книги / Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.-1
.pdfК.Ф.Павлов, П.Г.Ромашсов, А.А.Носков
Примеры и задачи по курсу
процессов и аппаратов химической технологии
У ч е б н о е п о с о б и е д л я в у з о в
Издание тринадцатое, стереотипное Перепечатка с издания 1987 г.
Москва 2006
УДК 66.02 (076.1) ББК 35.11.я7
П76
П 76 П а в л о в К.Ф., Р о м а н к о в П.Г., Носков А.А.
Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов под ред. чл.- корр. АН России П.Г.Романкова. — 13-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987г.
М.: ООО ТИД «Альянс», 2006. — 576 с.
Впособии приведены задачи и примеры, собранные на основе много летнего опыта преподавания курса в Ленинградском технологическом институте им. Ленсовета.
Вкнигу вошли разделы: основы прикладной гидравлики, насосы, вентиляторы и компрессоры, гидромеханические методы разделения, теплопередача в химической аппаратуре, выпаривание и кристаллизация, основы массоперсдачи и абсорбция, перегонка и ректификация, адсорбция, экстрагирование, сушка, умеренное и глубокое охлаждение.
Вначале каждой главы приведены основные расчетные формулы, необходимые для решения примеров и контрольных задач.
Учебное пособие рассчитано на студентов химико-технологических вузов, а также вузов и факультетов химического машиностроения.
ISBN 5-98535-020-7
©Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А., 1987
©ООО ТИД «Альянс», 2006
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к десятому изданию............................................................................... |
5 |
Основные условные обозначения и единицы измерения........................................ |
7 |
Вводные методические указания................................................................................. |
9 |
Глава I. Основы прикладной гидравлики |
12 |
Основные зависимости и расчетные формулы......................................................... |
12 |
Примеры......................................................................................................................... |
29 |
Контрольные задачи...................................................................................................... |
68 |
Глава 2. Насосы. Вентиляторы. Компрессоры...................................................... |
65 |
Основные зависимости и расчетные формулы......................................................... |
65 |
Примеры......................................................................................................................... |
71 |
Контрольные задачи...................................................................................................... |
89 |
Пример расчета центробежного насоса.................................................................... |
90 |
Глава 3. Гидромеханические методы разделения. Гидродинамика взве |
|
шенного слоя. Перемешивание в жидкой среде.................................................... |
93 |
Основные зависимости и расчетные формулы......................................................... |
93 |
Осаждение............................................................................................................. |
93 |
Фильтрование....................................................................................................... |
98 |
Центрифугирование............................................................................................. |
101 |
Гидродинамика взвешенного слоя...................................................................... |
104 |
Перемешивание в жидкой среде........................................................................ |
109 |
Примеры......................................................................................................................... |
110 |
Осаждение............................................................................................................. |
110 |
Фильтрование....................................................................................................... |
115 |
Центрифугирование.............................................................................................. |
121 |
Взвешенный слой........................................ |
127 |
Перемешивание в жидкой среде........................................................................ |
131 |
Контрольные задачи...................................................................................................... |
137 |
Пример расчета батарейного циклона....................................................................... |
142 |
Пример расчета пенного газопромывателя для очистки газа от пыли.................. |
143 |
Пример расчета барабанного вакуум-фильтра......................................................... |
147 |
Глава 4. Теплопередача в химической аппаратуре................................................ |
149 |
Основные зависимости и расчетные формулы.......................................................... |
149 |
Теплопроводность.................................................................................................. |
149 |
Теплоотдача............................................................................................................ |
150 |
Теплопередача о поверхностных теплообменниках.......................................... |
168 |
Теплопередача при непосредственном соприкосновении потоков................. |
170 |
Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи . |
171 |
Примеры.......................................................................................................................... |
171 |
Контрольные задачи...................................................................................................... |
205 |
Примеры расчета теплообменников........................................................................... |
213 |
Глава 5. Выпаривание. Кристаллизация................................................................... |
247 |
|
Основные зависимости и расчетные формулы........................................................... |
247 |
|
Примеры........................................................................................................................... |
|
255 |
Контрольные задачи........................................................................................................ |
|
269 |
Пример расчета трехкорпусной выпарной установки............................................... |
276 |
|
Глава 6. Основы массолередачи. Абсорбция........................................................... |
282 |
|
Основные зависимости и расчетные формулы............................................................ |
282 |
|
Примеры........................................................................................................................... |
|
295 |
Контрольные задачи........................................................................................................ |
|
314 |
Глава 7. Перегонка и ректификация......................................................................... |
319 |
|
Основные зависимости и расчетные формулы........................................................... |
319 |
|
Примеры........................................................................................................................... |
|
325 |
Контрольные задачи........................................................................................................ |
|
347 |
Пример расчета тарельчатой ректификационной колонны.................................... |
351 |
|
Глава 8. Экстрагирование............................................................................................ |
|
361 |
Основные зависимости и расчетные формулы........................................................... |
361 |
|
Примеры........................................................................................................................... |
|
374 |
Контрольные задачи....................................................................................................... |
|
400 |
Глава 9. Адсорбция....................................................................................................... |
|
403 |
Основные зависимости и расчетные формулы........................................................... |
403 |
|
Примеры........................................................................................................................... |
|
414 |
Контрольные задачи....................................................................................................... |
|
422 |
Глава W. Сушка............................................................................................................. |
|
423 |
Основные зависимости и расчетные формулы........................................................... |
423 |
|
Примеры........................................................................................................................... |
|
430 |
Контрольные задачи....................................................................................................... |
|
451 |
Пример расчета сушилки кипящего слоя для сушки хлористого калия................. |
456 |
|
Пример расчета вальцовой сушилки........................................................................... |
463 |
|
Глава / /. Умеренное и глубокое охлаждение.......................................................... |
465 |
|
Основные зависимости и расчетные формулы........................................................... |
465 |
|
Примеры........................................................................................................................... |
; |
470 |
Контрольные задачи.................. |
491 |
|
Ответы на контрольные задачи.................................................................................... |
495 |
|
Библиографический список.......................................................................................... |
|
502 |
Приложение.................................................................................................................... |
|
510 |
ПРЕДИСЛОВИЕ К ДЕСЯТОМУ ИЗДАНИЮ
Курс «Процессы и аппараты химической технологии» является ведущим в общеинженерной подготовке студентов и играет важ ную роль в освоении ими специальных дисциплин. В своем непрерыв ном развитии наука о процессах и аппаратах, обобщая теорети ческие и экспериментальные методы исследования основных про цессов, является генератором новых идей, ускоряющих научно-тех нический прогресс химической технологии. В Постановлений ЦК КПСС об основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986— 1990 годы и на период до 2000 года отмечается необходимость приоритетного расширения и углубле ния фундаментальных исследований, а также таких форм интегра ции науки, техники и производства, которые позволяют обеспечить быстрое прохождение научных идей от зарождения до широкого применения на практике. Эти задачи успешно решаются высшей школой при подготовке квалифицированных инженерных кадров в соответствии с последними постановлениями Партии и Правитель ства «Основные направления перестройки высшего и среднего спе циального образования в стране».
В освоении учебной дисциплины «Процессы и аппараты хими ческой технологии», являющейся фундаментальной для химико-тех нологического образования, существенное значение имеют практи ческие занятия по расчетной части курса. С этой целью на кафедре процессов и аппаратов ЛТИ им. Ленсовета было создано настоя щее учебное пособие, которое от издания к изданию обновляется. Книга служит естественным дополнением к известному учебнику А. Г. Касаткина, подготовленному кафедрой процессов и аппаратов МХТИ им. Д. И. Менделеева, и к ряду современных монографий по отдельным разделам курса (в соответствии с утвержденной Мин вузом СССР программой).
Кроме того, кафедрой процессов и аппаратов ЛТИ им. Лен совета в развитие курса были созданы монографии «Гидромехани ческие процессы химической технологии», «Теплообменные про цессы химической технологии», «Массообменные процессы (сис темы с твердой фазой)».
