Расчет трубчатого теплообменника

–перемешивание  групп частиц из одного положения в другое

–конвективное смешивание;

–перемена позиции единичными частицами слоя

–диффузионное смешивание;

–рассеяние  единичных частиц под влиянием их столкновений или ударов о стенки аппарата

–ударное  смешивание;

–деформация и растирание частиц

–измельчение.

 

Пневматическое перемешивание  осуществляется  с помощью сжатого газа (в большинстве случаев воздуха), пропускаемого через слой перемешиваемой жидкости. 

Циркуляционное перемешивание осуществляется с помощью насоса, перекачивающего жидкость по замкнутой системе «смеситель –насос–смеситель».

Интенсивность циркуляционного перемешивания  зависит от кратности циркуляции, т.е.отношения подач и циркуляционного  насоса в единицу времени к  объему жидкости в аппарате. В ряде случаев вместо насосов могут  применяться паровые инжекторы.

Статическое смешивание жидкостей невысокой вязкости, а также газа с ж идкостью осуществляется в статических смесителях за счет кинетической энергии жидкостей или газов.

Статические смесители устанавливают  в трубопроводах перед реактором  или другой аппаратурой или непосредственно в реакционном аппарате.

Механическое перемешивание используют для получения гомогенных и гетерогенных систем, а также для интенсификации гидромеханических процессов (диспергирования), тепло -и массообменных, био-химических процессов в системах « жидкость –жидкость» , « газ–

жидкость» и « газ  –жидкость–твердое  тело» . Осуществляют его с помощью  различных перемешивающих устройств  –мешалок. Мешалка представляет собой  комбинацию лопастей, насаженных на вращающийся  вал.

15.Пастеризация — процесс одноразового нагревания чаще всего жидких продуктов или веществ до 60 °C в течение 60 минут или при температуре 70—80 °C в течение 30 мин. Технология была предложена в середине XIX века французским микробиологом Луи Пастером. Применяется для обеззараживания пищевых продуктов, а также для продления срока их хранения.

При такой обработке в продукте погибают вегетативные формы микроорганизмов, однако споры остаются в жизнеспособном состоянии и при возникновении благоприятных условий начинают интенсивно развиваться. Поэтому пастеризованные продукты (молоко, пиво и др.) хранят при пониженных температурах в течение ограниченного периода времени. Считается, что пищевая ценность продуктов при пастеризации практически не изменяется, так как сохраняются вкусовые качества и ценные компоненты (витамины, ферменты).

В зависимости от вида и свойств пищевого сырья используют разные режимы пастеризации.

Различают: 
длительную (при температуре 63—65 °C в течение 30—40 мин) 
короткую (при температуре 85—90 °C в течение 0,5—1 мин)  
мгновенную пастеризацию (при температуре 98 °C в течение нескольких секунд).

Критерий Пастера.

Для оценки эффекта  пастеризации Г.А. Кук ввел критерий Пастера, который представляет собой  отношение действительной продолжительности  пребывания продукта при бактерицидной  температуре к теоретической:

где   - действительное время нахождения продукта при температуре пастеризации.

Идеальным вариантом  проведения пастеризации является условие, при котором Ра=1.

При Ра > 1 продукт  при температуре пастеризации находится  более продолжительный период, чем  максимально возможный период, определённый условиями пастеризации. При этом могут существенным образом изменяться физико-химические свойства продукта, что не желательно.

При Ра < 1 эффект пастеризации не будет достигнут.

Поэтому эффективность  пастеризации зависит также от количественного  и качественного состава микрофлоры жидкостей, которые подвергаются пастеризации.

Существуют три  режима пастеризации[1, стр.306].:

продолжительная - при температуре 63...65 °С на протяжении 20...30 мин.,

кратковременная (быстрая) - при 75 °С экспозиция, длящаяся от нескольких секунд до 5 мин.,

мгновенная (или  высокотемпературная) -при 90...93 °С без  выдержки.

Выбор режимов  пастеризации определяется технологическими условиями и свойствами продукта. В подавляющем большинстве случаев  пастеризацию следует проводить в кратковременном или мгновенном режиме. Тем не менее, если продукт содержит компоненты, которые отличаются низкой термостойкостью (под действием высоких температур быстро разрушаются), то следует применять продолжительную пастеризацию.

 

 

16. . Классификация по организационно-техническому признаку

 

Классификация по организационно-технической структуре.

-Периодические – через  опред промежутки времени загрузка-выгрузка)

-Неперерывные – в  проточных аппаратах, все стадии  – одновременно, но разобщены  в пространстве

-Комбинированные –  на отдельных стадиях непрерывно, на других – переодически

 

17.Виды теплообмена.  Закон Стефана-Больцмана.

Теплообмен — самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым.

Теплота (количество теплоты) — энергетическая характеритика процесса теплообмена, которая определяется количеством энергии, отдаваемой или получаемой телом в процессе теплообмена.

К теплообменным  относятся такие технологические процессы, скорость которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты: нагревание, испарение (в том числе выпаривание), охлаждение, конденсация.

Аппараты, в  которых проводят эти процессы, чазывают теплообменными.

Передача теплоты может осуществляться:

-теплопроводностью - процесс переноса тепловой энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц.

-тепловым излучением – теплота передается с помощью электро-магнитных волн

-конвективным теплообменом (теплоотдачей) - процесс теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой.

 

Закон Стефана  — Больцмана — закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры. Формулировка закона:

Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела:

P = SεσT4,

где ε - степень черноты (для всех веществ ε < 1, для абсолютно  черного тела ε = 1)

18. Понятие термодиффузии

ТЕРМОДИФФУЗИЯ (термическая или тепловая диффузия) - диффузия, обусловленная наличием в среде (растворе, смеси) градиента температуры. При термодиффузии концентрация компонентов в областях пониженной и повышенной температур различна.

Если разность темп-р  поддерживается постоянной, то вследствие Т. в объёме смеси возникает градиент концентрации, что вызывает также и обычную диффузию. В стационарных условиях при отсутствии потока в-ва Т. уравновешивается обычной диффузией, и в объёме возникает разность концентраций, к-рая может быть использована для разделения изотопов.

В бинарной смеси при  пост. давлении в отсутствие внеш. сил  полный диффуз. поток в-ва равен: ji= -nD12grad ci-n(Dt/T)gradT,

где D12 - коэфф. диффузии, Dt - коэфф. Т., n - число ч-ц смеси  в ед. объёма, ci=ni/n - концентрация ч-ц i-того компонента (i=1, 2).

Распределение концентрации в стационарном состоянии может  быть найдено из условия ji=0, откуда

gradci=-(kT/T)gradT,

где kT=DT/Dl2- термодиффуз. отношение, пропорц. произведению концентраций компонент.

Коэфф. Т. сильно зависит от межмолекулярного взаимодействия, поэтому его изучение позволяет исследовать межмол. силы в газах.

19.Основы теории моделирования.Математическое моделирование.

Моделировани- метод изучения процессов и аппаратов,в кот. вместо оригинала исследуется модель, а рез-ты исследования переносятся на оригинал.

Математическое  моделирование - изучение процессов на основе составления уравнений

цель:выявление влияния изменения основных параметров процесса на его ход и определения оптимальных условий при процессе.

2 подхода:

- детерминированный основан на детальном обследовании явлений,предопределенных ход исследованного процесса(требуется большое кол-во данных)

-стохастический- использ. данные на входе и на выходе процесса

3 составляющих:

1)формализация(составление  уравнений)

2)выбор способа решения  уравнений

3)установление адекватности  принятие модели по отношению  к реальному аппарату

Основные  положения теории подобия(условия):

1)процессы,происходящие  в модели и натур. аппарате  должны описываться одинаково  дифференциальными или критериальными  уравнениями

2)модель должна быть  геометрич. подобна натуральному  образцу

3)значение начальных  и граничных условий в ходе процесса,выражается в виде критериев,должны быть одинаковы для модели и натурального образца

4)все критерии,безразмерные  комплексы физических и геометр.  велечин,оказывающих влияние на  процесс во все сходных точках  модели и натурального образца должны быть равны

20.Скорость  фильтрования.Основные виды фильтров  

скорость фильтрования - объем фильтрата, получаемый за единицу времени с единицы поверхности фильтра. Скорость фильтрования прямо пропорциональна разности давлений  , обратно пропорциональна вязкости фильтрата   и сопротивлению фильтрующей среды, т.е. сумме сопротивлений слоя осадка   и фильтрующей перегородки . В большинстве случаев   существенно больше  . Толщина осадка  , а следовательно и его сопротивление в процессе фильтрования увеличивается, в том числе и за счет его сжатия под действием   и закупорки каналов мелкими частицами. 

21

Если тела образуют замкнутую  систему и между ними происходит только теплообмен, то алгебраическая сумма полученных Qn и отданных Q0 энергий равна нулю:  
 
Qn + Q0 =0  
 
Полученная Qn и отданная Q0 теплоты численно равны, но Qn берется со знаком плюс, a Q0 - со знаком минус. 

Итак, изменить внутреннюю энергию системы можно двумя  способами: путем совершения работы (дельта U₁ = A) и путем сообщения системе количества теплоты (дельта U₂ = Q).

22Основные  понятия теории моделирования

Моделирование – это  процесс замещения изучаемого объекта  другим

с целью получения  информации о важнейших свойствах  объекта-оригинала с 

помощью объекта-модели, т.е. моделирование, может быть еще определено

как представление объекта  моделью для получения информации об этом объ-

екте путем проведения экспериментов с его моделью.

В основе моделирования  лежит теория подобия, которая утверждает,

что абсолютное подобие  может иметь место лишь при замене одного объекта

другим точно таким  же. При моделировании абсолютное подобие не имеет 

места, поэтому необходимо стремятся к тому, чтобы модель достаточно хо-

рошо отображала исследуемую  сторону функционирования объекта.

Классификация видов  моделирования

В качестве одного из первых признаков классификации видов  модели-

рования можно выбрать  степень полноты модели и разделить  модели в со-

ответствии с этим признаком на полные, неполные и  приближенные. В осно-

ве полного моделирования  лежит «полное» подобие, которое проявляется как

во времени, так и  в пространстве. Для неполного  моделирования характерно

неполное подобие модели изучаемому объекту. В основе приближенного  мо-

делирования лежит приближенное подобие, при котором некоторые  стороны 

функционирования реального объекта не моделируются совсем.

Классификация видов  моделирования

В зависимости от характера  изучаемых процессов все виды моделиро-

вания могут быть разделены  на детерминированные и стохастические, стати-

ческие и динамические, дискретные, непрерывные и дискретно-

непрерывные.

Детерминированное моделирование  отображает процессы, в которых 

предполагается отсутствие всяких случайных воздействий.

Стохастическое моделирование  отображает вероятностные процессы

и события. В этом случае анализируется ряд реализаций случайного процес-

са, и оцениваются средние  характеристики, т. е. набор однородных реализа-

ций.

Статическое моделирование  служит для описания поведения объекта 

в какой-либо момент времени, а динамическое моделирование отражает

поведение объекта во времени.

В зависимости от формы  представления объекта можно  выделить мыс-

ленное и реальное моделирование.

Мысленное моделирование  часто является единственным способом

моделирования объектов, которые либо практически нереализуемы в задан-

ном интервале времени, либо существуют вне условий, возможных  для их

физического создания. Мысленное  моделирование может быть реализовано  в 

виде наглядного, символического и математического. При наглядном  моде-

лировании, на базе представлений человека о реальных объектах создаются

различные наглядные  модели, отображающие явления и процессы, проте-

кающие в объекте. В  основу гипотетического моделирования  исследовате-

лем закладывается некоторая  гипотеза о закономерностях протекания про-

цесса в реальном объекте, которая отражает уровень знаний исследователя об

объекте и базируется на причинно-следственных связях между  входом и вы-

ходом изучаемого объекта. Гипотетическое моделирование используется, ко-

гда знаний об объекте  недостаточно для построения формальных моделей.

Аналоговое моделирование  основывается на применении аналогий

различных уровней. Наивысшим  уровнем является полная аналогия, имею-

щая место только для  достаточно простых объектов. С усложнением  объекта