Сайт находится в стадии наполнения   

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНЫХ РАЗДЕЛОВ И ТЕМ

ВСЕ ПРОГРАММЫ /

ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИХарактеристика и цель программы / Планируемые результаты обучения / Учебный план программы / Календарный учебный график программы  / Рабочая программа учебных разделов и тем / Формы аттестации, оценочные материалы / Организационно-педагогические условия

ТЕМЫ И СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ

Модуль 1 Гидромеханические и тепловые процессы

Тема 1.1 Законы сохранения: массы, энергии и количества движения.
Балансы массы, теплоты и количества движения. Аналогия законов сохранения. Уравнения равновесия.

Тема 1.2 Явления переноса массы, количества движения и энергии как основа физико-химического механизма процессов химической технологии.
Гипотеза сплошности. Механизмы переноса в сплошной среде. Общее уравнение переноса субстанций (количества движения, теплоты и массы). Частные виды уравнения переноса: уравнение неразрывности потока, уравнение конвективной теплопроводности, уравнение конвективной диффузии.
Аналогия процессов переноса.
Общие сведения по гидравлике. Сжимаемые и несжимаемые среды. Силы, действующие на движущуюся среду (объемные силы, поверхностные силы). Уравнение переноса количества движения в напряжениях.
Понятие об идеальной жидкости. Ньютоновские и неньютоновские среды. Уравнение Навье-Стокса, его частные виды.

Тема 1.3 Моделирование химико-технологических процессов.
Общие сведения о моделировании. Значение моделирования при исследовании и проектировании химико-технологических процессов.
Физическое моделирование. Метод обобщенных переменных (основы теории подобия). Критерии (числа) подобия. Преобразование дифференциальных уравнений методами теории подобия. Обобщенные критериальные уравнения (уравнения подобия). Подобие гидродинамических процессов.
Анализ размерностей. Теорема Бэкингема.
Математическое моделирование. Понятие о математической модели и принципах ее построения. Сравнительная характеристика физического и математического моделирования. Идеализированные модели гидродинамической структуры потоков (модели идеального вытеснения и идеального смешения).

Тема 1.4 Общие вопросы прикладной гидравлики в химической аппаратуре.
Основное уравнение гидростатики. Уравнение Бернулли. Уравнение Гагена−Пуазейля. Гидравлическое сопротивление трубопроводов и аппаратов. Расчет диаметра трубопроводов и аппаратов. Определение расхода жидкостей и газов.
Течение жидкости через неподвижные зернистые слои и пористые перегородки. Гидродинамика псевдоожиженных (кипящих) слоев. Пневмотранспорт.
Особенности течения неньютоновских жидкостей.

Тема 1.5 Разделение жидких и газовых неоднородных систем.
Классификация и основные характеристики неоднородных систем. Основные способы разделения неоднородных систем и их экологическое значение.
Разделение в поле действия сил тяжести. Отстаивание. Конструкции отстойников и их расчет.
Разделение под действием сил разности давления. Фильтрование. Скорость фильтрования и ее зависимость от основные факторов (перепада давления. температуры, структуры осадка). Классификация фильтров. Конструкции основных фильтров для разделения жидких неоднородных систем (фильтр-прессы, барабанные и др.). Конструкции основных фильтров для разделения газовых неоднородных систем (рукавные, с зернистым слоем и др.).
Разделение в поле действия центробежных сил. Центробежное отстаивание и центробежное фильтрование. Циклонный процесс. Фактор разделения. Центрифугирование. Классификация центрифуг. Конструкции основных фильтрующих и отстойных центрифуг периодического и непрерывного действия. Расчет производительности центрифуг и расхода энергии на центрифугирование.
Очистка газов в электрическом поле.
Мокрая очистка газов.

Тема 1.6 Перемешивание в жидких средах. Транспортировка жидкостей. Сжатие и транспортировка газов.
Виды перемешивания, интенсивность и эффективность перемешивания. Механическое перемешивание. Движение жидкости в аппарате с мешалкой. Расход энергии на перемешивание. Конструкции мешалок, их характеристика и выбор.
Классификация насосов (объемные и динамические). Основные параметры насосов: производительность, напор, расход энергии, коэффициент полезного действия. Конструкции насосов (поршневые, центробежные, осевые и др.).
Классификация машин для сжатия и транспортировки газов. Степень сжатия. Конструкция основных типов машин (поршневые, центробежные и др.).

