Контрольная работа по «Машины и оборудование»

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

 

Государственное образовательное  учреждение

высшего  профессионального образования

 

«Самарский государственный  технический университет»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная  работа

по дисциплине  «Машины и оборудование»

 

 

 

 

 

 

		Выполнил: студент 4 курса ЗФ  гр. Спец. 080502 Яханов Антон Валериевич
		Проверил:______________ преподаватель Крючков Дмитрий Александрович

 

 

 

 

Самара, 2013г.

Содержание.

 

Введение………………………………………………………….……….3

Гидромеханические процессы…………………………………………4

Массообменные процессы………………………………………………7

Конструкция и принцип действия абсорберов……………………...11

Насадочные  абсорберы………………………………………………..16

Виды насадок……………………………………………………………18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Абсорбция находит широкое  применение во многих технологических  процессах, а также для очистки  отходящих газов химических производств.

Процессы ректификации также  являются необходимой стадией многих технологических процессов.

Для проведения процессов  абсорбции и ректификации применяются  колонные аппараты различного типа, отличающиеся один от другого способом контакта фаз и видом контактного устройства. Целью расчета установок абсорбции  и ректификации является определение  основных размеров колонны, ее гидравлического  сопротивления, материальных потоков  и расхода тепла.

Сушка является заключительной стадией многих технологических  процессов. Наиболее широко распространен  способ конвективной сушки, заключающейся  в подводе тепла к высушиваемому  материалу и уносу испаренной из материала влаги с помощью  горячего теплоносителя.

Основным аппаратом установки  является сушилка, которая может  быть барабанной, кипящего слоя, аэрофонтанной или пневматической. В зависимости от физико-химических свойств материала и степени его измельчения выбирается тип сушилки. Сушилка должна обеспечить максимальный контакт между высушиваемым материалом и теплоносителем, обладать максимальной пропускной способностью по материалу и сушильному агенту, иметь минимальное гидравлическое сопротивление.

 

 

 

 

Гидромеханические процессы.

 

Гидромеханические процессы — это простейшие процессы, с  которыми мы сталкиваемся в химической технологии. Свое название они получили потому, что используются для механического  разделения неоднородных смесей жидкостей  и газов, их очистки от твердых  частиц. Всем хорошо знакомы неоднородные смеси, с которыми мы встречаемся  в повседневной жизни,— туман, запыленный воздух, мутная вода. Они составлены из не смешивающихся друг с другом фаз: газовой и жидкой, газовой  и твердой, жидкой и твердой. Причем одна фаза сплошная, например воздух или  вода, а другая дисперсная, т. е. находится  в сплошной фазе в виде мелких взвешенных частичек. Целью разделения неоднородных смесей в промышленности бывает или  очистка жидкостей и газов  от загрязнений, или же выделение  ценных продуктов, содержащихся в виде мелких частиц.

Проехал автомобиль — поднялась  пыль. Через некоторое время пыль осела, воздух снова стал чистым. Здесь  мы наблюдаем простейший возможный  способ разделения неоднородных смесей — путем осаждения под действием  силы тяжести. В химической технологии тоже иногда используется такой принцип, например в отстойниках для суспензий  — жидкостей, содержащих во взвешенном состоянии твердые  частицы.  Основное достоинство процесса отстаивания  — простота. Однако силы тяжести, действующие  на мелкие частицы, невелики, и осаждение  происходит очень медленно. Гораздо  эффективнее осаждение под действием  центробежных сил. Такой принцип  используют в широко распространенных аппаратах — циклонах и центрифугах.

В циклоне запыленный газ  вводится в цилиндрическую часть  аппарата с большой скоростью  по касательной. Благодаря этому  газовый поток начинает интенсивно вращаться, и частицы пыли отбрасываются к стенкам. Перемещаясь по спирали к нижней части аппарата, они ссыпаются в бункер, из которого удаляются. Вдоль оси аппарата установлена труба, по которой отводится очищенный газ.

Центрифуги используют для  очистки жидкостей от мелких частиц. В неподвижном кожухе центрифуги вращается с большой частотой барабан. Суспензия подается внутрь барабана и благодаря силам трения начинает вращаться вместе с ним. Твердые частицы отбрасываются  к стенкам и оседают на них. Осветленная жидкость вытесняется  в пространство между кожухом  и барабаном и выводится из центрифуги. Осадок удаляют или периодически, после заполнения барабана, или непрерывно.

