Процессы и аппараты пищевых производств: Программа, контрольные задания для студентов технологических специальностей заочного обучения и задания на СРС

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Восточно-Сибирский государственный технологический университет

Процессы и аппараты пищевых производств Программа, контрольные задания для студентов технологических специальностей заочного обучения и задания на СРС Составители: Блекус В.Г., ., Ямпилов С.С., Полякова Л.Е., Норбоева Л.К., Хантургаев А.Г., Хараев Г.И., Цыбенов Ж.Б..

Процессы и аппараты пищевых производств Программа, контрольные задания для студентов технологических специальностей заочного обучения и задания на СРС

Составители: Блекус В.Г., Ямпилов С.С., Полякова Л.Е., Норбоева Л.К., Хантургаев А.Г., Хараев Г.И., Цыбенов Ж.Б. Улан-Удэ, 2006

В данной программе представлены контрольные задания и задания на СРС по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств» для студентов технологических специальностей заочного обучения. Ключевые слова: гидростатика, пневмотранспорт, конвективный теплообмен, абсорбция, адсорбция.

Подписано в печать 14.03.2006г. Формат 60х841/16 Усл.п.л. 2,79 уч.-изд.л. 2,5 Печать офсетная, бумага писч. Тираж 100 экз. Заказ №35 Издательство ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в, © ВСГТУ, 2006

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Современное пищевое производство может рассматриваться как совокупность многочисленного ряда самостоятельных технологических операций переработки сырья и полуфабрикатов. Каждая операция связана с осуществлением процессов, протекающих в аппаратах и различных машинах соответствующей отрасли промышленности. Изучение процессов, свойственных всем отраслям пищевой технологии, и основных начал этих процессов составляет предмет и задачу курса "Процессы и аппараты пищевых производств". Программа курса, рассчитанная на подготовку инженера широкого профиля, охватывает все итоговые процессы с точки зрения их теоретического обоснования, выбора оптимальных параметров, методику расчета и аппаратурного оформления. Цель курса - научить студента рациональному выбору конструкций, расчету машин и аппаратов для определенных технологических процессов, а также методом целесообразной промышленной эксплуатации их, направленным на достижение максимальной производительности при минимальных затратах и высоком качестве готовой продукции. 1. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 1.1. Основы гидравлики Гидростатика. Сжижаемые жидкости. Гидростатическое давление. Дифференциальные уравнения жидкости Эйлера. Основное уравнение гидростатики. Гидродинамика. Вязкие и невязкие жидкости. Вязкость жидкостей и газов. Закон Ньютона. Динамический и кинематический коэффициенты вязкости. Влияния 3

температуры и давления на вязкость жидкостей и газов. Линейность однозначных химико-технических функций. Режимы движения вязкой жидкости. Эквивалентный диаметр. Уравнение расхода. Уравнение сплошности или неразрывности потока. Дифференциальные уравнения движения невязкой и вязкой жидкости. Удельная механическая энергия потока. Статический и динамический напоры и их измерение. Средняя и максимальная скорости потока. Теорема Бернулли для невязкой и вязкой несжимаемой жидкости. Приложения теоремы Бернулли. Определение расхода энергии на транспортирование жидкостей и газов по трубам. Вывод формулы сопротивления при ламинарном режиме. Подобие физических явлений. Основные понятия и определения. Условия однозначности. Константы подобия, инварианты подобия, симплексы и комплексы подобия. Вывод критериев гидродинамического подобия. Метод анализа размерностей. Обобщенная критериальная формула для определения потери напора на трение. Сопротивление трения в гладких и шероховатых трубах. Потеря давления на преодоление местных сопротивлений. Расчет трубопроводов Гидродинамика слоя зернистых материалов. Неподвижный слой. Взвешенный слой (кипящий, псевдоожиженный). Пневмотранспорт. Сопротивление слоя зернистого материала. Скорость псевдоожижения. Основное уравнение движения тела в среде. Скорость витания. Скорость осаждения.

4

1.2. Перемещение жидкостей (насосы) Классификация насосов. Поршневые насосы. Насосы простого и многократного действия. Диаграмма подачи насоса. Предельная высота всасывания. Потери напора на преодоление силы инерции. Воздушные колпаки. Индикаторная диаграмма. Общая характеристика поршневых насосов. Конструкции поршневых насосов. Детали поршневых насосов. Роторные насосы. Центробежные насосы. Уравнение Эйлера. Предельная высота всасывания. Формулы пропорциональности. Рабочие, характеристики насосов. Работа центробежного насоса на сеть. Параллельное и последовательное соединение насосов. Многоступенчатые насосы. Конструкции центробежных насосов. Сравнительная оценка центробежных и поршневых насосов, Вихревые насосы. Осевые (пропеллерные) насосы. Устройство для помещения жидкостей посредством пара, воды и сжатого воздуха (газа). Пароструйные насосы. Водоструйные насосы. Монтежю. Газлифты. Сифоны. 1.3. Перемещение и сжатие газов Классификация машин для сжатия и перемещения газов. Поршневые компрессоры. Индикаторная диаграмма компрессора. Коэффициент подачи и предел сжатия. Многоступенчатое сжатие. Мощность, потребляемая компрессором. Основные типы и конструкции поршневых компрессоров. Турбокомпрессоры. Характеристика турбокомпрессоров. Развиваемое давление. Основные конструкции турбокомпрессоров. Сравнительная оценка поршневых 5

компрессоров и турбокомпрессоров и области их применения. Вакуум насосы. Основные конструкции: поршневые, ротационные, водокольцевые и масляные, водои пароструйные. Вентиляторы. Центробежные вентиляторы. Рабочие характеристика. Осевые вентиляторы. 1.4. Разделение жидких неоднородных систем Неоднородные системы в пищевой промышленности, их характеристика и классификация. Методы разделения. Общие требования, представляемые для разделения жидких неоднородных систем. Осаждение. Особенности расчета процесса оснащения в жидкой среде. Типы отстойников, их характеристика и область применения. Осаждение в поле центробежных сил, Особенности расчета скорости осаждения. Гидроциклоны, особенность их расчета, центрифуги и сепараторы, их классификация. Основы расчета центрифуги: центробежная сила, фактор разделения, производимость, габариты, расход энергии. Типы центрифуг, их характеристика и область применения. Отстойные центрифуги. Пути повышения технико-экономических показателей центрифуг. Фильтрование. Типы фильтрационных процессов и область применения. Основы теории фильтрации. Режимы фильтрация. Методы расчета процесса фильтрации. Скорость фильтрации. Коэффициент фильтрации и методы их определения. Расчет фильтра. Классификация фильтров для жидких систем. Типы фильтров, их характеристика и область применения. Центрифуги фильтрующего типа. Пути повышения технико-экономических показателей фильтрующих установок. Ультрафильтрация и обратный осмос. Основы теории процесса. Полупроницаемые для 6

ультрафильтрации и обратного осмоса. Фильтрующие элементы. Схемы мембранных аппаратов и установок. Практическое применение ультрафильтрации и обратного осмоса в пищевой промышленности.

мощности механических мешалок. Рабочий и пусковой периоды перемешивания. Типы аппаратов, применяемых для перемешивания. 2. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

1.5. Разделение газовых неоднородных систем Осаждение в гравитационном поле. Силы, действующие на частицу. Расчет скорости осаждения и анализ параметров, ее опрела пеших, при различных режимах осаждения. Отстойные камеры, их характеристика и основы расчета. Циклоны. Расчет скорости осаждения в поле центробежных сил при различных режимах осаждения. Кинетика циклонного процесса. План расчета циклона. Определение продолжительности пребывания в циклоне, габаритов аппарата, расчет гидравлических сопротивлении, выбор вентилятора и определение расхода энергии. Эффективность работы циклона и выражение ее в критериальной форме. Пути повышения эффективности работы циклона. Типы циклонов. Батарейные циклоны и основы их расчета. Гидравлические пылеосадители. Типы аппаратов, их характеристика и область применения. Фильтры. Типы фильтров, их характеристика и область применения. Электрофильтры. Физические основы электроосаждения. Типы электрофильтров, их характеристика, правило обслуживания и область применения. Основы расчета электрофильтров. 1.6.Перемешивание в жидких средах Процесс перемешивания в пищевой промышленности. Интенсивность и эффективность перемешивания. Технологические способы перемешивания: пневматическое, циркулярное и механическое. Критериальная зависимость для выражения 7

Общая характеристика тепловой обработки пищевых продуктов и материалов. Применение законов теплопередачи и основных принципов термодинамики в расчетах тепловых процессов. 2.1. Основы теплопередачи Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Теплопроводность однослойной и многослойной стенок. Закон нестационарной теплопроводности. Критерии теплового подобия Био, Фурье и безразмерная температура. Методы расчета нестационарного теплообмена. Конвективный теплообмен. Закон Ньютона. Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена. Критерии теплового подобия и связь между ними, Теплообмен при изменении агрегатного состояния жидкости. Теплопередача в кипящих жидкостях и при конденсации паров. Основные уравнения теплопередачи. Движущая сила тепловых процессов. Вычисление средней разности температур дли прямотока, противотока, перекрестного и смешанного токов теплоносителей. Коэффициент теплопередачи и термические сопротивления. Тепловое излучение, основные понятия. Теплоизлучение газов. Расчет лучистого теплообмена. 8

2.2. Нагревание, охлаждение, конденсация Значение теплообмена при осуществлении пищевых технологических процессов. Пределы применяемых температур и выбор соответствующего теплоносителя и охлаждающего агента. Нагревание водяным паром. Нагревание топочными газами. Нагревание промежуточными теплоносителями. Нагревание электрическим током. Охлаждение водой, воздухом и льдом. Конденсация: поверхностная и смешения. Типы конденсаторов, применяемых в пищевой промышленности. Расчет поверхностного конденсатора, конденсаторов смешения (прямоточных и противоточных). Особенности расчета конденсаторов сублимационных установок. 2.3. Теплообменная аппаратура Основные принципы классификации теплообменных аппаратов. Рекуперативные, регенеративные и контактные теплообменники. Характеристика теплоносителей и основных типов теплообменных аппаратов. Теплообменники: газовые, паровые, водяные с применением высококипящих теплоносителей, с использованием электроэнергии, основные типы теплообменников. Основы расчета теплообменных аппаратов. Материальный и тепловой расчет. Определение коэффициентов теплопередачи в теплообменных аппаратах, выбор скорости рабочих тел, определение термических сопротивлений и т.д. Определение средней разности температур при конденсации, испарении и кипении, средняя разность температур при прямом токе, противотоке, смешанном токе. Гидравлический и механический расчет теплообменного аппарата. Энергетический и эксергети9

ческий КПД теплообменного аппарата. Пути интенсификации процессов теплообмена и повышение технико-экономических показателей. Тепловая изоляция, характеристика тепловых изоляционных материалов и расчет изоляции. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов - нагрев в электромагнитном поле - инфракрасное облучение, воздействие поля ВЧ и СВЧ, комбинированные методы. 2.4. Выпаривание и выпарные аппараты Применение процессов выпаривания в пищевой промышленности. Теоретические основы выпаривания. Физические свойства растворов и изменение их в процессе выпаривания. Однокорпусная выпарная установка. Материальный и тепловой расчет. Выпаривание в вакууме и под давлением. Многокорпусная выпарная установка, ее устройство и принцип действия. Схема работы многокорпусной выпарки. Самоиспарение в прямоточной выпарной установке. Расчет многокорпусной выпарной установки. Определение температуры кипячения раствора, температурные потери в выпарной установке, расчет расхода греющего пара, расчет коэффициента теплопередачи в выпарных установках с учетом перепада температур на пленке конденсата, расчет поверхности нагрева. Выбор числа корпусов. Основные техникоэкономические характеристики выпарной установки. Основные типы выпарных аппаратов. Выпаривание в тонкой пленке. Методы повышения скорости циркуляции. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора. Выпаривание с тепловым насосом. Пути повышения технико-экономических показателей выпарных установок. 10

3. МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ 3.1. Массообменные процессы в пищевой промышленности. Основы теории массообмена. Механизм массообмена. Массообмен в технологических процессах пищевых производств. Массоперенос в пищевых продуктах и материалах. Пищевые продукты как многокомпонентные и многофазные системы. Применение правила фаз для анализа процессов массообмена. Коэффициенты массообмена и массопередачи. Коэффициент массопереноса и движущие силы процесса. Кинетические коэффициенты в уравнениях массопереноса. Дифференциальное уравнение массопереноса и его краевые условия. Общий вид решения уравнения. Подобие тепловых и массообменных процессов. Диффузионный и молярный перенос. Концентрационная диффузия и термодиффузия. Диаграмма равновесия. Особенности переноса в системах: твердое тело – жидкость; твердое тело – газ; жидкость - жидкость. Современные методы интенсификации массообмена. 3.2. Сорбционные процессы и аппараты Процесс абсорбции и применение его в пищевой промышленности. Неизотермическая абсорбция, многокомпонентная абсорбция. Процессы адсорбции и применение их в пищевой промышленности. Изотермы сорбции и десорбции. Метод графического расчета, сорбционных процессов. Основные типы абсорберов и адсорберов, характеристика аппаратов, применяемых в пищевой промышленности. Регенерация поглотителей. Пути интенсификации сорбционных процессов. 11

