Какую машину называют аппаратом

Понятия: машина, механизм, агрегат. Классификация машин.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра «Техническая механика и детали машин»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

По дисциплине

«МЕХАНИКА»

для студентов, обучающихся по направлению:

Электроэнергетика и электротехника

Профили «Электроснабжение»,

«Электротехнологические установки и системы»

Объем лекций – 18 часов аудиторных занятий

Разработали:

К.т.н., доцент Злобина И.В.

Д.т.н., профессор Бекренев Н.В.

Саратов 2015 г.

Лекция 1 Основные понятия теории механизмов и машин. Основные виды механизмов

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Предмет прикладной механики и содержание курса.

2. Понятия: машина, механизм, агрегат. Классификация машин.

3. Кинематические пары и их классификация. Кинематические цепи.

Предмет прикладной механики и содержание курса.

“Техническая механика” –комплексная дисциплина. В общем она состоит из двух крупных разделов: «Теоретическая механика» и «Прикладная механика». Последняя включает в себя разделы курсов: “Теория механизмов и машин”, “Сопротивление материалов”, “Детали машин и основы конструирования”. Поскольку в учебном плане данного направления подготовки предусмотрено изучение отдельного курса теоретической механики, то предлагаемая к изучению дисциплина фактически идентична прикладной механике. Для достижения целостности дисциплины все разделы и темы последовательно излагаются с единых позиций механики, логически дополняя друг друга.

Основными целями изучения дисциплины являются: дать студенту знания, умения и навыки по основам теории механизмов и машин, принципам инженерных расчётов и проектирования механических устройств в объёме необходимом для будущей профессиональной деятельности по своей специальности.

В состав задач изучения дисциплины, поставленных перед студентом, входят:

1. Изучить: основы методов структурного, кинематического, силового и динамического анализа механизмов; принципы инженерных расчётов на прочность типовых элементов изделий.

2. Освоить: основы прочностных расчётов и конструирования деталей машин.

3. Получить представление о последовательности проектирования изделий и основных стадиях выполнения конструкторской разработки; первичные навыки практического проектирования и конструирования механических устройств.

4. Формировать и развивать творческие начала личности при выполнении расчетно-графической работы и углублённой проработке раздела курса в процессе самостоятельной работы.

Понятия: машина, механизм, агрегат. Классификация машин.

Современная машина состоит главным образом из питающих устройств, исполнительных механизмов с рабочими органами, приводного механизма, а также устройств управления, регулирования, защиты и блокировки.

Питающее устройство предназначено для непрерывной или периодической подачи исходной продукции или сырья в машину с возможностью их дозирования по массе или объему в зависимости от требований технологического процесса.

Исполнительный механизм предназначен для передачи движения рабочим органам машины. Этот механизм включает ведомое звено, с которым соединяются рабочие органы, и ведущее звено, которое связано с приводным механизмом.

Рабочие органы машины непосредственно воздействуют на обрабатываемый продукт согласно заданному технологическому процессу. В некоторых случаях технологический процесс в машине осуществляется несколькими рабочими органами, каждый из которых выполняет определенную операцию. Такие машины называются сложными в отличие от простых машин с одним рабочим органом.

Устройства управления осуществляют пуск и остановку машины, а также контроль над ее работой. Механизмы регулирования обеспечивают заданный режим работы машины, а механизмы защиты и блокировки применяются для предотвращения неправильного включения машин и предупреждения производственного травматизма.

Конструкция машин и аппаратов составляется из деталей, узлов, механизмов. Деталь — это изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Совокупность одной или нескольких неподвижно соединенных деталей называется узлом.

Система узлов, в которой движение одного или нескольких ведущих узлов вызывает движение остальных, называется механизмом.

В учебной литературе используются несколько определений механизма:

1. Механизмом называется система твердых тел, предназначенная для передачи и преобразования заданного движения одного или нескольких тел в требуемые движения других твердых тел.

3. Механизмом называется устройство для передачи и преобразования движений и энергий любого рода.

К механизмам в технике относят:

— винтовые и клиновые пары;

— передачи с гибкими звеньями (ременные и цепные);

— гидравлические и пневматические механизмы (поршневые группы, насосы, компрессоры, золотниковые пары).

Совокупность механизмов образует машину. Для управления режимом машины и аппараты снабжаются контрольно-измерительными, регулирующими, сигнализирующими, автоматизирующими и управляющими приборами.

Машинным агрегатом называется техническая система, состоящая из одной или нескольких соединенных последовательно или параллельно машин и предназначенная для выполнения каких-либо требуемых функций. Обычно в состав машинного агрегата входят: двигатель, передаточный механизм и рабочая или энергетическая машина. В настоящее время в состав машинного агрегата часто включается контрольно-управляющая или кибернетическая машина. Передаточный механизм в машинном агрегате необходим для согласования механических характеристик двигателя с механическими характеристиками рабочей или энергетической машины.

Аппаратом называют такую машину, в которой протекают тепловые, химические, биохимические, электрические и другие процессы, причем для их проведения и интенсификации, а также транспортирования перерабатываемой продукции используют различные приспособления, производящие перемешивание, нагревание, охлаждение и проч.

В настоящее время принято различать четыре вида машин.

Машины-двигатели, преобразующие любой вид энергии в механическую. К таким машинам относятся, например, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины, паровые машины

Машины-генераторы, преобразующие механическую энергию в энергию другого вида. Например: электрогенератор преобразующий механическую энергию паровой или гидравлической турбины в электрическую.

Транспортные машины осуществляют только изменение положения объекта воздействия. К транспортным машинам относятся автомобили, погрузчики, конвейеры, лифты, подъемники и др. Эти машины составляют предмет изучения студентами специальностей 150200 и …..

Математические машины, преобразующие входную информацию в математическую модель исследуемого объекта.

Контрольно-управляющие машины, преобразующие входную информацию (программу) в сигналы управления рабочей или энергетической машиной.

Источник

Общие понятия о машинах и аппаратах.

Машина — это устройство, выполняющее механи­ческое движение с целью преобразования энергии или материалов. В машине сочетаются три основных узла: двигатель, передаточный и исполнительный меха­низмы. Передаточный и исполнительный механизмы часто объединяются в рабочую машину (станок).

Двигатель – устройство, обеспечивающее движение всех других механизмов машины.

Исполнительный (рабочий) механизм – основа рабочей машины. Служит для воздействия на предмет труда и производит в нем необходимые изменения, являющиеся целью обработки.

Механизмы с непосредственным касанием деталей – фрикционная и зубчатая передача.

Фрикционная передача. Этот передаточный механизм состоит из двух колес, прижатых друг к другу настолько сильно, что при вращении колеса 1 начинает вращаться колесо 2 (в противоположные стороны). Движение, таким образом, передается исключительно благодаря трению между ободами колес. Вместо колес фрикционные передачи могут иметь катки цилиндрической или конической формы, а также диски.

Зубчатая передача представляет собой пару цилиндрических зубчатых колёс или шестерёнок, с помощью которых осуществляется передача вращательного движения с одного вала на другой. Для передачи вращательного движения ведущего вала на вал, расположенный перпендикулярно или под углом к нему, применяют коническую передачу. Для передачи вращения между перекрещивающимися валами применяют червячную передачу. В этом случае на ведущем валу монтируется червяк, а на ведомом – червячное колесо.

К передаточным механизмам, преобразующим вра­щательное движение тела в возвратно-поступательное, относятся шатунно-рычажные механизмы: шатунно-кривошипный, эксцентриковый, кулачковый.

Передаточные механизмы с промежуточной гибкой связью: ременная и цепная передача.

Цепная передача.Передача вращения между параллельными осями может быть осуществлена также при помощи замкнутой (бесконечной) цепи, надетой на снабженные зубьями колеса-звездочки, закрепленные на валах.

Аппарат — механическое устройство, предназначен­ное для проведения различных технологических про­цессов. В отличие от машины аппарат не имеет дви­гателя и передаточных механизмов. Примерами аппа­ратов являются фильтры, экстракторы, отстойники и т. п.

Тепловые процессы-

Закон Фурье: количество передаваемого тепла Q прямо пропорционально площади поверхности F, разности температур по обе стороны стенки t₁-t₂; времени τи пропорционально толщине стенки δ:

Коэффициент теплопроводности (λ) представляет собой количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу площади поверхности при разности температур 1˚С на единицу толщины стенки. Коэффициент теплопроводности зависит от свойств материала стенки и ее температуры.

Закон Ньютона: количество тепла Q, перееденное от теплообменной поверхности к окружающей среде или от окружающей среды к теплообменной поверхности, прямо пропорционально поверхности теплообмена F, разности температур поверхности и окружающей среды (θ_част.=t_ж-t_ст) и времени τ, в течение которого осуществляется теплообмен:

Коэффициент теплоотдачи (α) показывает, какое количество тепла передается от теплообменной поверхности с площадью 1 м 2 в окружающую среду (или наоборот) в единицу времени при разности их температур в 1 градус. Зависит от характера движения теплоносителя, его скорости, физических свойств, размера и формы поверхности теплообмена.

Лучеиспускание свойственно всем телам, имеющим температуру выше нуля (по шкале Кельвина). Лучистая энергия – энергия электромагнитных колебаний с разными длинами волн. Тела, поглощающие всю падающую на них лучистую энергию, называются абсолютно чёрными.

Закон Стефана-Больцмана: количество тепла Q абсолютно черного тела, излучаемого в единицу времени, пропорционально поверхности излучающего тела F и четвертой степени его абсолютной температуры Т:

, где С – коэф лучеиспускания.

Сложный теплообмен – тепловой процесс, при котором распространение тепла осуществляется одновременно теплопроводностью, конвекцией и тепловым излуче­нием или хотя бы двумя из них.

α – коэф теплоотдачи

t_w – температура теплоотдающей стенки

t_{f –} температура тепловоспринимающей стенки

F – площадь поверхности теплообмена.

Различают два вида конденсации: поверхностную, при которой конденсирующие пары и охлаждающий агент разделены стенкой, а конденсация паров проис­ходит на ее внутренней или внешней поверхности, и конденсацию смешением, при которой конденсирую­щие пары непосредственно соприкасаются с охлаж­дающим агентом.

Источник

ПОНЯТИЕ О МАШИНАХ И АППАРАТАХ

Основными частями любой машины являются:

Двигательный механизм-это двигатель, в котором тот или иной вид энергии преобразуется в механическую энергию вращающегося вала или прямолинейно движущегося поршня (например электродвигатели, паровые машины).

Передаточные механизмы бывают двух типов:

1. С непосредственным касанием закрепленных на валах деталей
(учебник И.А. Муравьева, стр.45-46).

2. Со включением промежуточной гибкой связи, например, ремня
(учебник И.А. Муравьева, стр.46-48).

Аппарат— устройство, в котором на продукт или исходные материа­лы осуществляется воздействие, сопровождающееся изменением физи­ко-химических свойств или их агрегатного состояния (например: перколяторы, сушилки, дистилляторы и др.) Основной частью любого аппарата является рабочая камера, в которой исходные материалы или продукты обрабатываются под влиянием физико-химических и биологических фак­торов.

Основными характеристиками аппаратов и машин являются:

1.Производительность, которая может выражаться двояко: коли­чеством исходных материалов, поступающих в единицу времени, или
количеством получающихся продуктов в единицу времени.

2.Мощность, т.е. работа, затрачиваемая или получаемая в единицу времени. Мощность выражают в джоулях в секунду.

4. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ ПРО­ИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

В зависимости от основных закономерностей, которым подчиняется протекание процессов, различают:

1. Механические процессы,связанные с обработкой твердых тел и подчиняющиеся законам механики.

К таким процессам относятся: измельчение твердых тел, перемеще­ние, ситовая классификация сыпучих материалов по крупности, их дози­рование и смешение

2. Гидромеханические процессы,используемые при переработке
жидкостей и газов, а также неоднородных систем, состоящих из жидкости
и мелко измельченных твердых частиц, взвешенных в жидкости
(суспензий) Подчиняются законам гидромеханики

К таким процессам относятся: перемещение жидкостей и газов, пе­ремещение в жидкой среде, разделение жидких неоднородных систем (отстаивание, фильтрование, центрифугирование), очистка газов от пы­ли.

3. Тепловые процессы,связанные с теплообменом, т.е. переходом
тепла от одного вещества к другому.

К таким процессам относятся: нагревание, охлаждение, испарение, конденсация, плавление, затвердевание, выпаривание, кристаллизация и получение искусственного холода.

4. Массообменные процессы, заключающиеся в переходе вещества (массы) из одной фазы в другую путем диффузии.

К таким процессам относятся: растворение твердых веществ, кри­сталлизация, экстракция, испарение жидкости, ректификация, сорбция

В зависимости от способа организации производства технологиче­ские процессы делятся на:

Периодические процессыпроводятся в аппаратах периодического действия. Цикл начинается с загрузки аппарата исходными веществами. Через определенный промежуток времени готовые продукты выгружают из аппарата. Аппарат загружается новой порцией исходных материалов и производственный цикл повторяется.

Непрерывные процессыосуществляются в аппаратах непрерывно­го действия. Характеризуются безостановочной загрузкой аппарата сырьем и непрерывным выпуском продукции. Организация процесса по непрерывно действующей схеме имеет ряд преимуществ:

— стабильность качества получаемого продукта;

— отсутствие потерь времени на загрузку и выгрузку,

— комплексность оборудования, снижение энергетических потерь;

— автоматизация контроля и управления.
Комбинированные(полунепрерывные) процессыхарактеризуются

тем, что отдельные стадии проводятся периодически. Например, таблетироаание: прессование является непрерывным процессом, а загрузка гранулята в воронку машины проводится периодически.

Любой технологический процесс состоит из отдельных стадий произ­водства, а те_; в свою очередь, из отдельных операций Стадией произ­водстваназывается часть технологического процесса, завершающаяся получением промежуточного продукта.

Для завершения выпуска готового продукта нужны подсобные ма­териалы,которые не входят в пропись препарата, но без которых не­возможен выпуск с предприятия. К ним относятся тара и упаковочные материалы (бутылки, склянки, оберточная бумага),

Промежуточным продуктом или полуфабрикатомназывается продукт, полученный в какой-нибудь промежуточной стадии технологиче­ского процесса. В некоторых случаях полуфабрикаты можно рассматри­вать как готовые продукты. Например, лекарственные растения, изрезан­ные или искрошенные, могут быть выпущены с фармацевтического пред­приятия как готовые продукты для аптечных нужд.

Отходычасто получают при производстве галеновых препаратов Если эти отходы в дальнейшем используются, то их называют побоч­ными продуктами.Если же отходы в дальнейшем не используются, то они называются отбросами.

ность и могут быть использованы в дальнейшем Поэтому промывные воды и отгоны представляют собой побочные продукты. Оставшаяся «пустая» растительная масса является отбросом.

Например, при производстве экстракта красавки были использованы листья с пониженным содержанием алкалоидов В результате получился экстракт, не соответствующий требованию фармакопеи по содержанию алкалоидов. Такой исправимый брак можно смешать с другой порцией экстракта, более концентрированной. Если же экстракт оказался подго­ревшим при выпаривании или сушке, значит брак окончательный. Обе формы брака крайне не желательны

НОРМАТИВНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ.

РЕГЛАМЕНТИРУЮЩАЯ ПРОИЗВОДСТВО И КАЧЕСТВО ГЛС

Производство лекарственных препаратов в промышленных условиях строго регламентирует следующая НД: ГФ: ФС, ВФС, С МР, ОСТы, ГОС-Ты, ТУ, регламенты.

ФС на препараты, имеющие наибольшую терапевтическую ценность, широко вошедшие в медицинскую практику и имеющие высокие качест­венные показатели, включаются в ГФ.

5.4. Отраслевые стандарты(ОСТы) устанавливаются на дополни­тельные технические требования и групповые характеристики, необхо­димые для изготовления и поставки лекарственных средств (научно-технические термины и обозначения, общетехническая документация, технологические нормы, правила приемки, маркировка, упаковка, хране­ние, транспортирование, общие правила, требования и нормы в области техники безопасности, охраны труда, промышленной санитарии, нормы, требования и методы в области организации проектирования, производ­ства и реализации продукции и т.д./. ОСТы утверждаются Министерством МП по согласованию с МЗ РФ, Например; ОСТ 42-505-96 «Продукция ме­дицинской промышленности. Технологические регламенты производства. Содержание, порядок разработки, согласования и утверждения».

Источник

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О МАШИНАХ И АППАРАТАХ

Машиной называется сочетание механизмов, осуществляющих опре­деленные целесообразные движения для преобразования энергии или производства работы. Основными частями любой машины являются двигательный, передаточный и исполнительный механизмы, работа ко­торых протекает во взаимосвязи. В качестве двигательного механизма применяются двигатели, в которых тот или иной вид энергии преобразу­ется в механическую энергию вращающегося вала или прямолинейно движущегося поршня. Исполнительными механизмами служат орудия, с помощью которых производится изменение свойств, состояния, формы или положения обрабатываемого объекта. Для того чтобы исполнитель­ный механизм был приведен в движение от двигательного механизма, нужны передаточные механизмы.

В условиях фармацевтического производства в качестве двигателей чаще всего используются электродвигатели и в меньшей степени паро­вые машины. Что касается передаточных механизмов и механизмов пре­образования движения, то они встречаются в машинах и аппаратах фармацевтического производства почти во всем известном разнооб­разии.

Каждый передаточный (точнее приемно-передаточный) и преобра­зующий движение механизм представляет собой кинематическую цепь, состоящую из кинематических пар и звеньев. Звеньями называют твер­дые тела, входящие в механизм. Например, звеньями являются шату­ны, приводные ремни, валы, подшипники и др. Кинематической парой будет любое подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев, на­пример поршня и цилиндра. Эта кинематическая пара допускает только поступательное движение поршня в цилиндре и потому она (и аналогич­ные пары) называется поступательной парой. Шатун, который может поворачиваться около поршневого кольца, представляет вместе с ним так называемую вращательную пару. Винт с гайкой является винтовой парой.

Соединения нескольких кинематических пар составляют кинематиче­скую цепь, которая может содержать различное число звеньев. Напри­мер, у кривошипно-шатунного механизма четыре звена, а у цепной пе­редачи они насчитываются десятками.

J>uc. 4. Фрикционная передача. Объяс-«ение в тексте.

Источник

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О МАШИНАХ И АППАРАТАХ

Промышленное производство препаратов характеризуется использованием машин и аппаратов, предназначенных для осуществления различных процессов.

Машины

Исполнительный, или рабочий, механизм является основой рабочей машины. Он служит для непосредственного воздействия на предмет труда и производит в нем необходимые изменения, являющиеся целью обработки.

Рис. 3.1. Зубчатая передача.

Рис. 3.2. Шестереночная передача.

Рис. 3.3. Коническая передача.

Рис. 3.4. Червячная передача.

Зубчатая передана представляет собой пару цилиндрических зубчатых колес или шестеренок, с помощью которых осуществляется передача вращательного движения с одного вала на другой и изменяется его направление (рис. 3.1). При использовании шестереночной передачи, состоящей из 3 шестеренок, направление движения можно сохранить (рис. 3.2).

К передаточным механизмам, преобразующим, вращательное движение тела в возвратно-поступательное, относятся шатунно-рычажные механизмы: шатунно-кривошипный, эксцентриковый, кулачковый.

Рис. 3.5. Шатунно-кривошипный механизм. Объяснение в тексте.

Рис. 3.6. Эксцентриковый механизм. Объяснение в тексте.

Рис. 3.7. Сложный эксцентриковый механизм. Объяснение в тексте.

С целью возможного изменения эксцентриситета (а следовательно, и давления прессования) в таблеточных машинах ударного типа устанавливают сложный эксцентриковый механизм. Он состоит из основного эксцентрика (1), рабочего вала машины (2), на который насажен дополнительный эксцентрик (3).

Последний дает возможность изменять глубину опускания верхнего пуансона (рис. 3.7).

