Декан МТФ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ
УТВЕРЖДАЮ
Декан МТФ
А.А. Батаев
«____»______________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ
ПРОИЗВОДСТВ
ЗАОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
ООП 240801 «Машины и аппараты химических производств», инженерная
подготовка
Факультет Механико-технологический
Курс
4, 5
Установочные лекции
2 час.
Лекции
8 час.
Практические работы
8 час.
Лабораторные работы
8 час.
Курсовой проект
9 семестр
Самостоятельная работа
202 час.
Экзамен
9 семестр
Всего
228 час.
Семестр
Новосибирск 2006
8, 9
Рабочая
программа
составлена
на
основании
Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования по
направлению подготовки дипломированного специалиста 655400 «Энерго- и
ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и
биотехнологии»
Регистрационный № 220 тех\дс от 27 марта 2000 г.
Шифр дисциплины в ГОС – ДС.00, дисциплина специализации цикла
специальных дисциплин.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Технологических
процессов и аппаратов, протокол № 2/06 от 03 апреля 2006г.
Программу разработал
доц. каф. ТПА, к.т.н., доц.
В.И. Жуков
[должность, ученая степень, звание, подпись, Ф.И.О. разработчика]
Заведующий кафедрой ТПА
д.т.н., проф.
Г.Г. Кувшинов
[должность, ученая степень, звание, подпись, Ф.И.О. зав. кафедрой]
Ответственный за основную
образовательную программу
зав. каф. ТПА, д.т.н., проф.
Г.Г. Кувшинов
1. Внешние требования
Курс входит в число дисциплин, включенных в учебный план стандарта направления
подготовки дипломированного специалиста 655400 «Энерго- и ресурсосберегающие
процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» по циклу специальных
дисциплин направления.
Требования государственного образовательного стандарта (ГОС) по направлению
655400 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии,
нефтехимии и биотехнологии»
(для инженера, утвержденный 27.03.2000 г.)
-
-
-
знать:
математические модели процессов, протекающих в машинах и аппаратах, для
оптимизации
основных
параметров
проектируемого
технологического
оборудования, а также расширения технологических возможностей действующего
оборудования;
методы экспериментального исследования технологического оборудования при
проектировании новой техники;
владеть:
методами математического и физического моделирования технологических
процессов, протекающих в машинах и аппаратах;
методами расчета основных процессов и конструирования машин и аппаратов
химических производств;
методами расчета и исследования нового технологического оборудования.
2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенности построение курса «Расчет и проектирование оборудования химических
производств» приведены в Табл. 2.
Таблица 2
Особенность (принцип)
*Основание для введения
Пояснение
Государственный образовательный стандарт (ГОС) по
направлению 655400 «Энерго- и ресурсосберегающие
процессы в химической технологии, нефтехимии и
биотехнологии»
*Адресат
Студенты
направления
655400
«Энергои
ресурсосберегающие процессы в химической технологии,
нефтехимии и биотехнологии» специальности 240801
«Машины и аппараты химических производств»
*Основная цель
Основная цель курса состоит в том, чтобы вооружить
будущего специалиста знаниями современных конструкций
машин и аппаратов, наиболее широко используемых в
различных отраслях химической промышленности, теорией и
практикой их проектирования и выбора, современными
тенденциями развития и совершенствования химического
оборудования.
*Ядро
Ядро курса составляют расчет и конструирование выпарных
установок, сушильных установок, машин для измельчения
материалов, вакуумные аппараты химических производств.
*Требования к начальной Для успешного изучения курса студенту необходимо знать:
подготовке, необходимые термодинамику, уравнение состояния идеального и реального
для успешного усвоения газа. Адиабатный и политропный процессы сжатия газа.
дисциплины
Процессы и аппараты химической технологии: Сжатие и
перемещение жидкостей и газов. Гидромеханические
nроцессы. Основы теории тепломассообмена. Механические
процессы.
Явления переноса в сплошных средах: уравнение движения
идеальной и вязкой жидкостей. Интегральные уравнения
Бернулли. Основы теории турбулентности и пограничных
слоёв.
Химическая технология и промышленная экология.
Химические реакторы.
Расчет и конструирование химического оборудования:
Типовые элементы.
