Kirim karya bagus Anda di basis pengetahuan sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Mahasiswa, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

Diposting pada http://www.allbest.ru/

Proses dan peralatan teknologi kimia

1. Mata kuliah dan tujuan mata kuliah "Proses dan perangkat teknologi kimia"

1.1 Tujuan kursus PAKT

1.2 Klasifikasi proses utama teknologi kimia

2. Landasan teoretis proses teknik kimia

2.1 Hukum dasar ilmu pengetahuan tentang proses dan aparatus

2.2 Transfer fenomena

3. Hukum kesetimbangan termodinamika

4. Perpindahan momentum

Sastra utama

1. Mata kuliah dan tujuan mata kuliah "Proses dan perangkat teknologi kimia"

Proses dipahami sebagai perubahan keadaan zat alami dan teknologi yang terjadi dalam kondisi tertentu. Proses dapat dibagi menjadi alami (ini termasuk penguapan air dari permukaan reservoir, pemanasan dan pendinginan permukaan bumi, dll.), Studi yang merupakan subjek dan tugas fisika, kimia, mekanik, dan alam lainnya. ilmu pengetahuan, dan produksi atau teknologi, yang studinya merupakan subjek dan tugas teknologi (yaitu seni, keahlian, kemampuan).

Teknologi adalah ilmu yang menentukan kondisi untuk penerapan praktis hukum ilmu alam (fisika, kimia ...), yaitu. seperangkat metode pemrosesan, pembuatan, perubahan keadaan, sifat, komposisi suatu zat, bentuk bahan baku, bahan atau produk setengah jadi, yang dilakukan dalam proses pembuatan produk. Teknologi produksi mencakup sejumlah proses fisik dan fisika-kimia serupa yang dicirikan oleh pola umum. Proses-proses ini di berbagai industri dilakukan di perangkat yang serupa dalam prinsip operasi. Proses dan peralatan yang umum untuk berbagai cabang industri kimia disebut proses dan peralatan utama teknologi kimia.

Disiplin PAH terdiri dari dua bagian:

· landasan teori teknologi kimia;

· proses standar dan perangkat teknologi kimia.

Bagian pertama menguraikan pola-pola teoretis umum dari proses-proses tipikal; dasar-dasar metodologi pendekatan untuk memecahkan masalah teoretis dan terapan; analisis mekanisme proses utama dan identifikasi pola umum jalannya; metode umum pemodelan fisik dan matematika dan perhitungan proses dan perangkat dirumuskan. termodinamika peralatan kimia teknologi

Bagian kedua terdiri dari tiga bagian utama:

· proses dan perangkat hidromekanik;

proses dan perangkat termal;

Proses dan perangkat transfer massa.

Di bagian ini, pembuktian teoretis dari setiap proses teknologi tipikal diberikan, desain utama peralatan dan metodologi untuk perhitungannya dipertimbangkan.

1.1 Tujuan kursus PAKT

1. Penentuan rezim teknologi yang optimal untuk melakukan proses teknologi kimia pada peralatan tertentu.

2. Perhitungan dan desain desain perangkat untuk melakukan proses teknologi.

1.2 Klasifikasi proses utama teknologi kimia

Tergantung pada hukum yang menentukan kecepatan proses, mereka dibagi menjadi lima kelompok:

Proses hidrodinamik, kecepatan yang ditentukan oleh hukum hidromekanik (pergerakan cairan, kompresi dan pergerakan gas, pemisahan sistem heterogen cair dan gas - sedimentasi, filtrasi, sentrifugasi, dll.).

Proses termal, yang lajunya ditentukan oleh hukum perpindahan panas (pemanasan, pendinginan, kondensasi uap, penguapan).

Proses perpindahan massa, yang lajunya ditentukan oleh hukum perpindahan massa dari satu fase ke fase lain melalui antarmuka fase (penyerapan, pembetulan, ekstraksi, dll.).

Proses kimia. Kecepatan proses kimia ditentukan oleh hukum kinetika kimia.

Proses mekanis dijelaskan oleh hukum mekanika padatan dan mencakup penggilingan, pengangkutan, penyortiran (klasifikasi berdasarkan ukuran) dan pencampuran padatan.

Semua proses menurut metode organisasi dibagi menjadi periodik, berkelanjutan dan gabungan. Proses periodik berlangsung di peralatan yang sama, tetapi pada waktu yang berbeda. Proses berkelanjutan berjalan secara bersamaan, tetapi dipisahkan dalam ruang.

Proses-proses teknologi kimia bersifat stasioner (menetap) dan non-stasioner (non-stasioner).

Jika parameter (suhu, tekanan, dll.) dari proses berubah dengan perubahan koordinat spasial dalam peralatan, tetap konstan dalam waktu di setiap titik (ruang) peralatan - proses yang stabil. Jika parameter proses adalah fungsi koordinat dan berubah pada setiap titik waktu - proses yang tidak stabil.

Proses gabungan adalah proses yang berkesinambungan, tahapan individual yang dilakukan secara berkala, atau proses batch, satu atau lebih tahapan yang dilakukan secara terus menerus.

Sebagian besar proses kimia-teknologi mencakup beberapa tahap yang berurutan. Biasanya salah satu tahapan berlangsung lebih lambat dari yang lain, membatasi kecepatan seluruh proses. Untuk meningkatkan kecepatan keseluruhan proses, perlu untuk mempengaruhi, pertama-tama, tahap pembatas. Jika tahapan proses berjalan secara paralel, maka perlu untuk mempengaruhi tahap yang paling produktif, karena membatasi. Pengetahuan tentang tahap membatasi proses memungkinkan kita untuk menyederhanakan deskripsi proses dan mengintensifkan proses.

2. Landasan teoretis proses teknik kimia

2.1 Hukum dasar ilmu pengetahuan tentang proses dan aparatus

Landasan teoretis ilmu proses dan perangkat teknologi kimia adalah hukum dasar alam berikut:

Hukum kekekalan massa, momentum dan energi (zat), yang menyatakan bahwa pendapatan suatu zat sama dengan konsumsinya. Hukum kekekalan berbentuk persamaan keseimbangan, yang perumusannya merupakan bagian penting dari analisis dan perhitungan proses kimia-teknologi.

Hukum perpindahan massa, momentum, dan energi menentukan kerapatan fluks zat apa pun. Hukum transfer memungkinkan untuk menentukan intensitas proses yang sedang berlangsung dan, pada akhirnya, produktivitas perangkat yang digunakan.

Hukum kesetimbangan termodinamika menentukan kondisi di mana transfer zat apa pun berakhir. Keadaan sistem, di mana tidak ada proses perpindahan zat yang ireversibel, disebut kesetimbangan. Pengetahuan tentang kondisi kesetimbangan memungkinkan untuk menentukan arah proses transfer, batas-batas aliran proses, dan besarnya gaya penggerak proses.

2.2 Transfer fenomena

Setiap proses teknologi kimia dikondisikan oleh transfer satu atau beberapa jenis zat: massa, momentum, energi. Kami akan mempertimbangkan mekanisme transfer zat, kondisi di mana transfer dilakukan, serta persamaan transfer untuk setiap jenis zat.

Mekanisme transfer

Ada tiga mekanisme transfer zat: molekuler, konvektif dan turbulen. Transfer energi dapat dilakukan, di samping itu, karena radiasi.

Mekanisme molekuler. Mekanisme molekuler transfer zat disebabkan oleh gerakan termal molekul atau partikel mikroskopis lainnya (ion dalam elektrolit dan kristal, elektron dalam logam).

mekanisme konveksi. Mekanisme konveksi perpindahan zat disebabkan oleh pergerakan volume makroskopik medium secara keseluruhan. Himpunan nilai kuantitas fisik, yang didefinisikan secara unik pada setiap titik dari bagian ruang tertentu, disebut bidang kuantitas tertentu (bidang kepadatan, konsentrasi, tekanan, kecepatan, suhu, dll.).

Pergerakan volume makroskopik medium menyebabkan perpindahan massa dengan, momentum dengan dan energi cE satuan volume ( dengan - kerapatan atau massa suatu satuan volume, cW- momentum satuan volume, denganE adalah energi satuan volume).

Tergantung pada penyebab gerakan konveksi, konveksi bebas dan paksa dibedakan. Perpindahan suatu zat dalam kondisi konveksi bebas disebabkan oleh perbedaan kerapatan pada berbagai titik dalam volume medium karena perbedaan suhu pada titik-titik tersebut. Konveksi paksa terjadi ketika seluruh volume media dipaksa untuk bergerak (misalnya, oleh pompa atau jika dicampur dengan pengaduk).

Mekanisme turbulen. Mekanisme transpor turbulen menempati tempat perantara antara mekanisme molekuler dan konvektif dalam skala ruang-waktu. Gerak turbulen hanya terjadi pada kondisi tertentu gerak konvektif: jarak yang cukup dari batas fase dan ketidakhomogenan medan kecepatan.

Pada kecepatan rendah pergerakan medium (gas atau cair) relatif terhadap batas fase, lapisannya bergerak secara teratur, sejajar satu sama lain. Gerakan seperti itu disebut laminar. Jika ketidakhomogenan kecepatan dan jarak dari batas fase melebihi nilai tertentu, stabilitas gerakan dilanggar. Gerakan kacau yang tidak teratur dari volume individu medium (vorteks) berkembang. Gerakan seperti itu disebut bergolak.

Studi pertama mode gerak dilakukan pada tahun 1883 oleh fisikawan Inggris O. Reynolds, yang mempelajari pergerakan air dalam pipa. Selama gerakan laminar, aliran berwarna tipis tidak bercampur dengan sebagian besar cairan yang bergerak dan memiliki lintasan bujursangkar. Dengan peningkatan laju aliran atau diameter pipa, tetesan memperoleh gerakan seperti gelombang, yang menunjukkan terjadinya gangguan. Dengan peningkatan lebih lanjut pada parameter di atas, tetesan bercampur dengan sebagian besar cairan, dan indikator berwarna kabur di seluruh penampang pipa.

Di sini konsep skala turbulensi digunakan, yang menentukan ukuran pusaran. Tidak seperti, misalnya, molekul, vortisitas bukanlah formasi stabil yang jelas terbatas di ruang angkasa. Mereka lahir, pecah menjadi pusaran yang lebih kecil, dan meluruh dengan transisi energi menjadi panas (disipasi energi). Oleh karena itu, skala turbulensi merupakan nilai statistik rata-rata. Berbagai pendekatan untuk deskripsi gerakan turbulen dimungkinkan.

Salah satu pendekatan terdiri dari rata-rata temporal nilai kuantitas fisik (kecepatan, konsentrasi, suhu) selama interval yang secara signifikan melebihi periode karakteristik fluktuasi bahkan pusaran skala besar.

3. Hukum kesetimbangan termodinamika

Jika sistem dalam keadaan setimbang, maka tidak ada manifestasi makroskopik dari transfer zat yang diamati. Terlepas dari gerakan termal molekul, yang masing-masing mentransfer massa, momentum, dan energi, tidak ada aliran makroskopik zat karena ekiprobabilitas transfer di setiap arah.

Kesetimbangan dalam sistem fase tunggal, tidak tunduk pada kekuatan eksternal, ditetapkan dengan kesetaraan nilai pada setiap titik dalam ruang besaran makroskopik yang mencirikan sifat-sifat sistem: kecepatan -

(x,y,z,t) = konstanta;

suhu - T(x,y,z,t) = konstanta; potensial kimia komponen

- m saya(x,y,z,t) = konstanta.

Hal ini dimungkinkan untuk membedakan secara terpisah kondisi hidromekanik, termal dan konsentrasi kesetimbangan.

Keseimbangan hidromekanik:

Kesetimbangan termal (termal):

T=konst;

keseimbangan konsentrasi:

msaya= konstan,

Berikut adalah operator diferensial operator nabla

Kondisi untuk manifestasi proses transfer dan munculnya aliran massa, momentum, dan energi makroskopik adalah sistem yang tidak seimbang. Arah proses transfer ditentukan oleh aspirasi spontan sistem ke keadaan setimbang, yaitu. proses transfer menyebabkan pemerataan kecepatan, suhu dan potensi kimia dari komponen sistem. Ketidakhomogenan kuantitas ini adalah kondisi yang diperlukan untuk aliran proses transfer dan disebut mereka kekuatan pendorong.

Untuk melakukan proses tersebut, perlu untuk membawa sistem keluar dari keseimbangan, yaitu. pengaruh dari luar. Ini dimungkinkan karena pasokan massa atau energi ke sistem atau aksi gaya eksternal. Misalnya, pengendapan terjadi di medan gravitasi, penguapan terjadi ketika panas disuplai, dan penyerapan terjadi ketika penyerap dimasukkan ke dalam sistem.

Persamaan transportasi

Aliran zat- jumlah zat yang ditransfer per satuan waktu melalui satuan permukaan.

Perpindahan massal

mekanisme konveksi. Aliran massa karena mekanisme konveksi berhubungan dengan kecepatan konveksi dengan hubungan berikut:

[kg/m 2 s] (2)

Seringkali lebih nyaman menggunakan aliran materi daripada massa

[kmol/m 2 s] (3)

di sini m saya- massa molar komponen saya[kg/kmol], c saya- konsentrasi molar [kmol / m 3].

Mekanisme molekuler. Hukum utama mekanisme molekuler perpindahan massa adalah hukum pertama Fick, yang untuk sistem dua komponen berbentuk:

, n=2 (4)

di mana D aku j- koefisien difusi biner (saling) ( D aku j= D Ji) .

Mekanisme turbulen. Perpindahan massa turbulen dapat dianggap dengan analogi dengan perpindahan molekul sebagai akibat dari pergerakan vortisitas yang kacau. Koefisien difusi turbulen diperkenalkan D t, yang tergantung baik pada sifat-sifat medium, dan pada ketidakhomogenan kecepatan, dan jarak dari permukaan antarmuka.

. (5)

Rasio koefisien turbulen dan difusi molekuler di daerah dekat dinding mencapai D t/D saya ~ 10 2 - 10 5 .

Transfer energi

Energi sistem dapat dibagi lagi: mikroskopis dan makroskopis. Mikroskopis, yang merupakan ukuran energi internal molekul itu sendiri, gerakan termal dan interaksinya, disebut energi internal sistem ( kamu). Energi makroskopik adalah jumlah energi kinetik ( E k), karena gerak konveksi medium, dan energi potensial sistem dalam medan gaya luar ( E P). Dengan demikian, energi total sistem per satuan massa dapat direpresentasikan sebagai:

E" = U" + E" k+ E" P[J/kg] (6)

Bilangan prima berarti energi per satuan massa.

Energi dapat dipindahkan dalam bentuk panas atau kerja. Kalor adalah suatu bentuk perpindahan energi pada tingkat mikroskopis, kerja berada pada tingkat makroskopik.

mekanisme konveksi. Fluks energi yang dibawa oleh mekanisme konveksi memiliki bentuk

[J/m2s] = [W/m2] (7)

Ini adalah jumlah energi yang ditransfer oleh volume makroskopik yang bergerak per satuan waktu melalui satuan permukaan.

Mekanisme molekuler. Mekanisme molekuler melakukan transfer energi pada tingkat mikroskopis, yaitu dalam bentuk panas. Fluks panas karena mekanisme molekuler dalam kondisi kesetimbangan mekanik dan konsentrasi dapat direpresentasikan sebagai:

, (8)

di mana adalah koefisien konduktivitas termal molekul [W/mK].

Persamaan ini disebut hukum Fourier.

Mekanisme turbulen. Transfer energi turbulen dapat dianggap dengan analogi dengan transfer energi molekul dengan memperkenalkan koefisien konduktivitas termal turbulen

t (9)

Seperti koefisien difusi turbulen t ditentukan oleh sifat-sifat sistem dan modus gerak. Fluks energi total dalam kerangka acuan laboratorium dapat ditulis:

.

4. Perpindahan momentum

transportasi konvektif. Pertimbangkan kasus ketika media bergerak dengan beberapa kecepatan konvektif W x dalam arah sumbu X. Dalam hal ini, momentum atau momentum suatu satuan volume akan sama dengan W x. Maka jumlah gerakan W x, ditransfer karena mekanisme konveksi dalam arah sumbu X per satuan waktu melalui satu satuan permukaan akan sama dengan

= [Pa] (10)

X, ditransfer per satuan waktu melalui permukaan satuan sepanjang sumbu y, akan sama dengan

(11)

Demikian pula, perpindahan momentum ke segala arah memberikan 9 komponen tensor fluks momentum konvektif,

(12)

(13)

Perpindahan molekul. Jumlah gerakan yang diarahkan sepanjang sumbu X, (W x), ditransfer sepanjang sumbu kamu per satuan waktu melalui permukaan satuan karena mekanisme molekuler, dapat direpresentasikan sebagai:

(14)

di mana m[Pa·s] dan [m2/s] masing-masing adalah koefisien viskositas molekul dinamis dan kinematik. Persamaan ini disebut Hukum Viskositas Newton. Jika koefisien viskositas tidak bergantung pada nilai turunan W x/ kamu, yaitu kecanduan xy dari W x/ kamu linier, mediumnya disebut Newtonian. Jika kondisi ini tidak terpenuhi - non-Newtonian. Yang terakhir termasuk polimer, pasta, suspensi, dan sejumlah bahan lain yang digunakan dalam industri.

transportasi yang bergejolak. Perpindahan momentum akibat mekanisme turbulen dapat dianalogikan dengan mekanisme molekuler.

(15)

di mana m t dan t- koefisien dinamis dan kinematik dari viskositas turbulen, ditentukan oleh sifat-sifat medium dan mode gerak t~D t.

Fluks momentum total dapat ditulis

(16),

di mana adalah tensor tegangan viskos yang elemen-elemennya mencakup transfer momentum molekuler dan turbulen

(17).

Jadi, persamaan perpindahan massa, energi dan momentum dipertimbangkan. Sangat mudah untuk memverifikasi analogi persamaan ini. Aliran konvektif mewakili produk dari zat yang ditransfer dalam satuan volume (dengan,E", dengan) untuk kecepatan konveksi. Aliran karena mekanisme molekuler atau turbulen adalah produk dari koefisien transpor yang sesuai (D, m, m t) menjadi kekuatan pendorong proses. Analogi ini memungkinkan untuk menggunakan hasil mempelajari beberapa proses untuk menggambarkan yang lain.

Sastra utama

1. Dytnersky Yu.I. Proses dan peralatan teknologi kimia. Moskow: Kimia, 2002. Vol.1-400 hal. T.2-368 hal.

2. Kasatkin A.G. Proses dasar dan peralatan teknologi kimia. edisi ke-9 Moskow: Kimia, 1973. 750 hal.

3. Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Contoh dan tugas dalam proses dan peralatan teknologi kimia. L.: Kimia, 1987. 576 hal.

4. Razinov A.I., Dyakonov G.S. fenomena perpindahan. Kazan, penerbit KSTU, 2002. 136 hal.

Diselenggarakan di Allbest.ru

Dokumen serupa

Klasifikasi umum dari proses utama teknologi kimia. Informasi umum tentang hidrolika, aliran fluida ideal. Persamaan kesetimbangan diferensial Euler dan Bernoulli. Gerakan fluida laminar dan turbulen. Persamaan kontinuitas aliran.

presentasi, ditambahkan 29/09/2013


Konsep teknologi kimia dan petrokimia. Pengumpul debu siklon sebagai alat untuk memastikan proses teknologi. Prinsip operasi, formula untuk menghitung karakteristik instalasi. Desain dan efektivitas kerjanya, kelebihan dan kekurangannya.

presentasi, ditambahkan 09/10/2014


Pengolahan bahan baku dan memperoleh produk yang disertai dengan perubahan komposisi kimia zat. Mata kuliah dan tugas pokok teknologi kimia. Pemrosesan hidrokarbon, pemasangan oven kokas. Memuat tungku dengan muatan batubara.

laporan latihan, ditambahkan 29/01/2011


Tinjauan proses mekanis dalam teknologi kimia: sortasi, penggilingan, pengepresan, pemberian dosis. Fitur proses dan metode pencampuran. Jenis campuran. Struktur dan penggunaan dayung, lembaran, baling-baling, turbin, mixer khusus.

makalah, ditambahkan 01/09/2013


Skema aksi proses perm pada rambut. Mengubah struktur rambut selama perm. Efek persiapan tambahan untuk meningkatkan kualitas perm. Kelompok produk untuk perm dan karakteristiknya.

presentasi, ditambahkan 27/03/2013


Tujuan dan prosedur pelaksanaan pekerjaan laboratorium, pengolahan data percobaan dan penyusunan laporan studi tentang instalasi freon kompresi, hidrodinamika dan proses pemisahan suspensi, penggilingan bahan padat, mempelajari proses perpindahan panas.

manual, ditambahkan 12/09/2011


Mempelajari pola perkembangan dan dasar-dasar standardisasi teknologi. Pertimbangan fitur proses teknologi di bidang kimia, metalurgi, teknik mesin dan konstruksi. Analisis teknologi progresif informatisasi produksi.

mata kuliah, ditambahkan 17/03/2010


Ilmu yang mempelajari hukum-hukum tentang proses produksi pangan. Pertimbangan proses mekanik, hidromekanik dan perpindahan massa pada contoh pengoperasian peralatan untuk pengolahan biji-bijian, mixer untuk produk cair dan pengeringan di pengering. Memecahkan masalah utama.

tes, ditambahkan 07/05/2014


Tujuan layanan dan analisis kemampuan manufaktur dari desain produk. Pengembangan proses perakitan. Pembuktian basis teknologi. Pengembangan awal proses teknologi rute untuk pembuatan suku cadang. Perhitungan mode pemotongan.

tesis, ditambahkan 29/06/2009


Informasi umum tentang penukar panas: desainnya, sifat proses yang terjadi di dalamnya. Klasifikasi penukar panas sesuai dengan tujuannya, skema pergerakan pembawa, frekuensi aksi. Desain peralatan permukaan utama.

Kata pengantar
pengantar
1. Subjek teknologi kimia dan tujuan kursus
2. Klasifikasi proses
3. Perhitungan bahan dan energi
Konsep umum keseimbangan material. Keluaran. Pertunjukan. Intensitas proses produksi. Keseimbangan energi. Daya dan efisiensi.
4. Dimensi besaran fisis
BAGIAN SATU. PROSES HIDRODINAMIK
Bab satu. Dasar-dasar hidrolika
A. Hidrostatika)