Тема: Расчет и интенсификация массообменных процессов.
Цель занятия: Получить практические навыки расчета массообменных процессов и изучить основные методы их интенсификации, используя общие подходы.
План проведения занятия
1. Обсуждение следующих тем и вопросов:
1) общие принципы расчета массообменных процессов;
2) методы расчета массообменных процессов со ступенчатым и непрерывным контактом фаз;
3) основные методы интенсификации массообменных процессов.
2. Решение задач: № 6–14, 20 [3].
Подготовка к занятию
1. Изучить рекомендуемый материал занятия в конспектах лекций и учебнике [1, С. 26–42].
2. Подготовить письменные мотивированные ответы к тестовому заданию № 4.
3. Выучить определения основных терминов и понятий.
4. Подготовить к сдаче ИРЗ-4.
Основные термины и определения
фиктивная скорость фазы
объемный коэффициент массопередачи
общее число единиц переноса
коэффициент полезного действия колонны
коэффициент полезного действия Мерфи
кинетическая кривая
теоретическая ступень изменения концентрации
5.8 Лабораторные занятия
Перечень возможных лабораторных работ:
– «Определение высоты единицы переноса в насадочной ректификационной колонне»;
– «Определение коэффициента массопередачи в процессе абсорбции».
Для подготовки и проведения лабораторных работ используются методические указания, в частности [4], в которых указаны основные требования и обязанности студентов при выполнении этого вида учебных занятий.
5.9 Индивидуальное расчетное задание № 4
5.9.1 Условие задания: Рассчитать коэффициенты массопередачи и высоту абсорбционной колонны, предназначенной для поглощения водой распределяемого компонента А из смеси с воздухом. Расход воздуха G, м3/ч; расход воды L=(1+b)×Lmin, кг/ч. Давление в аппарате (абсорбере) – атмосферное; температура t оС. Диаметр абсорбера D, м.
Тип насадки – керамические кольца Рашига. Поглощаемого компонента в свежем абсорбенте не содержится. Сделать вывод о том, в какой из фаз сосредоточено основное сопротивление массопередачи. Указать возможные методы интенсификации процесса.
5.9.2 Методические указания к выполнению задания
При выполнении задания можно пользоваться учебниками [1, 2, 3, 5, 6, 9, 11, 13].
Для определения Lmin предварительно необходимо:
– пользуясь справочными данными, получить уравнение линии равновесия для указанной в задании системы газ–жидкость;
– по уравнению линии равновесия определить равновесное содержание компонента в воде, вытекающей из абсорбера.
Затем из уравнения материального баланса рассчитать минимальный расход воды в условиях равновесия Lmin.
Коэффициенты молекулярной диффузии распределяемого компонента в воздухе и воде пересчитать на заданную температуру.
Обратите внимание на соответствие размерностей, используемых в расчетах физических величин.
Таблица 5.1 – Исходные данные к индивидуальному расчетному заданию
| Первая цифра | Компонент | Расход G, м3/ч | Начальное содержание А, ун,% | Последняя цифра варианта | Коэффициент | Степень | Температура, t°C | Тип насадки, мм | Диаметр абсорбера D, м |
| 0 | Ацетон | 1000 | 12 | 0 | 20 | 85 | 15 | 15´15´2 | 0,6 |
| 1 | Аммиак | 1100 | 10 | 1 | 10 | 90 | 20 | 25´25´3 | 0,8 |
| 2 | Двуокись серы | 1200 | 8 | 2 | 15 | 95 | 25 | 35´35´4 | 1,0 |
| 3 | Метиловый спирт | 1300 | 6 | 3 | 25 | 80 | 30 | 50´50´5 | 1,2 |
| 4 | Диоксид углерода | 1400 | 5 | 4 | 30 | 75 | 35 | 35´35´2,5 | 1,4 |
| 5 | Хлор | 1500 | 7 | 5 | 40 | 82 | 40 | 8´8´1,5 | 0,4 |
| 6 | Бром | 1600 | 9 | 6 | 10 | 86 | 10 | 50´50´1 | 0,7 |
| 7 | Этан | 1700 | 11 | 7 | 8 | 92 | 22 | 25´25´3 | 0,9 |
| 8 | Ацетилен | 1800 | 13 | 8 | 6 | 94 | 28 | 35´35´4 | 1,1 |
| 9 | Этилен | 1900 | 15 | 9 | 18 | 98 | 32 | 50´50´5 | 1,3 |
5.10 Самостоятельная работа студентов
Самостоятельная работа студентов при изучении модуля «Основы массопередачи» включает следующие виды:
– изучение отдельных разделов модуля, не излагаемых на аудиторных занятиях (определяется лектором с указанием рекомендуемой литературы);
– подготовку к занятиям (проработку литературы, конспектов лекций, тестов, подготовку к практическим и лабораторным занятиям, устным опросам, составление сообщений и докладов);
– решение типовых задач;
– выполнение лабораторных работ, обработку и объяснение полученных результатов, оформление отчетов с последующей защитой;
– выполнение индивидуального расчетного задания и его защиту;
– сдачу экзамена по программе модуля.
Выполняя различные виды самостоятельной работы, важно акцентировать внимание на фундаментальных положениях курса, так как материал модуля базируется на уже известных законах и положениях (таблица 5.2).
Необходимо анализировать причинно-логические связи в изучаемом материале, выделяя общность в закономерностях, методических подходах к анализу различных явлений. В этом помогут математические преобразования, которые должны прорабатываться студентами очень тщательно и подробно, чтобы были ясны постановка задачи, канва вывода, анализ полученного результата. Структурно-логическая схема модуля (см. рисунки 4.1, 4.2) указывает на наиболее важные для понимания материала раздела математические преобразования.
Необходимым и весьма важным видом СРС является работа с тестами на электронно-обучающем комплексе. При этом рекомендуется следующая последовательность поиска ответов на поставленный вопрос:
– проанализировать поставленный вопрос, определить и сформулировать тот закон, понятия («свойства»), которые лежат в его основе (уяснить постановку задачи);
– вспомнить или выучить основные характеристики и закономерности этого «свойства»; на основе этих зависимостей установить характер влияния указанного в вопросе воздействия (параметра) на это «свойство»;
– сопоставить найденное решение с представленными вариантами ответов и выбрать идентичный.
Работа с тестами эффективна только при том условии, что во главу угла будет поставлена доказательная сторона этой работы.
Термины и понятия – это язык дисциплины, что и определяет важность изучения и запоминания их сущности.
Таблица 5.2 – Фундаментальные положения курса и основы массопередачи
| Фундаментальные законы, положения | Основы массопередачи |
| Законы сохранения | Материальные балансы, расход поглотителя. Уравнения рабочих линий |
| Законы равновесия | Уравнения равновесия, равновесные линии; направление массопереноса; движущая сила |
| Законы переноса | Молекулярная и турбулентная диффузии; законы Фика. Лимитирующая стадия |
| Моделирование процессов | Модели массопереноса. Диффузионное подобие. Расчет коэффициентов массоотдачи и массопередачи |
| Единый кинетический закон | Интенсификация процессов. Определение основных размеров аппаратов |
| Технико-экономическая оптимизация | Определение оптимального расхода поглотителя |
Для ПЭ-4 применяется автоматизированный контроль – выбор правильного ответа из числа представленных к 12 вопросам.