Εισαγωγή στις Φυσικές Διεργασίες

Abstract

Στόχος του παρόντος συγγράμματος είναι η εκμάθηση της μεθοδολογίας ανάλυσης και σχεδιασμού διεργασιών που περιλαμβάνουν μεταφορά μάζας. Στο πρώτο μέρος αναπτύσσονται και εφαρμόζονται, σε πληθώρα βιομηχανικών παραδειγμάτων, τα ολοκληρωτικά ισοζύγια μάζας και ενέργειας. Τα παραδείγματα είναι επιλεγμένα ώστε να λειτουργούν ως έμμεση εισαγωγή στις διάφορες φυσικές διεργασίες. Τα μεταβατικά ισοζύγια κατέχουν ξεχωριστό κεφάλαιο, το οποίο αξιοποιείται και για μία προκαταρκτική εξοικείωση με ιδέες του αυτόματου ελέγχου. Στη συνέχεια, γίνεται ανασκόπηση της θερμοδυναμικής ισορροπίας και των φαινομένων μεταφοράς σε διφασικά συστήματα, ώστε να διαμορφωθεί το κατάλληλο υπόβαθρο για την ανάλυση/σχεδιασμό των φυσικών διεργασιών. Στο δεύτερο μέρος του βιβλίου εξετάζονται λεπτομερώς ορισμένες αντιπροσωπευτικές φυσικές διεργασίες και οι αντίστοιχες συσκευές. Οι συσκευές κατηγοριοποιούνται σε αυτές που λειτουργούν με διαδοχικές βαθμίδες ισορροπίας και σε αυτές που επιβάλλουν συνεχή επαφή των δύο φάσεων. Ως παράδειγμα της πρώτης κατηγορίας, εξετάζεται αναλυτικά η κλασματική απόσταξη δυαδικού μείγματος, και ως παράδειγμα της δεύτερης η απορρόφηση αερίου σε υγρό διαλύτη. Συζητούνται, επίσης, οι διεργασίες εκχύλισης και προσρόφησης. Τέλος, ιδιαίτερη έκταση δίνεται στις διεργασίες ύγρανσης-αφύγρανσης, επειδή αυτές είναι κεντρικής σημασίας σε πολλές εφαρμογές (σε πύργους ψύξης, κλιματισμό χώρων, ξήρανση προϊόντων), αλλά και επειδή αποτελούν το κλασικό παράδειγμα ταυτόχρονης μεταφοράς θερμότητας και μάζας.

The book provides a concise yet systematic exposition of the methodologies for analysing and designing mass-transfer processes. The first part develops mass and energy balances and applies them to a variety of examples of industrial relevance. These examples serve as an informal introduction to the main physical processes. Transient balances are covered in a separate section and are combined with some preliminary ideas of automatic control. Next, the equilibrium thermodynamics of liquid/vapour mixtures are reviewed, followed by the description of mass transfer in multiphase systems. Thus, the necessary background for the analysis and design of physical processes is complete. In the second part of the book, the main physical processes are introduced. Process equipment is classified according to the mode of contact of interacting streams, as multi-cascade or continuous. Fractional distillation of a binary mixture is analyzed as the representative example of the first category, and gas absorption in a packed column is an example of the second category. Humidification processes are considered next in significant detail because they are central to many engineering applications (cooling towers, air-conditioning, drying etc.) and serve as a paradigm of simultaneous heat and mass transfer. Finally, liquid-liquid extraction and gas adsorption to a porous solid are given introductory consideration, providing examples of additional processes that may be analyzed with similar engineering methodologies.