3.3. Экстрагирование и экстракторы Процессы экстракции в пищевой промышленности. Механизм экстракции в системе твердое тело - жидкость. Диффузионная теория экстракции. Математическое описание процесса экстракции. Коэффициенты внешней и внутренней диффузии и методы их определения. Влияние термодиффузии на процесс экстракции. Конструкция экстракторов и методы расчета, материальный и тепловой балансы, определение основных размеров аппаратов. Пути повышения технико-экономических показателей экстракторов. 3.4. Основы влагокинетики Применение уравнений массообмена к переносу влаги внутри материала. Стационарное и нестационарное поле влагосодержания. Формы связи с материалом, их физико-химические и энергетические характеристики. Адсорбционная, капиллярная и энтропийная связи. Коэффициент диффузии влаги в материале и его зависимость от влажности и температуры. Явление термовлагопроводности, его физическая сущность и математическое описание. Пути интенсификации переноса влаги внутри материала. 3.5. Процессы сушки и сушильные установки Процессы сушки в пищевой промышленности. Основные проблемы теории и техники сушки. Современный этап развития науки о сушке. Сушка как процесс разделения фаз в условиях взаимодействия внешних и внутренних полей. Методы обезвоживания и применение их в зависимости от свойств продукта и энергии связи влаги с материалом. Параметры влажного 12

воздуха. J-Х диаграмма. Основы статики сушки: анализ изотермы сорбции и десорбции, равновесная влажность, гидроскопическая влажность, гистерезис сорбции и десорбции и его практическое значение, термодинамические характеристики влажного материала. Основы кинетики сушки. Кривые сушки, скорость сушки и температурные кривые. Характеристика отдельных периодов процесса сушки. Уравнения кривых сушки для первого и второго периода. Краевые условия и методика решений дифференциального уравнения влагопроводности для второго периода сушки. Коэффициент сушки и методы его определения, кинетический расчет процесса сушки. Изменение структурно-механических свойств материалов в процессе сушки. Методы обоснования оптимального режима процессов сушки. Основы инженерного расчета сушильных установок. Термодинамический анализ сушки в J-Х диаграмме, построение в ней процессов, происходящих в калорифере и сушильной камере. Варианты сушильного процесса, их аналитический и графоаналитический расчет. Энергетический К.П.Д. сушильной установки. Новые методы сушки, их физическая сущность: конвективная сушка в псевдоожиженном, кипящем, фонтанирующем, вихревом слое и во взвешенном состоянии, сушка инфракрасными лучами, сушка в электрическом поле высокой и сверхвысокой частоты, комбинированные методы сушки, пеносушка, сушка сублимацией, акустическая сушка. Контактный влагообмен. Оценка экономической эффективности и пути повышения технико-экономических показателей сушильных установок. Особенности сушки в кондиционируемых помещениях. 13

3.6. Процессы перегонки и перегонные аппараты Понятие о процессе дистилляции. Диаграммы фазового равновесия для бинарных и многокомпонентных смесей. Процессы перегонки и ректификации в пищевой промышленности. Основы теории перегонки. Классификация разделенных смесей, основные законы перегонки. Классификация процессов перегонки и слабости их применения. Условия разделения взаиморастворимых компонентов, частично растворимых и нерастворимых. Сложная перегонка: многокубовые аппараты; колонные аппараты. Особенности процесса ректификации. Ректификация бинарных смесей - идеальных, реальных, азетропных. Экстрактивная ректификация. Процессы, протекающие на тарелках, насадочные колонны, пленочные колонны, ротационные аппараты. Понятие о К.П.Д. тарельчатого аппарата, эквивалентной высоте, единице переноса. Пути повышения технико-экономических показателей ректификационных аппаратов. Понятие о ректификации многокомпонентных смесей. Молекулярная дистилляция. 3.7. Кристаллизация Процессы кристаллизации в пищевой промышленности. Основы теории кристаллизации из растворов. Кривые равновесия для процесса кристаллизации. Зарождение кристаллов. Кинетика процесса кристаллизации. Методы кристаллизации. Кристаллизация в процессе замораживания, основные закономерности. Типы аппаратов для кристаллизации: вакуум аппараты; мешалки-кристаллизаторы. Материальный и тепловой расчет кристаллизаторов. Пути повышения технико-экономических показателей кристаллизаторов. 14

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 4.1. Процессы измельчения Применение процессов измельчения в пищевой технологии. Теоретические основы процесса дробления работы П.А. Ребиндера, Кика-Кирпичева, Риттингера, С.Н. Журкова и др. Классификация методов измельчения. Типы дробильных установок. Схема расчета, дробилок. 4.2. Сортирование Сортирование в процессах пищевых производств. Основы теории ситового анализа. Типы аппаратов для сортирования и очистки. 4.3. Прессование Процессы прессования в пищевой промышленности. Основы теории обработки пищевых продуктов давлением. Отжатие жидкости, формирование пищевых продуктов, брикетирование. Типы установок для обработки давлением. Прессы для обезвоживания, формовки, брикетирования. 4.4. Смешение Смешение в пищевой промышленности. Смещение сыпучих и пластиковых материалов. Типы аппаратов, применяемых для смешения.

15

В процессе проработки курса студент-заочник должен выполнить контрольную работу, в каждую из которых входит по 8 задач. Контрольная работа состоит из двух разделов: 1 раздел – гидромеханические процессы; 2 раздел – тепловые и массообменные процессы. Номера контрольных задач выбираются по последней цифре зачетной книжки.

Контрольная работа 1 1 раздел – Гидромеханические процессы Номер варианта Номер вопроса

1 10 19 21

2 9 20 22

3 8 17 23

4 7 18 24

5 6 15 25

6 5 16 26

7 4 13 27

8 3 14 28

9 2 11 29

10 1 12 30

Контрольные вопросы 1. Основное уравнение гидростатики. 2. Гидродинамика. Основные характеристики движения жидкостей: скорость и расход жидкости, гидравлический радиус и эквивалентный диаметр, установившийся и неустановившийся потоки. 3. Режимы движения жидкости. Число Рейнольдса. Профиль скоростей при ламинарном и турбулентном движении жидкости по трубопроводу. 4. Уравнение Бернулли элементарной струйки идеальной жидкости и целого потока реальной жидкости. 5. Некоторые практические приложения уравнения Бернулли, пневмометрическая трубка Пито-Прандтля, мерная диаграмма, трубка Вентури, истечение жидкостей из сосуда. 6. Потери энергии по длине трубопровода и на местные сопротивления. Уравнение Вейсбаха-Дарси. Коэффициент Дарси. Формула Альштуля. 16

7. Зависимость коэффициента сопротивления по длине трубопровода λ (коэффициента Дарси) от скорости (от числа Рейнольдса). Понятие гладких труб. 8. Центробежные насосы. Уравнение центробежного насоса. Характеристики центробежного насоса. 9. Основные параметры насосов. Напор насоса. Высота всасывания. Явление кавитации в насосах. Коэффициент быстроходности центробежного насоса. 10. Поршневые насосы. Принцип действия и типы насосов. Производительность. Характеристика насосов. 11. Индикаторная диаграмма работы поршневого насоса. 12. Специальные типы поршневых и центробежных насосов. 13. Перемещение и сжатие газов. Компрессорные машины. Термодинамические основы процесса сжатия газов. T-S – диаграмма. 14. Работа сжатия и потребляемая мощность. 15. Типы компрессоров. Индикаторная диаграмма. Индикаторная мощность и индикаторное давление. 16. Производительность компрессоров. Коэффициент подачи. Объемный коэффициент. 17. Процесс отстаивания. Скорость осаждения взвешенных частиц. Расчет отстойников. 18. Отстойники: отстойники с наклонными перегородками, отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой, многоярусные отстойники, отстойники непрерывного действия с коническими полками. 19. Процесс фильтрования. Уравнения процесса фильтрования. 20. Устройство фильтров: нутч-фильтры, фильтрпрессы, листовые, барабанные фильтры, дисковые вакуумфильтры. 17

21. Центрифугирование. Центробежная сила и фактор разделения. 22. Процессы в отстойных и фильтрующих центрифугах. 23. Разделение газовых систем. Очистка газов. Гравитационная очистка газов. 24. Очистка газов под действием инерционных и центробежных сил. 25. Очистка газов фильтрованием. 26. Мокрая очистка газов. 27. Электрическая очистка газов. 28. Мембранная технология для разделения жидких и газообразных систем. 29. Перемешивание в жидкой среде. Перемешивание при помощи мешалок. Мощность, потребляемая мешалками. 30. Перемешивание сжатым воздухом и паром (барботирование).

Задача №1 Высота уровня жидкости в резервуаре Н,м. Относительная плотность мазута ∆. На высоте h ,мм от дна в резервуаре имеется круглый лаз диаметром Д,мм, крышка которого прикрепляется болтами диаметром d, мм. Принимая для болтов допустимое напряжение на разрыв σ,кгс/см2. Определить необходимое число болтов. Определить давление жидкости на дно резервуара. Величины Н, м ∆ h,мм Д,мм d,мм σ,кгс/см2

Варианты 1 7,6 0,96 800 760 10 700

2 7,0 0,95 700 700 10 690

3 8,5 0,97 900 850 10 710

4 7,1 0,96 720 710 10 700

5 8,4 0,95 880 840 10 690

18

6 7,2 0,97 740 720 10 710

7 8,2 0,96 860 820 10 700

8 7,3 0,95 860 730 10 690

9 8,0 0,97 840 800 10 710

10 7,8 0,96 820 780 10 700

Методические указания к решению задачи №1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам «Гидравлики». Дать схему. Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н). Р=(р0+ρghc) F, H, и определяем силу давления на 1 болт – Р1. Число болтов n =

P P1

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH, Па.

Таблица исходных данных 2 2,3 35 0,4

3 1,6 25 0,6

4 2,2 33 0,5

Варианты 5 6 1,7 1,9 32 27 0,4 0,6

7 2,0 28 0,5

8 2,4 25 0,4

9 2,5 30 0,5

10 2,1 31 0,5

Методические указания к решению задачи №2 Полный напор, развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению:

р н − р вс ω н2 − ω вс2 Н= . + H0 + 2 ρg 19

Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ, Г от р1 до р2 (давление абсолютное). Начальная температура t1=-15˚C. К.п.д компрессора принять 0,65. Определить мощность компрессора. Таблица исходных данных

Насос перекачивает 30% серную кислоту. Показание манометра на нагнетательном трубопроводе рн, показание вакууметра (разрежение) во всасывающем трубопроводе перед насосом рвс, манометр присоединен на Н0, м выше вакууметра. Всасывающий и нагнетательный трубопроводы одинакового диаметра. Какой напор развивает насос.

1 Рн, кгс/см2 1,8 Рвс, кгс/см2 29 Н0,м 0,5

в

Задача №3

Величины

Задача №2

Величины

Предварительно определив давление нагнетательном и всасывающем трубопроводе.

3

Q, м /ч Г, газ Р1, кгс/см2 Р2, кгс/см2

Варианты 1 2 3 5,6 4,0 6,5 СО2 N2 C2H2 20 30 15 70 80 65

4 4,3 H2 28 78

5 6,3 O2 17 67

6 7 8 4,7 5,1 4,9 CH4 C2H4 C2H6 26 19 24 76 69 74

9 5,9 Cl2 18 68

10 5,4 H2S 22 72

Методические указания к решению задачи №3 Перед расчетом необходимо изучить раздел «компрессоры». Мощность, потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора:

N=

G ⋅ Lад , 3600 ⋅ 1000 ⋅ η

где Lад – адиабатическая работа сжатия 1 кг газа к −1    p2  к dж к  . R ⋅ T1   − 1, Lад =  p1   кг к −1  

20

Таблица исходных данных

Задача №4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха, выходящего из распылительной сушилки , по следующим данным:

Величины

Размер ность Расход воздуха, кг/с G Наименьший диаметр частиц, dּ10-6 м Отношение, нּм/кг ∆Р/ ρг Температура ˚С воздуха, t

По последней цифре шифра 4 5 6 7

1

2

3

8

9

10

0,5

0,7

0,6

0,66

0,58

0,75

0,64

0,8

0,83

0,72

80

80

80

100

100

100

90

90

90

100

720

740

730

700

710

750

740

720

730

750

100

120

110

100

120

110

100

100

110

120

Методические указания к решению задачи №4 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по процессам разделения неоднородных систем, конструкции материалов и их расчетам [1,2,3]. Диаметр циклона определяется по формуле: V G или D = , D= 0,785 ⋅ ω ц ρ г ⋅ 0,785 ⋅ ω ц где V- расход воздуда, м3/с; ρг- плотность воздуха, кг/м3; ωЦ- условная скорость воздуха, м/с. Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения: Расход воздуха – G, кг/с; Температура воздуха – t, ˚С; Наименьший диаметр частиц- d, м; Отношение-∆Р/ρг Требуется: Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона –ωц; гидравлическое сопротивление циклона – ∆Рн, н/м2; диаметр циклона – D, м; параметры циклона – Н, h1, h2, h3, h4, D1, b, м. 21

∆P

∆P

ρг

=ξ

ω

2 ц

2

, откуда

ωц =

ρг ξ

⋅2 ,

где ∆Р – гидравлическое сопротивление (в Па); ξ – коэффициент сопротивления циклона. Данный коэффициент определяют по выбранному типу циклона (таблица 1). Плотность воздуха определяется: 22

ρ в = 1,293 ⋅

Т0 , где Т0=273˚К. Т0 + t

2 раздел – Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D, выбрав тип циклона по табл.1. определяем параметры циклона. Циклон (ЦН-24) – предназначен для улавливания крупной пыли; (ЦН-15) – обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении; (ЦН-11) рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя. Гидравлическое сопротивление циклона (н/м2 или м.вод. ст.) определяем из уравнения:

∆Р = ξ

ρ г ⋅ ω ц2 2

.

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1 Характеристика циклона Размерность Диаметр выходной трубы, D1 Ширина входного патрубка, b Высота входного патрубка, h1 Высота входного патрубка, h1 Высота цилиндрической части, h3 Высота конической части, h4 Общая высота циклона, Н

Тип циклона ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

м м

0,6D 0,26D

0,6D 0,26D

0,6D 0,26D

м

1,11D

1,11D

1,11D

м

2,11D

2.26D

2.08D

м

1,75D

2D

2D

м

4,26D

4,56D

4,38D

60

160

250

Коэффициент сопротивления, ξ

23

Номер варианта Номер вопроса

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

7 11

8 12

9 13

10 14

1 15

2 16

3 17

4 18

5 19

6 20

21

22

23

24

21

22

23

24

25

26

1. Напишите выражение коэффициента теплопередачи К и поясните, в каких случаях можно пренебречь тепловым сопротивлением стенки. 2. Укажите порядок цифровых величин для коэффициентов теплопередачи для важнейших случаев теплообмена («стенка – вода», «стенка –пар», «стенка –газ»). 3. Каковы преимущества и недостатки нагревания «острым» и «глухим» паром? 4. Какие типы водоотводчиков применяются в промышленности у теплообменников технологического оборудования и какой контроль должен быть за этими водоотводчиками? 5. В каких случаях при расчете теплообменников цилиндрическую (трубчатую) поверхность можно считать как плоскую? 6. Как рассчитывается толщина изоляционного слоя на горячих поверхностях оборудования и коммуникаций? 7. Для чего и в каких случаях применяются ребристые поверхности нагрева? 8. Зависит ли средняя разность температур от схемы движения теплоносителей (прямоток, противоток), если температура одного из теплоносителей остается постоянной? 9. Перечислите основные способы нагревания, применяемые в технике и дайте их сравнительные характеристики. 10. Нарисуйте схемы кожухотрубных, оросительных погружных трубчатых теплообменников. 24

11. Дайте определения понятий «абсолютная влажность», «относительная влажность» и «влагосодержание» влажного воздуха и покажите, какая связь между этими величинами. 12. Нарисуйте схему многозонной сушки с промежуточными подогревом и зонной рециркуляцией. Постройте процесс работы этой сушилки и диаграмме «I –х» и поясните ее преимущества и недостатки. 13. Нарисуйте схемы основных типов абсорберов. 14. Каковы преимущества и недостатки метода сушки на горячей поверхности (контактная сушка) по сравнению с воздушной сушкой? 15. Какими факторами определяется емкость сушилки по загруженному в нее материалу? 16. Нарисуйте кривые изменения температур материалов в процессе сушки при контактной и при воздушной сушке? 17. Как влияет на интенсивность сушки парциональное давление водяного пара в окружающем воздухе? 18. Почему невыгодно высушивать ниже равновесной влажности? 19. Какие основные параметры подлежат контролю в процессе сушки? 20. Какое значение имеет рециркуляция рабочего воздуха в процессе сушки? 21. Каково назначение выпарных аппаратов? 22. В каких случаях целесообразно применение многокорпусных выпарных установок? 23. Нарисуйте схему однокорпусного аппарата и напишите уравнение его теплового баланса. 24. Когда нужно применять вакуум-выпаривание? 25. Кривые фазовые равновесия бинарных жидких смесей и их значение при расчете ректификационных колонн. 26. Нарисуйте схему непрерывно действующей ректификационной колонны. 25

Задача № 5 Рассчитать кожухотрубный нагреватель воды по следующим данным: Количество нагреваемой воды – G, кг/с; Начальная температура воды – tн, ºС; Конечная температура воды – tк, ºС; Давление греющего пара – Р, Па; Коэффициент теплопередачи – К, Вт/м2 ºК; Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева – Qп, Вт; Длина одной трубки аппарата – L, м; Диаметр трубки (наружный) – d, м; Движение пара и воды – противоток Требуется: 1. Рассчитать поверхность нагрева аппарата – F, м2; 2. Определить количество нагревательных трубок в аппарате – n, шт; 3. Определить расход греющего пара – D, кг/с; 4. Начертить схему аппарата с указанием подачи пара и воды. Таблица исходных данных Величины G tк tн Р·105 К Qпот L d·10-3

Размерность кг/с ˚С ˚С Па Вт/м2·˚К % М М

1 1,4 70 22 2,0 800 2 2,0 25

Варианты по последней цифре шифра 2 3 4 5 6 7 8 2,22 1,66 1,1 1,9 2,5 2,7 2,22 80 75 75 80 70 80 70 25 20 21 23 24 22 20 5,0 4,0 3,0 6,0 5,0 6,0 4,0 750 900 700 850 900 1000 850 4 3 2 4 5 5 5 3,0 2,5 2,0 2,5 3,5 3,5 3,0 38 25 20 38 54 54 38

