4.Общая схема разработки и расчета аппаратуры

1. На основе законов статики устанавливают начальные и конечные значения параметров процесса и направление его течения.

2. На основе закона сохранения материи составляют материальный баланс.

3. На основе закона сохранения энергии составляют энергетический (тепловой) баланс.

4. На основе законов кинетики устанавливают движущую силу и коэффициент скорости процесса.

5. По полученным данным определяют основной размер аппарата.

6. Рассчитывают несколько вариантов аппаратуры и на основе технико-экономического анализа определяют оптимальный вариант.

Законы статики и кинетики, сохранения материи и энергии, являясь фундаментальными законами природы, по сути сформировали дисциплину в качестве науки. Рассмотрим изложенные выше пункты схемы чуть более подробно.

5.Материальный баланс процесса

По закону сохранения массы в общем виде его можно записать так:

(1.1)

где – количество веществ, поступающих на переработку;– количество веществ, полученных в результате переработки.

Современные технологии должны предусматривать, что потерь и отходов не должно быть (безотходные технологии). Но пока они есть.

Отходы в пищевой промышленности обычно используются для откорма животных (дополнительный цех).

Из Западной Европы с попутным ветром в Россию ежегодно поступает 2 млн. т сернистого газа и 10 млн. т сульфатов.

6.Энергетический (тепловой) баланс

По закону сохранения энергии в общем виде записывается так:

(1.2)

где – тепло, поступающее с исходными веществами, – тепловой эффект процесса, – тепло, уходящее с конечными продуктами, – потери тепла в окружающую среду.

Потери тепла неизбежны; но они должны быть сведены к минимуму (подбор тепловой изоляции(или утилизированы (тепловые потери аппаратов учитываются в системе отопления цеха). Одним из лучших теплоизоляторов считается стекловолокно (маты), плотность 120-200 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,04 Вт/м∙°С, которое к тому же явля­ется надежной защитой от грызунов.

Потери тепла в виде "дымовой завесы" от печей, котельных и тепловых электростанций (ТЭС) связаны с загрязнением окружающей среды. Так, ТЭС, работающие на каменном угле, на 1 млн. кВт-ч выра­батываемой электроэнергии выбрасывают в атмосферу: 15 т сернистого газа, 10 т золы и 3 т оксидов азота.

Дисциплина имеет обширный арсенал аппаратуры для очистки (до ПДК – предельно допустимая концентрация) дымовых газов от пыли и вредных газовых компонентов, а также для утилизации из них тепла: аппараты пылегазоочистки, контактные теплообменники, абсорберы, адсорберы и др.

7.Определение основного размера аппарата

Основной размер теплообменных аппаратов определяется из основного уравнения теплопередачи:

(1.3)

где Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт,Δt_ср – средняя разность температур между теплоносителями, К или °С.

По основному размеру аппарат принимается по каталогу (стандарт­ный) или разрабатывается конструктивно (нестандартный).

Технико-экономический анализ. Расчеты по этой теме обычно бывают очень громоздкими, поэтому проводятся с применением ЭВМ. Так, для расчета теплообменника возможны 264 варианта.

Прежде всего принимается критерий оптимальности. Таких крите­риев может быть несколько: экономические (удельная себестоимость продукции, прибыль производства и др.), производственные (произво­дительность, качество продукта и др. и т.д. Оптимальный вариант принимается по максимуму или минимуму критерия оптимальности.При выборе вариантов, помимо всего прочего (например, тип теп­лоносителя, его начальная температура и др., учитываются:

а) материал аппарата должен соответствовать требованиям техники безопасности – прочность, антикоррозийность, безвредность;

б) адаптация человека (эргономика);

в) эстетические требования;

г) экологические требования.

Ключевые слова и выражения

Процесс, аппарат, машина, технология,статика и кинетика процессов, классификация процессов, материальный и тепловой баланс процесса

Вопросы для самопроверки

1. Цель и задачи курса?

2. Что понимаете под словом «процесс»?

3. Что изучает предмет «Технологические процессы и аппараты»?

4. Классификация основных процессов и аппаратов.

5. В чем различие между технологическим аппаратом и оборудованием?

МОДУЛЬ 1. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Лекция №2

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОНЯТИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ПЛАН:

1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОНЯТИЯ

2. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ

3. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ГИДРОСТАТИКИ