Десятое издание отличается от предыдущего тем, что в него вне сены новые расчетные примеры основных типов аппаратов (теплообменников, массообмеиных аппаратов) с применением ЭВМ.
Программы составлены на легко адаптируемом для различных систем ЭВМ языке (ФОРТРАН-IV). Переработке подвергались также главы 2— 10. В новом издании особое внимание уделено вопросам стандар тизации.
Вподготовке нового издания большая работа была выполнена
М.И. Курочкиной. За ценные советы по обновлению информацион ного материала в отдельных главах этого учебного пособия выражаю благодарность Н. В. Озеровой, А. А. Медведеву и другим преподава телям нашей кафедры.
Выражаю признательность В. Н. Кисельникову за сделанные заме чания и высказанные пожелания.
Я. Г. Романкоо
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
|
Величина |
Обозначение |
|
Вес |
|
Р |
|
Влагосодержание воздуха |
X |
||
Влажность |
воздуха относитель |
Ф |
|
ная |
материала |
и, и1 |
|
Влажность |
|||
Время |
|
т |
|
Высота |
|
Я, h |
|
Вязкости коэффициент: |
|
|
|
динамический |
Р |
|
|
кинематический |
V |
|
|
Давление, парциальное давление |
р |
|
|
Давление насыщенного пара |
р |
|
|
Давление смеси газов общее |
П |
||
Диаметр |
|
D, d |
|
Диффузии коэффициент |
D |
|
|
Длина |
|
U 1 |
|
Концентрация (доля): |
х, |
у |
|
мольная |
|
||
массовая |
относительная |
Х> У |
|
мольная |
X, |
Y |
|
массовая |
относительная |
х , |
7 |
Концентрация объемная: |
с |
|
|
мольная |
|
|
|
массовая |
|
с |
|
Масса мольная |
м |
||
Массоотдачи коэффициент |
Рас» |
Ру |
|
Массопередачи коэффициент |
к * |
Kv |
|
Местного |
сопротивления коэф |
с |
|
фициент |
|
N |
|
Мощность |
|
|
|
Напор: |
|
|
|
скоростной |
|
|
|
статический |
hex |
|
|
Объем |
|
V |
|
Объем удельный |
V |
|
|
Объемного расширения коэффи |
P |
|
|
циент |
|
|
|
Единицы измерении
н
кг/кр
кг/кг
С, ч
м
Па-о м2/о Па Па Па
м
м2/о
м
кмоль/м3
кг/м3
кг/кмоль кг/[м2-с (ед. дв. силы)];
кмоль/ГмЗ*с (ед. дв. силы)! кг/ [м2- с (ед. дв. силы) ]; кмоль/[м?-с (ед. дв. силы)]
Вт
м
м
м8, дм8, л м8/кг к - 1
Be <ичина
Периметр
Плотность 'Площадь поперечного сечения
Площадь поверхности
Полезного действия коэффициент Порозность слоя Производительность насоса, вей* тилятора Радиус Расход:
массовый
объемный Расхода коэффициент Скорость Скорость угловая Температура
Температуропроводности коэф фициент Теплоты расход
Теплоемкость удельная Теплоиапряжение, удельная те пловая нагрузка Теплоотдачи коэффициент Теплопередачи коэффициент
Теплопроводности коэффициент Теплота парообразования удель ная Трения коэффициент
Флегмы число Холодильный коэффициент Частота вр щения Ширина Энтальпия удельная
Обозначение |
Единицы измерения |
|
|
|
_________________________ » |
|
п |
м |
|
р |
кг/м3 |
/, 5 |
м2 |
|
|
F |
м? |
|
г |
цр/с мУч |
|
Q |
|
R, г |
м |
|
G, L, |
M t W |
кг/с |
|
V |
м/с |
|
а |
м/с |
|
W |
|
т, |
10 |
рад/с |
и в |
К, °с |
|
|
а |
м2/с |
|
Q |
Вт |
|
с |
Дж/(кг*К) |
|
'/ |
Вт/м2 |
|
а |
Вт/(м2*К) |
|
К |
Вт/(м2- К) |
|
К |
Вт/(м- К) |
|
т |
Дж/кг |
|
% |
|
|
R |
|
|
е |
об/с, с"* |
|
п |
|
В, 6 |
м |
|
Л i |
Дж/кг |
|
ВВОДНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Целевой установкой практических занятий по курсу процессов и аппаратов является обучение студентов методике расчета и проектирования химической аппаратуры путем рассмотрения при меров и решения конкретных задач.
При расчете аппаратов приходится применять различные физические величины, пользоваться данными о физических свой ствах веществ (плотность, вязкость, теплопроводность и т. п.). Все эти величины могут быть измерены и выражены в тех или иных единицах.
В СССР с 1 января 1980 г. принята для всех областей на}КИ, техники и народного хозяйства Международная система единиц (СИ), основными единицами которой являются: длины — метр (м)# массы — килограмм (кг), времени — секунда (с), силы электри ческого тока — ампер (А), температуры — Кельвин (К), силы света — кандела (кд), количества вещества — моль. Кроме того, стандартом предусмотрены две дополнительные единицы: еди ница плоского угла — радиан (рад) и единица телесного угла — стерадиан (ср).
Остальные единицы-производные образуются на базе основ
ных» Размер производных единиц |
определяется с |
помощью |
|
физических уравнений, выражающих связь |
между |
величи |
|
нами. |
|
|
|
Сопоставление важнейших единиц системы СИ с единицами |
|||
других систем и внесистемными |
дано в |
Приложении — |
|
табл. LVIIÏ.
Приступая к решению задачи, следует изобразить схему уст ройства, обозначить на ней все размеры и величины, отметить стрелками направления движения потоков и разобраться в усло виях работы установки.
Затем следует выписать все данные задачи, написать основные расчетные уравнения, наметить путь решения, разбив задачу на ряд частных вопросов, выписать нужные численные значения различных физических свойств.
Подставив в расчетные уравнения числовые значения, про верить правильность подстановки, после чего приступить к ариф метическим вычислениям.
Ответ следует подвергнуть критике с точки зрения соответствия полученного результата практическим условиям работы рассчи тываемой установки или аппарата.
Полезно решить задачу в общем виде и исследовать резуль-. тэты, выясняя влияние тех или иных факторов, входящих в усло вия задачи.
Во время групповых занятий студенты должны научиться пользоваться основными справочниками, объединяющими опыт большого числа исследователей и проектировщиков (Справочник химика, Справочник физико-химических и технологических вели чин Технической энциклопедии, Справочник механика химиче ского завода), а также ГОСТами и каталогами.
Выработка навыков к ведению технического расчета является главной задачей расчетных упражнений по курсу. Погрешность обычного инженерного расчета ~ 5 % .
Применение персонального компьютера или логарифми ческой линейки является обязательным. Несколько задач следует решить с применением ЭВМ (составить программу) — см. при меры расчетов в гл. 4, 7, 10.
Для более четкой проработки курса целесообразно иметь две тетради: одну для групповых занятий, другую для самостоятель ной домашней работы — решения задач и зарисовки эскизов главных аппаратов и их деталей.
Отчетливое изложение, систематический ход вычислений» ак куратность записи — условия, несоблюдение которых ведет к не производительной трате времени студента и преподавателя.
В заключение рассмотрим несколько примеров на установле ние единиц измерения и соотношений между ними.
1. Найти единицу измерения динамического коэффициента вязкости в СИ.
Уравнение Ньютона для силы трения Р между параллельно движущимися слоями жидкости имеет вид:
где р, — динамический коэффициент вязкости; F — площадь треиия; dw/dy — Градиент скорости.
Решив это уравнение относительно р, получаем следующую единицу измерения р:
, , |
\P d y ~ \ |
Н-с-м |
Н-с |
п _ _ |
кг*м>с |
кг |
~ |
[ FdwJ ~ |
м*-м “ |
м2 |
— ,,а ‘с — |
с?.мз |
= м.с ' |
2.Найти единицу измерения коэффициента теплопроводности
вСИ.
Для установления теплового потока Q через однородную пло скую стенку можно написать: