Рабочая программа дисциплины «процессы и аппараты химической технологии» для специальности 17. 05. 00 «Машины и аппараты химических производств»
страницы: 1 2
| скачать ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УТВЕРЖДАЮ: Декан факультета экологии и химической технологии д.т.н., профессор Корыстин С. И. 22 10 2002 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины «ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ» для специальности 17.05.00 «Машины и аппараты химических производств» Направление 655400 - «Энерго-ресурсосбсрегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии » Программа рассмотрена на заседании кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых производств» протокол № 01 от 30.08.2002 г. Зав. кафедрой д.т.н., профессор 0стриков А.Н. «СОГЛАСОВАНО» Заведующий выпускающей кафедры МАХП Профессор Шаповалов IO.Н. Методическая комиссия факультета ЭХТ «10» 10 2002 г., протокол № 2 . Председатель МК факультета к.т.и., доцент ________________________Плотникова Р.Н. Воронеж 2002 ^ на 2004-2005 учебный год ДИСЦИПЛИНЫ "Процессы и аппараты химической технологии" для специальности 170500 - «Машины и аппараты химических производств» направление 655400 - Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии Объем дисциплины и виды учебной работы
Ю.В. Красовицкий И.Н. Болгова A.M. Остриков Корректировку выполнили: профессор каф. ПАХПП доцент каф. ПАХПП Зав. кафедрой ПАХПП, проф. 1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ^ «ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ» 1.1. Объемы различных форм учебной работы в часах и виды контроля в соответствии с учебным планом
^ «Процессы и аппараты химической технологии» - одна из фундаментальных дисциплин общетехнического цикла. Она служит основой для изучения основных профилирующих дисциплин большинства инженерных специальностей и является связующим звеном между общетеоретическими предметами (физикой, математикой, теоретической механикой) и специальным курсом (машины и аппараты химических производств). Студент должен знать общие законы закономерности протекания технологических процессов химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленностей и предприятий строительных материалов, устройств основных машин и аппаратов отрасли. Студент должен уметь на практике использовать основные принципы и общие положения современной теории процессов и аппаратов отрасли, методы проектирования, исследования и эксплуатации машин и агрегатов, принципы подбора серийного технологического оборудования. ^
^ необходимых для изучения курса Курс «Процессы и аппараты химической технологии» опирается на основные представления высшей математики (функции и графики, вычисление производных, интегрирование, ряды, простейшие дифференциальные уравнения, исследование функций), физики (сила, работа, мощность, энергия; законы сохранения количества движения, моментов, энергии; основы молекулярно-кинетической теории сплошной среды), теоретической механики (аксиомы статики, основы динамики). При выполнении курсового проекта студенты используют сведения, полученные при изучении общетехнических дисциплин: детали машин, сопротивления материалов, технологии металлов. ^ 2.1. Лекционные занятия (темы, основное содержание, количество часов) Лекция является самым важным видом учебной нагрузки в учебном процессе. Она несёт наибольшую информационную нагрузку. На лекции студенты не только получают определённую информацию, но и получают навыки обобщения выводов. Все это должно происходить в процессе совместного творческого акта лектора и студентов. Большое значение имеет ведение студентами конспекта. В нём должны быть только основные, стержневые материалы, которые могут быть дополнены при повторении конспекта деталями, даваемыми преподавателем устно. Основные математические выводы и положения курса приводятся преподавателем на доске с достаточной степенью подробности, а наиболее важные положения, определения, заключения записываются студентами в конспекты под диктовку с одновременной краткой записью их преподавателем на доске. Большое значение имеет расположение на доске материала или иллюстраций к нему. Основные положения должны занимать центральное место для лучшего привлечения внимания студентов. Рисунок или конечные формулы должны оставаться на доске максимально продолжительное время. Учитывая определённые трудности в понимании студентами некоторых разделов курса, а также опасность превратного понимания и последующего толкования определённых положений в силу противоречивости реальных явлений, связанных с течением газа или жидкости, темп изложения материала и форма лекции в течение всего курса непрерывно изменяется в зависимости от содержания. Принимаются следующие формы изложения лекционного материала:
