Методические рекомендации к изучению дисциплины и к организации самостоятельной работы студентов для модульно-рейтинговой технологии обучения Бийск (стр. 8 из 29)
Оптимизирующие факторы – те из входов в систему, которые в процессе оптимизации относят к управляющим; воздействия, которые применяют для оптимизации процесса.
Основное уравнение переноса субстанций описывает поля скоростей, температуры, концентраций, необходимые для решения многих практических задач,
.Основные (элементарные) процессы ХТ – процессы, составляющие основу производств всех отраслей химической промышленности.
Параметры математической модели – параметры, которые количественно и однозначно характеризуют изучаемый процесс (чем больше параметры ММ, тем более точно описывает она процесс).
Периодические процессы – процессы, характеризующиеся тем, что все его стадии протекают в одном месте (в одном аппарате), но в разное время.
Плотность потока субстанции – количество субстанции, передаваемое через единицу поверхности в единицу времени. Суммарные плотности потоков субстанций определяются уравнением:
Подобные процессы – процессы, которые характеризуются численно равными критериями подобия.
Поля скоростей, температур, концентраций – совокупность мгновенных значений, соответственно, скоростей, температур и концентраций во всех точках рассматриваемого объема.
Потенциал переноса субстанций представляет собой удельную (отнесенную к единице объема) массу, энергию или количество движения.
В случае переноса массы в качестве потенциала переноса
рассматривают плотность или концентрацию:
j = r = å mi /V или j = С = mi /V,
где mi – масса i-го компонента смеси; [r] = [С] = [кг/м3].
В случае переноса энергии (теплоты) потенциалом переноса является энтальпия единицы объема жидкости:
j = ср t r V/V = ср t r,
где ср – теплоемкость среды; [ср t r] = [Дж/м3].
В гидромеханических процессах потенциалом переноса является количество движения (импульса) единицы объема жидкости
j = w r V/V = w r,
где w - скорость; [w r] = [кг/(м2 с)].
Процесс – изменение каких-либо свойств системы.
Равновесие – такое состояние системы, при котором перенос субстанции отсутствует.
Симплексы подобия (параметрические критерии) – инварианты подобия, выраженные отношением однородных величин.
Скорость процессов переноса субстанции – количество субстанции, переносимое в единицу времени через единицу площади поверхности, нормальной к направлению переноса. (Чем больше скорость, тем больше производительность аппарата.)
Стационарные процессы, или установившиеся процессы, – это процессы, параметры которых не изменяются во времени: f = (x, y, z).
Тепловые процессы – процессы переноса тепла, протекающие со скоростью, определяемой законами теплопередачи – науки о способах распространения тепла. Такими процессами являются нагревание, охлаждение, выпаривание и конденсация паров. К тепловым процессам могут быть отнесены и процессы охлаждения до температур более низких, чем температура окружающей среды (процессы умеренного и глубокого охлаждения). Скорость тепловых процессов в значительной степени зависит от гидродинамических условий (скоростей, режимов течения), при которых осуществляется перенос тепла между обменивающимися теплом средами.
Технология – совокупность методов, способов и приемов получения, обработки или переработки сырья с целью изготовления продукции.
Условия однозначности (условия, которые полностью, однозначно характеризуют данное явление) включают:
1) геометрические размеры и форму системы (аппарата), в котором протекает процесс;
2) физические свойства среды, существенные для рассматриваемого процесса;
3) граничные условия, характеризующие взаимодействие среды с телами, ограничивающими объем, в котором протекает процесс;
4) начальное состояние системы, то есть ее состояние в момент, когда начинается изучение процесса.
Химическая технология – такой способ переработки, который приводит к изменению не только внешних, но и внутренних свойств системы.
Экстенсивная величина – величина пропорциональная количеству субстанции.
2.10 Письменные опросы
2.10.1 Письменный опрос к занятию № 2
1. Предмет и задачи курса ПАХТ. Классификация процессов химической технологии. Приведите примеры природных гидромеханических, тепловых и массообменных процессов. Объясните Ваш выбор. Какова взаимосвязь химической технологии и экологических проблем?
2. Общность основных процессов химической технологии. Основные направления интенсификации процессов.
3. Перенос субстанций в химической технологии. Аналогия процессов переноса импульса, тепла и вещества. В чем их отличие?
4. Дисциплина ПАХТ как система знаний в области химической технологии.