Кулачковые механизмы характеризуются наличием кулака (толкающего тела), который совершает вращательное движение и своей поверхностью толкает другое тело, скользящее по его поверхности. Примером может служить пазовый кулачковый механизм, обеспечивающий возвратно-поступательное движение нижнего пуансона в эксцентриковой таблеточной машине (рис. 3.8).

Пазовый кулачковый механизм представляет собой плоское колесо, расположенное на торцовой части вала. На поверхности колеса вырезан паз, очерчивающий поверхность кулака. В паз помещается каток, связанный посредством рычага с тягой нижнего пуансона.

Рис. 3.8. Пазовый кулачковый механизм.

Аппараты

1. Какие условия необходимы для осуществления производства лекарственных средств на укрупненных фармацевтических предприятиях?

2. Как организовать производство лекарственных препаратов на укрупненных фармацевтических предприятиях?

3. Что представляет собой технологический процесс? Какова его структура и виды?

4. Что является критерием правильности организации технологического процесса?

5. Какова цель составления материального баланса?

6. Что представляет собой машина, аппарат?

7. Каковы основные направления фармацевтического производства?

Глава 4 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

При тепловых процессах осуществляется передача тепла от одного вещества к другому. Вещества или среды, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. Технологические процессы, скорость которых определяется скоростью подвода или отвода тепла, называют тепловыми, а аппараты, в которых они протекают, теплообменными. К тепловым процессам относятся нагревание, охлаждение, конденсация, испарение (сушка, выпаривание жидкостей) и др. Тепловые процессы протекают при различных температурах, однако тепло может передаваться самостоятельно (без затраты энергии) только от среды с более высокой температурой к среде с более низкой. Эта разность температур является движущей силой процесса теплопередачи и называется температурным напором. Горячими теплоносителями могут быть вода, водяной пар, горячие газы и т. п. В качестве охлаждающих средств чаще всего используют воду и рассолы.

Правильное и экономичное протекание технологического процесса требует подвода теплоты (ее затраты) или, наоборот, необходимо отводить выделяющееся тепло. Количество передаваемого тепла зависит от размера теплопередающей поверхности и может распространяться различными способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением (лучеиспусканием).

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Если тепло переносится путем теплопроводности через стенку, например, металлическую, то, согласно закону Фурье, количество передаваемого тепла Q прямо пропорционально площади поверхности F, разности температур по обе стороны стенки t₁ – t₂ времени τ и обратно пропорционально толщине стенки δ:

λ · F · (t₁ – t₂) · τδ

Коэффициент теплопроводности (или просто теплопроводность) представляет собой количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу площади поверхности при разности температур 1°С на единицу толщины стенки. Коэффициент теплопроводности зависит от свойств материала стенки н ее температуры. С повышением температуры теплопроводность большинства металлов и газов возрастает.

КОНВЕКЦИЯ

Процесс переноса тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости называется конвекцией. Конвективный теплообмен происходит одновременно с теплопроводностью.

При передаче тепла конвекцией у поверхности стенки, вдоль которой движется теплоноситель и через которую проходит тепло, образуется пограничный ламинарный слой. Теплопроводность жидкостей и газов невелика, поэтому переход тепла через пограничную пленку затруднен. Чтобы ускорить теплопередачу, стремятся уменьшать толщину пленки, т. е. применяют движущиеся теплоносители. Повышение турбулентности потока теплоносителя приводит к уменьшению толщины ламинарного слоя и увеличению количества передаваемого тепла.

Коэффициент теплоотдачи показывает, какое количество тепла передается от теплообменной поверхности с площадью 1 м 2 в окружающую среду или, наоборот, от окружающей среды к теплообменной поверхности с площадью 1 м 2 в единицу времени при разности их температур в 1 град.

Величина коэффициента теплоотдачи зависит от характера движения теплоносителя (ламинарный, турбулентный), его скорости, физических свойств (вязкость, плотность, теплопроводность), размера и формы поверхности теплообмена.

ЛУЧЕИСПУСКАНИЕ

Согласно закону Стефана-Больцмана, количество тепла Q абсолютно черного тела, излучаемого в единицу времени, пропорционально поверхности излучающего тела F и четвертой степени его абсолютной температуры Т:

Для других тел коэффициент лучеиспускания находят через коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела (C_s):

где величина ε, называемая степенью черноты тела, представляет собой отношение коэффициента лучеиспускания данного тела к коэффициенту абсолютно черного.

Лучеиспускательная способность тела тем выше, чем больше его поглощающая способность. Этим объясняется наивысшая лучеиспускательная способность абсолютно черного тела, а для абсолютно белого и абсолютно прозрачного тел лучеиспускательная способность равна нулю.

СЛОЖНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

В тепловых процессах распространение тепла в большинстве случаев осуществляется одновременно теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением или хотя бы двумя из них. Такой процесс называют сложным теплообменом.

Если температура теплоотдающей стенки t_w и температура тепловоспринимающей жидкости и ее пограничного слоя у стенки t_f, то количество тепла, отдаваемое стенкой в единицу времени, за счет конвективного обмена составит

а за счет теплового излучения

Введя обозначение коэффициента теплоотдачи лучеиспусканием α_u :

C_1-2 [(T_w /100) 4 – (T_s / 100) 4 ]t_w – t_i

выразим Q_u равенством:

Общее количество тепла, отданное стенкой в единицу времени, составит

НАГРЕВАНИЕ ВОДЯНЫМ ПАРОМ

Нагревание широко применяется для ускорения многих массообменных процессов (растворение, сушка, выпаривание). В зависимости от температурных условий проведения процесса и экономических соображений используют различные источники тепла: дымовые (топочные) газы, электрический ток (прямые источники тепла), горячую воду, водяной пар, минеральные масла и другие промежуточные источники тепла.

Водяной пар как теплоноситель. Для промышленных целей водяной пар получают в паровых котлах, где происходит нагрев и испарение воды под давлением.

При t₀ = 0° получим теплосодержание (ккал/кг)

Полное теплосодержание 1 кг сухого насыщенного водяного пара определяется i = i + r или i = ct + r, которое при с = 1 кДж/кг ·°С приводится к виду i = 606,5 + 0,305 · t ккал/кг.

Таким образом, теплосодержание или энтальпия пара определяется количеством тепла в джоулях, которое содержится в 1 кг пара (Дж/кг) и зависит от давления, возрастая с его увеличением.

Рис. 4.2. Кожухотрубный теплообменник. Объяснение в тексте.

Рис. 4.3. Теплообменник «труба в трубе».

Объяснение в тексте.

Секционный теплообменник «труба в трубе» может работать и как холодильник, в качестве хладоагентов используют соленые растворы.

Рис. 4.4. Змеевиковый погружной теплообменник.

Объяснение в тексте.

Рис. 4.5. Пластинчатый теплообменник (калорифер).

Объяснение в тексте.

Теплообменники с ребристыми поверхностями. Их применяют главным образом для теплообмена между газом и жидкостью или паром, а также между двумя газами. Поверхности теплообмена в них сделаны из труб с различными ребрами (поперечными или продольными) для увеличения теплоотдачи. Во всех случаях поверхность ребер должна быть параллельна направлению потока теплоносителя. Схема теплообменника с поперечными ребрами (пластинчатый калорифер) для подогрева воздуха приведена на рис. 4.5. Воздух движется с наружной стороны пучка ребристых труб (1), закрепленных в коробках (2). Горячий теплоноситель (пар, горячая вода) пропускается по трубам.

При выборе теплообменных аппаратов следует учитывать, что теплоноситель с меньшим коэффициентом теплоотдачи, высокой температурой и давлением целесообразно пропускать по трубам, чтобы уменьшить потери тепла и давление на корпус аппарата. В холодильниках горячий теплоноситель необходимо пропускать с наружной стороны труб.

ПАРОЗАПОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

Все аппараты, работающие с помощью насыщенного водяного пара, снабжаются специальными паро-запорными устройствами, с помощью которых пар не может пройти обогреваемый аппарат без полной конденсации. Для быстрого и автоматического удаления конденсата из парового пространства аппарата и потерь греющего пара применяют конденсатоотводчики (водоотводчики), отличающиеся принципом действия запорного элемента: поплавковые, термостатические, термодинамические. Открытие или закрытие клапана в них зависит от перепада давления между входом в конденсатоотводчик и камерой давления.

Рис. 4.6. Поплавковый конденсатоотводчик (конденсационный горшок).

Объяснение в тексте.

ОХЛАЖДЕНИЕ. КОНДЕНСАЦИЯ

Конденсация (сжижение) паров различных веществ путем отвода от них тепла проводится в аппаратах, называемых конденсаторами, в которых пар охлаждается холодным теплоносителем и переводится в жидкое состояние. Конденсация применяется с целью ускорения процесса выпаривания растворов, а также для улавливания ценных экстрагентов и растворителей.

Различают два вида конденсации: поверхностную, при которой конденсирующие пары и охлаждающий агент разделены стенкой, а конденсация паров происходит на ее внутренней или внешней поверхности, и конденсацию смешением, при которой конденсирующие пары непосредственно соприкасаются с охлаждающим агентом.

Поверхностная конденсация осуществляется в поверхностных конденсаторах, которые в конструктивном отношении ничем не отличаются от трубчатых или змеевиковых теплообменников. Они служат для улавливания паров ценного экстрагента или растворителя, в них всегда используют принцип противотока. Вначале пар конденсируется, отдавая скрытую теплоту парообразования. В период конденсации температура пара неизменна, равна точке кипения, при которой он входит в конденсатор. После того как весь пар перейдет в конденсат, он охлаждается до заданной температуры. Вследствие конденсации пара в межтрубном пространстве конденсатора создается значительное разрежение (вакуум).

Рис. 4.7. Прямоточный конденсатор смешения.

Объяснение в тексте.

1. Что такое тепловой процесс? Какими способами распространяется тепло?

2. Почему в качестве источника тепла широко ‘используется водяной пар?

3. В каких случаях используется «глухой» н «острый» пар?

4. Какие типы теплообменников используют для конденсации паров?

5. Какие типы теплообменников используют для нагрева и упаривания жидкостей?

6. Что такое парозапорное устройство и с какой целью его используют?

Глава 5 ВЫПАРИВАНИЕ

Выпаривание относится к числу распространенных технологических процессов в фармацевтическом производстве для сгущения водных и спиртовых вытяжек при получении густых и сухих экстрактов, индивидуальных и суммарных экстракционных препаратов из растительного, животного и микробиологического сырья.

При выпаривании происходит уменьшение количества жидкого летучего растворителя и повышение концентрации твердых нелетучих веществ. В большинстве случаев этот процесс проводят при интенсивном подводе тепла, чтобы обеспечить кипение жидкости и быстрое образование паров летучего растворителя. Пар, образующийся над кипящей жидкостью, называется вторичным (вода, этанол и др.).

В зависимости от свойств выпариваемых жидкостей (мало концентрированные подвижные или вязкие, наличие термолабильных биологически активных веществ и пр.) и от параметров греющего пара выпаривание осуществляют при нормальном давлении или под вакуумом в рабочей камере аппарата.

Выпаривание растворов при атмосферном давлении в открытых выпарных чашах применяется редко, так как удаляющийся вторичный пар загрязняет производственное помещение, а концентрируемый водный раствор в силу высокой температуры кипения и продолжительности процесса подвергается риску перегрева, и потери термолабильных действующих веществ (витамины, алкалоиды, гликозиды и др.).

Рис. 5.1. Вакуум-выпарная установка периодического действия с поверхностным (трубчатым) конденсатором (схема).

Объяснение в тексте.

С целью сохранения действующих веществ выпаривание с кипением жидкости осуществляют в установках, в которых образующийся вторичный пар над жидкостью постоянна удаляется из рабочей части аппарата (кипятильника), что создает разрежение (вакуум) и низкую температуру кипения (40-55°С).

Проведение процесса выпаривания под вакуумом имеет существенные преимущества: снижается температура кипения раствора, улавливается ценный вторичный пар, для нагрева выпарного аппарата можно использовать пар низкого давления. Вследствие понижения точки кипения жидкости увеличивается средняя разность температур между греющим паром и обогреваемой жидкостью, что ведет к уменьшению необходимых размеров выпарного аппарата.

Дата добавления: 2020-04-25 ; просмотров: 269 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник