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

рс — плотность жидкости,

кг/м3;

Др — разность плотностей

фаз, кг/м3,

Ар = р т — р с ;

р т — плотность тяжелой жидкости,

кг/м3;

D — диаметр сосуда, м;

п0= 10 ( и п + ш 0 ) ,

(6-4)

никающем на оси вращения, м/сек;

w0 — скорость осаждения твердых частиц в жидкости,

м/сек.

Скорость подъема твердых частиц в жидкости

_

« п = у а — w0,

(6-5)

шалки:

2 = 2; £ / D = 0,l; dM/D = 0,Q; 6/dM = 0,2; t = 6,

(6-6)

А 7 ^

J000

(ф cos а ± sin

а) кет,

(6-7)

где

Q — производительность шнека,

кг/сек;

L — рабочая длина шнека, А;

g — ускорение силы тяжести,

м/сек;

•ф — приведенный

коэффициент

сопротивления

движению про­

дукта по желобу шнека;

а — угол наклона шнека к горизонту,

град.

Производительность шнека смесителя

равна:

Q = Д 2

~ ^

Soy

м3\сек,

(6-8)

где

D M — диаметр шнека, м;

S — шаг шнека, м;

dB— диаметр вала, м;

рад/сек;

ю —угловая скорость,

ср — коэффициент

заполнения

шнека;

для горизонтального

0,34-0,4; для вертикального <р =

0,75.

Необходимая мощность на вращение шнека равна:

для

горизонтального

;V = 1,3-

10-4 (D2

— d2)LSnp

кет,

(6-9)

для

вертикального

Лґ = 9,6-

10-5 (D2

— d*)LSnp

кет,

(6-10)

здесь р — насыпная плотность материала,

кг/м3;

п — число оборотов шнека,

об/мин.

6. В целлюлозно-бумажной промышленности часто применяется

циркуляционное перемешивание.

Напор, создаваемый

насосом, определяют по уравнению

И

^

6,ЗЯС (

\0,70

7

Р2 — РіЛ '

,

(6-П)

Р2

)

где

Н — напор, создаваемый насосом, м вод. ст.;

Нс — высота уровня жидкости в сосуде, м;

град;

а — угол наклона

струи

(сопла)

к горизонту,

Pi и Р2 — плотности

легкой

и

тяжелой

смешиваемых

сред,

кг/м3.

Если величина угла а находится

в пределах 20-=-50°,

то

можно

пользоваться уравнением

Я = 7 , 5 £ ( - Р ^ ^ ) 0 , 7 ,

(6-12)

где D — диаметр сосуда.

Время, необходимое

для

перемешивания,

рассчитывается по

уравнению

, = 3 , 9 Л - е 0

к - 5 Я - 0 ' 2 5 = 2 , 1 4 - ^ ^ ,

(6-13)

где

% — время перемешивания, сек;

^сек — секундный расход через сопло,

м3/сек;

Скорость жидкости в сопле (м/сек) определяется по формуле

ш = 0,95У2£Я.

(6-14)

Диаметр сопла определяется по выражению

V

(6-15)

rf=0,55-^§-.

Примеры

Пример

1. Определить мощность

электродвигателя

для шести-

лопастной турбинной мешалки диаметром d M

= 0,6 м,

установленной

в сосуде с четырьмя перегородками

шириной B = 0,lD.

Диаметр

со­

суда Z)=l,8 м. Плотность перемешиваемой среды р = 1100 кг/м3,

ее

вязкость и, = 0,01 н-сек/м2.

Скорость

вращения

мешалки

п =

—

Зоб/сек.

Р е ш е н и е .

1. Определим

режим

перемешивания

по

формуле

(6-2):

-

1100.3-0,62

, , П Л П Л

R e =

Q-Щ

= 1 1 9 000,

режим турбулентный, так как Re>50.

2. По рис. 6-1 коэффициент мощности равен"/Су=4,

мощность

на

вращение вала мешалки рассчитаем по уравнению

(6-1):

Л/=4 - 1100 - З3 • 0,65 = 8,4

кет.

3. Принимая запас мощности 20%

и к. п. д. передачи

0,9,

опре­

делим мощность электродвигателя по формуле

О т в е т :

11,2 кет.

Пример

2.

Рассчитать

определяющее число оборотов и мощ­

ность двигателя

при эмульгировании

жидкостей

с плотностью

р с

=

=

1000 кг/м3

и

р = 1200

кг/м3.

