Николаев Г.И. - Процессы и аппараты химической технологии. Рабочая программа, методические указания и контрольные задания

Министерство образования Российской ФедерацииВосточно-Сибирский Государственныйтехнологический университетПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИРабочая программа, методические указания и контрольныезадания для студентов – заочниковспециальности 0701.00 – БиотехнологияСоставитель: Николаев Г. И.Улан-Удэ, 2001ББК 20.18Исполнитель: Николаев Г. И.Методические указания по курсу «Процессы и аппараты химической технологии», / Г. И.Николаев /, Улан-Удэ, 2001,Программа курса, рассчитанная на подготовку химика – технолога широкого профиля, охватывает все типовые процессы химической технологии с точки зрения их теоретическогообоснования, выбора оптимальных параметров, методики расчета и аппаратурного оформления. Цель курса – научить студента рациональному выбору конструкции и научному расчетумашин и аппаратов для определенных биотехнологических процессов, а также методам целесообразной промышленной эксплуатации этого производственного оборудования для достижения максимальной производительности при минимальных затратах.ISBN 5-89230-066-8 Николаев Г.

И.2001 г.ВВЕДЕНИЕПрограмма курса, рассчитанная на подготовку химика – технолога широкого профиля, охватывает все типовые процессы химической технологии с точки зрения их теоретического обоснования, выбора оптимальных параметров, методики расчета и аппаратурногооформления. Цель курса – научить студента рациональному выбору конструкции и научномурасчету машин и аппаратов для определенных биотехнологических процессов, а также методам целесообразной промышленной эксплуатации этого производственного оборудованиядля достижения максимальной производительности при минимальных затратах.Курс состоит из трех разделов:1. Гидродинамические и механические процессы.2. Тепловые процессы.3.

Диффузионные процессы.Прежде всего следует уяснить сущность и задачи курса, а затем приступить к изучению его в той последовательности, которая изложена в программе.Каждую тему надо сначала прочитать по учебнику (используя конспекты обзорныхлекций), чтобы получить общее представление о ней. После этого разобрать примеры, которые есть в учебнике, затем ответить на вопросы для самопроверки, приведенные в методических указаниях.Условия каждого задания должны быть написаны четко. В тексте решений надо приводить краткие пояснения перед каждым вычислением. Если требуется привести схему, тосначала надо ее нарисовать, а затем написать к ней краткое исчерпывающее объяснение.При решении задач сначала приводится формула, затем выписываются все величины,входящие в нее, после этого в формулу подставляются цифры и определяется искомая величина с указанием ее размерности.В заключение выполняется курсовой проект по теме, выданной преподавателем. Привыполнении курсового проекта следует использовать методические указания к курсовомупроектированию.Рабочая программа, методические указания ивопросы для самопроверки.I.Гидродинамические и механические процессы.Тема 1.

Основы гидравлики.Некоторые физические свойства жидкостей. Понятие капельной и упругой жидкостей.Гидростатика. Гидростатическое давление. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости Эйлер. Основное уравнение гидростатики. Практические приложения основного уравнения гидростатики. Приборы, измеряющие гидростатические давления.Гидродинамика. Вязкие и невязкие жидкости. Вязкость жидкостей и газов.

ЗаконНьютона. Динамический и кинематический коэффициенты вязкости.Режимы движения вязкой жидкости. Число Рейнольдса. Понятие ламинарного итурбулентного характера движения жидкости. Уравнение расхода. Уравнение сплошностиили неразрывности потока. Дифференциальные уравнения движения жидкости Эйлера.Уравнение Бернулли. Физические смыслы уравнения Бернулли. Уравнение Бернулли для целого потока реальной жидкости. Потери энергии по длине трубопровода. ФормулаВейсбаха-Дарси. Коэффициент Дарси. Потери энергии при транспортировании жидкостей игазов по трубам.

Практические приложения уравнения Бернулли.Гидравлический расчет трубопроводов: простых и сложных, длинных и коротких.Истечение жидкости через отверстия и насадки.Движение жидкостей через неподвижные зернистые и пористые слои. Гидродинамика кипящих (псевдосжиженных) зернистых слоев. Элементы гидродинамики двухфазныхпотоков. Барботаж.

Структура потоков и распределение времени пребывания жидкости в аппаратах: идеальное вытеснение и идеальное смешение.Тема 2. Перемещение жидкостей (насосы).Классификация насосов.Центробежные насосы. Уравнение Эйлера. Предельная высота всасывания. Формулыпропорциональности. Рабочие характеристики насосов. Работа центробежного насоса насеть. Параллельное и последовательное соединение насосов.Устройства для перемещения жидкостей посредством пара, воды и сжатого воздуха(газа).

Пароструйные насосы. Водоструйные насосы. Монтежю. Газлифты. Сифоны.Поршневые насосы. Насосы простого и многократного действия. Диаграмма подачинасоса. Предельная высота всасывания. Потери напора на преодоления сил инерции. Воздушные колпаки. Индикаторная диаграмма. Общая характеристика поршневых насосов.Конструкции поршневых насосов.Тема 3. Перемещение и сжатие газов.Классификация машин для сжатия и перемещения газов.Поршневые компрессоры.

Индикаторная диаграмма компрессора. Коэффициент подачи и предел сжатия. Многоступенчатое сжатие. Мощность, потребляемая компрессором. Основные типы и конструкции поршневых компрессоров.Вакуум-насосы. Основные конструкции: поршневые, ротационные, водокольцевые имасляные, водо- и пароструйные.Вентиляторы. Центробежные вентиляторы.

Рабочие характеристики. Осевые вентиляторы.Газгольдеры. Мокрые и сухие газгольдеры низкого давления. Газгольдеры высокогодавления.Тема 4. Разделение газовых и жидких неоднородных систем.Классификация неоднородных систем.Отстаивание и декантация. Производительность отстойников. Конструкции отстойных аппаратов периодического и непрерывного действия.Фильтрование. Характеристика работы фильтра.

Характеристика осадков. Уравнениефильтрации. Определение констант фильтрации.Фильтры периодического действия. Нутч-фильтры. Фильтрпрессы. Листовые и патронные фильтры. Вакуум-фильтры непрерывного действия: барабанные, дисковые, тарельчатые, ленточные. Фильтры непрерывного действия, работающие под давлением.Центрифугирование. Фактор разделения. Классификация центрифуг. Давление настенку барабана. Скорость фильтрации и осаждения при центрифугировании. Расход энергии.Центрифуги периодического, полунепрерывного и непрерывного действия. Сепараторы.

Трубчатые сверхцентрифуги.Гидроциклоны.Очистка газов под действием силы тяжести. Конструкции пылеосадительных камер.Очистка газов под действием центробежной силы. Конструкции циклонов.Стерилизация воздуха. Теоретические основы осаждения аэрозолей. Седиментацияаэрозолей на горизонтальных волокнах. Электростатическое притяжение. Действие Ван-дерваальсовых сил. Проектирование и эксплуатация аэрозольного фильтра. Технологическаясхема получения стерильного сжатого воздуха. Аэрозольный фильтр конструкции Гипромедпрома.Тема 5.

Перемешивание в жидкой среде при ферментации.Перемешивание в процессе ферментации. Выбор мешалок. Влияние циркуляции жидкости в сосуде на аэрацию. Влияние турбулентного движения на массопередачу. Выбор диаметра мешалки и скорость ее вращения. Расход энергии на перемешивание жидкости. Расходна перемешивание в системе газ –культуральная жидкость. Регулирование аэрации и перемешивания. Передача крутящегомомента от двигателя к мешалке. Конструкции ферментаторов, основанные на других методах аэрации и перемешивания. Перемешивание сжатым воздухом и паром (барботирование).Литература: /1/, /2/, /3/, /4/.II.Тепловые и диффузионные процессы.Тема 1. Теплопередача в биотехнологических процессах.Механизм процесса теплообмена. Основные уравнения теплообмена: теплоотдачи,теплопроводности и теплопередачи.

Коэффициенты теплообмена, их физические смыслы.Теплоотдача при вынужденном и свободном движении. Теплоотдача при кипениижидкостей и конденсации паров.Теплоотдача при непосредственном соприкосновении теплоносителей (в кипящемслое и скрубберах).Теплоотдача при постоянных и переменных температурах. Выбор направления потокатеплоносителей. Средняя разность температур. Определение теплообменной поверхноститепловых аппаратов.Тема 2. Нагревание и охлаждение при стерилизации питательных сред.Источники тепла, методы нагревания и их технико-экономическая характеристика.Нагревание водяным паром, топочными газами, минеральными маслами, водой, органическими теплоносителями, расплавленными солями и металлами.

Нагревание электрическимтоком.Охлаждающие агенты, способы охлаждения и конденсации. Охлаждение до обычныхи низких температур. Конденсация паров.Стерилизация питательных сред. Влияние температуры на скорость процесса. Выбортемпературы стерилизации питательной среды. Схема подготовки питательной среды. Нагреватель. Выдерживатель. Холодильник. Регенераторы.Гидравлическое сопротивление теплообменных аппаратов.Тема 3. Выпаривание.Технические методы выпаривания: выпаривание с непосредственным газовым обогревом, выпаривание с глухим паровым и газовым обогревом.Однокорпусное выпаривание.