Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов

ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ Часть I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ Глава 1. МЕХАНИЗМЫ И УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА СУБСТАНЦИЙ 1.1. Механизмы переноса 1.1.1. Молекулярный механизм 1.1.2. Конвективный механизм 1.1.3. Турбулентный механизм 1.2. Условия макроскопического проявления и направление процессов переноса 1.3. Уравнения переноса 1.3.1. Перенос массы 1.3.2. Перенос энергии 1.3.3. Перенос импульса Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 2. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ 2.1. Закон сохранения массы 2.1.1. Интегральная форма закона сохранения массы 2.1.2. Локальная форма закона сохранения массы 2.2. Закон сохранения энергии 2.2.1. Интегральная форма закона сохранения энергии 2.2.2. Локальная форма закона сохранения энергии 2.3. Закон сохранения импульса 2.3.1. Интегральная форма закона сохранения импульса 2.3.2. Локальная форма закона сохранения импульса 2.4. Теоретическое описание процессов переноса 2.4.1. Условия однозначности 2.4.2. Поля скорости, давления, температуры и концентраций, понятие о пограничных слоях 2.4.3. Аналогия процессов переноса Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ 3.1. Математическое моделирование 3.2. Физическое моделирование 3.2.1. Теория подобия 3.2.2. Основные этапы физического моделирования 3.3. Проблема масштабного перехода при проектировании промышленных аппаратов 3.4. Моделирование гидродинамической структуры потоков в аппаратах 3.4.1. Структура потоков и ее характеристики 3.4.2. Математическое моделирование структуры потоков 3.4.3. Физическое моделирование структуры потоков Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 4. МЕЖФАЗНЫЙ ПЕРЕНОС СУБСТАНЦИЙ 4.1. Уравнения массо-, тепло- и импульсоотдачи 4.1.1. Локальная форма уравнений 4.1.2. Интегральная форма уравнений 4.1.3. Влияние структуры потока в аппарате на движущую силу процесса 4.2. Нахождение коэффициентов массо-, тепло- и импульсоотдачи, подобие соответствующих процессов 4.3. Аналогия процессов массо-, тепло- и импульсоотдачи 4.4. Уравнения массо-, тепло- и импульсопередачи 4.4.1. Локальная форма уравнений 4.4.2. Интегральная форма уравнений Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Часть II. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ Глава 5. ГИДРОМЕХАНИКА 5.1. Гидростатика 5.1.1. Абсолютный покой 5.1.2. Относительный покой 5.2. Характеристики движения сред 5.3. Течение в цилиндрической трубе 5.3.1. Ламинарный режим течения 5.3.2. Турбулентный режим течения 5.4. Пленочное течение жидкости 5.4.1 Ламинарный безволновой режим движения 5.4.2. Турбулентный режим движения 5.4.3. Движение пленки жидкости, взаимодействующей с газовым потоком 5.5. Физическое моделирование импульсообмена 5.5.1. Истечение жидкости из отверстий 5.5.2. Обтекание твердых тел 5.5.3. Образование и движение газовых пузырей и капель 5.5.4. Движение сред через слои зернистых материалов и насадок 5.5.5. Псевдоожиженные слои 5.5.6. Пневмотранспорт и гидротранспорт 5.6. Расчет гидравлического сопротивления аппаратов и оптимизация движения в них 5.7. Движение неньютоновских жидкостей Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 6. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ. СЖАТИЕ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ГАЗОВ 6.1. Насосы 6.1.1. Классификация насосов и их основные характеристики 6.1.2. Динамические насосы 6.1.3. Объемные насосы 6.1.4. Сравнительный анализ работы насосов различных типов 6.2. Компрессорные машины 6.2.1. Классификация компрессорных машин и их основные характеристики 6.2.2. Объемные компрессоры 6.2.3. Динамические компрессоры 6.2.4. Вакуум-насосы 6.2.5. Сравнительный анализ работы компрессорных машин 6.2.6. Генерация, сжатие и транспортирование паров Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 7. РАЗДЕЛЕНИЕ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ 7.1. Осаждение 7.1.1. Отстаивание 7.1.2. Отстойники 7.1.3. Осаждение под действием центробежных сил 7.1.4. Циклоны и осадительные центрифуги 7.2. Фильтрование 7.2.1. Фильтрование суспензий 7.2.2. Фильтры 7.2.3. Фильтрующие центрифуги 7.2.4. Уравнения фильтрования и расчет фильтров 7.2.5. Очистка газов фильтрованием 7.3. Мокрая очистка газов 7.4. Очистка газов в электрическом поле (электроосаждение) 7.5. Выбор аппаратов для разделения неоднородных систем Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 8. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ЖИДКИХ СРЕДАХ 8.1. Механическое перемешивание 8.1.1. Классификация и конструкции мешалок 8.1.2. Движение жидкости в аппаратах с мешалками 8.1.3. Физическое моделирование аппаратов с мешалками 8.1.4. Расчет мешалок 8.2. Пневматическое перемешивание 8.3. Другие способы перемешивания 8.3.1. Перемешивание в трубопроводах 8.3.2. Перемешивание инжекционными смесителями 8.3.3. Циркуляционное перемешивание Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Часть III. ТЕПЛООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ Глава 9. ТЕПЛООБМЕН 9.1. Кондуктивный теплообмен 9.2. Конвективный теплообмен 9.2.1. Гидродинамический и тепловой пограничные слои на плоской пластине 9.2.2. Теплообмен в трубах 9.2.3. Физическое моделирование конвективного теплообмена 9.3. Теплообмен излучением 9.4. Нестационарный теплообмен 9.5. Оптимизация теплообмена Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 10. ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА 10.1. Основные виды теплоносителей 10.1.1. Нагревающие агенты 10.1.2. Охлаждающие агенты 10.2. Классификация и конструкции теплообменных аппаратов 10.3. Расчет теплообменных аппаратов Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 11. ВЫПАРИВАНИЕ 11.1. Общие сведения, способы выпаривания 11.2. Классификация выпарных аппаратов 11.3. Конструкции выпарных аппаратов 11.4. Многокорпусные выпарные установки 11.5. Материальный и тепловой балансы однокорпусной выпарной установки 11.6. Материальный и тепловой балансы многокорпусной выпарной установки 11.7. Температурные потери 11.8. Распределение полезной разности температур по корпусам 11.9. Расчет многокорпусной выпарной установки Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 12. МАССООБМЕН 12.1. Фазовые равновесия 12.2. Различные модификации уравнений массоотдачи и массопередачи 12.2.1. Уравнения материального баланса, рабочих и равновесных линий массообменных процессов 12.2.2. Уравнение массопередачи в локальной форме 12.2.3. Интегральная форма уравнения массопередачи 12.2.4. Объемные коэффициенты массоотдачи и массопередачи 12.2.5. Число и высота единиц переноса 12.3. Аналогия тепло- и массообмена 12.4. Упрощенные модели массоотдачи 12.5. Массообмен с тонкой пленкой жидкости 12.6. Физическое моделирование массообмена 12.7. Основы классификации и расчета массообменных аппаратов 12.7.1. Классификация массообменных аппаратов 12.7.2. Схема технологического расчета аппарата с непрерывным контактом фаз 12.7.3. Специфика расчета аппарата со ступенчатым контактом фаз 12.8. Массоперенос в многокомпонентных системах* 12.8.1. Уравнения массоотдачи 12.8.2. Уравнения массопередачи 12.8.3. Расчет аппаратов с непрерывным контактом фаз 12.8.4. Расчет аппаратов со ступенчатым контактом фаз Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 13. АБСОРБЦИЯ 13.1. Особенности равновесия и массопередачи в процессе абсорбции 13.2. Десорбция 13.3. Устройство и принцип работы аппаратов для проведения абсорбции и десорбции 13.3.1. Пленочные аппараты 13.3.2. Насадочные аппараты 13.3.3. Тарельчатые аппараты 13.3.4. Распыливающие аппараты 13.4. Многокомпонентная абсорбция* 13.4.1. Упрощения при расчете абсорбции нескольких компонентов с малой концентрацией однокомпонентным абсорбентом 13.4.2. Методика расчета извлечения двух компонентов из инертного газа однокомпонентным абсорбентом Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 14. ПЕРЕГОНКА 14.1. Перегонка бинарных смесей 14.1.1. Равновесие в двухкомпонентных парожидкостных системах 14.1.2. Простая перегонка (дистилляция) 14.1.2.1. Однократная дистилляция 14.1.2.2. Многократная дистилляция 14.1.2.3. Постепенная дистилляция 14.1.2.4. Фракционная дистилляция 14.1.2.5. Дистилляция с дефлегмацией 14.1.3. Непрерывная ректификация 14.1.3.1. Схема установки и ее функционирование 14.1.3.2. Материальный баланс, рабочие линии 14.1.3.3. Тепловой баланс 14.1.3.4. Выбор флегмового числа 14.1.3.5. Особенности расчета 14.1.4. Периодическая ректификация 14.2. Специальные виды перегонки 14.2.1. Молекулярная