*Объем в часах
Курс имеет практическую часть (лабораторные занятия 8
часов, практические занятия 8 час). Студенты применяют
теоретические положения (лекции 10 часов) для анализа
конкретных процессов при их исследовании на лабораторных
и практических занятиях. В течение семестра студенты
выполняют курсовой проект. Всего объем курса 228 час.
2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА
Номер цели
Содержание цели
Студент должен иметь представление
1
О типах технологического оборудования и
областях их применения
2
О принципах технологических и конструктивных
расчётов технологического оборудования
Студент должен знать
3
Принципы действия и конструкции
технологических аппаратов и машин
4
Порядок и способы расчётов технологического
оборудования
Студент должен уметь
5
Выбрать тип и конструкцию аппарата для
заданного технологического процесса
6
Произвести поверочный расчёт аппарата для
заданных технологических параметров
7
Рассчитать основные параметры и конструктивные
размеры технологического аппарата, выбрать
оптимальный аппарат из каталогов.
3. СТРУКТУРА КУРСА
Лекции – 10 час, лабораторные работы - 8 часов, практические занятия – 8 часов,
самостоятельная работа – 202 часа, курсовой проект.
4.СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Таблица 4
Блок, модуль, раздел, тема
Семестр №_8__
Установочная лекция.
Структура курса, порядок выполнения курсового
проекта. Введение
Назначение курса. Виды и этапы проектирования,
расчётов. Технологический процесс, реактор. Схема
технологической установки (пример). Типы и виды
расчётов. Расчётные модели. Порядок расчётов.
Выбор оборудования.
Семестр №_9__
Выпарные установки.. Материальный и тепловой
балансы выпарной установки. Материальный
баланс. Тепловые балансы: общий и его составные
части.
Температура кипения раствора.
Температурная депрессия: гидродинамическая,
гидростатическая, концентрационная. Зависимость
температуры кипения растворов от концентрации:
закон Рауля, эбуллиоскопическая константа.
Зависимость температуры кипения от давления: по
закону Рауля, правило Бабо и поправка Стабникова,
правило линейности химико-технических функций.
Часы
Ссылки
на цели*
2
1,2,3,4
4
3,6,7
Расчёт сушилок. Расчёт распылительных сушилок.
Зоны в распылительной сушилке. Радиус факел
распыла. Объёмные характеристики
тепломассообмена. Определение геометрических
размеров сушильной камеры. Средняя температура и
длительность сушки.
2
3,6,7
Измельчение материалов.
Процесс измельчения. Основные характеристики
процесса. Теории измельчения: Риттингера,
Кирпичева, ВНИИстройдормаш. Способы
измельчения, классификация измельчителей.
Расчёт оборудования для измельчения материалов .
2
3,4,5,6,7
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
ЧАСЫ
ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
4
Расчет материального и теплового баланса распылительной
сушильной установки
4
Шаровая барабанная мельница.
ЧАСЫ
ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
4
4
Расчет температурных депрессий растворов с использованием правила
Бабо и поправки Стабникова. Расчет гидростатической и
гидравлической депрессии
Расчет проводимости вакуумных систем и подбор оборудования.
5. СТРУКТУРА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБУЧАЕМЫХ
Для успешного освоения курса “Расчет и проектирование оборудования химических
производств” студенту рекомендуется:
1. Самостоятельно изучить темы не рассмотренные в курсе лекций и лабораторных
работ.
ЧАСЫ
14
ТЕМЫ
1. Выпарные установки.
1.1. Определения.
Процесс выпаривания, назначение, методы. Классификация выпарных
установок. Требования к выпарным установкам. Состав проектирования
выпарных установок.
1.2. Схемы и конструкции выпарных установок.
Схемы и конструкции трубчатых вертикальных выпарных аппаратов. Схема
однокорпусной выпарной установки.
Схема многокорпусной выпарной установки.
1.3. Материальный и тепловой балансы выпарной установки. Материальный
баланс. Тепловые балансы: общий и его составные части.
Теплоёмкость растворов в зависимости от концентрации. Удельная теплота
парообразования в зависимости от давления.
1.4. Теплопередача в выпарном аппарате.
Схема теплопередачи в кипятильной трубе, тепловой поток. Теплоотдача со
стороны греющего пара. Теплоотдача со стороны кипящего раствора.
Полный коэффициент теплопередачи, поверхность теплообмена.
