ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ХИМИЧЕСКОЙ И БИОТЕХНОЛОГИИ

Каждая научная дисциплина базируется на определенном теоретическом фундаменте, обладает единой методологией и логической последовательностью изложения материала. Теоретическим фундаментом науки о процессах и аппаратах являются следующие основные законы природы:

1. Законы сохранения массы, энергии и импульса допускают только такие превращения, при которых суммы массы, энергии и импульса внутри системы остаются неизменными (т.е. конечная сумма равна сумме в начальном состоянии). Законы сохранения принимают форму уравнений балансов (например, материального и теплового), составление которых является важной частью анализа и расчета процессов.

2. Законы термодинамического равновесия определяют условия, при которых процесс переноса любой субстанции (массы, энергии, импульса) приходит к своему завершению. Состояние системы, при котором необратимый перенос субстанции отсутствует, называют равновесным. Равновесное состояние описывается такими законами, как законы Генри, Рауля и др. Знание условий равновесия позволяет решать очень важные для анализа и расчета процессов задачи - определение направления процесса переноса (из какой фазы в какую переходит субстанция) и границ его течения, расчет движущей силы процесса.

3. Законы переноса массы, энергии и импульса определяют плотность потока любой из этих субстанций в зависимости от градиента сопряженного с ней потенциала переноса, т.е. от удельной, отнесенной к единице объема потока массы, энергии или импульса. Потенциалом переноса в случае переноса массы является плотность (r) или концентрация (С), переноса энергии - энтальпия (с_р tr), переноса импульса - количество движения единицы объема жидкости (wr). Таким образом, законы переноса определяют интенсивность протекающих процессов и в конечном счете - производительность используемых для проведения этих процессов аппаратов.

Перед расчетом процессов и аппаратов перед инженером-технологом обычно стоят следующие основные задачи:

- при заданных расходах исходных материалов определить количество получаемых продуктов и энергию, необходимую для проведения процесса;

- определить условия равновесного (предельного) состояния системы;

- определить оптимальные режимы работы аппаратов;

- рассчитать основные размеры аппаратов, работающих в оптимальных условиях.

Решение этих задач основывается на законах сохранения, термодинамического равновесия и переноса субстанции.