1. Классификация основных процессов химической технологии

1. Классификация основных процессов химической технологии

1. Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидромеханики. Сюда относятся транспортировка жидкостей и газов, получение и разделение неоднородных систем и др.

2. Тепловые процессы, скорость которых определяется законами переноса теплоты (охлаждение и нагревание жидкостей и газов, конденсаций паров, кипение жидкостей и др. ).

3. Массообменные процессы, скорость которых определяется законами переноса массы из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз (абсорбция, адсорбция, экстракция, перегонка жидкостей, сушка и т. д. ).

4. Химические процессы, скорость которых определяется законами химической кинетики.

5. Механические процессы, которые описываются законами механики твердых тел (измельчение, сортировка, смешение твердых материалов и др. )

 2. Основные характеристики потока и режимы их течения

Режим течения жидкости определяется геометрией канала, скоростью течения и вязкостью жидкости. Так, при течении в трубах и каналах постоянного сечения с малой скоростью жидкость движется отдельными струйками, не смешиваясь, параллельно стенкам трубы или канала. Если ввести в поток подкрашенную струйку жидкости, то она будет двигаться, не размываясь, параллельно стенкам трубы. При этом траектории отдельных частиц жидкости между собой не пересекаются, они совпадают с линиями тока. Такой режим называется ламинарным, или струйчатым. При этом режиме все частицы жидкости имеют лишь продольную составляющую скорости.

По мере увеличения скорости движения потока окрашенная струйка жидкости, введенная в поток, начинает размываться, искривляться и пульсировать, что объясняется появлением у частиц жидкости поперечных составляющих скорости. При дальнейшем увеличении скорости потока струйка распадается на ряд вихрей, вся жидкость перемешивается и равномерно окрашивается в цвет подкрашенной струйки. Траектории частиц представляют собой сложные хаотичные кривые, пересекающиеся между собой. Во всех точках потока скорость и давление нерегулярно изменяются с течением времени, пульсируют вокруг некоторых своих средних значений. Такое же нерегулярное изменение скорости имеет место и от точки к точке потока, рассматриваемого в заданный момент времени. Этот режим движения жидкости называется турбулентным

Между ламинарным и турбулентным режимами движения жидкости находится область развития турбулентности. В этой области турбулентность имеет переменную интенсивность, увеличивающуюся с ростом скорости.

Основная хар-ка потока: Визуальное определение режима течения не всегда возможно. Поэтому на практике о режиме течения судят по количественной характеристике, т. е. по значению критерия (числа) Рейнольдса

С физической точки зрения критерий Re есть мера отношения сил инерции к силам вязкого трения в потоке.

Установлено, что в круглых трубах при числе Re< 2320 имеет место ламинарный режим, а при Re> 10000 – развитый турбулентный. В переходной области, охватывающей числа Re от 2320 до 10000, происходит развитие турбулентности. Значение Re = 2320 называется критическим значением числа Рейнольдса. Это критическое число не является, конечно, универсальным, для каждой формы канала существует свое критическое число.

3. Молекулярный, конвективный и турбулентный механизм переноса.

Молекулярный механизм переноса субстанций обусловлен тепловым движением молекул. Взаимодействие между молекулами грубо можно представить как «жесткое» отталкивание на малых расстояниях между их центрами и «мягкое» притяжения на больших. На рис. 2. 1. представлены изменения - потенциальной энергии межмолекулярного взаимодействия - в зависимости от .

 Сила взаимодействия до ₀ отрицательна (отталкивание) и при > ₀ положительна (притяжение).

Кинетическая энергия молекул связана с температурой системы:

КТ, (2. 1. )

где w_т – средняя скорость молекул; M_т – масса молекул., T – температура.

Конвективный механизм переноса субстанции обусловлен движением макроскопических объемов среды как целого. Макроскопические величины могут даваться в каждой точке пространства путем усреднения микроскопических величин.

Турбулентный механизмом переноса субстанции занимает промежуточное место между молекулярным и конвективными механизмами с точки зрения пространственно-временного масштаба. Турбулентный механизм переноса субстанции обусловлен развитием нерегулярного, хаотичного движения отдельных объемов (макрочастиц) из-за вихревых пульсаций на удалении от границы раздела фаз или стенки. Размер вихрей определяют масштаб турбулентности. Турбулентный механизм переноса реализуется на фоне конвективного.