5. Законы сохранения импульса, энергии и массы. Основные цели и общие принципы составления балансов. Запишите основные балансовые соотношения для а) изолированных и открытых систем;
б) периодических и непрерывных процессов; в) процессов с внутренними источниками субстанции и без источников.
6. Условия термодинамического равновесия для гидродинамических, тепловых и массообменных процессов. Направления и движущая сила процессов переноса субстанций. Сколько степеней свободы в системе вода–лед–водяной пар?
7. Сформулируйте понятие «химического потенциала». Приведите выражения для химического потенциала. В фазах, находящихся в равновесии, равны химические потенциалы или концентрации распределяемого компонента?
8. Механизмы переноса субстанции. Основные модельные представления о поперечном и продольном переносе субстанции в потоке.
9. Дифференциальные уравнения, описывающие поля скоростей, температур и концентраций. Локальные и конвективные изменения параметров процессов в потоке. Субстанциональная производная.
10. Особенности явлений переноса в потоках газов, жидкостей и в твердых телах.
11. Общий вид уравнений скорости процессов. Движущие силы, кинетические коэффициенты. Общие направления интенсификации процессов химической технологии.
12. Лимитирующие стадии при поперечном и продольном переносе субстанции в потоке. Методы воздействия на лимитирующие стадии.
13. Основные термины и понятия темы: «Перенос субстанций в химической технологии».
14. Модель сплошной среды. Уравнения неразрывности (сплошности) потока. Материальный баланс потока. Уравнение расхода.
15. Уравнения переноса теплоты для а) потока и неподвижной среды; б) стационарного и нестационарного процессов. Какие общие условия ограничивают применение данных уравнений?
16. Уравнения переноса массы: а) для неустановившегося и установившегося процессов; б) в потоке и неподвижной среде. Какие общие условия ограничивают применение данных уравнений?
17. Уравнения переноса импульса. Почему перенос импульса в отличие от переноса тепла и массы описывается системой их трех уравнений?
2.10.2 Письменный опрос к занятию № 3
1. Место и роль теоретических и экспериментальных исследований, вычислительного эксперимента с использованием ЭВМ. Системный подход к изучению и созданию новых процессов и аппаратов.
2. Моделирование процессов: сущность метода, области применения модели, предъявляемые к моделированию требования, виды моделирования.
3. Перенос субстанции: основные уравнения переноса, основные модельные представления. Что обозначает понятие «пограничный слой»? Чем определяется его условная толщина? Поясните Ваш ответ.
4. Понятие о подобии физических явлений. Если рассматривать лабораторную установку как модель, то что является оригиналом? Поясните Ваш ответ.
5. Физическое моделирование. Метод обобщенных переменных: сущность метода, область применения, достоинства и недостатки. Условия традуктивности метода.
6. Анализ дифференциальных уравнений методом теории подобия. Определение и понятие критерия подобия. Критериальные уравнения и область их применения.
7. Математическое моделирование: сущность метода и основные этапы. Условия традуктивности метода. Связь математического и физического моделирования.
8. Цели и общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов химической технологии.
9. Оптимизация процессов. Поясните примерами, используя известные Вам производства.
10. Скорость химико-технологических процессов. Значение и основные направления интенсификации процессов.
11. Назовите известные Вам примеры моделирования. Как в этих случаях объясняется экономичность и традуктивность.
12. Метод анализа размерностей: сущность метода, условия применения, достоинства и недостатки.
13. Движущая сила химико-технологических процессов. Рабочие и равновесные параметры процесса. Принцип Ле Шателье.
14. Предмет и задачи курса ПАХТ. Системный подход к изучению и созданию новых процессов и аппаратов ХТ.
15. Виды классификаций основных процессов и аппаратов химической технологии. Непрерывные и периодические процессы: их характеристики и области рационального применения.
16. Сопротивление переносу субстанций и общие направления его уменьшения. Лимитирующие стадии процесса.
17. В чем заключается принцип моделирования химико-технологических процессов? Укажите сходство и различие основных способов моделирования.
18. Технико-экономическая оптимизация при сопоставлении и выборе процессов и аппаратов.
19. В чем заключаются задачи расчета процессов и аппаратов химической технологии? От каких параметров процесса зависит основной размер аппарата? Каков характер этих зависимостей? Назовите основные направления снижения этого размера аппарата. Поясните Ваш ответ.