Н.А. Галактионова
Промышленная экология
Учебное пособие для студентов заочного отделения / Москва: Международный независимый эколого-политологический университет, 2002

Тема 4. Основные технологические процессы

4.2. Кинетические закономерности основных технологических процессов

Особое значение имеет изучение  кинетических  закономерностей  процессов, так как без  знания  их  не  представляется возможным рассчитать  основные  размеры  аппаратов.

Кинетические закономерности перечисленных выше групп основных технологических процессов могут быть сформулированы в виде общего закона: скорость  процесса  прямо  пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению. Назвав и величину, обратную сопротивлению, коэффициентом скорости, запишем  основные  кинетические  уравнения.

Для движения  потока  материалов  (жидкости  или  газа)  через аппарат:

                                                                                                 (4.1)

где V — объем протекающей жидкости; f— площадь сечения аппарата; τ — время; К₁ — коэффициент скорости процесса (величина, обратная гидравлическому сопротивлению R₁); ΔP — перепад давления в аппарате. Для   движения   (переноса)   тепла:

                                                                                                     (4.2)

где   Q — количество переданного тепла; F — поверхность теплообмена; τ — время; К₂ — коэффициент теплопередачи (величина, обратная термическому сопротивлению R₂); Δt — средняя разность температур между обменивающимися теплом материалами. Для переноса вещества из одной фазы в другую:

                                                                                                               (4.3)

где М — количество вещества, перенесенного из одной фазы в другую; Р — поверхность контакта фаз; τ — время; К₃ — коэффициент массопередачи (величина, обратная диффузионному сопротивлению R₃); Δс — разность концентраций вещества в фазах.

Коэффициенты скорости различных процессов зависят главным образом от условий движения потоков материалов, поэтому вывод всех кинетических закономерностей основывается на законах движения материальных потоков.

Изучение законов движения реальных газов и жидкостей дает возможность познать не только эти законы, но попутно усвоить и метод изучения таких сложных технологических процессов, как теплообмен и массообмен. Все это является предметом изучения инженерного курса «Процессы и аппараты» (см., например, [1, 3, 4] и, естественно, в настоящем пособии не рассматривается.

Современный метод изучения сложных технологических процессов, разработанный школой отечественных ученых, объединяет теоретический анализ с практическим опытом. Описывающие процесс дифференциальные уравнения, которые выводятся теоретическим путем, на основе теории подобия преобразовываются в обобщенные (критериальные) уравнения. Последние по опытным данным приводятся к расчетному виду.