Наиболее полная очистка  жидкостей и газов от примесей достигается с помощью фильтрования. Для фильтрования суспензий часто  применяют барабанные вакуум-фильтры  — барабаны, покрытые снаружи фильтровальной тканью. Они имеют множество отверстий. Перегородки делят барабан на несколько изолированных друг от друга камер. При вращении барабана каждая камера поочередно соединяется  с помощью труб с вакуумом или  сжатым воздухом. Благодаря этому  на фильтре происходит одновременно несколько процессов: фильтрование, подсушивание и промывка осадка.

Для тонкой очистки газов  используют рукавные фильтры и электрофильтры. В рукавных фильтрах газ пропускают через матерчатые рукава, которые  задерживают твердые частицы. Электрофильтры имеют два электрода, проходя  между которыми газ ионизируется. Отрицательно заряженные ионы и электроны, двигаясь к положительному электроду, соприкасаются с пылинками или  капельками и сообщают им свой заряд. В результате частицы пыли или  тумана тоже начинают двигаться к  положительному электроду и оседают  на нем.

Другая важная составная  часть гидромеханических процессов  — перемешивание. В химической технологии перемешивание используют для приготовления  растворов, суспензий, эмульсий и пен, а также для увеличения скорости химических, тепловых и массообменных  процессов.

Не сложно растворить кусок  сахара в стакане воды с помощью  ложки. Совсем другое дело — перемешивание  в больших промышленных аппаратах. Чтобы жидкость перемешивалась во всем объеме аппарата, недостаточно одного кругового движения мешалки. Необходимо создать и осевой поток жидкости — по высоте, аппарата и радиальный — от центра к стенкам. Чем больше размеры мешалки и частота ее вращения, тем интенсивнее перемешивание. Однако при этом резко возрастает потребляемая   мощность.   Знание  теории   позволяет выбрать оптимальную конструкцию мешалки и ее размеры, рассчитать необходимую мощность двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Массообменные процессы.

 

Процессы массообмена - процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной фазы в другую. Движущая сила этих процессов - разность химических потенциалов. Как и в любых других процессах, движущая сила массообмена характеризует степень отклонения системы от состояния динамического равновесия. В пределах данной фазы вещество переносится от точки с большей к точке с меньшей концентрацией. Поэтому обычно в инженерных расчетах приближенно движущую силу выражают через разность концентраций, что значительно упрощает расчеты массообменных процессов.

Массообменные процессы широко используются в промышленности:

-для разделения жидких  и газовых гомогенных смесей,

- для их концентрирования,

-для защиты окружающей  природной среды (прежде всего  для очистки сточных вод и  отходящих газов).

Классификация и общая  характеристика. Наибольшее распространение  получили следующие массообменные  процессы:

1. Абсорбция

2. Перегонка и ректификация

3. Экстракция (жидкостная)

4. Адсорбция

5. Ионный обмен

6. Сушка

7. Растворение и экстрагирование  из твердых тел

8. Кристаллизация

9. Мембранные процессы

Во всех перечисленных  выше процессах общим является переход  вещества (или веществ) из одной фазы в другую.

Процесс перехода вещества (или  нескольких веществ) из одной фазы в  другую в направлении достижения равновесия называют массопередачей.

Перенос вещества внутри фазы - из фазы к границе раздела фаз  или наоборот - от границы раздела в фазу - называют массоотдачей (по аналогии с процессом переноса теплоты внутри фазы - теплоотдачей).

Процессы массопередачи обычно обратимы. Причем направление перехода вещества определяется концентрациями вещества в фазах и условиями равновесия.

Массообменные процессы подразделяют на: массопередачу в системах со свободной границей раздела фаз (газ-жидкость, пар-жидкость, жидкость-жидкость); массопередачу в системах с неподвижной поверхностью контакта фаз (системы газ - твердое тело, пар - твердое тело, жидкость - твердое тело); массопередачу через полупроницаемые перегородки (мембраны).

