книги из ГПНТБ / Болдырев Ю.Н. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов целлюлозно-бумажного, лесохимического и гидролизного производств учеб. пособие для целлюлоз.-бумаж. техникумов

УДК [676+634.0.86+634.0.863].66.02 (076.1) (075.8)

и гидролизного производств для учащихся дневных, вечерних и за­ очных отделений техникумов. Книга составлена в полном соответ­ ствии с новыми учебными планами, программами подготовки техни­ ков-технологов и увязана с теоретической частью курса (учебник В. А. Бушмелева и Н. С. Вольмана «Процессы и аппараты целлю­ лозно-бумажного производства», М., «Лесная промышленность», 1969

иДР-).

Вкнигу включены разделы: гидрохимические, тепловые, массообменные процессы, процессы горения, умеренного и глубокого холода. В приложениях помещены таблицы, диаграммы, номо­ граммы, графики, необходимые для расчетов аппаратуры. В начале каждого раздела даны основные понятия и формулы для решения задач. Примеры и задачи составлены с учетом полезного их исполь­ зования при курсовом проектировании.

Таблиц 9, иллюстраций 41, библиография — 57 названий.

_ 31410-112 037(01)-73

© Издательство «Лесная промышленность», 1973 г.

ОТ АВТОРОВ

Ускоренное развитие целлюлозно-бумажного, лесохимического и гидролизного производств в нашей стране, предусмотренное дирек­ тивами XXIV съезда КПСС, требует дальнейшего расширения и улучшения подготовки техников и высококвалифицированных ра­ бочих.

В решении этой проблемы большое значение имеет публикация учебников и учебных пособий. Как известно, при изучении теорети­ ческих дисциплин, особенно курса процессов и аппаратов большое внимание уделяется приобретению навыков в решении практиче­ ских задач.

Настоящее издание является первой попыткой авторов создать учебное пособие «Примеры и задачи по курсу процессов и аппара­ тов целлюлозно-бумажного, лесохимического и гидролизного произ­ водств». Книга состоит из введения, 4 разделов и 16 тем. Расчеты и расчетные формулы даны в размерностях системы СИ и в других

темы 7, 8, 11, 12 и 16. В сборнике большое внимание уделено само­

ВВЕДЕНИЕ

Общие методы расчета аппаратуры

Основными целями расчета процессов и аппаратов являются определение количества перерабатываемых материалов и теплоэнер­ гетических затрат (воды, пара, энергии и пр.), вычисление основных размеров аппарата или оборудования для обеспечения заданной производительности и, наоборот, для вычисления производительно­ сти заданных размеров аппаратуры и оборудования.

Количество перерабатываемых материалов определяется на ос­ нове закона сохранения материи путем составления материального баланса. При этом количество веществ, поступающих в аппарат на

для всех перерабатываемых веществ.

Большинство процессов целлюлозно-бумажного, лесохимиче­ ского и гидролизного производств связано с большими затратами энергии, которая вводится в процесс и отводится вместе с вещест­ вами, участвующими в процессе, или отдельно от них.

Исходя из закона сохранения энергии составляется тепловой

гретого тела к менее нагретому до тех пор, пока температура обоих тел не станет одинаковой. Условия равновесия характеризуют ста­ тику процесса и выражаются разными законами — вторым законом термодинамики и др.

Если система не находится в состоянии равновесия, то возникает процесс, который приводит систему к равновесию. Из-за отклоне-

ния ее от состояния равновесия появляется движущая сила' про­ цесса, которая определяет скорость процесса или его кинетику. Уравнение скорости процесса имеет вид:

где N~—количество веществ или тепла, передаваемое через поверх­ ность F за время т;

К — коэффициент скорости процесса или пропорциональности; А — движущая сила процесса.

Размеры аппарата определяют на основе данных о кинетике про­ цесса, по которым находят время пребывания материала. Затем по уравнению (3) рассчитывают необходимую поверхность.

Системы размерностей

При решении задач часто возникают затруднения при переводе единиц из одной системы в другую. В зависимости от принятой си­ стемы та или иная физическая величина имеет определенную раз­ мерность. Размерность данной величины представляет собой ее вы­ ражение через величины, положенные в основу определенной системы единиц. В настоящее время ГОСТ 9867—61, утвержденным Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР 18 сентября 1961 г., предусматривается предпоч­ тительное применение во всех областях науки, техники и народного хозяйства, а также в преподавании международной системы еди­ ниц— системы СИ, принятой X I генеральной конференцией по ме­ рам и весам в октябре 1960 г. Допускается также применение си­ стемы СГС и МКГСС и некоторых внесистемных единиц измерения.

Международная система, как и любая система единиц, содержит небольшое число основных и множество производных единиц. Ос­ новными называются единицы, выбираемые произвольно и незави­ симо друг от друга. Обычно основные единицы определяются с помощью эталонов. Производными называются единицы, опреде­ ляемые через основные и выбираемые таким образом, чтобы в фор­ мулах было минимальное число размерных коэффициентов. Сово­

равен массе международного прототипа килограмма. Секунда (с)— 1/31556925,9747 части тропического года для 1900 г. января в 12 ч эфемеридного времени. Кельвин.(К) —есть 1/273,16 части термоди­ намической температуры тройной точки воды.

Производные единицы международной системы представлены таблицами: механических единиц (см. приложение I ) , тепловыми единицами (см. приложение I I ) .

Следует иметь в виду, что в стандарт не вошли единицы измере­ ния ряда величин, изучаемых в курсе процессов и аппаратов, напри­ мер момента силы, поверхностного натяжения и др. Момент силы есть произведение силы на плечо, и потому единица измерения дол­

жается в градусах Цельсия. Международная практическая темпе­ ратурная шкала основана на шести воспроизводимых температу­ рах — первичных постоянных точках. Этим точкам при нормальном давлении присвоены числовые значения температуры.

Известно, что точка плавления льда на 0,01 градуса ниже трой­ ной точки воды, вследствие чего нулю градусов по международной практической температурной шкале соответствует 273,15° К по тер­ модинамической температурной шкале. Отсюда соотношение

Часто в задачах можно встретиться с измерением количества теп­ лоты в калориях. В соответствии с указанием стандарта «Тепловые единицы» (ГОСТ 8550—61) устанавливается следующее определе­ ние калории:

1 /сал = 4,1868 дж~4,2 дж.

Стандартами допускается применение кратных и дольных еди­ ниц измерения, образуемых умножением данной единицы на число 10 в определенной степени (ГОСТ 7663—55).

Система СГС (сантиметр—грамм—секунда) отличается от си­ стемы СИ тем, что за единицу длины принят сантиметр {см), а за единицу массы — грамм (г). Эта система применяется главным об­ разом для физических измерений.

Система МКГСС (метр—килограмм—сила—секунда) отлича­ ется от системы СИ тем, что за основную величину вместо единицы массы принята единица силы — килограмм — сила {кгс и кГ). Эта система применяется при механических измерениях.

Общие указания к решению задач и примеров

Расчеты процессов и аппаратов вызывают часто у учащихся затруднения, поэтому прежде чем приступить к решению задачи или примера, необходимо изобразить схему аппарата, проставить раз­ меры, отметить направления движения потоков, затем следует вы-

писать данные задачи (примера) и проверить расчетное уравнение, наметить последовательность проведения решения задачи (при­ мера). Поскольку при расчете процессов и аппаратов уравнение обычно известно, основная трудность заключается в выборе необхо­ димых параметров, которые вошли в уравнение. Некоторые из этих величии (характеристики физико-химических свойств) можно найти по справочным таблицам, другие могут быть приняты ориентиро­ вочно; их проверяют в конце расчета. Несмотря на наличие урав­ нения, выбор их необходимо тщательно обдумывать, поскольку уравнения могут быть использованы не произвольно, а только для конкретного случая. К арифметическим вычислениям следует при­ ступать только после тщательной проверки подставленных в рас­ четные уравнения численных значений. Отдельные коэффициенты, промежуточные расчеты и конечные результаты должны иметь определенную точность. Обычно достаточна точность до трехзнач­ ных цифр, которая достигается на логарифмической линейке. Полу­ ченный ответ следует округлить в соответствии с действующими стандартами и нормалями и сопоставить с практикой работы рас­ считываемого аппарата, оборудования.

Надо помнить, что в большинстве задач по процессам и аппара­ там можно получить различные размеры аппаратов в зависимости от величин, задаваемых условиями. Поэтому построение методов расчетов следует вести на экономической основе, позволяющей определять оптимальные режимы и экономически выгодные пара­ метры процессов.

• На уроках учащиеся должны научиться пользоваться справоч­ никами, ГОСТ и каталогами. Необходимо уметь находить различ­ ные константы в справочниках, научиться снимать отсчеты с диа­ грамм, уметь анализировать ход процесса по кривым и т. д.

Р а з д е л I

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Темы 1 и 2. Основы гидравлики и гидродинамики зернистых материалов

3. Объем, занимаемый единицей массы тела, называется удель­

Удельный объём является величиной, обратной плотности, т. е.

~ Р

Удельный вес изменяется в зависимости от ускорения силы тяжести, плотность не зависит от силы тяжести. Поэтому вещество следует характеризовать его плотностью.

Плотность жидкости зависит от температуры, при изменении ко­ торой изменяется ее объем. Зависимость между плотностями жид­

где рь р2 — плотности.при температурах ti и і*;

р — коэффициент объемного теплового расширения.