Класифікація процесів хімічних виробництв

1.

Класифікація процесів
хімічних виробництв
Гідромеханічні
Гідро
статика
Гідродинаміка
Переміщення
рідин
Стискання
газів
Перемішування
Осадження
Фільтрування
Псевдоожиження
Технологічні
процеси
Дифузійні
Теплові
Охолодження
Нагрівання
Випаровування
сушка
Екстракція
Перегонка
Хімічні
Конденсація
Біохімічні
Механічні
Фізикохімічні
Подрібнення
Горіння
та
вибухи
Формування
Сепарування

2. ПРИКЛАДНА ГІДРАВЛІКА

Гідравліка вивчає рідини та гази як робочі тіла технічних (гідравлічних
систем)
У широкому сенсі рідини можна розділити на крапельні та газоподібні.
У великих кількостях краплинні рідини приймають форму посудини з
утворенням поверхні розділу між рідиною і навколишнім середовищем.
Гази заповнюють посудину повністю без утворення поверхні розділу.
C молекулярно-кінетичних позицій про будову речовини відмінності
крапельних рідин і газів визначається кількістю хімічних
або силових зв'язків молекул речовини.

3. Основні поняття

3 типа крапельних рідин:
1. Ідеальна рідина - абстрактна рідина, яка характеризується абсолютною
текучістю, нестисливістю, в'язкість відсутня;
2. Реальні або в'язкі рідини (ньютоновські) – здатні змінювати свій об'єм
під дією зовнішніх умов;
3. Реологічні (не ньютоновські) рідини – мають специфічні властивості,
що змінюються при долученні напруження
Масові сили – пропорційні масі рідини і (якщо рідина однорідна) пропорційні
її об'єму. До них відносять: силу тяжіння, силу інерції
Поверхневі сили – безперервно розподілені по поверхні рідини та
пропорційні площі її поверхні. Викликані дією інших тіл, які контактують з
тією рідиною.

4.

Тепловий баланс
Q Q Q
н
где:
Q
Q
Q
н
к
п
к
п
- кількість введеної теплоти ,
- кількість теплоти, яка відводиться
- втрати теплоти
Q Q Q Q
н
Q
Q
Q
н
н
н
1
2
3
- кількість теплоти, що вводиться з вихідними речовинами;
- кількість теплоти, що вводиться з теплоносієм;
- Тепловий ефект при фізичному впливі або при хім.перетворенні

5.

Матеріальний баланс
M M M
н
где:
M
M
M
н
к
п
к
п
- Маса речовин, що надходять в апарат
- Маса одержуваних речовин
- втрати маси
Принцип Ле Шательє
Якщо на систему, що знаходиться в стійкій рівновазі, впливати
ззовні, змінюючи якусь з умов рівноваги (температура, тиск,
електромагнітне поле), то в системі посилюються процеси,
спрямовані на компенсацію зовнішнього впливу

6.

Прилади для
вимірювання тиску
барометр
манометри

7.

п’єзометр
вакуумметр

8.

закон Паскаля: тиск, прикладений до зовнішньої
поверхні рідини, передається всім точкам цієї рідини
і по всіх напрямках однаково
P1 pS1
P
p
S
P2 pS 2
Гідравлічний прес
P2 S2
P1 S1
2
d2
2
d1

9. Основне рівняння гідростатики

P1 p0dS
P2 pdS
dm dV
P3 dmg dVg
где: dm- маса елементарного об'єму
dV;
- густина рідини, кг/м3
P4 0
Умова рівноваги циліндра:
P1 P2 P3 0
Підставляємо :
po dS pdS ghdS 0
або:
p po gh
- основне рівняння гідростатики

10. Епюри гідростатичного тиску

11.

Гідродинаміка
Режими руху рідин:
Усталений рух:
Не усталений рух:
Re
< 2320 ≤
Re
wd
w – швидкість рідини,
wd
≤ 10000 >
ламінарний
турбулентний
перехідний
d – діаметр труби,
- густина рідини,
μ - динамічна в'язкість рідини,
- кінематична в'язкість рідини

12.

ГІДРАВЛІЧНИЙ РАДІУС
Re
wd
wd
Rг – Гідравлічний
радіус
Rг
Для труби або каналу
некруглого перерізу
Для круглої труби:
Для відкритого
каналу:
d 2 d
Rг
4 d 4
Bh
Rг
(2h B)
S
П
S – площа перерізу потоку,
П – змочений периметр
h
В
Еквівалентний діаметр:
d экв 4 Rг
Для закритого
каналу:
Bh
Bh
Rг
(2h 2 B) 2(h B)

13.

Диференційні рівняння руху Ейлера

14.

Диференційні рівняння
руху ідеальної рідини в
сталому режимі Ейлера

15.

16.

Рівняння Бернулі для
ідеальної рідини

17. РІВНЯННЯ БЕРНУЛЛІ ДЛЯ ІДЕАЛЬНОЇ РІДИНИ

p w2
Z
const
g 2 g
Для двох перерізів усталеного потоку ідеальної рідини:
2
2
p w
p
w
Z1 1 1 Z 2 2 2
g 2 g
g 2 g
М
1
М
2
2
w1
2g
А
2
w2
2g
p1
g
В
p2
g
Нгд
Z1
О
1
Z2
2
О

18.

РІВНЯННЯ БЕРНУЛЛІ ДЛЯ РЕАЛЬНОЇ РІДИНИ
w2
p
Z hп const
2 g g
hп – втрата напору, м
Для горизонтального трубопроводу при сталому
русі Z – const, тому може бути виключене, а
рівняння приймає вигляд:

19.

Діаграма Бернуллі для реальної
рідини
Гідравлічний напір для
похилого трубопроводу

20.

Витікання рідин
Витікання рідини через отвір в днищі
судини при постійному рівні рідини
Весь статичний напір
переходить у швидкісний
Об'єм ідеальної
рідини, що витікає з
судини за 1с:
Коефіцієнт стискання
струменю:
Коефіцієнт швидкості :
ξ – коефіцієнт
опору
f – площа перетину отвору
fc – площа перетину струменю

21.

З урахуванням стискання струменю рідини витрату рідини при
витіканні в днищі судини визначають за рівнянням:
V f
- коефіцієнт витрати
2 gH
V f
2 gH

22.

Витікання рідини через боковий отвір судини при
постійному рівні
dV , c 2 gx 2 ydx
V , c f 2 gH
f – площа перетину отвору, м2
Н – відстань від осі отвору до поверхні рідини в судині, м
Витікання при перемінному рівні рідини в судині

23.

за нескінченно малий проміжок часу з резервуара витікає кількість рідини:
f o dH fwo d
fo – площа поперечного перерізу судини, тоді:
f o dH
d
fwo
Але швидкість витікання в будь-який момент часу:
wo 2 gH
Підставимо значення wo у вираз для
d
Н – висота напору
d
f o dH
f 2 gH
А час витікання всієї рідини до рівня отвору дорівнює:
Якщо витікає тільки частина
рідини:
2 f o H1
f 2 g
2 fo
( H1
f 2 g
H2 )
сек

24.

d2
d
w1
Трубка Піто-Прандтля
1
2
Схема расходомера Вентури
Схема расходомерной диафрагмы
2
h
wl 2g h
d
1
w1
w
1
1
w2
2
2
Схема измерений, используемых
в трубке Пито-Прандтля
Схема струйного насоса
d – внутрішній діаметр трубопровода, м
h – динамічний напір стовба рідини, яка тече по трубопроводу, м
φ – коефіцієнт відношення середньої швидкості струменя рідини до максимальної
(осевої).
Зазвичай φ= 0,50-0,82.
Трубками Піто-Прандтля вимірюють динамічний тиск при швидкості потоку < 5 м/с

25.

Витратомір Вентурі
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ
I
h
II
d2
w2
d1
w1
h
2
1
d1 W
1
W2
W1
d2
1
2
Схема расходомера Вентури
Схема расходомерной диафрагмы
h
2
w1
d
1
w2
w
У витратомірі Вентурі штучно створюється перепад тиску, вимірявши який
1
2
можна розрахувати витрати рідини
1
2
Схема измерений, используемых

26.

ВИТРАТОМІРНА ДІАФРАГМА
h
РАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ
d1 W
1
W2
W1
d2
Схема расходомерной диафрагмы
2
d
1
w1
1
w2
2

27.

2
СТРУЙНИЙ НАСОС
Схема расходомерной диафрагмы
2
d
1
w1
1
w2
2
Схема струйного насоса
Інжектор – активний струмінь вводиться всередину пасивного струменя та
приводить його до руху