1.5. Конструктивный расчёт выпарного аппарата.
Расчёт греющей камеры: число кипятильных труб, диаметр греющей камеры,
3
10
6
диаметр циркуляционной трубы. Расчёт сепаратора: объём парового
пространства, диаметр сепаратора, высота парового пространства. Расчёт
барометрического конденсатора: расход охлаждающей воды, диаметр
конденсатора, высота конденсатора, диаметр и высота барометрической
трубы. Определение производительности вакуум-насоса конденсатора.
1.6. Расчёт многокорпусной выпарной установки.
Упрощения и допущения. Структура расчёта. Распределение выпаренной
воды по корпусам. Концентрация раствора по корпусам. Распределение
давлений по корпусам. Температура кипения по корпусам. Полезная
разность температур и тепловые нагрузки по корпусам. Коэффициенты
теплопередачи и поверхность теплообмена по корпусам. Порядок расчёта
методом последовательных приближений.
Выбор числа корпусов.
1.7. Выпарные установки других типов.
Адиабатные выпарные установки. Выпарные установки с тепловым насосом.
Регенерация тепла в выпарных установках.
1.8. Плёночные испарители.
Особенности, область применения, разновидности и преимущества.
Показатель опасности термического разложения. Трубчатые аппараты со
стекающей плёнкой: гидродинамический и тепловой расчёт. Роторные
плёночные испарители. Трубчатый горизонтальный испаритель с падающей
плёнкой. Выпарные аппараты контактного типа: барботажные, с
погружными горелками (с барботажной решёткой, в циркуляционной трубе,
эрлифтные).
2. Кристаллизаторы.
Процесс кристаллизации. Материальный и тепловой балансы
кристаллизатора. Кристаллизаторы без удаления растворителя.
Кристаллизаторы с удалением части растворителя.
3. Расчёт сушилок.
3.1.Процесс сушки. Общие сведения.
3.2.Расчёт барабанных сушилок.
Материальный и тепловой балансы, расход тепла и воздуха на сушку.
Габариты барабана. Время сушки. Частота вращения барабана и мощность.
3.3. Расчёт распылительных сушилок.
Зоны в распылительной сушилке. Радиус факел распыла. Объёмные
характеристики тепломассообмена. Определение геометрических размеров
сушильной камеры. Средняя температура и длительность сушки.
3.4.Расчёт слоевых сушилок.
Гидравлическое сопротивление подвижного и неподвижного слоя.
Скорость газа, высота слоя и размеры сушилки. Тепломассообменные
характеристики сушилки: объёмные и поверхностные коэффициенты
теплопередачи. Сушка во взвешенном состоянии: вихревые и
пневматические сушилки (труба-сушилка): определение объёмного
коэффициента теплообмена, основных размеров, гидравлического
сопротивления. Осушка газа: абсорбционные, адсорбционные (тепловая
регенерация, регенерация сбросом давления), осушка газов охлаждением.
4. Механика дисперсных систем. Аэрозоли.
4.1. Характеристики дисперсных систем.
Типы дисперсных систем. Общие свойства дисперсных систем:
неустойчивость. Средние и эквивалентные размеры частиц. Основные
характеристики: удельная поверхность, концентрация, дисперсный
(гранулометрический) состав.
4.2. Образование аэрозолей.
Типы аэрозолей. Конденсационные аэрозоли (спонтанная конденсация,
конденсация на ядрах). Диспергирование жидкостей (пневматическое
распыление, дисковые распылители, центробежные форсунки,
электростатическое распыление). Другие способы образования аэрозолей:
диспергирование твёрдых веществ, при химическом взаимодействии (в
газовой фазе, горении, фотолизе, электрической дуге).
4.3. Испарение капель.
Испарение в вакууме; в спокойном воздухе, не содержащем пара; в воздухе,
насыщенном паром.
5. Машины для измельчения материалов.
Измельчение материалов.
Процесс измельчения. Основные характеристики процесса. Теории
измельчения: Риттингера, Кирпичева, ВНИИстройдормаш. Способы
измельчения, классификация измельчителей.
Расчёт оборудования для измельчения материалов.
Область применения, принцип действия. Щековые дробилки.
Конусные дробилки. Валковые дробилки. Дробилки ударного действия.
Барабанные измельчители (мельницы). Измельчители раздавливающего и
истирающего действия. Мельницы ударного действия. Вибрационные и
струйные измельчители.
6. Пониженное давление и вакуум в технологических процессах.
Процессы при пониженном давлении.
Основные понятия вакуумной техники. Основное уравнение вакуумной
техники. Режимы течения газов. Типовые схемы вакуумных установок.
Расчет вакуумных систем.
Устройства для создания вакуума.
Объёмные насосы: поршневые, ротационные пластинчатые, с катящимся
ротором, двух роторные. Устройства для создания высокого и сверх
высокого вакуума.
Струйные аппараты.
Конструкция и принцип действия, основные параметры. Водоструйный
эжектор: выбор параметров, характеристика, расчёт геометрических
размеров и рабочих параметров.
8
8
2. Подготовить и защитить лабораторные работы.
3.
Выполнить курсовой проект
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Расчёт однокорпусной выпарной установки.
Тепловой расчёт, расчёт основных конструктивных размеров, выбор стандартного
оборудования, чертёж общего вида выпарного аппарата, схема выпарной установки.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Наглядные пособия
1. Выпарные установки, выпарные аппараты (слайды).
2. Машины для измельчения материалов (слайды).
3. Сушильные установки (слайды).
Методические пособия
1. Расчёт однокорпусной выпарной установки. Методическое пособие для курсового
проектирования.
7. ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
1. Гусев Ю.И., Карасев И.Н., Кольман-Иванов Э.Э. и др. Конструирование и расчёт
машин химических производств. - М.: Машиностроение, 1985.- 408 с.
2. Криворот А.С. Конструкция и основы проектирования машин и аппаратов
химической промышленности. - М.: Машиностроение, 1976. - 376 с.
3. И.В. Доманский, В.П. Исаков и др. Машины и аппараты химических производств.
Примеры и задачи. - Под ред. Соколова В.Н. -Л.: Машиностроение, 1982. - 384 с.
4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и
аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987. -576 с.
5. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Л.:
Химия, 1991. - 352 с.
6. Романков П.Г., Курочкина М.И., Мосжерин Ю.Я., Смирнов Н.Н. Процессы аппараты
химической и промышленности. - Л.: Химия, 1989. - 560 с.
7. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.:
Наука, 1972. - 720 с.
Дополнительная литература
8. Бакластов А.М., Горбенко В.А., Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация
тепломассообменных установок. - М.: Энергоиздат, 1981. -336 с.
9. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической
аппаратуры. Справочник. - Л.: Машиностроение, 1970.-752 с.
10. Домашнев А.Д. Конструирование и расчёт химических аппаратов. -М.: Машгиз,
1961. - 624 с.
11. Кантарович З.Б. Основы расчёта химических машин и аппаратов. - М.: Машгиз, 1960.
- 743 с.
12. Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету «Процессы
и аппараты химической промышленности». - М.: Высш. школа, 1980. - 223 с.
13. Кантарович З.Б. Машины химической промышленности. - М.: Машиностроение, 1965.
- 415 с.
14. Андреев С.Е., Товаров В.В., Перов В.Л. Закономерности измельчения и исчисления
характеристик гранулометрического состава. - М: Металлургиздат, 1959.
15. Машины для переработки сыпучих материалов. Методы выбора оптимального
типа питателей, смесителей и мельниц. РТМ 26-01-129-80. - Северо-Донецкий филиал
НИИхиммаш.
16. Руководство по определению характеристик материала, заполнения и
геометрических параметров бункеров. - М.: Стройиздат, 1978. - 125 с.
17. Сиденко П.М Измельчение в химической промышленности. - М.: Химия, 1971. - 368
с.
18. Летин Л.А., Родатис К.Ф. Среднеходные и тихоходные мельницы. -М.: Энергоиздат,
1981. - 382 с.
19. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. -М.: Энергия, 1970. - 288 с.
20. Выпарные аппараты вертикальные, трубчатые общего назначения: Каталог
УКРНИИхиммаша. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1979. - 38 с.
21. Сушильные аппараты и установки: Каталог НИИхиммаш, - М.:
ЦИНТИхимнефтемаш, 1975. - 64 с.
22. Теплотехнический справочник. Т. 1. - М.- Л.: Госэнергоиздат, 1957. - 728с.