К процессам, для которых  характерна свободная граница раздела  фаз, относятся такие широко распространенные в технике процессы, как абсорбция, десорбция, перегонка и ректификация, жидкостная экстракция. В этих процессах  граница контакта фаз обычно подвижна, величина поверхности контакта фаз  зависит от гидродинамической обстановки, что существенно отличает механизм переноса масс в системах со свободной  границей раздела фаз от механизма  переноса для систем с твердой  фазой.

Массообменные процессы со свободной  границей раздела фаз по принципу участия фаз в массопереносе  подразделяют на две группы.

1-я группа - процессы, в  которых участвуют как минимум  3 вещества: 1) распределяющее вещество (или вещества), составляющие 1-ю фазу Фу (например, при поглощении аммиака водой из аммиачно-воздушной смеси воздух не участвует непосредственно в массообмене); 2) распределяющее вещество (или вещества), составляющие 2-ю фазу Фх (вода в данном примере); 3) распределяемое вещество М, которое переходит из одной фазы в другую (процессы абсорбции, десорбции, экстракции).

2-я группа процессов  (перегонка и ректификация) - это  процессы, в которых вещества, составляющие  фазы, участвуют в массообменных  процессах и не могут рассматриваться  как носители распределяемого  вещества. Направление процесса, его  движущая сила зависят от соотношения  рабочих и равновесных концентраций.

Концентрации участвующих  в массообменных процессах фаз  могут иметь различную размерность (кг/кг, кмоль/м3 и т.п.). Обычно состав фаз выражают в массовых или молярных долях, относительных или объемных концентрациях.

Материальные балансы  массообменных процессов зависят  от способа их проведения. Различают  однократное, непрерывное и ступенчатое  взаимодействие фаз.

В массообменных аппаратах  непрерывного действия процесс может  происходить при непрерывном  контакте фаз (например, в абсорбционных  аппаратах пленочного типа, представляющих собой, по существу, кожухотрубчатый теплообменник, по внутренним поверхностям трубок которого течет пленка жидкости, а навстречу этой жидкости движется газ). При этом концентрации распределяемого вещества в фазах изменяются монотонно.

В потоке идут два вида массопереноса - молекулярный и конвективный.

Молекулярная диффузия –  переход распределяемого вещества в неподвижной среде из внутренних слоев данной (первой) фазы к поверхности  раздела фаз и, пройдя ее, распределение  по всему объему другой фазы, находящейся  в контакте с первой. Она является следствием теплового движения молекул (ионов, атомов), которому оказывают сопротивление силы внутреннего трения.

Конвективный массоперенос - процесс переноса вещества при  движении жидкости или газа. Этот процесс  происходит как бы механически - макрообъемными частицами жидкостного или газового потока.

Массоотдачу, так же как и конвекцию, подразделяют на естественную и вынужденную, или принудительную. При естественной массоотдаче движение жидкости происходит вследствие разности плотностей в разных точках жидкости, а при вынужденной - вследствие затраты энергии на движение потока извне-с помощью насоса, мешалки и т.п. Очевидно, что естественная массоотдача- процесс медленный и в технике встречается редко, но часто является сопутствующим процессом вынужденной массоотдачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция и принцип действия абсорберов.

 

Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем соприкасающейся с ней конденсированной фазы. При абсорбции происходит избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидкими поглотителями.

Обратный процесс, т.е. удаление из объема конденсированного вещества поглощенных молекул газа, называется дегазацией или де(аб)сорбцией.

Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции  не переходит в жидкую фазу, называют газом-носителем, вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворителем (поглотителем или абсорбентом), вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, т.е. поглощаемый компонент, называют абсорбтивом, поглощаемое вещество в объеме поглотителя – абсорбатом.

Абсорбат удерживается в абсорбенте, равномерно распределяясь среди его молекул, вследствие растворения или химической реакции.

Процесс, завершающийся растворением абсорбата в поглотителе, называют физической абсорбцией (в дальнейшем - абсорбция). При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе, при этом молекулы абсорбента и молекулы абсорбтива не вступают между собой в химическое взаимодействие. Иногда растворяющийся газ вступает в химическую реакцию непосредственно с самим растворителем. Процесс, сопровождающийся химической реакцией между поглощаемым компонентом и абсорбентом, называют химической абсорбцией (в дальнейшем - хемосорбция). При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе.