Задача Процессы и аппараты пищевых производств 2
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-29Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Контрольная работа №1 по
Процессам и аппаратам пищевых производств
Студента 3 курса ФБО ВГТА (г. Калуга)
Специальность 260601
Картанова Андрея Игоревича
Шифр 09-741
Задача № 1.
Определить необходимую длину песколовки шириной b для осаждения из промышленных стоков примесей минерального и органического происхождения, если в ней осветляется V сточных вод, их температура t , минимальный размер улавливаемых частиц d , плотность частиц rт . Скорость движения стоков в песколовке v . Действительную скорость осаждения принять вдвое меньше теоретической. Описать методы интенсификации процесса осаждения.
Значения V
,
b и v принять по предпоследней цифре шифра:
| Предпоследняя цифра шифра | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| V.102, м3/с | 1,0 | 1,4 | 1,8 | 2,2 | 2,6 | 3,0 | 3,4 | 3,8 | 4,0 | 4,4 |
| B , м | 0,3 | 0,35 | 0,4 | 0,45 | 0,5 | 0,55 | 0,6 | 0,65 | 0,7 | 0,75 |
| v , м/с | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,8 | 1,9 |
Значения t
,
d и r
т принять по последней цифре шифра:
| Последняя цифра шифра | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| t , 0С | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 |
| d.106, м | 75 | 72 | 70 | 65 | 60 | 55 | 50 | 45 | 40 | 35 |
| r т , кг/м3 | 1550 | 1600 | 2120 | 1800 | 1750 | 1700 | 2230 | 2350 | 2700 | 1900 |
Решение задачи
Воспользуемся уравнением расхода
Здесь v - скорость движения жидкости в песколовке
b -ширина песколовки
V – расход жидкости
Определим физические свойства жидкости для t=14оС
ρс=1000 кг/м3, μс=1,31.10-3 Па.с (приложение 1)
Рассчитаем число Архимеда
следовательно, режим осаждения ламинарный. Для расчета скорости осаждения воспользуемся формулой Стокса
Найдем действительную скорость осаждения частиц
Находим время пребывания частиц в песколовке
Найдем длину песколовки
l
=v.τ=1,4.5,72=8 м.
Рассмотрим способы интенсификации процесса осаждения.
Для ускорения процесса необходимо увеличть температуру, так как с повышением температуры согласно формуле Стокса уменьшается вязкость и увеличивается скорость осаждения частиц; а также увеличить размер осаждающихся частиц путем добавления специальных веществ - флокулянтов.
Задача №
2
.
Определить продолжительность разделения объема V суспензии через
Значение V принять по предпоследней цифре шифра.
| Предпоследняя цифра шрифта | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| V × | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 | 21 | 19 |
Соответствующие значения t и q принять по последней цифре шифра.
| Последняя цифра шрифта | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| q1 × 103, м3/м2 | 7,5 | 4,6 | 4,6 | 7,6 | 4,6 | 7,6 | 2,3 | 3,6 | 3,7 | 4,6 |
| t1,с | 47 | 53 | 40 | 59 | 54 | 92 | 15 | 40 | 30 | 20 |
| q2 × 103, м3/м2 | 13,7 | 16,8 | 13,7 | 23,0 | 13,7 | 13,6 | 7,1 | 15,1 | 15,0 | 16,8 |
| t2,с | 115 | 195 | 175 | 290 | 190 | 189 | 78 | 115 | 135 | 160 |
| q3 × 103, м3/м2 | 23,0 | 23,0 | 19,8 | 29,2 | 19,8 | 23,0 | 15,1 | 20,9 | 20,9 | 26,2 |
| t3,с | 281 | 320 | 320 | 405 | 300 | 385 | 152 | 205 | 240 | 360 |
| q4 × 103, м3/м2 | 29,2 | 29,2 | 26,2 | 35,3 | 26,2 | 29,2 | 21,0 | 26,9 | 26,9 | 32,2 |
| t4,с | 448 | 470 | 500 | 600 | 455 | 559 | 277 | 315 | 365 | 540 |
решения задачи
Определение констант процесса фильтрования выполним по традиционной методике .