Тема 1.7 Значение процессов теплообмена в химической промышленности. Виды переноса теплоты, их характеристика. Основы теплопередачи.
Стационарный и нестационарный перенос теплоты. Понятие о температурном поле, изотермической поверхности, температурном градиенте. Основное уравнение теплопередачи.
Теплопроводность. Уравнение теплопроводности Фурье. Дифференциальное уравнение теплопроводности в неподвижной среде. Уравнение теплопроводности плоской стенки (однослойной и многослойной).
Конвекция и теплоотдача. Профиль температур в потоке. Тепловой пограничный слой. Закон теплоотдачи Ньютона (уравнение теплоотдачи). Дифференциальное уравнение конвективного переноса теплоты (уравнение Фурье−Кирхгофа). Подобие процессов теплоотдачи. Критериальное уравнение теплоотдачи. Анализ теплоотдачи в турбулентном потоке. Коэффициенты турбулентной теплопроводности и температуропроводности. Условия подобия температур и скоростей в турбулентном потоке.
Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителей в трубах и каналах. Теплоотдача при вынужденном поперечном обтекании труб. Теплоотдача при естественной конвекции. Теплоотдача к пленке жидкости. Теплоотдача при конденсации - пленочная и капельная; влияние на коэффициент теплоотдачи наличия неконденсирующихся газов. Теплоотдача при кипении; режимы кипения - пузырьковый и пленочный; критический темпера¬турный напор. Радиационно-конвективная теплоотдача. Расчет потерь тепла в окружающую среду.
Теплопередача. Уравнение теплопередачи для плоской и цилиндрической стенок при постоянных температурах теплоносителей. Связь между коэффициентами теплоотдачи и коэффициентом теплопередачи (уравнение аддитивности термических сопротивлений). Уравнение теплопередачи при 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 теплоотдачи.

Тема 1.8 Промышленные способы нагрева и охлаждения в химической технологии.
Классификация методов подвода теплоты. Требования, предъявляемые к теплоносителям. Области применения. Нагревание водяным паром и парами высокотемпературных органических теплоносителей. Нагревание горячими жидкостями. Нагревание топочными газами. Нагревание электрическим током.
Классификация методов отвода теплоты. Охлаждение водой и низкотемпературными жидкими хладагентами. Охлаждение воздухом.
Теплообменные аппараты. Классификация и конструкции основных поверхностных теплообменников (кожухотрубные, змеевиковые, пластинчатые и др.). Конструкции смесительных теплообменников. Расчет теплообменников и оптимальных режимов их работы.

Тема 1.9 Выпаривание.
Общие сведения о процессе выпаривания. Методы проведения выпаривания. Однокорпусные и многокорпусные выпарные установки. Температурные потери в выпарной установке. Материальный и тепловой балансы однокорпусной и многокорпусной выпарных установок. Оптимальное число корпусов в многокорпусной выпарной установке. Расчет многокорпусных выпарных установок. Классификация и конструкции основных типов выпарных аппаратов.