перегонка 14.2.2. Перегонка с водяным паром 14.2.3. Экстрактивная ректификация 14.2.4. Азеотропная ректификация 14.3. Многокомпонентная перегонка* 14.3.1. Дистилляция многокомпонентных смесей 14.3.2. Ректификация многокомпонентных смесей Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 15. ЭКСТРАКЦИЯ 15.1. Общие сведения. Бинарная экстракция 15.2. Способы бинарной экстракции 15.2.1. Одноступенчатая экстракция 15.2.2. Многоступенчатая перекрестная экстракция 15.2.3. Многоступенчатая противоточная экстракция 15.2.4. Непрерывная противоточная экстракция 15.3. Классификация и конструкции экстракторов 15.3.1. Ступенчатые экстракторы 15.3.2. Дифференциально-контактные экстракторы 15.4. Многокомпонентная экстракция* 15.4.1. Особенности многокомпонентной экстракции 15.4.2. Противоточная экстракция с флегмой 15.4.3. Фракционная экстракция Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 16. АДСОРБЦИЯ, ЭКСТРАГИРОВАНИЕ И ИОННЫЙ ОБМЕН 16.1. Общие сведения 16.2. Виды адсорбентов и их характеристики 16.3. Равновесие при адсорбции 16.4. Кинетика периодической адсорбции 16.5. Непрерывная адсорбция 16.6. Десорбция 16.7. Устройство и принципы действия адсорбционных аппаратов 16.8. Расчет адсорберов 16.9. Экстрагирование 16.10. Ионный обмен Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 17. СУШКА 17.1. Общие сведения 17.2. Основные параметры влажного воздуха, I(–x-диаграмма 17.3. Изображение процессов изменения состояния воздуха на диаграмме I(–x 17.4. Формы связи влаги с материалом и равновесие при сушке 17.5. Материальный баланс конвективной сушки 17.6. Тепловой баланс конвективной сушилки 17.7. Основы кинетики процесса конвективной сушки 17.8. Классификация и конструкции сушилок 17.8.1. Конвективные сушилки 17.8.1.1. Сушилки с неподвижным или движущимся плотным слоем материалом 17.8.1.2. Сушилки с перемешиванием материала 17.8.2. Контактные сушилки 17.8.3. Радиационные сушилки 17.8.4. Диэлектрические сушилки 17.8.5. Сублимационные сушилки 17.9. Расчет сушилок Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 18. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И РАСТВОРЕНИЕ 18.1. Общие сведения 18.2. Равновесие в системе «кристалл – раствор» 18.3. Кинетика процессов кристаллизации 18.4. Методы кристаллизации, материальный и тепловой балансы 18.5. Конструкции кристаллизаторов 18.6. Растворение Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 19. МЕМБРАННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ 19.1. Общие сведения. Классификация методов мембранного разделения 19.2. Типы мембран. Модели мембранного разделения 19.3. Конструкции мембранных аппаратов 19.4. Расчет мембранных аппаратов Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 20. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ 20.1. Критерии оценки эффективности 20.2. Пути повышения эффективности 20.3. Комбинированные процессы 20.4. Пример решения конкретной производственной задачи повышения эффективности массообменного процесса Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения Глава 21. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ 21.1. Языки программирования 21.2. Системы компьютерной математики 21.3. Специализированные программно-вычислительные комплексы Контрольные вопросы Вопросы для обсуждения ПРИЛОЖЕНИЯ П.1. Некоторые сведения из области математики П.1.1. Скаляры, векторы, тензоры П.1.2. Некоторые действия с величинами П.1.3. Дифференциальные операторы и их применение П.1.4. Символическая (-функция Дирака П.1.5. Матрицы и операции над ними П.2. Выражения для потоков импульса и уравнения сохранения субстанций в различных системах координат П.2.1. Общий вид тензора вязких напряжений П.2.2. Уравнения движения и неразрывности в цилиндрических координатах П.2.3. Локальная форма закона сохранения энергии в цилиндрических координатах П.3. Алгоритм расчета практической матрицы коэффициентов многокомпонентной диффузии П.3.1. Выражение для элементов матрицы коэффициентов многокомпонентной диффузии в среднеобъемной системе отсчета П.3.2. Расчет эйнштейновских коэффициентов диффузии в газовых смесях П.3.3. Расчет эйнштейновских коэффициентов диффузии в жидких смесях П.4. Типичная фазовая диаграмма индивидуального вещества БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК