Файл: Романков, П. Г. Гидромеханические процессы химической технологии.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 144
Скачиваний: 0
І1ИДРО МЕХАНИЧЕСКИЕ П Р О Ц Е С С Ы ХИМИЧЕСКОЙ ТЕ Х Н О Л О ГИ И
П.Г. РО М АНКО В М. И. КУРОЧКИНА
^ -’Ч
ИДРО
МЕХАНИЧЕСКИЕ П Р О Ц Е С С Ы ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХН О Л О ГИ И
П.г. РО М А Н КО В М.И.КУРОЧКИНА
Издание второе,
переработанное и дополненное
ИЗДАТЕЛЬСТВО „ХИМИЯ“
Ленинградское отделение •1974
УДК 66.01:532 Р69
w - / s V 3 â
Романков П. Г., Курочкина М. И.
Р69 Гидромеханические процессы химическойтехно логии. Изд. 2-е, пер. и допЛ., «Химия», 1974.
288 стр., 155 рис., 10 табл., список литературы 229 ссылок.
Монография обобщает новейшие теоретические и эксперименталь ные данные по гидромеханическим процессам химической технологии. Подробно изложена теория важнейших процессов — разделения суспен зий методами осаждения, фильтрования, центрифугирования. Впервые даны принципы классификации процессов химической технологии. Рассмотрены методы исследования, включая основы математического моделирования и теории подобия.
Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работников химической и смежных с ней отраслей промышленности. Она может служить также учебным пособием для студентов и аспирантов химико технологических специальностей и специальностей химического маши ностроения. Первое издание вышло в 1848 г.
31402—007 7—74 Р 050(01)—74
© Издательство «Химия», 1974,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Из предисловия к первому изданию |
6 |
||||||||
Предисловие |
ко второму |
изданию |
7 |
||||||
Глава 1. Классификация гидромеханических процессов . |
9 |
||||||||
Общие |
принципы |
классиф икации ........................................... |
9 |
||||||
Вопросы |
упорядочения |
терминологии....................................... |
10 |
||||||
Классификационные |
признаки |
гидромеханических процессов |
12 |
||||||
Л и т е р а т у р а |
............................................................................. |
|
|
|
|
14 |
|||
Глава 2. Принципы |
моделирования............................ |
15 |
|||||||
Моделирование как метод научного исследования |
15 |
||||||||
А н а л о ги и ................................................ |
|
|
|
|
|
.... |
17 |
||
Основы теории подобия........................................... |
|
|
19 |
||||||
Геометрическое подобие .................................. |
|
20 |
|||||||
Временное подобие |
........................................... |
в е л и ч и н |
22 |
||||||
Подобие |
физических |
23 |
|||||||
Подобие |
граничных |
и |
начальных условий . |
24 |
|||||
Теоремы |
подобия |
............................................ |
|
|
27 |
||||
Метод |
анализа разм ерностей........................ |
31 |
|||||||
Вывод |
основных |
критериев |
подобия , . . |
35 |
|||||
Физическое |
м оделирование.................................. |
|
38 |
||||||
Математическое |
м одели рован ие........................ |
40 |
|||||||
Проблема |
масштабного |
|
п е р е х о д а ................... |
45 |
|||||
Л и т е р а т у р а |
..................................................... |
|
|
|
|
47 |
|||
Глава 3. Процессы, составляющие внутреннюю задачу гидродинамики (дви |
49 |
||||||||
жение жидкостей и газов по трубам и каналам)............................... |
|||||||||
Уравнение |
|
неразрывности .................................................................................. |
|
49 |
|||||
Уравнения |
|
д в и ж е н и я |
............................................................................................ |
|
( г а з а ) |
52 |
|||
Режимы |
движения |
жидкости |
56 |
||||||
Распределение скоростей по сечению потока и законы сопротивления |
58 |
||||||||
Движение |
жидкости |
в узких к а н а л а х ............................................................... |
67 |
||||||
Движение |
жидкости в |
кольцевом з а з о р е ..................................................... |
69 |
||||||
Течение |
падающей |
п л е н к и .................................................................................. |
|
71 |
|||||
Обобщенные |
уравнения |
|
гидродинамики .......................................................... |
81 |
|||||
Течение |
неньютоновских |
ж идкостей .................................................................... |
88 |
||||||
Л и т е р а т у р а |
...................................................................................................... |
|
|
|
|
104 |
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глава 4. Внешняя задача гидродинамики (движение твердых частиц в газе |
107 |
||||||||||||
или |
ж и д к о с т и )............................................................................................... |
|
|
|
|
|
|||||||
Уравнения |
д в и ж е н и я ............................................................................................... |
|
|
|
|
. |
107 |
||||||
Ползущее |
т е ч е н и е .................................................................................. |
|
с л о е |
107 |
|||||||||
Течение |
в |
пограничном |
|
ПО |
|||||||||
Осаждение |
под |
действием |
силы |
т я ж е с т и ........................................................ |
115 |
||||||||
Общий |
закон |
сопротивления |
с р е д ы ............................................................. |
115 |
|||||||||
Скорость |
о с а ж д е н и я |
.......................................................................................... |
|
|
|
121 |
|||||||
Отстойники |
|
условия........................................................................................................ |
разделения |
суспензий осаж дением |
133 |
||||||||
Оптимальные |
141 |
||||||||||||
Пылеосадительные |
к а м ................................................................................е р ы |
|
|
141 |
|||||||||
Осаждение |
под |
действием .............................................. |
центробежной с и л ы |
113 |
|||||||||
Циклоны |
|
|
............................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
143 |
||
Гидроциклоны |
................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
157 |
|||||
Осадительные |
ц ен тр и ф ................................................................................у ги |
|
|
161 |
|||||||||
Л и т е р а т у р а |
|
........................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
169 |
|||
Глава 5. Смешанная задача гидродинамики (движение жидкостей ^ газов |
172 |
||||||||||||
через |
слой) |
.................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|||||
Уравнения |
движения |
............................................................................................... |
|
|
|
|
|
172 |
|||||
Гидравлическое |
|
сопротивление ......................................................................... |
|
|
173 |
||||||||
Ламинарный |
|
режим |
.......................................................................................... |
|
|
|
|
173 |
|||||
Турбулентный |
р е ж и м .......................................................................................... |
|
|
|
|
175 |
|||||||
Критическое |
|
число |
Рейнольдса .................................................................... |
|
176 |
||||||||
Фильтрование |
|
|
............................................................................................................. |
|
признаки |
процессов ф ильтрования |
177 |
||||||
Классификационные |
177 |
||||||||||||
Общая |
теория ф ильтрования........................................................................... |
|
178 |
||||||||||
Фильтрование |
с |
образованием ................................ |
сжимаемого о с а д к а |
183 |
|||||||||
Фильтрование |
с |
закупориванием пор фильтрующей перегородки . . |
189 |
||||||||||
Промывка |
о с а д к о в ............................................................................................... |
|
|
|
|
|
197 |
||||||
Фильтрование |
газов |
......................................................................................... |
|
|
|
фильтрующих перегородках . . . |
201 |
||||||
Фильтрование |
на цилиндрических |
202 |
|||||||||||
Эффективность |
фильтрования .............................................................. |
|
|
2 |
|||||||||
Фильтрующие |
перегородки................................................................................ |
|
|
206 |
|||||||||
Фильтровальное |
оборудование ..................................................................... |
|
207 |
||||||||||
Центрифугирование |
|
слое........................................................................... |
н а с а д к и |
215 |
|||||||||
Движение |
жидкости в |
||||||||||||
Взвешенный |
слой |
при................................................................................................... |
образовании |
взвешенного с л о я |
217 |
||||||||
Скорость потока |
220 |
||||||||||||
Скорость |
уноса |
.................................................................................................. |
|
взвешенного |
с л о я |
222 |
|||||||
Порозность |
и |
высота |
224 |
||||||||||
Гидравлическое |
сопротивление .................................... |
взвешенного с л о я |
225 |
||||||||||
Характеристики |
частиц ......................................... |
зернистого |
м а т е р и а л а |
226 |
|||||||||
Особенности |
однородного .............................................. |
взвешенного с л о я |
228 |
||||||||||
Двух- и |
трехфазные си с те ................................................................................м ы |
|
|
232 |
|||||||||
Классификация двухфазных .................................................................с и с т е м |
233 |
||||||||||||
Режимы движения двухфазных .......................................................п о т о к о в |
233 |
||||||||||||
Закон |
сопротивления......................................................................................... |
|
|
|
|
235 |
|||||||
Газосодержание |
................................................................................................... |
|
|
двухфазная |
с и с т е м а |
237 |
|||||||
Взвешенный |
слой как .............................................. |
238 |
|||||||||||
Пневмотранспорт |
.............................................................................................. |
|
|
|
|
|
241 |
||||||
Трехфазные |
с и с т е м ы ......................................................................................... |
|
|
|
|
243 |
|||||||
Перемешивание |
жидких |
с ................................................................................р е д |
|
|
244 |
||||||||
Физическая модель движения жидкости в аппарате с вращающейся |
245 |
||||||||||||
мешалкой |
|
воронка........................................................................................................ |
|
|
|
|
|
||||||
Центральная |
|
и........................................................................................эффективности работы м е ш а л о к |
248 |
||||||||||
Оценка |
интенсивности |
249 |
|||||||||||
Моделирование |
аппаратов ................................................... |
с |
м еш ал к ам и |
250 |
|||||||||
Расход |
энергии |
на |
перемеш .................................................................ивание |
251 |
|||||||||
Л и т е р а т у р а |
|
......................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4
Глава 6. Гидравлическое сопротивление трубопроводов, некоторых аппара |
|
||
тов |
и их элементов......................................................................................... |
260 |
|
Трубы и |
к а н а л ы ........................................................................................................ |
260 |
|
Трубчатые |
теплообменники .................................................................................. |
262 |
|
Графитовые блочные теплообменники , .......................................................... |
264 |
||
Ц и к л о н ы ....................................................................................................................... |
|
265 |
|
Ги дроци клоны ............................................................................................................. |
267 |
||
Колонные |
аппараты ............................................................................................ |
267 |
|
Скрубберы (насадочные колонны) ............................................................... |
267 |
||
Пленочные |
колонны ......................................................................................... |
271 |
|
Тарельчатые |
колонны ....................................................................................... |
273 |
|
Пневмотранспорт ................................................................................................... |
283 |
||
Л и т е р а т у р а |
........................................................................................................ |
287 |
|
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Быстрое развитие химической промышленности Советского Союза требует научного решения многочисленных и разнообразных проблем, связанных с проектированием, строительством и эксплуа тацией химических заводов. К решению этих проблем призвана, в частности, молодая наука о процессах и аппаратах химической технологии. Эта наука, определившаяся в двадцатых годах теку щего столетия и получившая вскоре всеобщее признание, разви вается исключительно быстро. К настоящему времени каждая гла ва курса «Процессы и аппараты» выросла в определенную спе циальность, имеющую обширное применение в промышленности и значительную литературу.
Тем не менее нельзя забывать, что одной из главных идей этой новой научной дисциплины является максимальное теоретическое и технологическое обобщение и выявление физико-химического сходства многих процессов, кажущихся на первый взгляд резко обособленными друг от друга.
Именно в этом направлении следует развивать общее учение о процессах и аппаратах химической технологии. Только тогда эта новая отрасль знаний будет представлена в виде самостоятельной науки, основанной на единой точке зрения и пользующейся немно гими общими методами решения самых разнообразных инженер но-химических проблем.
Частичному решению этой большой и ответственной задачи и посвящается настоящая работа.
Блестящим примером научного обобщения является теория по добия, разработанная в СССР академиком М. В. Кирпичевым и его школой. Теория подобия стала основой эксперимента, а метод моделирования явился могучим средством для прогресса техники. Поэтому современное изложение курса «Процессы и аппараты хи мической технологии» немыслимо без широкого использования тео рии подобия. В связи с этим в книге кратко излагаются принципы теории подобия и теории размерностей, а затем на их основе дают ся обобщения в области гидравлических процессов. Многие из сде ланных теоретических выводов могут послужить основой для про ведения крупных экспериментальных работ.
№48 г., Я . Романков
ß
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Со времени выхода в свет первого издания этой книги прошло свыше двух десятилетий. За этот период наука о процессах и аппа ратах химической технологии получила значительное развитие. Особенно ярким событием в науке явилось применение метода ма тематического моделирования к анализу и оптимизации процессов химической технологии при помощи ЭВМ. Этот метод, как извест но, позволил значительно развить теорию химических реакторов и обеспечить быстрейший переход от лабораторных исследований к промышленному производству. Использование методов математи ческого и физического моделирования (теории подобия) служит хорошей основой для дальнейшего обобщения экспериментальных данных, особенно в области кинетики основных процессов хими ческой технологии и моделирования химической аппаратуры.
Нельзя, однако, забывать, что в основе методов моделирования должна лежать надежная информация о механизме исследуемого процесса, о его кинетике и граничных условиях. Другими словами, в химической технологии наиболее мощным средством исследова ния по-прежнему является объединенный метод — теоретический и экспериментальный.
В настоящем издании сохранен основной принцип изложения материала — обобщение новейших теоретических и эксперимен тальных данных по гидромеханическим процессам химической тех нологии с точки зрения единых кинетических закономерностей. Ввиду обилия новых данных, появившихся за последние годы в этой важнейшей области химической технологии, книга была на писана практически заново, сохранен лишь принцип обобщения по основным задачам гидродинамики (внутренняя, внешняя, сме шанная).
В новом издании рассмотрены также вопросы течения неныотоновских жидкостей, двухфазные потоки, псевдоожижение, новые гидродинамические режимы и получили развитие методы модели рования. Впервые изложены принципы классификации процессов химической технологии.
Ограниченный объем книги не позволил авторам уделить над лежащее внимание конструкциям аппаратов и некоторым деталям теоретического анализа. Поэтому в каждой главе приведена боль шая библиография основных монографий и журнальных статей, в
7
которых читатель сможет получить дополнительную информацию по интересующим вопросам.
Авторы изменили прежнее название книги («Гидравлические процессы химической технологии»), так как в основе современной теории гидромеханических процессов лежат не только законы гид равлики, но главным образом законы гидромеханики (гидро-газо динамики), на что неоднократно указывается в тексте.
Книга написана в инженерно-технологическом плане по схеме: теоретические основы процесса, расчетные уравнения, некоторые конструкции. По своему содержанию она является развитием пер вой части общего курса процессов и аппаратов химической техно логии.
Авторы надеются, что книга окажется полезной не только для студентов и аспирантов, но и для инженеров-исследователей, про ектировщиков, работающих в промышленности и использующих методы химической технологии.
Авторы выражают благодарность коллективу сотрудников ка федры процессов и аппаратов химической технологии Ленинград ского технологического института им. Ленсовета, в творческой ат мосфере которого возник этот труд, в особенности И. С. Павлушенко, С. А. Плюшкину, И. Н. Таганову.
Авторы выражают также признательность В. П. Абрамову, П. А. Коузову, А. С. Ноздровскому, А. И. Поварову, В. А. Рачицкому, Э.-О. Регеру, В. И. Соколову, Н. В. Тябину, Д. Е. Шкоропаду за предоставленные новые научно-технические разработки, что по зволило сделать эту книгу более содержательной, и рецензентам В. Н. Стабникову и В. Н. Соколову за ценные советы, которые были нами по возможности учтены при подготовке книги к изданию.
Авторы