Лекции по процессам и аппаратам
химической технологии

Обозначения величин, входящих в формулы:

Лекции осеннего семестра

1. Введение. Основные понятия и закономерности дисциплины процессы и аппараты химической технологии. Классификация процессов. Непрерывные и периодические, стационарные и нестационарные процессы. Жидкости и газы. Идеальная жидкость. Силы, действующие в жидкости. Напряжения в жидкостях и газах (тангенциальные и нормальные). Модель непрерывной среды. Понятие физического элементарного объема. Дифференциальная и интегральная форма уравнения неразрывности.
2. Баланс сил при движении вязкой несжимаемой жидкости. Уравнение Навье-Стокса и его физический смысл. Уравнение движения идеальной жидкости Эйлера. Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера. Гидростатика. Практические приложения основного уравнения гидростатики.
3. Гидродинамика. Энергетический баланс стационарного движения идеальной жидкости. Уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкости. Его практические приложения (истечение жидкостей, трубка Пито-Прандтля). Принципы измерения скоростей и расходов жидкости дроссельными приборами и пневмометрическими трубками. Определение расходов при истечении жидкостей через отверстия или насадки.
4. Основные понятия гидродинамики. Гидравлический радиус и эквивалентный диаметр. Гидродинамические режимы движения жидкостей: ламинарный и турбулентный. Опыты Рейнольдса. Число Рейнольдса и его критические значения. Понятие турбулентности. Представления о гидродинамическом пограничном слое при течении по трубам и каналам и при обтекании тел. Распределение скоростей по радиусу трубы постоянного сечения при ламинарном стационарном течении. Уравнение Пуазейля. Эпюры скоростей при ламинарном и турбулентном течении жидкости в трубе.
5. Гидродинамическое сопротивление при течении жидкостей и газов. Расчет потерь на трение (уравнение Дарси-Вейсбаха) и на местные сопротивления. Расчет напора для перемещения жидкостей через систему трубопроводов и аппаратов. Расчет диаметра трубопроводов и аппаратов; выбор скоростей потоков и оптимального диаметра трубопроводов.
6. Элементы теории подобия в гидродинамике. Подобное преобразование уравнения Навье-Стокса. Безразмерные переменные - критерии гидродинамического подобия (Эйлера, Рейнольдса, Фруда, гомохронности), их физический смысл. Критериальное уравнение движения вязкой жидкости.
7. Насосы. Основные параметры работы насосов: производительность, напор, мощность, кпд. Расчет напора насоса. Определение допустимой высоты всасывания. Явление кавитации и его предотвращение. Характеристики центробежных и плунжерных насосов. Работа центробежных насосов на гидравлическую сеть.
8. Классификация насосов. Объемные и динамические насосы. Расчет производительности поршневых насосв простого и двойного действия. Схемы, изображения, достоинства и недостатки следующих насосов: поршневого, плунжерного, диафрагмового (мембранного), шестеренчатого, центробежного, осевого, а также монтежю.
9. Общие вопросы теплопередачи. Уравнение теплового баланса без изменения и при изменении агрегатного состояния. Закон Фурье.
10. Потенциал переноса. Уравнение Фурье-Кирхгофа. Элементы теории подобия в теплообмене.
11. Теплопроводность через плоские и цилиндрические стенки. Коэффициенты теплопроводности газов, жидкостей, твердых тел. Перенос тепла излучением. Лучеиспускание газов. Расчет толщины тепловой изоляции.
12. Теплопередача в поверхностных теплообменниках. Аддитивность термических сопротивлений.
13. Расчет коэффициентов теплоотдачи в процессах теплообмена без изменения и с изменением агрегатного состояния.
14. Расчет средней движущей силы процесса теплопередачи. Влияние взаимного направления движения теплоносителей на движущую силу теплопередачи.
15. Промышленные теплоносители: дымовые газы, водяной пар, пары высокотемпературных органических теплоносителей, вода, минеральные масла, высокотемпературные органические теплоносители. Нагрев электрическим током. Теплоносители для охлаждения (хладагенты): воздух, вода, холодильные рассолы, аммиак, фреоны (хладоны).
16. Теплообменные аппараты химических производств. Кожухотрубчатые теплообменники. Пластинчатые теплообменники. Двухтрубные теплообменники. Оросительные теплообменники. Погружные теплообменники. Оребрённые теплообменники. Спиральные теплообменники. Аппараты с двойными стенками (рубашками). Блочные теплообменники. Градирни. Регенеративные теплообменники.

Лекции весеннего семестра

1. Классификация и основные понятия процессов массообмена. Способы выражения состава фаз. Понятие о массопередаче и массоотдаче. Направления переноса вещества из фазы в фазу. Материальный баланс непрерывного процесса. Уравнения рабочих линий.
2. Основное уравнение массопередачи. Механизмы переноса массы. Диффузионный пограничный слой; профили концентраций и скоростей в потоках. Аддитивность диффузионных сопротивлений. Расчет движущей силы массопередачи.
3. Уравнения переноса массы и энергии. Дифференциальное уравнение конвективного переноса массы. Уравнение неразрывности для двухкомпонентной системы.
4. Моделирование конвективного массообмена. Критериальные уравнения конвективного массообмена.
5. Расчет массообменных аппаратов с одним распределяемым компонентом.
6. Единицы переноса.
7. Эффективность по Мерфри.
8. Численный метод расчёта массообменных аппаратов со ступенчатым контактом фаз. Расчет «От ступени к ступени».
9. Абсорбция. Минимальный и оптимальный расход поглотителя. Степень извлечения. Направление процесса массопередачи. Классификация массообменных процессов.
10. Конструкции, область применения абсорберов различных типов.
11. Равновесие в системе пар-жидкость. Перегонка.
12. Ректификация. Материальный баланс, уравнения рабочих линий. Минимальное и действительное флегмовое число.
13. Расчет диаметра и высоты ректификационной колонны. Тепловой баланс колонны. Схемы установок для непрерывной, периодической экстрактивной и азеотропной ректификации.
14. Разделение гетерогенных систем. Основные понятия и зависимости процесса осаждения. Конструкции отстойников.
15. Неподвижные зернистые слои и псевдоожиженные слои. Основные зависимости. Конструкции аппаратов с псевдоожиженным слоем.
16. Фильтрование. Основные определения и зависимости. Конструкции фильтров.

Лекции по электротехнике и электронике

Раздел 1. Электрические и магнитные цепи
1. Электрические цепи постоянного тока. Законы Кирхгофа Электрические цепи переменного (синусоидального) тока. Изображение синусоидальных функций векторами. Изображение синусоидальных токов в комплексной форме.
2. Синусоидальные токи в цепях с R, L и C. Цепь с активным сопротивлением R. Цепь с индуктивностью L. Цепь с ёмкостью C. Векторная диаграмма для цепи с емкостью С.
3. Синусоидальный ток в цепи последовательного соединения активного, емкостного и индуктивного сопротивлений. Векторные диаграммы. Треугольники сопротивлений и мощностей. Полная мощность в комплексной форме для цепи R, L, C. Законы Кирхгофа в комплексной форме.
4. Резонанс напряжений. Условие резонанса напряжений. Параллельное соединение сопротивлений.
5. Резонанс токов. Коэффициент мощности (cos??) и его экономическое значение. Треугольники мощности.
6. Соединение фаз статора генератора звездой и треугольником. Трехфазные цепи синусоидального тока. Соединение фаз статора генератора в треугольник.
7. Трехфазные схемы соединения потребителей и генератора звездой с нейтральным проводом симметричных потребителей – звездой или треугольником. Соединение звездой трехфазного симметричного потребителя. Соединение симметричного трехфазного потребителя, треугольником.
8. Мощность потребителя трехфазного тока и схемы их измеренияметодом двух ваттметров. Мощность при симметричной нагрузке фаз потребителя и любом способе их соединения. Измерение мощности в трехфазных электрических цепях. Схемы измерения мощности симметричных трехфазных потребителей. Измерение мощности методом двух ваттметров.
9. Переходные процессы в линейных электрических цепях. Установившейся режим. Переходный режим (процесс). Законы коммутации. Классический метод расчета переходных процессов. Переходные процессы в цепи постоянного тока с одним накопителем энергии (индуктивным (L) элементом). Отключение цепи с катушкой индуктивности. Переходные процессы в цепи постоянного тока при зарядке и разрядке одного накопителя энергии (емкостной (С) элемент). Переходные процессы в цепи постоянного тока, с двумя накопителями (индуктивный (L), резистивный (R) и емкостной (С) элемента) энергии. Подключение последовательно к источнику синусоидальной ЭДС индуктивного и резистивного элементов.
10. Анализ и расчет магнитных цепей. Основные магнитные величины и законы электромагнитного поля. Понятие о магнитной цепи. Свойства и характеристики ферромагнитных материалов. Применение закона полного тока для анализа и расчета магнитной цепи с магнитопроводом без воздушного зазора и с воздушным. Магнитные цепи переменных магнитных потоков. Особенности расчета в катушке с ферромагнитным сердечником. График мгновенных значений потока и тока в катушке с ферромагнитным сердечником при синусоидальным напряжении. Энергия магнитного поля катушки индуктивности. Электромеханическая сила в магнитном поле. Сила тяги электромагнита.

Раздел 2. Электромагнитные устройства. Электрические машины
11. Устройство трансформатора, схемы замещения приведенного трансформатора. Принцип действия трансформатора. Приведённый трансформатор. Схемы замещения приведённого трансформатора.
12. Потери мощности в трансформаторе,опыт холостого хода, короткого замыкания и рабочий ход трансформатора. Опыт холостого хода трансформатора. Опыт короткого замыкания трансформатора. Рабочий режим трансформатора.
13. Машины постоянного тока. Устройство машин постоянного тока. Принцип действия двигателя постоянного тока. Способы возбуждения машин постоянного тока. Характеристики генератора постоянного тока независимого возбуждения. Характеристики генератора с параллельным возбуждением. Характеристики генератора постоянного тока смешанного возбуждения. Характеристики двигателя постоянного тока параллельного и независимого возбуждения. Характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.
14. Асинхронные двигатели. Принцип действия асинхронного электродвигателя.
15. Механические характеристики асинхронных электродвигателей и способы регулирования скорости вращения ротора. Изменение частоты напряжения сети. Изменение критического скольжения.
16. Синхронные машины. Устройство трехфазной синхронной машины. Принцип действия трехфазного синхронного генератора. Работа трехфазного синхронного генератора на автономную нагрузку. Мощность и электромагнитный момент синхронного генератора. Внешняя и регулировочная характеристики синхронного генератора. Принцип действия трехфазного синхронного электродвигателя. Пуск электродвигателя. Механическая характеристика. Регулирование коэффициента мощности трехфазного синхронного двигателя.

Раздел 3. Основы электроники. Электрические измерения
17. Электроника. Полупроводниковые приборы. Выпрямительные схемы. Емкостные и индуктивные фильтры Полупроводники с примесью. Прямое включение p-n перехода. Обратное включение р-n перехода. Вольт-амперная характеристика p-n перехода (диод). Полупроводниковые диоды. Ёмкостные и индуктивные фильтры.
18. Транзисторы. Схемы их включения и коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности. Схемы включения транзисторов и их коэффициенты усиления по переменному току.
19. Статические и динамические характеристики транзисторов с общим эмиттером, анализ частотной характеристики. Усилительный каскад с общим эмиттером. Частотная характеристика усилительного каскада и ее анализ.
20. Усилители с обратной связью. Тиристоры. Коэффициент усиления усилителя с отрицательной обратной связью. Коэффициент усиления усилителя с положительной обратной связью. Тиристоры. Схема управления триодными тиристорами.
21. Основы цифровой электроники. Общие сведения о цифровой электронике. Булева алгебра. Системы исчисления. Устройства комбинационной логики (микросхемы). Дешифратор. Шифратор. Мультиплексор. Демультиплексор. Сумматор. Компаратор. Цифровые триггеры. Регистры. Индикация цифровой информации.
22. Электрические измерения и приборы. Виды измерений. Электромагнитные приборы. Магнитоэлектрические приборы. Электродинамические приборы. Электростатические приборы. Выпрямительные приборы. Индукционные приборы. Измерение электрических величин. Измерение в цепях постоянного тока. Измерение в цепях переменного тока. Цифровые измерительные приборы.