Из графика
K – константа, учитывающая режим процесса фильтрования и физико-химические свойства осадка и жидкости, м2/с;
С – константа, характеризующая гидравлическое сопротивление фильтрованной перегородки, м3/м2.
Решим основное уравнение процесса фильтрования при постоянном перепаде давления
Найдем приращения удельных объемов фильтрата Dq1, Dq2, Dq3, Dq4 и приращения времени отбора известных объемов фильтрата Dt1, D t2, Dt3, Dt4:
Dq1 = q1 = 4,6 × 10-3 м3/м2;
Dq2 = q2 – q1 = (16,8 – 4,6) × 10-3 = 12,2 × 10-3 м3/м2;
Dq3 = q3- q2 = (23-16,8) × 10-3 = 6,2 × 10-3 м3/м2;
Dq4 = q4- q3 = (29,2 – 23) × 10-3 = 6,2 × 10-3 м3/м2
и
Dt1 = t1 = 53 с;
Dt2 = t2 - t1 = 195 – 53 = 142 с;
Dt3 = t3 - t2 = 320 – 195 = 125 с;
Dt4 = t4 - t3 = 470 – 320 = 150 с.
Для построения графической зависимости
Строим график зависимости
Т.к. удельная производительность не может быть отрицательной, то q = q1 = 1,86 × 10-4 м3/м2.
При постоянной движущей силе процесса фильтрования объем фильтрата V, проходящий через
Подставив в него найденные константы процесса фильтрования К и С, определим продолжительность процесса фильтрования
Фильтр-пресс состоит из ряда чередующихся друг с другом плит и полых рам. Между рамами и плитами помещают фильтровальный пористый материал, пропускающий жидкость (фильтрат) и задерживающий твердые частицы, образующие на его поверхности осадок. После заполнения пространства рамы осадком фильтр разбирают, осадок удаляют, заменяют фильтровальный материал и вновь плотно сжимают плиты с рамами.
На рисунке 3 изображены плиты и рамы фильтр-пресса, а на рисунке 2 – схема работы плиточно-рамного фильтр-пресса [2].
1- средний канал; 5 – рама;
2,9 – каналы; 6 – канал для отвода фильтрата;
3 – пространство между плитами; 7 – кран;
4- плиты; 8 – боковой канал.
Рисунок 2 – Схема работы плиточно-рамного фильтр-процесса
|
А – плита, Б – рама;
1 – гладкая поверхность плиты;
2 – желобок;
3 – фильтровальная перегородка;
4 – канал для удаления фильтрата и промывной жидкости;
5 – отверстия для прохода суспензии;
6 – отверстия для прохода промывной жидкости.
Рисунок 3 – Плиты и рамы фильтр-пресса
Задача №
3.
Определить мощность электродвигателя мешалки диаметром d для перемешивания суспензии слоем H, если плотность жидкой фазы r, а ее вязкость m. Объемное содержание твердых частиц в суспензии x, плотность твердых частиц r
ч. Окружная скорость лопастей мешалки w.
Значения d, H, w, x и тип мешалки принять по предпоследней цифре шифра.
| Предпоследняя цифра шифра: | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| d, м | 1,00 | 0,60 | 0,80 | 0,70 | 0,30 | 0,60 | 0,95 | 0,40 | 0,25 | 0,50 |
| H, м | 2,0 | 1,7 | 2,2 | 1,4 | 1,1 | 2,0 | 1,9 | 1,2 | 1,0 | 1,8 |
| w, м/с | 4,0 | 5,2 | 6,3 | 3,5 | 11,5 | 7,1 | 2,9 | 8,0 | 12,5 | 7,9 |
| x, % об. | 5 | 9 | 15 | 6 | 10 | 18 | 7 | 22 | 12 | 25 |
| Тип мешалки | лопастная | пропеллерная | турбинная | лопастная | пропеллерная | турбинная | лопастная | турбинная | пропеллерная | турбинная |
Значения r, m и rч принять по последней цифре шифра.