Модуль 2 Массообменные процессы

Тема 2.1 Основы массопередачи в системах со свободной границей раздела фаз: газ (пар) - жидкость, жидкость - жидкость.
Общие сведения о массообменных процессах. Значение массообменных процессов в химической технологии.
Классификация и общая характеристика массообменных процессов.
Законы фазового равновесия. Направление протекания массообменных процессов. Молекулярная и конвективная диффузия. Основное уравнение массопередачи.
Материальный баланс и уравнение линии рабочих концентраций. Движущая сила массообменных процессов.
Конвекция и массоотдача. Профиль концентраций в турбулентном потоке. Гидродинамический и диффузионный пограничные слои. Понятие о турбулентной диффузии. Теоретические модели переноса массы. Уравнение массоотдачи. Дифференциальное уравнение конвективной диффузии. Критериальное уравнение массоотдачи. Выражение коэффициента массопередачи через коэффициенты массоотдачи (уравнение аддитивности фазовых сопротивлений). Средняя движущая сила процесса массопередачи. Влияние гидродинамической структуры потоков на величину средней движущей силы процесса массопередачи.
Основы расчета высоты массообменных аппаратов. Определение
рабочей высоты массообменных аппаратов с непрерывным контактом фаз (насадочные, пленочные). Объемные коэффициенты массопередачи. Число единиц переноса. Высота единиц переноса. Теоретическая ступень изменения концентраций (теоретическая тарелка). Высота, эквивалентная теоретической ступени изменения концентрации. Определение рабочей высоты аппаратов со ступенчатым контактом фаз (тарельчатых). Коэффициент массопередачи и число единиц переноса, отнесенные к рабочей площади тарелок. Коэффициент полезного действия колонны. Эффективность ступени по Мерфи. Построение кинетической кривой. Явление брызгоуноса в тарельчатых аппаратах.
Расчет диаметра массообменных аппаратов. Гидродинамические режимы в колоннах (насадочных, пленочных, тарельчатых).
Пути интенсификации массообменных процессов в колонных аппаратах.

Тема 2.2 Абсорбция.
Общие сведения о процессе и области его практического применения.
Равновесие при абсорбции. Закон Генри. Материальный баланс абсорбции. Уравнение линии рабочих концентраций. Минимальный и оптимальный удельные расходы абсорбента.
Десорбция. Методы проведения десорбции абсорбента. Принципиальная схема абсорбционно - десорбционных установок.
Конструкции абсорберов. Классификация. Пленочные и насадочные колонны (виды насадок, их характеристики). Выбор насадки. Сравнительная характеристика абсорберов и тенденции их совершенствования.

Тема 2.3 Дистилляция и ректификация.
Общие сведения о процессе и области его практического применения. Равновесие в системе пар - жидкость. Закон Рауля. Уравнение линии равновесия.
Простая дистилляция. Простая перегонка с дефлегмацией. Материальный баланс простой перегонки. Молекулярная дистилляция. Перегонка с водяным паром. Определение температуры перегонки и расхода водяного пара.
Ректификация. Принцип ректификации. Схемы установок периодической и непрерывной ректификации. Материальный баланс непрерывной ректификации бинарных смесей. Урав¬нения линий рабочих концентраций укрепляющей и исчерпывающей частей ректификационной колонны. Зависи¬мость размеров колонны (высоты и диаметра) и расхода теплоты от величины флегмового числа. Совместный тепломассоперенос при ректификации.
Многокомпонентная ректификация.
Экстрактивная и азеотропная ректификация. Физико-химические основы этих процессов. Схемы установок для проведения экстрактивной и азеотропной ректификации.
Ректификация сжиженных газов.
Конструкции ректификационных аппаратов. Особенности устройств тарельчатых колонн с организованным и неорганизованным сливом жидкости (колпачковые, ситчатые, провальные и др.). Выбор конструкции тарелок.

Тема 2.4 Экстракция.
Общие сведения о процессе и области его практического применения. Равновесие в системе жидкость – жидкость. Треугольные диаграммы. Одноступенчатая и многоступенчатая противоточная экстракция. Массопередача при экстракции. Особенности расчета экстракционных аппаратов.
Классификация и конструкции экстракционных аппаратов.

