нелетучих веществ в твердом виде, концентрирования растворов, получения чистого растворителя.
Испарение — процесс удаления жидкой фазы в виде пара из различных сред, главным образом путем их нагрева или создания иных условий для испарения (например, в методах искусственного охлаждения).
Конденсацию пара (газа) осуществляют либо путем охлаждения, либо посредством охлаждения и сжатия одновременно.
Процессы искусственного охлаждения применяют при некоторых процессах абсорбции, при кристаллизации, разделении газов, сублимационной сушке, для хранения пищевых продуктов, кондиционирования воздуха. Искусственное охлаждение связано с переносом тепла от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой, что требует затрат энергии. Оно достигается следующими методами: испарением низкокипящих жидкостей; расширением газов дросселированием (путем пропускания через устройство, вызывающее сужение потока с последующим его расширением); расширением газа в детандере (устроенном подобно поршневому насосу или турбокомпрессору); термоэлектрически (элементы Пельтье).
Плавление используется для подготовки полимеров к формованию, металлов и сплавов к литью, стеклянной шихты к варке и др. В практике достаточно часто используют плавление передачей тепла через металлическую стенку, индукционный, высокочастотный нагрев и т.д.
Кристаллизация процесс выделения твердых веществ из насыщенных растворов или расплавов.