| Последняя цифра шифра | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| r, кг/м3 | 1000 | 1050 | 1100 | 1150 | 1200 | 1250 | 1080 | 1130 | 1180 | 1210 |
| m, Па×с | 0,025 | 0,040 | 0,065 | 0,050 | 0,075 | 0,080 | 0,090 | 0,100 | 0,125 | 0,085 |
| r ч,кг/м3 | 1400 | 1500 | 1600 | 1700 | 1650 | 1800 | 1700 | 1900 | 2000 | 1850 |
Пример решения задачи
Суспензией называется жидкая неоднородная система, состоящая из жидкой фазы и равномерно распределенной в ней твердой фазы.
Определим плотность и вязкость суспензии [1].
Плотность
где x = 9 % (0,09) – объемное содержание твердых частиц в суспензии; rтв = rч = 1700 кг/м3 – плотность твердых частиц; rж = r = 1080 кг/м3 – плотность жидкой фазы.
Тогда5
Т.к. объемная концентрация твердой фазы в суспензии меньше 10 %, то динамическую вязкость суспензии определим по формуле Бачинского А.И. [1]
,
где
= m = 0,090 Па×с – вязкость жидкой фазы.
Тогда
Па×с.
Определим скорость вращения мешалки из выражения
,
где w
– окружная скорость лопастей пропеллерной мешалки, м/с; n – частота вращения мешалки,
; d – диаметр мешалки;
w = 5,2 м/с (по условию) .
Тогда
.
Для пропеллерных мешалок в аппаратах без перегородок диаметр аппарата D = 3d = 0,30×3=0,9 м.
Т.к.
, то мешалка отличается от геометрически подобных мешалок (для которых проведены исследования и в литературе представлены значения коэффициентов мощности С) и следует определить поправку по формуле [9]
.
Рассчитаем модифицированный критерий Рейнольдса:
.
По графику зависимости коэффициента сопротивления С от критерия Рейнольдса [1] для пропеллерной мешалки в аппарате без перегородок (кривая 6) С = 0,30 (приложение 2).
Мощность на перемешивание в рабочий период
ND =0,3*0,35*12,2083*1082,741*1,127=1618,488 Вт = 1,1618488 кВт
Лопасти пропеллерных мешалок изогнуты по профилю судового винта. Пропеллер обычно имеет три лопасти. Диаметр пропеллера равен 0,25 – 0,3 диаметра аппарата. Скорость вращения пропеллера составляет 160 – 1000 об/мин.
Пропеллерные мешалки создают интенсивные осевые потоки, способствующие лучшему перемешиванию суспензии.
Задача
4.
Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубки конденсатора к охлаждающей воде, если средняя по длине температура стенки tс, внутренний диаметр трубки d, температура воды на входе и выходе из трубки равны соответственно t1 и t2 и средняя скорость воды v.
Определить также количество передаваемой теплоты и длину трубки.
Значения tс, t1 и t2 принять по предпоследней цифре шифра.
Значения d и υ принять по последней цифре шифра.
Пример решения задачи.
Определим среднюю температуру воды
оС
По приложению 1 [2] определим теплофизические свойства воды
при tср= 20 оС
ρ=998 кг/м3 плотность воды
μ= 1·10-3 Па·с динамический коэффициент вязкости
λ=0,599 Вт/(м·К) коэффициент теплопроводности
с=4190 Дж/(кг·К) коэффициент теплоемкости
Рr= 7,02 число Прандтля
Определим режим течения, критерий Рейнольдса равен
Т.к. Re>10000, то режим течения турбулентный и критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта имеет вид
,
где Prст=3,26 - число Прандтля, определенное при tс=55 оС
Nu=0,021·239520,8·7,020,43(7,02/3,26)0,25=187,5
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде
Вт/(м2·К)
Расход воды
кг/с
Количество отдаваемого тепла с учетом потерь в окружающую среду
0,752·4190·(32-8)·1,04=78646 Вт
χ=1,03-1,05 – коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду.
Удельный тепловой поток
2808·(55-20)=98280 Вт/м2
Длина трубки
м
Список литературы
где
Тогда
Определим скорость вращения мешалки из выражения
где w
– окружная скорость лопастей пропеллерной мешалки, м/с; n – частота вращения мешалки,
w = 5,2 м/с (по условию) .
Тогда
Для пропеллерных мешалок в аппаратах без перегородок диаметр аппарата D = 3d = 0,30×3=0,9 м.
Т.к.
Рассчитаем модифицированный критерий Рейнольдса:
По графику зависимости коэффициента сопротивления С от критерия Рейнольдса [1] для пропеллерной мешалки в аппарате без перегородок (кривая 6) С = 0,30 (приложение 2).
Мощность на перемешивание в рабочий период
ND =0,3*0,35*12,2083*1082,741*1,127=1618,488 Вт = 1,1618488 кВт
Лопасти пропеллерных мешалок изогнуты по профилю судового винта. Пропеллер обычно имеет три лопасти. Диаметр пропеллера равен 0,25 – 0,3 диаметра аппарата. Скорость вращения пропеллера составляет 160 – 1000 об/мин.
Пропеллерные мешалки создают интенсивные осевые потоки, способствующие лучшему перемешиванию суспензии.
Задача
4.
Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубки конденсатора к охлаждающей воде, если средняя по длине температура стенки tс, внутренний диаметр трубки d, температура воды на входе и выходе из трубки равны соответственно t1 и t2 и средняя скорость воды v.
Определить также количество передаваемой теплоты и длину трубки.
Значения tс, t1 и t2 принять по предпоследней цифре шифра.
| Предпоследняя цифра шифра | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| tс, оС | 1000 | 1050 | 1100 | 1150 | 1200 | 1250 | 1080 | 1130 | 1180 | 1210 |
| t1, оС | 0,025 | 0,040 | 0,065 | 0,050 | 0,075 | 0,080 | 0,090 | 0,100 | 0,125 | 0,085 |
| t2 оС | 1400 | 1500 | 1600 | 1700 | 1650 | 1800 | 1700 | 1900 | 2000 | 1850 |
Значения d и υ принять по последней цифре шифра.
| Предпоследняя цифра шифра | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| d∙103, м | 10 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 |
| υ, м/с | 1,1 | 1,0 | 0,9 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,2 |
Пример решения задачи.
Определим среднюю температуру воды
По приложению 1 [2] определим теплофизические свойства воды
при tср= 20 оС
ρ=998 кг/м3 плотность воды
μ= 1·10-3 Па·с динамический коэффициент вязкости
λ=0,599 Вт/(м·К) коэффициент теплопроводности
с=4190 Дж/(кг·К) коэффициент теплоемкости
Рr= 7,02 число Прандтля
Определим режим течения, критерий Рейнольдса равен
Т.к. Re>10000, то режим течения турбулентный и критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта имеет вид
где Prст=3,26 - число Прандтля, определенное при tс=55 оС
Nu=0,021·239520,8·7,020,43(7,02/3,26)0,25=187,5
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде
Расход воды
Количество отдаваемого тепла с учетом потерь в окружающую среду
χ=1,03-1,05 – коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду.
Удельный тепловой поток
Длина трубки
Список литературы
- Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 2004.
- Практикум по процессам и аппаратам пищевых производств: Учеб пособие/ А.В. Логинов, Л.Н. Ананьева, Ю.В. Красовицкий, С.В. Энтин; Воронеж. Гос. Технол. Акад. Воронеж, 2003.336 с.
- Асмолова Е.В. Процессы и аппараты пищевых производств (руководство по изучению курса) [Текст] : учеб. пособие / Е.В. Асмолова, Ю.В. Красовицкий, А.В. Логинов; Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж : ВГТА, 2007 – 308 с.