При этом преподавателем на лекции должно чётко быть определено и доведено до сведения студентов, что необходимо и достаточно понимать, что уметь. При изложении различных разделов курса, связанных с течением реальных жидкостей, необходимо отмечать их диалектическую многосторонность и парадоксальную противоречивость сущности явлений, применимость основных законов и категорий диалектики, теории познания для облегчения изучения и чёткого понимания сущности сложных явлений течения рабочей среды и квалификационного применения достижений гидромеханики на практике. В процессе изложения материала лекций студентам дополнительно сообщаются литературные источники, где соответствующие разделы курса изложены подробно, доступно и на высоком научном уровне. Введение - 0,5 часа. Состояние и задачи химических производств. Особенности дисциплины «Процессы и аппараты химической технологии», её связь с другими дисциплинами, роль дисциплины в подготовке инженеров для отраслей химической промышленности. История создания и развития курса. ^ - 1,5 часа. Понятие системы. Законы сохранения энергии и массы. Энергетический и материальный балансы. Энтропия системы. Механизм переноса массы и энергии. Понятие о движущей силе. Законы равновесия и принцип оптимизации процессов. Гидростатика — 2,5 часа. Основные физические свойства жидкости: плотность и удельный вес; силы и напряжения, действующие в жидкости; текучесть и вязкость; идеальная и реальная жидкость; сжимаемость и прочность на разрыв; капиллярность; состояние насыщения; растворимость газов в жидкости; ньютоновские и неньютоновские жидкости. Гидростатическое давление. Свойства гидростатического давления. Основное уравнение гидростатики. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости и их интегрирование. Закон Паскаля. Пьезометрическая высота. Вакуум. Измерение давления. Сила давления жидкости на плоскую и криволинейную стенки. Плавание тел. Прямолинейное равноускоренное движение сосуда с жидкостью. Равномерное вращение сосуда с жидкостью. ^ часов Основные понятия. Расход. Уравнение расхода. Уравнение Бер-нулли для элементарной струйки идеальной жидкости. Вывод дифференциальных уравнений движения идеальной жидкости и их интегрирование. Уравнение Бернулли для потока реальной (вязкой) жидкости. Гидравлические потери (общие сведения). Уравнение Бернулли для относительного^ движения. Примеры использования уравнения Бернулли в технике. Применение количества движения к жидкости. ^ в трубах - 3,5 часа. Основные положения гидродинамического подобия. Режимы движения. Кавитация. ^ - 4 часа. Теория ламинарного течения в круглых трубах. Начальный участок ламинарного течения. Ламинарное течение в зазоре между двумя стенками и в прямоугольных трубах. Особые случаи ламинарного течения. ^ 4 часа. Основные характеристики турбулентного движения. Турбулентные касательные напряжения и механизм их возникновения. Полуэмпирическая теория турбулентности Л. Прандтля. Гидравлическое сопротивление турбулентного движения, гидравлически гладкие и шероховатые трубы. ^ 4 часа. Общие сведения. Внезапное расширение русла. Постепенное расширение русла. Сужение русла. Поворот русла. Местные сопротивления при ламинарном течении. ^ часа. Истечение через малые отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре. Истечение при несовершенном сжатии. Истечение под уровень. Истечение через насадки при постоянном уровне. Истечение через отверстия и насадки при переменном напоре. ^ - 4 часа. Простой трубопровод постоянного сечения. Соединения простых трубопроводов. Сложные трубопроводы. Трубопроводы с насосной подачей жидкости. Основы расчета газопровода. ^ часа Неустановившееся движение жидкости в жестких трубах. Явление^ гидравлического удара. Формула Н.Е. Жуковского. Понятие о волновых процессах в гидромагистралях и трубопроводах. Защита трубопроводов от гидравлических ударов. Гидравлический таран и гидроимпульсатор. ^ 1 час Однородные и неоднородные (гетерогенные) жидкостные системы. Дисперсная фаза и дисперсионная среда. Виды дисперсных систем: Эмульсия, суспензия, пены, аэрозоли. Одно- и многокомпонентные гетерогенные системы. Mono- и полидисперсные системы. Понятие дисперсности и удельной поверхности гетерогенных систем. Средний размер дисперсной фазы. Характеристика дисперсности гетерогенных систем. Методы характеристики дисперсности: табличный, графический и математический. Счетное, объёмное и массовое распределение дисперсной фазы. ^ 2 часа Перемешивание. Сущность и использование процесса. Перемешивание с целью получения однородных и гетерогенных систем. Перемешивание с целью сохранения структуры системы. Перемешивание как вспомогательный процесс с целью интенсификации основных процессов (тепло- и массообмен). Перемешивание механическое, пневматическое или барбатажное, циркуляционное. Критерии подобия процесса перемешивания. Понятие ключевого компонента. Интенсивность перемешивания, степень перемешивания. Типы и характеристики мешалок. Типы устройств и аппаратов для перемешивания. Определение мощности, потребной для перемешивания. Применение пульсационного и вибрационного режимов для интенсификации процесса перемешивания. Диспергирование. Определение и сущность процесса диспергирования. Основные процессы диспергирования жидкостей: эмульгирование, гомогенизация, распыливание. Сущность и назначение процесса эмульгирования. Основные типы и принцип работы аппаратов для эмульгирования. Схема расчёта эмульсоров. Сущность процесса гомогенизации. Устройство и принцип действия гомогенизаторов. Средний размер дисперсной фазы после гомогенизации. Преобразование энергии при гомогенизации. Назначение процесса распыливания жидкостей. Способы распы-ливания и принцип действия устройств для распыливания жидкостей. - Пенообразование. Взбивание. Сущность и назначение процессов. Характеристика пены. Изменение физических параметров материала в процессе пенообразования. Псевдоожижение. Определение и сущность процесса. Область применения псевдоожижения. Движение агента через слой зернистого материала. Критические скорости псевдоожижения. Число псевдоожижения. Режимы процесса. Устройство аппаратов для псевдоожижения. Пневмотранспорт. Грануляция. Сущность, назначение и область применения процесса. Способы грануляции и принцип действия устройств для грануляции. ^ часа Осаждение. Закономерность процесса осаждения частиц под действием силы тяжести. Силы, действующие при осаждении. Скорость движения частицы в среде. Режим осаждения. Свободное и стесненное осаждение. Закон Стокса. Интенсификация процесса осаждения. Отстойники периодического и непрерывного действия. Производительность отстойника. Материальный баланс отстаивания. Фильтрование. Сущность процесса. Методы и способы фильтрования. Свойства осадков. Кинетика процесса, движущая сила процесса. Сопротивление фильтрующего материала и осадка. Скорость фильтрования. Продолжительность процесса. Энергия, расходуемая при фильтровании. Типы аппаратов для фильтрования. Центрифугирование. Сущность процесса и область применения. Закономерности центрифугирования. Фактор разделения, разделяющая способность. Типы центрифуг, область их применения. Производительность центрифуг. Сепараторы: принцип действия, назначение. Производительность аппаратов. Гидроциклоны. Разделение газовых систем. Назначение процесса. Устройства для осаждения под действием силы тяжести и центробежной силы. Очистка фильтрованием. Мокрая очистка газов. Электрическая очистка. ^ часа Измельчение. Сущность и назначение процесса измельчения. Дробление и помол. Степень измельчения. Понятие об открытом и закрытом циклах измельчения. Основные способы измельчения: Раздавливание, раскалывание, резание, распиливание, истирание, удар. Теория процессов измельчения. Основные типы и принцип работы аппаратов для измельчения. Прессование. Сущность и виды процесса прессования. Назначение процессов отжатия, формования, штамповки, брикетирования. Влияние различных факторов на процесс прессования. Коэффициент пористости. Закон Бингма. Явление релаксации. Время штамповки. Напряжения при штамповке. Коэффициент прессования. Работа прессования. Основные типы и принцип работы аппаратов для прессования. Смешение и разделение сыпучих материалов. Назначение и область применение процесса смешения сыпучих материалов. Продолжительность и эффективность смешивания, распределение ключевого компонента. Аппаратурное оформление процесса смешивания. Назначение и область применения процесса сортирования (классификация). Сортировка, калибровка, просеивание. Методы сортирования (по величине, форме, плотности, магнитным и электрическим свойствам). Понятие прохода и схода. Ситовой и седиментационный методы. Характеристика сортирования. Основные способы многократного просеивания. Принцип действия и характеристика аппаратов для разделения неоднородных сыпучих систем. Аппараты для просеивания. Гидравлические, воздушные, центробежные, магнитные, электрические сепараторы. ^ 4 часа Теплопроводность. Температурное поле и температурный градиент. Закон Фурье и коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенок при установившемся тепловом потоке. Теплопроводность при неустановившемся тепловом потоке. Тепловое излучение. Закон Стефана-Больцмана. Закон Кирхгофа. Взаимное излучение двух твердых тел. Тепловое излучение газов. Передача тепла конвекцией (теплоотдача). Дифференциальное уравнение конвективного перехода тепла. Тепловое подобие. Коэффициент теплоотдачи при вынужденном и свободном движении теплоносителя. Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара. Коэффициент теплоот- дачи при кипении жидкости. Коэффициент теплоотдачи при непосредственном соприкосновении потоков. Суммарная теплоотдача лучеиспусканием и конвекцией. Уравнение теплопередачи для плоской и цилиндрической стенки. Направление тока теплоносителей. Температура стенок. Средняя температура теплоносителей. Средний температурный напор. Определение поверхности нагрева. Уравнения теплопередачи для неустановившегося процесса теплообмена. Методы интенсификации процесса теплопередачи. Классификация, устройство и принцип работы теплообменных аппаратов. Выпаривание — 3 часа Методы выпаривания. Материальный и тепловой балансы выпаривания. Температурные потери в выпарной установке. Распределение полезной разности температур по корпусам: из условия минимальной суммарной поверхности нагрева выпарной установки; из условия равенства поверхностей нагрева во