Тема 2.5 Адсорбция.
Общие сведения о процессе и области его применения. Основные промышленные адсорбенты, их структура и свойства. Равновесие при адсорбции. Изотермы адсорбции. Материальный баланс адсорбции. Кинетика процесса.
Схемы проведения непрерывного процесса адсорбции.
Тема 2.6 Сушка.
Общие сведения о процессе и области его практического применения. Конвективная сушка. Формы связи влаги с материалом. Основные параметры влажного воздуха. Диаграммы состояния влажного воздуха. Равновесие при сушке. Материальный и тепловой балансы конвективной сушки. Кинетика процесса сушки. Тепло-массоперенос в процессе сушки. Кинетические кривые сушки. Периоды постоянной и падающей скоростей сушки и методы расчета скорости сушки. Методы интенсификации процессов сушки.
Конструкции сушилок. Классификация. Конвективные сушилки с неподвижным слоем высушиваемого материала (камерные, ленточные и др.). Конвективные сушилки с перемешиванием высушиваемого материала (барабанная и др.). Конвективные сушилки с псевдоожиженным слоем высушиваемого материала. Конвективные сушилки с пневмотранспортом высушиваемого материала.
Контактная сушка. Сушка под вакуумом, ее преимущества и недостатки. Сублимационная сушка. Типовые конструкции вакуум-сушилок.
Сушка инфракрасными лучами (радиационная).
Сушка токами высокой частоты.

Тема 2.7 Кристаллизация и растворение.
Общие сведения о процессе и области его применения. Методы проведения кристаллизации. Материальный и тепловой балансы процесса. Конструкции кристаллизаторов.
Растворение. Насыщенные растворы. Влияние температуры и перемешивания на растворимость.

Тема 2.8 Ионный обмен и мембранные процессы.
Общие сведения о процессе ионного обмена. Механизм процесса ионного обмена. Ионообменные материалы: классификация и их основные свойства. Области применения ионного обмена.
Общие сведения о мембранных процессах и области их практического применения. Классификация мембранных процессов. Типы мембран.

 

СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Практические занятия в количестве 28 часов имеют целью привить слушателям навыки решения практических инженерных задач, расчета отдельных аппаратов, использования основной справочной литературы.

Упражнения проводятся на занятиях по тематике, охватывающей большую часть программы. На занятиях предлагается одна общая задача, но каждый слушатель решает ее самостоятельно при консультации преподавателя. На каждом занятии решается несколько таких задач.

№ темы Содержание занятия Объем, час
Модуль 1: Гидромеханические и тепловые процессы 14
1.4 Гидростатика. Вязкость. Уравнение Бернулли. Потери давления на трение и местные сопротивления 4
1.6 Характеристика насоса на сеть. Рабочая точка 4
1.7 Тепловой баланс. Теплопередача. Средняя разность температур. Коэффициент теплопередачи 2
1.8 Расчет теплообменника 2
1.9 Выпаривание. Материальный и тепловой балансы 2
Модуль 2: Массообменные процессы 14
2.1 Массоотдача и массопередача. Коэффициенты массоотдачи и массопередачи. Движущая сила процесса 2
2.2 Абсорбция. Материальный  баланс. Расчет основных насадочных колонн 2
2.3 Материальный и тепловой балансы ректификации. Расчет ректификационных колонн 6
2.6 Сушка. Диаграмма I-х. Материальный и тепловой балансы сушилки. Расчет различных вариантов конвективных сушилок 4
Всего 28

 

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

Лабораторные работы по курсу процессов и аппаратов, проводимые на действующих типовых аппаратах и машинах или их моделях, по существу представляют небольшие по объему, но законченные самостоятельные научные исследования. Эти работы помогают слушателям практически изучить физико-химическую сущность технологических процессов, конструкции и технику обслуживания химической аппаратуры, а также определить ее важнейшие характеристики и установить факторы, влияющие на производительность и экономичность установки.

Таким образом, в лаборатории процессов и аппаратов слушатели не только знакомятся с практической стороной курса, но и приобретают навыки научного исследования. Лабораторный практикум позволяет воспитать у слушателя правильное понимание взаимосвязи научной гипотезы с опытом, закрепить теоретические знания и лучше подготовить его к практической деятельности.

Лабораторные установки, приспособленные для учебных целей, вместе с тем являются и своего рода мостом от ВУЗа к производству. Работа на действующих машинах и аппаратах при строгом соблюдении всех правил техники безопасности дает возможность воспитать у слушателей технически грамотное и уверенное обращение с заводским оборудованием.

На  проведение  всего  лабораторного  практикума отводится 48 ч.

Продолжительность одного занятия 4 часа. Перед началом каждой  лабораторной   работы   проводится  опрос  по соответствующему разделу теоретической части курса, к которому слушатели готовятся самостоятельно. В отчет по каждой лабораторной работе (на специальном бланке) входят: схема установки со спецификацией, таблицы замеряемых и рассчитываемых величин, все необходимые расчеты и графики. После выполнения лабораторных работ слушатели сдают по ним зачет.

Содержание лабораторных занятий

№ темы Содержание занятия Объем, час
Модуль 1: Гидромеханические и тепловые процессы 24
1.4 Определение гидравлических сопротивлений трубопроводов 4
1.4 Изучение гидравлики взвешенного слоя 4
1.5 Изучение работы барабанного вакуум-фильтра непрерывного действия 4
1.5 Определение скорости витания частиц и коэффициента сопротивления циклона 4
1.6 Определение характеристик центробежного вентилятора 4
1.8 Изучение процесса теплоотдачи в кожухотрубчатом теплообменнике 4
Модуль 2: Массообменные процессы 24
2.2 Определение коэффициента массопередачи в процессе абсорбции 4
2.3 Изучение процесса ректификации в тарельчатой колонне 4
2.3 Моделирование процесса ректификации на ЭВМ 4
2.4 Испытание экстракционной установки 4
2.5 Изучение процесса адсорбции в противоточном колонном аппарате со взвешенным слоем адсорбента 4
2.6 Исследование процесса сушки во взвешенном слое 4
Всего 48

Задания лабораторного практикума:

Лабораторная работа «Определение гидравлических сопротивлений трубопровода»

При разных скоростях потока в трубопроводе замерить гидравлические сопротивления и по экспериментальным данным определить численные значения коэффициента трения и коэффициентов местных сопротивлений наиболее характерных элементов трубопровода.

Лабораторная работа «Изучение гидравлики взвешенного слоя».

Определить основные характеристики взвешенного слоя по экспериментально найденной зависимости перепада давления на слое от скорости газа. 

Лабораторная работа  «Изучение работы барабанного вакуум-фильтра непрерывного действия».

Определить константы уравнения фильтрования по полученным экспериментальным данным.

Лабораторная работа «Определение скорости витания частиц и коэффициентов сопротивления циклона». 

Определить экспериментально скорость витания частиц различной формы и рассчитать коэффициент формы. Измерить при различных расходах газа гидравлическое сопротивление циклона и рассчитать коэффициент гидравлического сопротивления.

Лабораторная работа «Определение характеристик центробежного вентилятора».

Построить экспериментально найденные характеристики вентилятора в зависимости от последовательности вентилятора, построить характеристику сети и определить параметры рабочей точки вентилятора.

Лабораторная работа  «Изучение процесса теплоотдачи в кожухотрубчатом теплообменнике».

Определить экспериментально зависимость коэффициента теплоотдачи к движущему в трубах воздуха от скорости его движения.

Лабораторная работа «Определение коэффициента массопередачи в процессе абсорбции».

На основе проведенных измерений вычислить значение коэффициента массопередачи в зависимости от скорости воздуха и плотности орошения.

Лабораторная работа  «Изучение процесса ректификации в тарельчатой колонне».

Определить значение среднего коэффициента полезного действия (эффективности) тарелок для ректификационной колонны непрерывного действия.

Лабораторная работа «Моделирование процесса ректификации на ЭВМ».

При заданной концентрации исходной смеси и числа тарелок в колонне определить оптимальный номер тарелки питания для нескольких значений давления греющего пара и нескольких расходов исходной смеси. Выяснить при каком режиме работы колонны концентрация дистиллята будет наибольшей.

Лабораторная работа «Испытание экстракционной установки».

По экспериментальным данным определить объемный коэффициент массопередачи, высоту единицы переноса и степень извлечения целевого компонента из потока исходного растворителя.

Лабораторная работа  «Изучение процесса адсорбции в противоточном колонном аппарате со взвешенным слоем адсорбента».

По экспериментальным данным основных параметров процесса адсорбции определить объемный коэффициент массопередачи.

Лабораторная работа  «Исследование процесса сушки во взвешенном слое».

Определить основные характеристики процесса сушки и рассчитать тепловой КПД сушильной установки.