9 1,4 90 25 3,0 700 2 2,0 25

10 2,5 85 25 5,0 900 4 3,0 54

Методические указания к решению задачи №5 Перед решением задачи необходимо изучить разделы учебника по основам теплообмена в пищевой аппаратуре, конструкциям теплообменных аппаратов и их расчетам [2.3]. 26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи: Qполн=КF∆tср. Тепло, полученное водой от пара, равно: Q = G ⋅ c(t к − t н ) , где G – количество нагреваемой воды – надо взять в кг/с, а удельную теплоемкость «с» необходимо выбрать по таблице физических свойств воды (см. приложение 1) в зависимости от средней температуры в нагревателе. Температурный напор определяется: tср=( ∆tб+∆tм)/2 При ∆tб/ ∆tм<2 ∆tб=tр-tн; ∆tм=tр-tк; ∆tб, ∆tм – разность температур воды в начале и конце нагревания; tр – температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (см.приложение 2). ∆tср – (∆tб – ∆tм )1n ∆tб /∆tм при ∆tб /∆tм ≥2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется: Qполн.=Q+Qп=(1,02-1,05)·Q. Поверхность нагрева определяется по формуле: F=Qполн/К·∆tср. Количество трубок в нагревателе определяется: n=F/fтр, где fтр – поверхность одной трубки, равная: fтр=π·d·L. Расход греющего пара определяется по формуле:

D=

Qпара i / − i //

Энтальпия пара и конденсата жидкости выбирается по таблице (приложение 2), насыщенного водяного пара в зависимости от его давления.

Задача №6

,

где Qпара=Qпол; i/ -энтальпия пара, кДж/кг; i//- энтальпия конденсата жидкости, кДж/кг. 27

Рассчитать однокорпусной выпарной следующим данным: 28

аппарат

по

количество свежего раствора, поступающего на выпаривание – Gн, кг/с; начальная концентрация сухих веществ свежего раствора – вн, %; конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора – вк, %; температура свежего раствора – tн, ˚С; давление вторичного пара в аппарате – Рвт, Па; теплоемкость свежего раствора – Ср; давление греющего пара – Ргп., Па; коэффициент теплопередачи – К, Вт/(м2*˚К); температурные потери – ∆, ˚С Требуется определить: 1. Количество выпариваемой воды – W, кг/с; 2. Расход греющего пара – D, кг/с; 3. Полезную разность температур – ∆tпол, С; 4. Поверхность нагрева аппарата – F, м. Таблица исходных данных РазмерВеличины ность

Варианты по последней цифре шифра 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

кг/с %

2,7

2,2

2,6

1,6

2,0

2,36

1,38

1,8

1,94

2,5

7,0

6,0

7,0

5,0

5,0

7,0

5,0

6,0

6,0

7,0

вк

%

tн

˚С

30 16 0,3

32 17 0,4

32 18 0,6

30 19 0,45

28 20 0,3

30 15 0,5

28 16 0,4

32 14 0,25

30 16 0,6

30 18 0,5

4,1

4,06

4,15

4,15

4,06

4,15

4,1

4,1

4,06

1270

1200

970

1150

1200

1050

1080

1000

1100

2,2 4

3,5 5

4,3 6

5,0 3,5

3,4 4,5

4,2

3,9 4,5

4,5 3,8

3,4 5,5

Gн вн

Рвт·105

Па

КДж/кг˚ 4,06 С 2 Вт/м *˚К 1120

Ср К Рг.п. ·10

Па

∆

˚С

5

2,0 3

5

Методические указания к решению задачи №6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания, работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [1.2.3]. Дать схему однокорпусной выпарной установки. Производительность аппарата по выпаренной влаге (кг/с) из раствора определится из уравнения: W=Gн(1-вн/вк). Расход греющего пара (кг/с) определяется из уравнения теплового баланса:

D=

(1,02 − 1,05)[Gн С р (t к − t н ) + W (iw − C р t к )] Q = i / − i // i / − i //

где 1,02÷1,05 – коэффициент, учитывающий потери тепла; tк – температура кипения раствора определяется по давлению Рвт по приложению 2; i/ - энтальпия греющего пара , кДж/кг i// - энтальпия конденсатора жидкости, кДж/кг iw – энтальпия вторичного пара, кДж/кг; Величины i/ ,i// ,iw берутся из приложения 2 насыщенного водяного пара при соответствующем давлении Рг.п., а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт. Полезная разность температур определяется из уравнения: ∆tпол=tn - tвт-∆, где tn – температура греющего пара (берется из приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Рг.п.); tвт – температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт). Поверхность нагрева (м) аппарата определится из 30

29

основного уравнения теплопередачи:

F=

Q , K * ∆t пол

где Q=(1,02÷1,05)[Gн*Cр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)].

Задача №7

Требуется: 1. Определить расход воздуха 2. Расход тепла 3. Расход греющего пара 4. Построить графики процессов в I –X теоретической и действительной сушилок.

- L, кг/ч; - Q, кДж/ч; - D, кг/ч. диаграмме для

Таблица исходных данных Дать схему работы сушилки. Рассчитать непрерывно действующую сушилку, работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных: Производительность сушилки по влажному материалу - Gв,кг/с; начальная влажность материала - ωн, % конечная влажность материала - ωк, % теплоемкость высушенного материала - См, кДж/кг˚С; масса транспортного устройства - Gтр, кг; теплоемкость транспортного устройства - Стр,кДж/кг˚С; температура материала на входе в сушилку - θ1, ˚С; относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0, ˚С; температура материала на выходе из сушилки – θ2, ˚С; температура воздуха на выходе из калорифера – t1, ˚С; температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1тр, ˚С; температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2тр, ˚С; тепловые потери в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых теплового баланса - qпот, %; температура наружного воздуха - t0, ˚С; Воздух в сушильной камере не подогревается. 31

РазмерВеличины ность

Gн ωн ωк

кг/с % %

См Gтр Стр

тр

t1 t2тр qпот θ1 θ2 φ0 t1 t0

Варианты по последней цифре шифра 1

2

0,27 0,83 30 34 10

11

кДж/кг˚С 2,14 2,25

3

4

5

6

7

8

9

10

0,69 31

1,1 33

0,41 35

0,97 32

1,38 30

1,25 34

0,55 31

0,83 30

9

10

11

10

9

10

10

11

2,18

2,22 2,37

2,20

2,14

2,25

2,18

2,14

0,19

0,2

0,18

0,15 0,17

0,16

0,19

0,2

0,17

0,16

кДж/кг˚С 1,57

1,6

1,55

1,65 1,62

1,68

1,59

1,5

1,54

1,6

20

18

22

19

21

23

20

21

20

19

60

55

57

58

50

60

56

50

60

55

10

12

11

14

10

12

15

13

10

12

20 60 68 100 20

18 55 60 110 22

22 57 65 90 18

19 21 23 58 50 60 69 57 65 95 105 120 20 19 21

кг/с

˚С ˚С % ˚С ˚С % ˚С ˚С

20 21 20 19 56 50 60 54 70 58 55 60 105 100 110 95 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи №7 Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал, касающийся процесса сушки [1,2,3]. Количество испаренной в сушилке влаги (кг/ч) определяется:

W = Gн ⋅ По

диаграмме

ωн − ωк . 100 − ω к

I-X (см. приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДж/кг) и влагосодержание Х (кг/кг) воздуха до и после сушки , а также I0 и Хо наружного воздуха при входе в калорифер. При этом иметь в виду, что t2= θ2. Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке:

l=

1 , (кгсух.возд./кгисп.влаги). x 2 − x0

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле: qкал= l/(I1-I0). Производительность сушилки по высушенному материалу (кг/с): Gk=Gн-W. В действительной сушилке тепло расходуется на: а) подогрев материала (кДж/кг)

qм =

G м ⋅ С м (θ 2 − θ 1 ) ; W

б) подогрев транспортного устройства (кДж/кг)

qтр =

Gтр ⋅ С тр (t kтр − t нтр ) W

;

Тепло, вносимое с влагой материала (кДж/кг): qw=Cw*θ1, где Сw=4,19·103 – теплоемкость воды, Дж/кгС. По заданному условию определяются тепловые потери (кДж/кг) в окружающую среду: / qпот = (q кал + q м + qтр − q w ) ⋅

Поправка на действительный определяется по формуле: 33

qпот . 100

сушильный

∆=qw-( q/пот+ qм+ qтр). Зная величину ∆, из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке: I=I1±

∆ или I=I1± ∆(x2-x0). l

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I –X необходимо знать (х и I) минимум двух точек. Координаты одной точки известны: х1 и I1. Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I. Через две точки на диаграмме I-x с координатами х1=х0, х1 и I1, проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t2. В точке пересечения линий сушки с изотермой t2 находим параметры отработанного сушильного агента: х2 и I2. Общий расход воздуха на сушку (кг сух. возд.lс) определяется по формуле: L=l·W. Общий расход тепла на сушку (кДж/с, кВт) определяется по формуле: Q=L(I2-I0). Принимаем разность температур греющего пара и воздуха на выходе из калорифера ∆t=10˚C. Тогда температура греющего пара будет равна: tгр.пара=t1+ ∆t. Расход греющего пара D=Q/r0, где r0=f(tгр.пара).

Задача №8 процесс

Определить расход дистиллята и кубового остатка, действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия, работающей под атмосферным давлением и расход тепла. 34

Производительность Содержание метилового спирта в исходной смеси содержание метилового спирта в дистилляте содержание метилового спирта в кубовом остатке коэффициент полезного действия тарелок

- F, кг/с; - Хf, масс.%; - Хр, масс.%; - Хw, масс.%; - η.

Таблица исходных данных Величины

Варианты по последней цифре шифра 1

Производительность-F, кг/с Содержание метиловогоспирта в исходной смеси – ХF,%(мас.) Содержание метилового спирта в дистилляте–Хр,%(мас.) Содержание метилового спирта в кубовом остатке–Хw, %(мас.) Коэффициент полезного действия тарелок -η Давление греющего пара, Рп·105Па

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1,38 1,1

1,25 1,52 1,94

1,8

2,0

1,45

1,3

2,22

50

46

42

54

40

50

47

48

44

52

пояснением и обозначениями к ней. Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить уравнение материального баланса: а) по потокам; б) по легколетучим компонентам. Из этой системы уравнений находим расход дистиллята и кубового остатка. Число действительных тарелок определяли, предварительно определив число теоретических тарелок графическим путем. Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт – вода в координатах у –х по таблице 2. Построив кривую равновесия по таблице 2, определяют по исходным данным ХЕ, Хр, Хw , поднимая вертикальную на кривую УЕ, Ур, Уw. Определяем Rmin=

х р − уF

у F − xF

- минимальное флегмовое

число. 90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

1,4

1,5

1,6

1,7

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,3

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

2,5

3,0

3,5

4,0

Методические указания к решению задачи №8 Перед решением задачи необходимо проработать главу «Перегонка и ректификация» [1,2,3]. Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки, а затем изучить теорию сложной перегонки – ректификации. Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с 35

R=β·Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 1,05 1,35 1,75 2,35 3,30 6,25 R N 23 17 14,5 12,5 11,5 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β · Rmin, определяем значения R и записываем в строку. Подставляя значения N в выражение N(R+1), записываем значения в строку. Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1). Действительное флегмовое число определяем: R=(1,3…÷1,5) ·Rmin+0,3. Строим графически процесс происходящий в 36

ректификационной

колонне. Для определения

значении

Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем т.С. R+1

Данную точку С соединяем с точкой А. Затем поднимаем вертикальную линию Хf и на пересечении с линией АС находим точку Д. Соединяем точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в ректификационной колонне. Таблица 2 Метиловый спирт – вода t˚,С Мол. % метилового спирта в жидкости - Х в паре – У 96,4 2 13,4 93,5 4 23 91,2 6 30,4 87,7 10 41,8 81,7 20 57,9 78,0 30 66,5 75,3 40 72,9 73,1 50 77,9 71,2 60 82,5 69,3 70 87,0 67,5 80 91,5 66,0 90 95,8 Материальный баланс ректификационной колонны: F=P+W; F·XF=P·Xp+W·XW; P=(P·Xp+W·XW)/Хр; W=F-P, где F, P, W – массовые или мольные расходы питания, дистилляции и кубового остатка, кг/с; 37

Xp, XF, XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке, массовые и мольные доли. Определяем W – массовый или мольный расход кубового остатка: F(XP-XF) W= ------------- . XP - XW

А затем вычисляем P=F – W.

Рис.1. Аппарат для процесса ректификации

38

Расход греющего пара на колонну: −

D=

Рис.2. Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны: Уравнение рабочих линий:

у=

X R ⋅ X + P - для укрепляющей части колонны; R +1 R +1

R+ f f −1 ⋅X + у= ⋅ XW R +1 R +1

- для исчерпывающей части

колонны; Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис.1): F·CF·tF+D·jn+Ф·CФ·tср=P·iср+Ō·iср+W·Cw·tw+L·Ck·tk+Qпот 39

−

P ⋅ i p + O* ⋅iср + W ⋅ C w ⋅ t w + Qпот − F ⋅ C p ⋅ t p − O⋅ C p ⋅ t ср i − CK ⋅ tK

где Ф – количество флегмы, поступающей в колонну, кг/с Ф=R·P; iср, ip, iср – энтальпии греющего пара при Рп, паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм. летучего компонента (л.л.к.), кДж/кг; CF, CФ, Cw, Ck – удельная теплоемкость исходной смеси, кубового остатка, флегмы и конденсата, кДж/кгºС; tF, tф, tw, tk – температура исходной смеси, кубового остатка, флегмы и конденсата, ºС. Объем паров дистиллята Vn, уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор: P(1 + R) ⋅ 22,4Tср Vn = , М ⋅Т0 где Тср – средняя абсолютная температура в колонне, ºК; М – средняя молекулярная масса перегоняемой смеси, кг; М=Хр·Ммет.спирт+(1-Хр) ·Мводы Ммет.спирт =32; Мводы=16. Ур+УF Определяем: Уср.верх= ----------- ; 2 Ур+Уw Уср.нижн =----------- . 2 Определив Уср.в и Уср.н по таблице 2 находим t cр.в и tср.н. tср.= tср.в + tср.н Tср. = tср. +273˚. 40

pп – средняя плотность паров дистиллята, кг/м3: М ⋅Т0 ρп = , R ⋅ Tср где М – средняя молекулярная масса пара концентраций Уср, % R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль*К), равная 22,4. Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками, м/с:

Wg − 0,05 *

ρж , ρп

ρж – средняя плотность жидкости = ρср.воды + ρср.м.сп. ρср.воды – среднюю плотность воды определяем по tср.в и tср.н (приложение1). Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн. Диаметр ректификационной колонны Д, м:

Д=

4VП , π ⋅W

Приложения Приложение 1 Физические свойства воды (на линии насыщения) t, ˚C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

ρ, Ср, кг/м3 кДж/кг·К 1000 4,23 1000 4,19 998 4,19 996 4,18 992 4,18 988 4,18 983 4,18 978 4,19 972 4,19 965 4,19 958 4,23 951 4,23 943 4,23 935 4,27 926 4,27 917 4,32 907 4,36 897 4,40 887 4,44

λ·102, Вт/м·К 65,1 57,5 59,9 61,8 63,4 64,8 65,9 66,8 67,5 68,0 68,3 68,5 68,6 68,6 68,5 68,4 68,3 67,9 67,5

v·106, м2/с 1,79 1,31 1,01 0,81 0,66 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295 0,268 0,244 0,226 0,212 0,202 0,191 0,181 0,173

Высота ректификационной колонны Н, м: Н=(n-1) · h+2h+3h, где n – число ступеней колонны. h – расстояние между ступенями, м, (h=0,35-0,34м); 2 h – высота от верхней тарелки до крышки колонны, м; 3 h – высота выпарной камеры колонны, м.

41

42

β·104, К-1 -0,63 +0,70 1,182 3,21 3,87 4,49 5,11 5,70 6,32 6,95 7,5 8,0 8,6 9,2 9,7 10,3 10,8 11,5 12,2

σ·104, кг/с2 756 762 727 712 697 677 662 643 626 607 589 569 549 529 507 487 466 444 424

Рr 13,7 9,52 7,02 5,42 4,31 3,54 2,98 2,55 2,21 1,95 1,75 1,58 1,43 1,32 1,23 1,17 1,10 1,05 1,01

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления пересчет с СИ: 1 ат.=9,81·104Па Давление (абс), ат.Р

0,2 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

Темпера тура, 0С t 59,7 68,7 75,4 80,9 85,5 89,3 93,0 96,2 99,1 104,2 108,7 112,7 116,8 119,6 132,9 142,9 151,1 158,1

Плотность, кг/м3·ρ 0,1283 0,1876 0,2456 0,3027 0,3590 0,4147 0,4699 0,5246 0,5790 0,6865 0,7931 0,898 1,003 1,107 1,618 2,120 2,614 3,104

Энтальпия жидкости, кДж/кг (i//) 250,1 287,9 315,9 339,0 358,2 375,0 389,7 403,1 415,2 437,0 456,3 473,1 483,6 502,4 558,9 601,1 637,7 667,9

43

Энтальпия пара, кДж/кг (i/) 2607 2620 2632 2642 2650 2657 2663 2668 2677 2686 2693 2703 2709 2710 2730 2744 2754 2768

Теплота парообра зования кДж/кг (г) 2358 2336 2320 2307 2296 2286 2278 2270 2264 2249 2237 2227 2217 2208 2171 2141 2117 2095

t,0C 1 -50 -20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении 3 ρ, кг/м Ср, λ·102, ν·106, Рr Дж/(кг Вт/м*К м2/сек град) 2 3 4 5 6 1,584 1035 2,03 9,23 0,728 1,395 1035 2,26 12,79 0,716 1,293 1010 2,37 13,28 0,707 1,247 1010 2,44 14,16 0,705 1,205 1010 2,52 15,06 0,703 1,165 1010 2,57 16,00 0,701 1,128 1010 2,66 16,96 0,699 1,093 1010 2,72 17,95 0,698 1,060 1010 2,80 18,97 0,696 1,029 1010 2,86 20,02 0,694 1,000 1010 2,93 21,09 0,692 0,972 1010 3,0 22,10 0,690 0,946 1010 3,05 23,13 0,688 0,898 1010 3,2 25,45 0,686 0,854 1015 3,32 27,80 0,684 0,815 1025 3,44 30,09 0,682 0,779 1040 3,56 32,49 0,681

44

Приложение 4

Список использованной литературы 1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М: Химия, 1983,-760 с. 2. Федоров Б.Е. Процессы и аппараты мясной промышленности. - М: Пищевая промышленность, 1969, -371 с. 3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л: Химия. 1987,-326 с. 4. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М., Химия, 1991, -493 с.

Диаграмма для влажного воздуха

45

46