Примеры решения задач

Раздел 4.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО КУРСУ «ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ

ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ»

Гидромеханические процессы

Фильтрование

Барабанный вакуум-фильтр, работающий в режиме постоянного перепада давления ( Р = const ).

Барабан (рис. 4.1), разделенный на ряд секций, соединенных с распределительной головкой, вращается по часовой стрелке. В секциях, погруженных в суспензию, создается вакуум, фильтрат проходит через фильтрующую ткань, стенку барабана, попадает в секцию, откуда через распределительную головку выводится из аппарата. Осадок, остающийся на наружной поверхности барабана, проходит стадию промывки. В секцию перед ножом, срезающим осадок, подается сжатый воздух для того, чтобы приподнять осадок перед ножом.

Рис. 4.1

205

вода, x = Vос Vф = 0,5 .

Определить поверхность фильтрования (площадь зоны погружения в суспензию) барабана Fф и скорость промывки

jпр .

Решение:

1. Определение расхода осадка и фильтрата:

206

где αф – угол фильтрования, для стандартных фильтров равен

120°.

t1 = 4,4 × 360120 =13,2 мин , n = 131,2 = 0,076 обмин .

4. Определение поверхности фильтрования Fф :

Толщина осадка меняется от 0 до 0,01 м (среднее значение 0,005 м).

Объем осадка, получаемого за время τф ,

jпр = μф , так как фильтрат и промывная жидкость – вода,

jфк μпр

207

Рамный фильтр-пресс, работающий в режиме постоянной скорости фильтрования (jф = сonst).

Рамный фильтр-пресс (рис. 4.1) собирают из ряда плит и рам, между которыми устанавливают фильтрующую ткань.

Суспензию подают по центральному каналу, и она поступает в полое пространство рам.

Фильтрат проходит через фильтрующую ткань и по каналам в плитах выводится из фильтра.

Осадок остается внутри рам.

По мере того как в рамах набирается осадок и возрастает сопротивление фильтрованию, увеличивается перепад давления, развиваемый насосом, подающим суспензию (

jф = сonst ).

По окончании процесса фильтрования, фильтр разбирают, из рам выгружают осадок; после чего фильтр собирают снова для следующего цикла.

Дано:

Рамный фильтр-пресс содержит 20 рам размером 1000´1000´40 мм. Сопротивление фильтрующей перегородки

Определить объем фильтрата Vф , получаемого за один

цикл, и время цикла τц .

Решение:

1. Определение объема осадка за цикл Vос Vос = 20 ×1×1× 0,04 = 0,8м3 .

2. Определение объема фильтрата за цикл Vф

208

где равно половине толщины рамы, так как фильтрование осуществляется с двух сторон.

4. Определение времени цикла τц τц = τф + τво = 9,8 + 9,8 =19,6 мин.

Время вспомогательных операций τво принимают равным

τф для обеспечения максимальной средней часовой (суточной) производительности фильтра.

Осаждение

Гравитационное осаждение

Дано:

Gс = 50000 кгч, xc =10 % мас., xос = 40 % мас., твердых частиц в осветленной жидкости не содержится хосв = 0,

rт = 2000 кгм3 , rж = 1000 кгм3 , d = (6 -10) ×10−5 м,

μж =1×10−3 Па × с.

Определить площадь основания отстойника непрерывного действия.

Решение:

1.Определение производительности по осветленной жидкости

2.Определение объемной производительности по суспензии

209

3.Определение режима осаждения частиц минимального размера (d = 6 мкм = 60×10-5 м)

Поскольку Ar = 2,12 < 36 режим осаждения частиц –

Центробежное осаждение. Циклон

Пыль, дым (газовая суспензия) тангенциально вводятся в

циклон (рис. 4.2), поток газовой (жидкой) фазы закручивается вокруг центральной трубы, твердые частицы за счет возникающей центробежной силы отбрасываются к стенке корпуса и опускаются по коническому днищу к разгрузочному отверстию. Очищенный газовый (жидкий) поток выводится через центральную трубу.

ξ = 100 , объемный расход газовой фазы 2,2 м3/с.

Определить диаметр циклона.

Решение:

1. Определение условной скорости газа в циклоне wусл

210

Рис. 4.2 Принципиальная схема циклона

Перемешивание

Дано:

211

оборотов мешалки n = 300 об/мин, а критерий мощности мешалки (модифицированный критерий Эйлера) K N = 10 .

Определить интенсивность перемешивания и мощность, потребляемую при перемешивании.

Решение:

1.Определение мощности, затрачиваемой на перемешивание

2. Определение интенсивности перемешивания j = VN = 13400,2 = 6700 Вт/м3 .

Тепловые процессы

Теплопередача

Дано:

Cтенка печи состоит из двух слоев толщиной δ1 = 500 мм и δ2 = 250 мм . Температура внутри печи 1300 С , температура окружающего воздуха 25 С . Коэффициент теплоотдачи от печных газов к стенке α1 = 34,8 Вт(м2К), от

212

Определить: а) потери тепла с 1 м2 поверхности стенки; б) температуру на внутренней поверхности стенки и между слоями материала стенки.

Решение:

1.Определение коэффициента теплопередачи через многослойную стенку

пара сероуглерода выходит из аппарата с tнас = 46 С. Коэффициент теплопередачи

213

К = 2000 Вт/(м2К).

Определить тепловую нагрузку теплообменника, расход охлаждающей воды и поверхность теплообмена (без учета тепловых потерь в окружающую среду).

Решение:

1. Тепловая нагрузка теплообменника

Q = rD = 340 ×3000 =1020000 кДж/ч. 2. Расход охлаждающей воды

св = 4,19 кДж/(кгК) – теплоемкость воды.

Рис. 4.3. Принципиальная схема теплообменника типа «труба в трубе»

3. Средняя движущая сила процесса

214