Межфазное

натяжение

с = 6 0 Х

X I 0 _ 3 дж/м2.

Вязкость эмульсии

ц =

1 «• сек/м2,

ее плотность

рэ

=

= 1100 кг/м3.

Эмульгирование производится

турбинной

мешалкой

в сосуде D = 1,5

м.

турбинной мешалки dM = D/3

=

Р е ш е н и е .

1. Задаем диаметр

= 0,5 м. Определяющее число оборотов

при

эмульгировании

рас­

считываем по уравнению

(6-3):

. _

0

(1200-1000)0 -3 1 5

(6,0 • Ю - 2 ) 0 , 1

8 5 - 1,50'67

л .

Ґ

,

" о = 4 , 7 2

\

Ш ^

. ^

М

= 1.8

об/сек,

принимаем п 0

= 2 об/сек.

2. Критерий Рейнольдса будет равен

по рис. 6-1 коэффициент мощности KN = 3,7.

3. Мощность, затрачиваемая на перемешивание,

N = 3,7-

1100- 2 3 - 0,5 8 = 1,01 кет,

мощность двигателя при к. п. д. передачи 0,9 и запасе

20%

, ,

1,2 • 1,01

,

о с

кет.

N==

0

9 — =

1,35

мешалки и потребляемую мощность для

образования

водной сус­

пензии. Твердые частицы имеют средний диаметр

6 = 1

мм и плот­

ность р=2700

кг/м3. Диаметр аппарата

D=0,9 м.

Объемная кон­

центрация твердой фазы

в суспензии ф = 0,1. Температура

суспен­

зии 15° С.

Р е ш е н и е .

1. Вязкость

воды

при температуре

15° С

составит

Ив = 1,14-Ю- 3

н-сек/м2,

вязкость

суспензии определяют

по уравне­

нию

ц = 'цв (1+2,5ф) =1,14- Ю-3 (1+2,5-0,1)

= 1,43- Ю-3

н-сек/м2.

2. Плотность суспензии

равна

р с = 2700-0,1+ 1000(1 —0,1) =1170

кг/м3.

~ — л л т г и ^ V

(Рт-Рс)»

1,-7

W

- (27001000) 1-10--з

п0— і%іиіаи

у

-

14,/

- ^ р -

ЩоГ

Pc

'

"

^

=

6,07 об/сек^б

об/сек.

диаметром 6 = 2 мм и плотностью

р=2700 кг/м3. Дисперсная

фаза — вода.

Р е ш е н и е . 1. Задаемся скоростью

осаждения твердых частиц

. H=7,5.5^9\-f0)0,7==l2,5Me.

ст.

Контрольные

задачи

Задача 1. Перемешивается 10%-ная масса шестилопастной ме­

шалкой диаметром 0,6 м. Плотность массы р = 1480 кг/м3,

вязкость

р,=40 н-сек/м2.

Число оборотов в секунду я = 1 .

Определить

мощ­

ность электродвигателя.

Задача 2. Для смешивания целлюлозной массы с хлором уста­

новлена пропеллерная мешалка с тремя лопастями.

Диаметр

ме­

шалки dM = 550 мм,

диаметр сосуда £> =

1650 мм. Плотность переме­

шиваемой

среды р = 1200

кг/м3, вязкость среды

р,=0,3

н •

сек/мг.

Пропеллерная

мешалка

вращается

со скоростью п = 300

об/мин.

Определить мощность на

перемешивание, если- к. п. д. передачи

ра­

вен

0,9.

Задача

3.

Эмульгирование

производится

пропеллерной мешал­

кой в сосуде диаметром

1 м. Плотность эмульсии р = 1050 кг/м3,

вяз­

кость |.i = 0,l н-сек/м1,

межфазное

натяжение

о = 70• Ю - 3

дж/м^.

Разность

плотностей

смешиваемых

жидкостей

равна 100 кг/м3.

Плотность дисперсной среды ро = Ю00 кг/м3.

Определить

мощность

электродвигателя. Коэффициент

запаса

мощности

20%,

к. п. д. пе­

редачи принять равным

0,9.

Задача

4.

Трехлопастная

пропеллерная

мешалка перемеши­

вает водную суспензию в цилиндрическом сосуде

с четырьмя

пере­

городками шириной Б = 0,Ш. Диаметр

сосуда D = \

м, диаметр

ло-

пасной мешалки d M

= 0,33

м.

Температура

воды

15° С.

Объемная

концентрация твердой фазы в суспензии ф = 0,075.

Диаметр

частиц

6 = 1,5 мм, их плотность р т = 2 3 4 0

кг/м3.

Определить

мощность, за­

траченную на перемешивание, если

коэффициент

мощности

равен

tfjV

= 0,26.

суспендирования

Задача 5. Лопастная мешалка применена для

твердых частиц диаметром 6 = 1,5 мм и плотностью

р=2340

кг/м3.

Дисперсная фаза — вода.

Найти

определяющее

число

оборотов.

Скорость

подъема

твердых

частиц в подъемном

вихре

принять

0,1

м/сек.

вен

1,5 м, температура

жидкости t= 15° С. Объемная концентрация

твердой фазы в жидкой

равна ср = 0,1. Диаметр лопастной мешалки

с?м =

0,9 м.

наружный диаметр шнека

d„ = 0,25

м, диаметр

вала

dB

= 50 мм.

Чи­

сло оборотов

а = 0,8

об/сек.

Шаг

винтовой линии шнека

0,2 м.

Рас­

считать мощность на вращение шнека.

Насыпная

плотность

као­

лина р =

1200

кг/м3.

Задача

8.

Каолин

перемешивается

двухлопастной

мешалкой

с прямыми лопастями.

Насыпная

плотность

каолина

равна

р =

= 1380 кг/м3.

Высота материала

в объеме смешения

Н=

\ м. Диа­

метр лопастей мешалки (ім

= 0,6 м,

их ширина 6 = 0,15

м.

Число обо­

ротов вала мешалки я = 2

об/сек.

Определить мощность

на привод

вала мешалки.

Задача 9. Определить мощность на перемешивание для трехло­

пастной пропеллерной мешалки диаметром dM = 300 мм.

Вязкость

перемешиваемой

среды

р = 0,01

н • сек/м2,

ее

плотность

р =

= 1300 кг/м3.

Число

оборотов

мешалки

/г=750 об/мин.

Мешалка

вращается

в сосуде

без

перегородок, диаметр

сосуда

£> = 900

мм.

Задача

10. В котле для увеличения

коэффициента

теплоотдачи

черный

щелок

плотностью

р = 1220 кг/м3

и

вязкостью

р =

= 2 • Ю - 3

н • сек/м2 перемешивается

шестилопастной мешалкой. Диа­

метр котла D =

1,7 м, диаметр мешалки d M = l , 0 м. Скорость враще­

ния вала

мешалки п = 120

об/мин.

Рассчитать

потребляемую мощ­

ность.

11. В ролле емкостью 20 м3

Задача

установлена

трехлопастная

пропеллерная мешалка диаметром 600 мм. Скорость

вращения

ме­

шалки

я'=160

об/мин.

Плотность

целлюлозной

массы

р =

= 1130 кг/м3,

ее вязкость р = 2 0

н-сек/м2.

Определить мощность, по­

требляемую на перемешивание.

<2конд — тепло, выделяемое при конденсации

пара;

<2і«шд=0/_;

(7-6)

Qoxn — тепло охлаждения конденсата от Та

до Г2 , вычисляемое

по формуле (7-3);

г — теплота конденсации пара, дж/кг.

используется формула (7-6).

2. Уравнение теплопроводности

для однослойной стенки:

Q=^-(ta-t„JF

вт,

(7-7)

где

А, — коэффициент теплопроводности

материала

стенки,

вт/м • град;

б —толщина стенки, м;

F

— теплопередающая поверхность,

м2;

^ст, и ^ст2

— температуры стенки

со стороны

горячего

и холод­

ного теплоносителей,

соответственно, °С.

Удельный тепловой поток через

стенку определяем по

формуле

Ц=-р- = - f

-

^ ) вт/м2.

(7-8)

Коэффициенты К (вт/м • град) некоторых материалов, используе­

мых при изготовлении теплообменников, равны:

для стали,

чугуна

45; нержавеющей стали 17; меди 350; латуни 85.

3.

Уравнение теплоотдачи на границе двух сред:

Q = aFQ4acT

вт,

(7-9)

где

а — коэффициент теплоотдачи, вт/м2 • ч;

©част — частный температурный

напор, равный разности

темпе­

ратур стенки и теплоносителя или наоборот, °С.

4. Уравнение теплопередачи менаду теплоносителями:

Q = kF@

вт,

(7-10)

в с р =

,

(7-12)

где ©б и ©м — больший и меньший

температурные напоры,

взятые