Процеси та апарати промислових технологій

Розділ 1. Гідромеханічні процеси і апарати

Гідромеханіка — наука, що вивчає рівновагу і рух рідини, а також взаємодію між рідиною і твердими частками, зануреними в рідину повністю чи частково.

За принципом цілеспрямованості гідромеханічні процеси промислової технології можна розділити на:

процеси переміщення потоків у трубопроводах і апаратах (що пов'язане з різноманітністю видів і способів руху рідин, газів і їх сумішей);

процеси, що протікають з розподілом неоднорідних систем (осадження, класифікація, фільтрування, центрифугування);

процеси, що протікають з утворенням неоднорідних систем (змішування, псевдорозрідження та ін.).

Закони гідромеханіки і їх практичні додатки вивчають у гідравліці. Гідравліка складається з гідростатики та гідродинаміки.

В гідростатиці вивчають закони рівноваги рідин і газів, у гідродинаміці — закони їх руху.

Гідродинамічні закономірності значною мірою визначають рух процесів теплопередачі, масопередачі та хімічних реакцій в промислових апаратах.

У всіх промислових виробництвах, у т. ч. і хімічних, транспортують і переробляють рідинну, газоподібну, тверду сировину (або їх суміші) у різнорідні продукти, які також мають різні агрегатні стани.

1.1. Гідростатика

В гідростатиці вивчається, в загальному випадку, в стані відносного спокою, при якому в рідині, її частки, що рухаються, не зміщуються одна відносно одної. При цьому сили внутрішнього тертя відсутні, що дозволяє вважати рідину ідеальною.

В стані відносного спокою форма об'єму рідини не змінюється, і вона, подібно до твердого тіла, переміщається як єдине ціле.

В гідравліці заведено поєднувати рідину, гази і пари під єдиною назвою — рідини.

Сили, що діють на виділений об'єм рідини залежно від місця їх докладення, поділяються на зовнішні й внутрішні. За своєю природою (чи за характером дії) сили поділяються на поверхневі й масові (об'ємні).

Рідина і гази відрізняються суцільністю і текучістю (легкою рухомістю).

При вивченні законів рівноваги рідин і газів використовують поняття про ідеальну (гіпотетичну) і реальну рідини. Ідеальна рідина має нескінченно велику текучість. У неї повністю відсутня властивість стискатися під дією тиску, не змінює щільності при зміні температури і не має внутрішнього тертя (в'язкості). Реальні рідини поділяються на крапельні (власне рідини) та пружні (гази і пара). Крапельні рідини практично не стискаються і мають малий коефіцієнт об'ємного розширення. Об'єм пружних рідин дуже змінюється при зміні температури чи тиску.

Розрізняють такі основні властивості рідин, знання яких необхідне для розрахунків процесів і апаратів промислової технології.

Основні фізичні властивості рідин

Щільність. У загальному випадку щільність характеризує розподіл маси у просторі, який зайнятим рідиною або газом, і для будь-якої точки цього простору:

(1.1)