ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Величины, описывающие элемент процесса из "Научные основы химической технологии" На основании изложенного в гл. 3 мы в состоянии ответить на первые два вопроса. [c.37] Начнем исследование на примере простого стационарного элемента равновесия с изолированными стенками. [c.37] Простым мы будем называть элемент процесса, если потоки перед входом в него смешиваются не более одного раза (дистилляционная колонна с большим числом тарелок не может считаться простым элементом, так как потоки на каждой тарелке смешиваются заново). Элемент процесса будем ограничивать изолированными стенками, через которые не проходят потоки компонента, теплоты и количества движения (импульса). [c.37] Элемент процесса мы будем называть единицей равновесия, если выходящие из него фазы находятся в термодинамическом равновесии. Для термодинамического равновесия таких фаз должно соблюдаться следующее условие размеры элемента процесса должны быть достаточными для достижения равновесия на входе. Поэтому геометрические размеры элемента процесса в числе данных, описывающих элемент процесса, излишни. [c.38] В большем числе данных нет необходимости, так как общее их число Ь содержит избыточное количество переменных, которые независимы, но только в пределах собственной фазы. Меньшее, чем Ь, число данных нежелательно, так как в этом случае придется допустить существование фазы, для описания состояния которой недостаточно информационного количества данных. [c.38] Необходимо отметить, что в состав формулы (4-5) не входит число ф находящихся в равновесии выходящих фаз. Это можно объяснить следующим образом. Если установлено состояние и количество поступающих в элемент процесса фаз, то ни о числе, ни о состоянии, ни о количестве выходящих фаз больше никаких данных не требуется. Выходящие из элемента процесса потоки находятся в соответствии с действующими в нем естественными законами. Когда необходимо чем-либо задаться в отношении выходящих фаз, приходится соответственно изменять технологические параметры входящих фаз. [c.39] Выражение (4-5) для числа степеней свободы наглядно показывает, что среди технологических параметров, характеризующих элемент процесса, имеется лишь определенное число независимых переменных. Число степеней свободы в любом случае, если установлены значения ф и /с, инвариантно при конкретных величинах переменных. Формулу (4-5) можно вывести другим, отличающимся от примененного выше путем [1]. [c.39] Единица равновесия (теоретическая тарелка). [c.39] Следует также отметить, что выражение (4-5) относится только к таким элементам процесса, стенки которых полностью изолированы и непроницаемы для потоков теплоты или импульса. Очевидно, что строгая реализация такого предельного случая невозможна. В инженерной практике приходится устанавливать число степеней свободы для реальных, с неизолированными стенками элементов процесса. [c.39] Среди простых элементов процесса важное значение имеет так называемая единица равновесия— теоретическая тарелка. Простой, стационарный, изолированный, находящийся в равновесии элемент процесса, в который поступают две гомогенные фазы и из которого выходят две гомогенные находящиеся в равновесии фазы, независимо от их структуры и образования, называется теоретической тарелкой (рис. 4-2). Это понятие возникло в теории процессов перегонки, но применяется и в других случаях. [c.39] Теперь мы подходим к ответу на поставленный в начале этой главы третий вопрос какие из технологических параметров. [c.39] Напишем уравнения, которые содержат ограничивающие условия, относящиеся к элементу процесса. Если в этой системе уравнений окажутся нелинейные члены, то они опускаются. Теперь остается только испытать, определяема ли оставшаяся однородная линейная система уравнений или нет. Если определяема, то выбор переменных, используемых в качестве носителей степеней свободы, сделан правильно. Критерий возможности решения системы уравнений приводится в гл. 7 (во избежание недоразумений заметим, что решение системы уравнений не указывает на правильность значений зависимых переменных, так как опущены нелинейные члены). [c.40] Разграничение элементов процесса, работающих в кинетической или равновесной области, представлено в виде одномерной модели на рис. 4-5. Вопрос о том, когда разность ДГ = Г — Г функций испытуемой интенсивной переменной Г можно принять весьма малой, практически близкой к нулю (что у т е считается критерием наступления равновесия), тесно связан с экономикой процесса. [c.42] Г—интенсивная величина х— длина. [c.42] Геометрические характеристики системы имеют, однако, важное значение, так как каждый процесс материального производства может идти только в конкретных, построенных из соответствующих материалов аппаратах определенной величины и формы. Среди описывающих геометрических характеристик есть и такие, которые не влияют заметно на ход процесса. К их числу относятся, например, размеры фланцев, связывающих отдельные секции колонны. Геометрические данные, имеющие большое значение в инженерной практике, называются основными размерами. [c.43] Установление и конкретный выбор основных размеров аппарата является задачей инженера-химика, так как они определяют емкость оборудования и, следовательно, его производительность по составу вытекающих фаз, т. е. по количеству продукта. [c.43] Из изложенного следует, что в процессе проектирования число степеней свободы элемента процесса повышается за счет основных геометрических размеров или так называемых геометрических степеней свободы. Очевидно, при этом в расчет войдет еще один аддитивный член, так как максимально необходимое и достаточное число геометрических данных будет добавлено к величине Ь определяющего уравнения (4-1) без изменения при этом величины М. [c.43] При отвлеченном определении элемента процесса (аппаратурнопроцессной единицы) в гл. 2 отмечалось, что в материальном производстве следует различать предмет труда, средство (орудие)труда и человеческую деятельность, которая осуществляет взаимодействие предметов и средств труда. Было показано также, что в образовании этого взаимодействия человек играет исключительную роль, которая заключается в том, что из определенного общего числа переменных он выбирает необходимые технологические параметры. Этот свободный выбор составляет основное содержание не только проектирования, но и руководства производством и необходим потому, что число решающих естественных законов меньше общего числа технологических параметров. Таким образом, мы пришли к понятию степени свободы элемента процесса, которое показывает, сколько технологических параметров нужно выбрать в качестве необходимых характеристик элемента процесса. Степени свободы, следовательно, представляют собой данные об элементе процесса сущность пх заключается в определении числа воздействий человека на средство труда в данном элементе процесса. С этой точки зрения, не имеет значения, каким образом человек будет устанавливать значения технологических параметров. Если для этой цели он установит регуляторы на оборудовании, то число их должно точно соответствовать числу степеней свободы. Установка автоматического регулятора на оборудовании не изменит отношений между человеком и средством труда, но обусловит управление процессом. [c.43] Вернуться к основной статье