Общие сведения о массообменных процессах.Общие сведения о гидромеханических процессах

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего  профессионального  образования

«Самарский  государственный  технический университет»

  «Экономика промышленности» 

Кафедра 
 
 
 

                                      КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

                         по дисциплине  «"Машины и оборудование"»

                                                  
 
 

		Выполнила: студентка  4 курса ЗФ  гр. 11 Спец. 080502 Буракшаева Наталья  Сергеевна
		Проверил: доцент, к.т.н Крючков Д.А.

                                              Самара, 2012

                            Общие сведения о массообменных процессах.

          Технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую, называются массообменными процессами, а аппаратура, предназначенная для проведения этих процессов, - массообменной аппаратурой.

Основными и важнейшими из массообменных процессов  являются абсорбция, экстракция, ректификация, адсорбция и сушка.

Абсорбция – избирательное поглощение газов  или паров жидкими поглотителями  – абсорбентами. Процесс используется во многих производствах, где из смеси  газов необходимо извлечь какой  либо компонент или группу компонентов. В этом процессе имеет место переход  вещества или группы веществ из газовой  или паровой фазы в жидкую.

Экстракция (жидкостная) – извлечение растворённого в одной жидкости вещества или группы веществ другой жидкостью. Процесс используется в случаях, когда из раствора необходимо извлечь растворённое вещество или группу веществ. В этом процессе имеет место переход вещества из одной жидкой фазы в другую жидкую фазу.

Ректификация  – разделение жидкой смеси на чистые или обогащённые составляющие в результате противоточного взаимодействия потоков пара и жидкости. Процесс имеет большое значение в тех производствах, где необходимо частичное или полное разделение жидких однородных смесей на чистые компоненты или их группы. Очевидно, в этом процессе имеет место переход вещества из жидкой фазы в паровую, и наоборот.

Адсорбция – избирательное поглощение газов, паров или растворённых в жидкостях веществ твёрдым поглотителем – адсорбентом, способным поглощать одно или несколько веществ из их смеси. Процесс используется во многих производствах, где из смеси газов, паров или растворённых веществ необходимо извлечение того или другого вещества. В этом процессе вещества переходят из газовой или жидкой фаз в твёрдую.

Сушка – удаление влаги из твёрдых влажных материалов путём её испарения. При этом процессе имеет место переход влаги из твёрдого влажного материала в паровую или газовую среду.

Для всех перечисленных процессов общим  является переход вещества из одной  фазы в другую, или массопередача. Переход вещества из одной фазы в  другую связан с явлениями конвективного переноса и молекулярной диффузии, поэтому перечисленные выше процессы получили название массообменных, или диффузионных процессов.

Массопередача – переход вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия.

 
                                                    Сушильные аппараты

СУШКА, удаление жидкости (чаще всего влаги-воды, реже иных жидкостей) из веществ и материалов тепловыми способами. Осуществляется путем испарения жидкости и отвода образовавшихся паров при подводе к высушиваемому материалу теплоты, чаще всего с помощью так называемых сушильных агентов (нагретый воздух, топочные газы и их смеси с воздухом, инертные, перегретый пар). Сушке подвергают влажные тела: твердые - коллоидные, зернистые, порошкообразные, кусковые, гранулированные, листовые, тканые и др. (эта группа высушиваемых материалов наиболее распространена); патообразные; жидкие-суспензии, эмульсии, растворы.

      Цель  сушки, широко применяемой в производствах  химико-лесного комплекса, сельском хозяйстве, пищевой, строительной материалов, кожевенной, легкой и др. отраслях народного  хозяйства, улучшение качества веществ  и материалов, подготовка их к переработке, использованию, транспортированию  и хранению. Данный процесс часто  является последней технологической  операцией, предшествующей выпуску  готового продукта. При этом жидкость предварительно удаляют более дешевыми механическими способами, окончательно-тепловыми.

Естественную  сушку на открытом воздухе из-за значит продолжительности используют крайне редко и главным образом в районах с теплым климатом. В химических производствах применяют, как правило, искусственную сушку, проводимую в специальных сушильных установках, в состав которых входят: сушильный аппарат, или сушилка, где непосредственно протекает процесс; вспомогательное оборудование - теплообменные аппараты (калориферы), тяго-дутьевое устройство (вентилятор, воздуходувка) и система пылеочистки соответственно для нагревания сушильного агента, пропускания его через сушилку и отделения от высушенного продукта.

По способу  подвода теплоты к влажному телу различают следующие виды сушки: конвективную (в потоке нагретого  сушильного агента, выполняющего одновременно функции теплоносителя и влагоносителя- транспортирующей среды, в которую переходит удаляемая влага, и в ряде случаев способствующего созданию необходимой гидродинамической обстановки); контактную (при соприкосновении тела с нагретой поверхностью); диэлектрическую (токами высокой частоты); сублимационную (вымораживанием в вакууме); радиационную (ИК излучением); акустическую (с помощью ультразвука). В народном хозяйстве используют преимущественно первые два вида, в химических производствах - конвективную. Остальные виды применяют весьма редко и называются  обычно специальными видами сушки.

                                             Конвективные сушилки.

      Необходимая для сушки теплота обычно доставляется нагретым воздухом, топочными газами либо их смесью с воздухом. Если не допускается  соприкосновение высушиваемого  материала с кислородом воздуха  или если пары удаляемой влаги  огнеопасны, сушильными агентами служат инертные газы (азот, СО2 и др.) либо перегретый водяной пар. В простейшем случае сушильный процесс осуществляется таким образом, что сушильный  агент, нагретый до температуры, предельно  допустимой для высушиваемого материала, однократно используется в аппарате. Для термолабильных материалов (напр. полиэтилена) сушильный агент только частично подогревается в основном калорифере, а остальную теплоту  получает в дополнительных калориферах, установленных в сушильной камере. В случае материалов, сушка которых  требует (для предотвращения усадки) повышения влагосодержания теплоносителя  и невысоких температурах (напр. древесина, формованные керамические изделия), применяют сушилки с  рециркуляцией части отработанного  воздуха, а также сушилки с  промежуточным его подогревом между  отдельными зонами и одновременной  рециркуляцией. Для сушки огне- и  взрывоопасных материалов или при  удалении из высушиваемых материалов ценных продуктов (углеводороды, спирты, эфиры и др.) используют сушилки  с замкнутой циркуляцией потока инертных газов либо воздуха.

                                                    Камерные сушилки.

В них  высушиваемый материал находится неподвижно на полках, установленных в одной  или нескольких сушильных камерах. Засасываемый вентилятором и нагретый в калориферах воздух проходит между  полками над материалом. Сушилки  работают периодически при атм. давлении и применяются в малотоннажных  производствах для материалов с  невысокой температурой сушки (напр., красители).

                                                      Туннельные сушилки

По своей  сути являются камерными сушилками  непрерывного действия. Представляют собой длинные (типа коридора) камеры, внутри которых по рельсам перемещаются тележки (вагонетки) с лежащим на лотках или противнях высушиваемым материалом. Нагретый воздух обтекает лотки прямо- или противотоком; возможна рециркуляция воздуха. Эти сушилки  используют для сушки кирпича, керамических изделий, окрашенных и лакированных металлических поверхностей, пищевых  продуктов и т.п.

Рисунок 1 Туннельная сушилка (1-камера (коридор); 2-вагонетки; 3-вентиляторы; 4-калориферы). 

Туннельные  сушилки загружаются постепенно и равномерно. Вагонетки с кирпичом продвигаются через сушилку и  проходят последовательно зоны с  разной температурой и влажностью. Туннельные сушилки лучше всего  применять для сушки кирпича  из сырья среднего состава. Применяются  при производстве однотипных изделий  строительной керамики. Очень хорошо «держат» режим сушки при постоянной и равномерной загрузке кирпича-сырца.

                                            Процесс сушки кирпича-сырца.

Глина, с точки зрения сушки, это смесь  минералов, состоящая по массе более  чем на 50 % из частиц до 0,01 мм. К тонким глинам относятся частицы менее 0,2 мкм, к средним 0,2—0,5 мкм и крупнозернистым 0,5—2 мкм. В объёме кирпича-сырца  есть множество капилляров сложной  конфигурации и разных размеров, образованных глинистыми частицами при формовке.

Глины дают с водой массу, которая после  высыхания сохраняет форму, а  после обжига приобретает свойства камня. Пластичность объясняется проникновением воды, хорошего природного растворителя, между отдельными частицами минералов  глины. Свойства глины с водой  важны при формовке и сушке  кирпича, а химический состав определяет свойства изделий во время обжига и после обжига.

Чувствительность  глины к сушке зависит от процентного  соотношения «глинистых» и «песчаных» частиц. Чем больше в глине «глинистых»  частиц, тем труднее удалить воду из кирпича-сырца без образования  трещин при сушке и тем больше прочность кирпича после обжига. Пригодность глины для производства кирпича определяется лабораторными  испытаниями.

Если  в начале сушилки в сырце образуется много паров воды, то их давление может превысить предел прочности  сырца и появится трещина. Поэтому  температура в первой зоне сушилки  должна быть такой, чтобы давление паров  воды не разрушало сырец. В третьей  зоне сушилки прочность сырца  достаточна для повышения температуры  и увеличения скорости сушки.

Недостаток  туннельных сушилок в том, что  в них наблюдается расслоение теплоносителя и более интенсивная  сушка сырца на верхних полках. Устранение расслоения и равномерная  сушка сырца по высоте туннеля  достигаются перемешиванием теплоносителя  в туннеле путем устройства воздушных  завес за счет дополнительной подачи воздуха сверху в отдельных местах туннеля струйками с большой  скоростью.

Туннельные  сушилки отличаются от камерных рядом  преимуществ. Сушка в них идет при установившемся режиме, без регулирования; создаются более благоприятные  условия для сушки — свежесформованный  кирпич-сырец попадает в среду  влажного с небольшой температурой теплоносителя. По мере высыхания сырца  и продвижения вагонеток к  выгрузочному концу кирпич-сырец  встречает теплоноситель с более  высокой температурой и менее  насыщенный влагой, что снижает неравномерность  сушки. Сроки сушки в туннельных сушилках меньше.

Однако  это достигается лишь при условии  правильного подбора температуры, влажности, скорости и количества теплоносителя, а также наиболее рациональной укладки  высушиваемых изделий на вагонетках.

В туннельных сушилках кирпич-сырец сушат за 12—50 ч при температуре теплоносителя 50—80° С, температуре отработанного  теплоносителя 25—40° С и расходе  теплоносителя на один туннель 3000—1000 л3/ч.

      В противоточных сушилках причинами  неравномерной сушки изделий  по поперечному сечению туннелей являются следующие:

• наличие в поперечном сечении туннелей не заполненных кирпичом-сырцом пространств — подвагонеточного, пристеночного и подпотолочного;
• неодинаковая температура теплоносителя по высоте туннеля — обычно вверху более высокая температура, а внизу — более низкая.