всех корпусах. Факторы, влияющие на производительность и интенсивность работы выпарных аппаратов. Конструкции выпарных аппаратов. ^ 4 часа Основные понятия. Фазовое равновесие. Правило фаз. Однокомпо-нентные и двухкомпонентные системы. Закон Генри. Закон Рауля. Закон диффузии. Молекулярная и конвективная диффузии. Движущая сила и скорость диффузионных процессов. Уравнение линии рабочих концентраций. Скорость массопередачи. Уравнения массопередачи. Общее число единиц переноса. Ступени изменения концентрации. Определение теоретического числа ступеней изменения концентрации. Коэффициент массопередачи. Подобие диффузионных процессов. ^ 3 часа Процесс абсорбции. Физическая сущность. Область применения абсорбции. Абсорбент абсорбтив. Изотермы сорбции и десорбции. Процесс абсорбции при прямо- и противотоке. Неизотермическая абсорбция. Абсорбция из многокомпонентных смесей. Графическое изображение процессов. Движущая сила процесса. Методы графического расчета сорб- ционных процессов. Типы абсорберов. Требования, предъявляемые к абсорберам. Физическая сущность и применение процесса десорбции. Процесс адсорбции. Физическая сущность процесса адсорбции. Виды адсорбции. Область применения. Адсорбент и адсорбтив. Адсорбционная способность адсорбентов. Уравнение материального баланса. Аппараты для проведения процессов. Расчет адсорбционной аппаратуры. ^ 3 часа Физическая сущность процесса. Бинарные и многокомпонентные смеси. Виды перегонки. Дистилляция и ректификация. Основы теории и законы перегонки. Парожидкостное равновесие. Экстрактивная ректификация. Азеотропная ректификация. Многокомпонентная ректификация. Дефлегмация. Материальный и тепловой балансы ректификационной установки. Уравнения линий рабочих концентраций укрепляющей и исчерпывающей частей колонны. Определение числа тарелок ректификационных колонн. Аппараты для проведения процессов дистилляции и ректификации. Молекулярная дистилляция. Физические основы процесса. Степень разделения. Аппаратура для проведения процесса. Схема расчета аппаратуры. Экстрагирование - 3 часа Физическая сущность и назначение процесса. Основы теории. Экстракция из твердых продуктов. Диффузия экстрагируемого вещества из внутренних слоев к наружным (внутренняя диффузия). Переход экстрагируемого вещества с поверхности в растворитель (внешняя диффузия). Скорость внутренней и внешней диффузии. Пути интенсификации процесса. Влияние термодиффузии на процесс экстракции. Жидкостная экстракция. Материальный баланс экстракции. Аппараты для проведения процесса. Схема расчета экстракторов. Сушка - 3 часа Общая характеристика процесса. Способы обезвоживания. Свойства влажных материалов. Виды связи влаги с материалами: химическая, физико-химическая, механическая. Свободная, связанная влага. Равновесная влажность материала. Удаляемая влага. Кинетика процесса сушки. Движущая сила процесса. Физическая сущность процесса сушки: перенос влаги внутри материала, парообразование, перемещение пара от поверхности материала в окружающую среду. Кривые сушки и скорости сушки. Диаграмма влажного воздуха. Графические методы характеристики процесса. Способы сушки. Виды сушки: естественная и искусственная. Основные виды искусственной сушки: конвективная, контактная, традиционная, сублимационная. Особенности и области применения основных видов сушки. Конструкции сушилок. Материальный и тепловой баланс сушки. Основы расчета сушильных установок. Способы интенсификации и снижения энергоемкости процесса сушки. Кристаллизация - 2 часа Основы теории кристаллизации. Область применения. Полиморфизм. Кривые равновесия. Зарождение и рост кристаллов. Массовая кристаллизация. Кинетика процесса. Материальный и тепловой балансы процесса. Способы кристаллизации. Получение перенасыщенного раствора путем его охлаждения. Охлаждение раствора и испарение растворителя. Экстрактивная кристаллизация. Аппараты для проведения процесса кристаллизации. Мембранные процессы - 2 часа ^ (темы, основное содержание, количество часов) Первое лабораторное замятие посвящается знакомству с группой, инструктажу по технике безопасности при проведении лабораторных работ, информации о порядке проведения лабораторных работ, составлении отчётов и защите отчётов по лабораторному практикуму. Специализированные аудитории кафедры ПАХПП позволяют организовать выполнение лабораторного практикума дисциплины «Процессы и аппараты химической технологии» на должном научно-методическом уровне. На проведение всего лабораторного практикума отводится 85 учебных часов. Продолжительность одного занятия 4 учебных часа. В отчёт по каждой работе входят: цель работы, схема установки со спецификацией, основные расчёты, таблицы измеряемых и рассчитываемых величин, графики. Отчёт заканчивается краткими выводами, соответствующими цели выполнения работы. При проверке готовности студентов к лабораторным работам применяется проведение коллоквиума по теме в форме живой беседы, по материалу, определённому контрольными вопросами. ^
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
страницы: 1 2
не очень плохо
1средне
1 