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 ВГ

Ямпилов СС Полякова ЛЕ Норбоева ЛК Хантургаев АГ Хараев ГИ Цыбенов ЖБ

Улан-Удэ 2006

Процессы и аппараты пищевых производств

Программа контрольные задания для

студентов технологических специальностей заочного обучения и задания на СРС

Составители Блекус ВГ Ямпилов СС Полякова ЛЕ Норбоева ЛК Хантургаев АГ Хараев ГИ Цыбенов ЖБ В данной программе представлены контрольные задания и задания на СРС по дисциплине laquoПроцессы и аппараты пищевых производствraquo для студентов технологических специальностей заочного обучения Ключевые слова гидростатика пневмотранспорт конвективный теплообмен абсорбция адсорбция Подписано в печать 14032006г Формат 60х84116 Услпл 279 уч-издл 25 Печать офсетная бумага писч Тираж 100 экз Заказ 35 Издательство ВСГТУ г Улан-Удэ ул Ключевская 40 в copy 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

11 Основы гидравлики

Гидростатика Сжижаемые жидкости Гидро-статическое 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

12 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

13 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 турбоком-прессоров 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 водо- и пароструйные

Вентиляторы Центробежные вентиляторы Рабочие характеристика Осевые вентиляторы

14 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

15 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 приме-нения Основы расчета электрофильтров

16Перемешивание в жидких средах

Процесс перемешивания в пищевой промышленности Интенсивность и эффективность перемешивания Технологические способы перемешивания пневматическое циркулярное и механическое

Критериальная зависимость для выражения 7

мощности механических мешалок Рабочий и пусковой периоды перемешивания Типы аппаратов применяемых для перемешивания

2 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Общая характеристика тепловой обработки пищевых

продуктов и материалов Применение законов теплопередачи и основных принципов термодинамики в расчетах тепловых процессов

21 Основы теплопередачи

Теплопроводность Закон Фурье Коэффициент теплопроводности Дифференциальное уравнение теплопроводности Теплопроводность однослойной и многослойной стенок Закон нестационарной теплопро-водности 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

22 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

23 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 аппара-тов Материальный и тепловой расчет Определение коэффициентов теплопередачи в теплообменных аппаратах выбор скорости рабочих тел определение термических сопротивлений и тд 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 эксергети-

9

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

24 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 технико-экономические 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

31 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 ndash жидкость твердое тело ndash газ жидкость - жидкость Современные методы интенсификации массообмена

32 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

33 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

34 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

35 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 внеш-них 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 КПД 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

36 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 КПД тарельчатого аппарата эквивалентной высоте единице переноса Пути повышения технико-экономических показателей ректификационных аппаратов Понятие о ректификации многокомпонентных смесей Молекулярная дистилляция

37 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 41 Процессы измельчения

Применение процессов измельчения в пищевой

технологии Теоретические основы процесса дробления - работы ПА Ребиндера Кика-Кирпичева Риттингера СН Журкова и др

Классификация методов измельчения Типы дробильных установок Схема расчета дробилок

42 Сортирование

Сортирование в процессах пищевых производств Основы теории ситового анализа Типы аппаратов для сортирования и очистки

43 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

44 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 ndash гидромеханические процессы 2 раздел ndash тепловые и массообменные процессы Номера контрольных задач выбираются по последней цифре зачетной книжки

Контрольная работа 1 1 раздел ndash Гидромеханические процессы

Номер варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 19 20 17 18 15 16 13 14 11 12

Номер вопроса

21 22 23 24 25 26 27 28 29 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 ndash 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 вакуум-фильтры

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 Нм

Относительная плотность мазута ∆ На высоте h мм от дна в резервуаре имеется круглый лаз диаметром Дмм крышка которого прикрепляется болтами диаметром d мм Принимая для болтов допустимое напряжение на разрыв σкгссм2 Определить необходимое число болтов Определить давление жидкости на дно резервуара

Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Н м 76 70 85 71 84 72 82 73 80 78 ∆ 096 095 097 096 095 097 096 095 097 096

hмм 800 700 900 720 880 740 860 860 840 820 Дмм 760 700 850 710 840 720 820 730 800 780 dмм 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

σкгссм2 700 690 710 700 690 710 700 690 710 700 18

Методические указания к решению задачи 1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам laquoГидравликиraquo Дать схему Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н) Р=(р0+ρghc) F H и определяем силу давления на 1 болт ndash Р1

Число болтов 1P

Pn =

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH Па

Задача 2

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

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рн кгссм2 18 23 16 22 17 19 20 24 25 21 Рвс кгссм2 29 35 25 33 32 27 28 25 30 31

Н0м 05 04 06 05 04 06 05 04 05 05

Методические указания к решению задачи 2 Полный напор развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению

2

22

0вснвсн H

gрр

Нωω

ρminus

++minus

=

19

Предварительно определив давление в нагнетательном и всасывающем трубопроводе

Задача 3 Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ Г от р1 до р2 (давление абсолютное) Начальная температура t1=-15˚C Кпд компрессора принять 065 Определить мощность компрессора

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q м3ч 56 40 65 43 63 47 51 49 59 54 Г газ СО2 N2 C2H2 H2 O2 CH4 C2H4 C2H6 Cl2 H2S

Р1 кгссм2 20 30 15 28 17 26 19 24 18 22 Р2 кгссм2 70 80 65 78 67 76 69 74 68 72

Методические указания к решению задачи 3 Перед расчетом необходимо изучить раздел

laquoкомпрессорыraquo Мощность потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора

ηsdotsdotsdot

=10003600

адLGN

где Lад ndash адиабатическая работа сжатия 1 кг газа

кгdж

ppTR

ккL

кк

ад 11

1

1

21

minus

sdot

minus=

minus

20

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

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

11 Основы гидравлики

Гидростатика Сжижаемые жидкости Гидро-статическое 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

12 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

13 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 турбоком-прессоров 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 водо- и пароструйные

Вентиляторы Центробежные вентиляторы Рабочие характеристика Осевые вентиляторы

14 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

15 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 приме-нения Основы расчета электрофильтров

16Перемешивание в жидких средах

Процесс перемешивания в пищевой промышленности Интенсивность и эффективность перемешивания Технологические способы перемешивания пневматическое циркулярное и механическое

Критериальная зависимость для выражения 7

мощности механических мешалок Рабочий и пусковой периоды перемешивания Типы аппаратов применяемых для перемешивания

2 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Общая характеристика тепловой обработки пищевых

продуктов и материалов Применение законов теплопередачи и основных принципов термодинамики в расчетах тепловых процессов

21 Основы теплопередачи

Теплопроводность Закон Фурье Коэффициент теплопроводности Дифференциальное уравнение теплопроводности Теплопроводность однослойной и многослойной стенок Закон нестационарной теплопро-водности 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

22 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

23 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 аппара-тов Материальный и тепловой расчет Определение коэффициентов теплопередачи в теплообменных аппаратах выбор скорости рабочих тел определение термических сопротивлений и тд 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 эксергети-

9

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

24 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 технико-экономические 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

31 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 ndash жидкость твердое тело ndash газ жидкость - жидкость Современные методы интенсификации массообмена

32 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

33 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

34 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

35 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 внеш-них 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 КПД 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

36 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 КПД тарельчатого аппарата эквивалентной высоте единице переноса Пути повышения технико-экономических показателей ректификационных аппаратов Понятие о ректификации многокомпонентных смесей Молекулярная дистилляция

37 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 41 Процессы измельчения

Применение процессов измельчения в пищевой

технологии Теоретические основы процесса дробления - работы ПА Ребиндера Кика-Кирпичева Риттингера СН Журкова и др

Классификация методов измельчения Типы дробильных установок Схема расчета дробилок

42 Сортирование

Сортирование в процессах пищевых производств Основы теории ситового анализа Типы аппаратов для сортирования и очистки

43 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

44 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 ndash гидромеханические процессы 2 раздел ndash тепловые и массообменные процессы Номера контрольных задач выбираются по последней цифре зачетной книжки

Контрольная работа 1 1 раздел ndash Гидромеханические процессы

Номер варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 19 20 17 18 15 16 13 14 11 12

Номер вопроса

21 22 23 24 25 26 27 28 29 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 ndash 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 вакуум-фильтры

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 Нм

Относительная плотность мазута ∆ На высоте h мм от дна в резервуаре имеется круглый лаз диаметром Дмм крышка которого прикрепляется болтами диаметром d мм Принимая для болтов допустимое напряжение на разрыв σкгссм2 Определить необходимое число болтов Определить давление жидкости на дно резервуара

Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Н м 76 70 85 71 84 72 82 73 80 78 ∆ 096 095 097 096 095 097 096 095 097 096

hмм 800 700 900 720 880 740 860 860 840 820 Дмм 760 700 850 710 840 720 820 730 800 780 dмм 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

σкгссм2 700 690 710 700 690 710 700 690 710 700 18

Методические указания к решению задачи 1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам laquoГидравликиraquo Дать схему Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н) Р=(р0+ρghc) F H и определяем силу давления на 1 болт ndash Р1

Число болтов 1P

Pn =

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH Па

Задача 2

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

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рн кгссм2 18 23 16 22 17 19 20 24 25 21 Рвс кгссм2 29 35 25 33 32 27 28 25 30 31

Н0м 05 04 06 05 04 06 05 04 05 05

Методические указания к решению задачи 2 Полный напор развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению

2

22

0вснвсн H

gрр

Нωω

ρminus

++minus

=

19

Предварительно определив давление в нагнетательном и всасывающем трубопроводе

Задача 3 Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ Г от р1 до р2 (давление абсолютное) Начальная температура t1=-15˚C Кпд компрессора принять 065 Определить мощность компрессора

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q м3ч 56 40 65 43 63 47 51 49 59 54 Г газ СО2 N2 C2H2 H2 O2 CH4 C2H4 C2H6 Cl2 H2S

Р1 кгссм2 20 30 15 28 17 26 19 24 18 22 Р2 кгссм2 70 80 65 78 67 76 69 74 68 72

Методические указания к решению задачи 3 Перед расчетом необходимо изучить раздел

laquoкомпрессорыraquo Мощность потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора

ηsdotsdotsdot

=10003600

адLGN

где Lад ndash адиабатическая работа сжатия 1 кг газа

кгdж

ppTR

ккL

кк

ад 11

1

1

21

minus

sdot

minus=

minus

20

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

12 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

13 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 турбоком-прессоров 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 водо- и пароструйные

Вентиляторы Центробежные вентиляторы Рабочие характеристика Осевые вентиляторы

14 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

15 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 приме-нения Основы расчета электрофильтров

16Перемешивание в жидких средах

Процесс перемешивания в пищевой промышленности Интенсивность и эффективность перемешивания Технологические способы перемешивания пневматическое циркулярное и механическое

Критериальная зависимость для выражения 7

мощности механических мешалок Рабочий и пусковой периоды перемешивания Типы аппаратов применяемых для перемешивания

2 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Общая характеристика тепловой обработки пищевых

продуктов и материалов Применение законов теплопередачи и основных принципов термодинамики в расчетах тепловых процессов

21 Основы теплопередачи

Теплопроводность Закон Фурье Коэффициент теплопроводности Дифференциальное уравнение теплопроводности Теплопроводность однослойной и многослойной стенок Закон нестационарной теплопро-водности 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

22 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

23 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 аппара-тов Материальный и тепловой расчет Определение коэффициентов теплопередачи в теплообменных аппаратах выбор скорости рабочих тел определение термических сопротивлений и тд 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 эксергети-

9

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

24 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 технико-экономические 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

31 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 ndash жидкость твердое тело ndash газ жидкость - жидкость Современные методы интенсификации массообмена

32 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

33 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

34 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

35 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 внеш-них 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 КПД 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

36 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 КПД тарельчатого аппарата эквивалентной высоте единице переноса Пути повышения технико-экономических показателей ректификационных аппаратов Понятие о ректификации многокомпонентных смесей Молекулярная дистилляция

37 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 41 Процессы измельчения

Применение процессов измельчения в пищевой

технологии Теоретические основы процесса дробления - работы ПА Ребиндера Кика-Кирпичева Риттингера СН Журкова и др

Классификация методов измельчения Типы дробильных установок Схема расчета дробилок

42 Сортирование

Сортирование в процессах пищевых производств Основы теории ситового анализа Типы аппаратов для сортирования и очистки

43 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

44 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 ndash гидромеханические процессы 2 раздел ndash тепловые и массообменные процессы Номера контрольных задач выбираются по последней цифре зачетной книжки

Контрольная работа 1 1 раздел ndash Гидромеханические процессы

Номер варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 19 20 17 18 15 16 13 14 11 12

Номер вопроса

21 22 23 24 25 26 27 28 29 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 ndash 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 вакуум-фильтры

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 Нм

Относительная плотность мазута ∆ На высоте h мм от дна в резервуаре имеется круглый лаз диаметром Дмм крышка которого прикрепляется болтами диаметром d мм Принимая для болтов допустимое напряжение на разрыв σкгссм2 Определить необходимое число болтов Определить давление жидкости на дно резервуара

Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Н м 76 70 85 71 84 72 82 73 80 78 ∆ 096 095 097 096 095 097 096 095 097 096

hмм 800 700 900 720 880 740 860 860 840 820 Дмм 760 700 850 710 840 720 820 730 800 780 dмм 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

σкгссм2 700 690 710 700 690 710 700 690 710 700 18

Методические указания к решению задачи 1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам laquoГидравликиraquo Дать схему Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н) Р=(р0+ρghc) F H и определяем силу давления на 1 болт ndash Р1

Число болтов 1P

Pn =

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH Па

Задача 2

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

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рн кгссм2 18 23 16 22 17 19 20 24 25 21 Рвс кгссм2 29 35 25 33 32 27 28 25 30 31

Н0м 05 04 06 05 04 06 05 04 05 05

Методические указания к решению задачи 2 Полный напор развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению

2

22

0вснвсн H

gрр

Нωω

ρminus

++minus

=

19

Предварительно определив давление в нагнетательном и всасывающем трубопроводе

Задача 3 Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ Г от р1 до р2 (давление абсолютное) Начальная температура t1=-15˚C Кпд компрессора принять 065 Определить мощность компрессора

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q м3ч 56 40 65 43 63 47 51 49 59 54 Г газ СО2 N2 C2H2 H2 O2 CH4 C2H4 C2H6 Cl2 H2S

Р1 кгссм2 20 30 15 28 17 26 19 24 18 22 Р2 кгссм2 70 80 65 78 67 76 69 74 68 72

Методические указания к решению задачи 3 Перед расчетом необходимо изучить раздел

laquoкомпрессорыraquo Мощность потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора

ηsdotsdotsdot

=10003600

адLGN

где Lад ndash адиабатическая работа сжатия 1 кг газа

кгdж

ppTR

ккL

кк

ад 11

1

1

21

minus

sdot

minus=

minus

20

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

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

15 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 приме-нения Основы расчета электрофильтров

16Перемешивание в жидких средах

Процесс перемешивания в пищевой промышленности Интенсивность и эффективность перемешивания Технологические способы перемешивания пневматическое циркулярное и механическое

Критериальная зависимость для выражения 7

мощности механических мешалок Рабочий и пусковой периоды перемешивания Типы аппаратов применяемых для перемешивания

2 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Общая характеристика тепловой обработки пищевых

продуктов и материалов Применение законов теплопередачи и основных принципов термодинамики в расчетах тепловых процессов

21 Основы теплопередачи

Теплопроводность Закон Фурье Коэффициент теплопроводности Дифференциальное уравнение теплопроводности Теплопроводность однослойной и многослойной стенок Закон нестационарной теплопро-водности 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

22 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

23 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 аппара-тов Материальный и тепловой расчет Определение коэффициентов теплопередачи в теплообменных аппаратах выбор скорости рабочих тел определение термических сопротивлений и тд 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 эксергети-

9

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

24 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 технико-экономические 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

31 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 ndash жидкость твердое тело ndash газ жидкость - жидкость Современные методы интенсификации массообмена

32 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

33 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

34 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

35 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 внеш-них 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 КПД 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

36 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 КПД тарельчатого аппарата эквивалентной высоте единице переноса Пути повышения технико-экономических показателей ректификационных аппаратов Понятие о ректификации многокомпонентных смесей Молекулярная дистилляция

37 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 41 Процессы измельчения

Применение процессов измельчения в пищевой

технологии Теоретические основы процесса дробления - работы ПА Ребиндера Кика-Кирпичева Риттингера СН Журкова и др

Классификация методов измельчения Типы дробильных установок Схема расчета дробилок

42 Сортирование

Сортирование в процессах пищевых производств Основы теории ситового анализа Типы аппаратов для сортирования и очистки

43 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

44 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 ndash гидромеханические процессы 2 раздел ndash тепловые и массообменные процессы Номера контрольных задач выбираются по последней цифре зачетной книжки

Контрольная работа 1 1 раздел ndash Гидромеханические процессы

Номер варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 19 20 17 18 15 16 13 14 11 12

Номер вопроса

21 22 23 24 25 26 27 28 29 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 ndash 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 вакуум-фильтры

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 Нм

Относительная плотность мазута ∆ На высоте h мм от дна в резервуаре имеется круглый лаз диаметром Дмм крышка которого прикрепляется болтами диаметром d мм Принимая для болтов допустимое напряжение на разрыв σкгссм2 Определить необходимое число болтов Определить давление жидкости на дно резервуара

Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Н м 76 70 85 71 84 72 82 73 80 78 ∆ 096 095 097 096 095 097 096 095 097 096

hмм 800 700 900 720 880 740 860 860 840 820 Дмм 760 700 850 710 840 720 820 730 800 780 dмм 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

σкгссм2 700 690 710 700 690 710 700 690 710 700 18

Методические указания к решению задачи 1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам laquoГидравликиraquo Дать схему Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н) Р=(р0+ρghc) F H и определяем силу давления на 1 болт ndash Р1

Число болтов 1P

Pn =

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH Па

Задача 2

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

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рн кгссм2 18 23 16 22 17 19 20 24 25 21 Рвс кгссм2 29 35 25 33 32 27 28 25 30 31

Н0м 05 04 06 05 04 06 05 04 05 05

Методические указания к решению задачи 2 Полный напор развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению

2

22

0вснвсн H

gрр

Нωω

ρminus

++minus

=

19

Предварительно определив давление в нагнетательном и всасывающем трубопроводе

Задача 3 Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ Г от р1 до р2 (давление абсолютное) Начальная температура t1=-15˚C Кпд компрессора принять 065 Определить мощность компрессора

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q м3ч 56 40 65 43 63 47 51 49 59 54 Г газ СО2 N2 C2H2 H2 O2 CH4 C2H4 C2H6 Cl2 H2S

Р1 кгссм2 20 30 15 28 17 26 19 24 18 22 Р2 кгссм2 70 80 65 78 67 76 69 74 68 72

Методические указания к решению задачи 3 Перед расчетом необходимо изучить раздел

laquoкомпрессорыraquo Мощность потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора

ηsdotsdotsdot

=10003600

адLGN

где Lад ndash адиабатическая работа сжатия 1 кг газа

кгdж

ppTR

ккL

кк

ад 11

1

1

21

minus

sdot

minus=

minus

20

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

22 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

23 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 аппара-тов Материальный и тепловой расчет Определение коэффициентов теплопередачи в теплообменных аппаратах выбор скорости рабочих тел определение термических сопротивлений и тд 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 эксергети-

9

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

24 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 технико-экономические 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

31 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 ndash жидкость твердое тело ndash газ жидкость - жидкость Современные методы интенсификации массообмена

32 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

33 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

34 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

35 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 внеш-них 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 КПД 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

36 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 КПД тарельчатого аппарата эквивалентной высоте единице переноса Пути повышения технико-экономических показателей ректификационных аппаратов Понятие о ректификации многокомпонентных смесей Молекулярная дистилляция

37 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 41 Процессы измельчения

Применение процессов измельчения в пищевой

технологии Теоретические основы процесса дробления - работы ПА Ребиндера Кика-Кирпичева Риттингера СН Журкова и др

Классификация методов измельчения Типы дробильных установок Схема расчета дробилок

42 Сортирование

Сортирование в процессах пищевых производств Основы теории ситового анализа Типы аппаратов для сортирования и очистки

43 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

44 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 ndash гидромеханические процессы 2 раздел ndash тепловые и массообменные процессы Номера контрольных задач выбираются по последней цифре зачетной книжки

Контрольная работа 1 1 раздел ndash Гидромеханические процессы

Номер варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 19 20 17 18 15 16 13 14 11 12

Номер вопроса

21 22 23 24 25 26 27 28 29 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 ndash 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 вакуум-фильтры

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 Нм

Относительная плотность мазута ∆ На высоте h мм от дна в резервуаре имеется круглый лаз диаметром Дмм крышка которого прикрепляется болтами диаметром d мм Принимая для болтов допустимое напряжение на разрыв σкгссм2 Определить необходимое число болтов Определить давление жидкости на дно резервуара

Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Н м 76 70 85 71 84 72 82 73 80 78 ∆ 096 095 097 096 095 097 096 095 097 096

hмм 800 700 900 720 880 740 860 860 840 820 Дмм 760 700 850 710 840 720 820 730 800 780 dмм 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

σкгссм2 700 690 710 700 690 710 700 690 710 700 18

Методические указания к решению задачи 1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам laquoГидравликиraquo Дать схему Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н) Р=(р0+ρghc) F H и определяем силу давления на 1 болт ndash Р1

Число болтов 1P

Pn =

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH Па

Задача 2

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

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рн кгссм2 18 23 16 22 17 19 20 24 25 21 Рвс кгссм2 29 35 25 33 32 27 28 25 30 31

Н0м 05 04 06 05 04 06 05 04 05 05

Методические указания к решению задачи 2 Полный напор развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению

2

22

0вснвсн H

gрр

Нωω

ρminus

++minus

=

19

Предварительно определив давление в нагнетательном и всасывающем трубопроводе

Задача 3 Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ Г от р1 до р2 (давление абсолютное) Начальная температура t1=-15˚C Кпд компрессора принять 065 Определить мощность компрессора

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q м3ч 56 40 65 43 63 47 51 49 59 54 Г газ СО2 N2 C2H2 H2 O2 CH4 C2H4 C2H6 Cl2 H2S

Р1 кгссм2 20 30 15 28 17 26 19 24 18 22 Р2 кгссм2 70 80 65 78 67 76 69 74 68 72

Методические указания к решению задачи 3 Перед расчетом необходимо изучить раздел

laquoкомпрессорыraquo Мощность потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора

ηsdotsdotsdot

=10003600

адLGN

где Lад ndash адиабатическая работа сжатия 1 кг газа

кгdж

ppTR

ккL

кк

ад 11

1

1

21

minus

sdot

minus=

minus

20

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

3 МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

31 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 ndash жидкость твердое тело ndash газ жидкость - жидкость Современные методы интенсификации массообмена

32 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

33 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

34 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

35 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 внеш-них 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 КПД 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

36 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 КПД тарельчатого аппарата эквивалентной высоте единице переноса Пути повышения технико-экономических показателей ректификационных аппаратов Понятие о ректификации многокомпонентных смесей Молекулярная дистилляция

37 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 41 Процессы измельчения

Применение процессов измельчения в пищевой

технологии Теоретические основы процесса дробления - работы ПА Ребиндера Кика-Кирпичева Риттингера СН Журкова и др

Классификация методов измельчения Типы дробильных установок Схема расчета дробилок

42 Сортирование

Сортирование в процессах пищевых производств Основы теории ситового анализа Типы аппаратов для сортирования и очистки

43 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

44 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 ndash гидромеханические процессы 2 раздел ndash тепловые и массообменные процессы Номера контрольных задач выбираются по последней цифре зачетной книжки

Контрольная работа 1 1 раздел ndash Гидромеханические процессы

Номер варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 19 20 17 18 15 16 13 14 11 12

Номер вопроса

21 22 23 24 25 26 27 28 29 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 ndash 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 вакуум-фильтры

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 Нм

Относительная плотность мазута ∆ На высоте h мм от дна в резервуаре имеется круглый лаз диаметром Дмм крышка которого прикрепляется болтами диаметром d мм Принимая для болтов допустимое напряжение на разрыв σкгссм2 Определить необходимое число болтов Определить давление жидкости на дно резервуара

Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Н м 76 70 85 71 84 72 82 73 80 78 ∆ 096 095 097 096 095 097 096 095 097 096

hмм 800 700 900 720 880 740 860 860 840 820 Дмм 760 700 850 710 840 720 820 730 800 780 dмм 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

σкгссм2 700 690 710 700 690 710 700 690 710 700 18

Методические указания к решению задачи 1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам laquoГидравликиraquo Дать схему Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н) Р=(р0+ρghc) F H и определяем силу давления на 1 болт ndash Р1

Число болтов 1P

Pn =

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH Па

Задача 2

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

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рн кгссм2 18 23 16 22 17 19 20 24 25 21 Рвс кгссм2 29 35 25 33 32 27 28 25 30 31

Н0м 05 04 06 05 04 06 05 04 05 05

Методические указания к решению задачи 2 Полный напор развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению

2

22

0вснвсн H

gрр

Нωω

ρminus

++minus

=

19

Предварительно определив давление в нагнетательном и всасывающем трубопроводе

Задача 3 Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ Г от р1 до р2 (давление абсолютное) Начальная температура t1=-15˚C Кпд компрессора принять 065 Определить мощность компрессора

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q м3ч 56 40 65 43 63 47 51 49 59 54 Г газ СО2 N2 C2H2 H2 O2 CH4 C2H4 C2H6 Cl2 H2S

Р1 кгссм2 20 30 15 28 17 26 19 24 18 22 Р2 кгссм2 70 80 65 78 67 76 69 74 68 72

Методические указания к решению задачи 3 Перед расчетом необходимо изучить раздел

laquoкомпрессорыraquo Мощность потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора

ηsdotsdotsdot

=10003600

адLGN

где Lад ndash адиабатическая работа сжатия 1 кг газа

кгdж

ppTR

ккL

кк

ад 11

1

1

21

minus

sdot

minus=

minus

20

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

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 КПД 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

36 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 КПД тарельчатого аппарата эквивалентной высоте единице переноса Пути повышения технико-экономических показателей ректификационных аппаратов Понятие о ректификации многокомпонентных смесей Молекулярная дистилляция

37 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 41 Процессы измельчения

Применение процессов измельчения в пищевой

технологии Теоретические основы процесса дробления - работы ПА Ребиндера Кика-Кирпичева Риттингера СН Журкова и др

Классификация методов измельчения Типы дробильных установок Схема расчета дробилок

42 Сортирование

Сортирование в процессах пищевых производств Основы теории ситового анализа Типы аппаратов для сортирования и очистки

43 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

44 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 ndash гидромеханические процессы 2 раздел ndash тепловые и массообменные процессы Номера контрольных задач выбираются по последней цифре зачетной книжки

Контрольная работа 1 1 раздел ndash Гидромеханические процессы

Номер варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 19 20 17 18 15 16 13 14 11 12

Номер вопроса

21 22 23 24 25 26 27 28 29 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 ndash 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 вакуум-фильтры

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 Нм

Относительная плотность мазута ∆ На высоте h мм от дна в резервуаре имеется круглый лаз диаметром Дмм крышка которого прикрепляется болтами диаметром d мм Принимая для болтов допустимое напряжение на разрыв σкгссм2 Определить необходимое число болтов Определить давление жидкости на дно резервуара

Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Н м 76 70 85 71 84 72 82 73 80 78 ∆ 096 095 097 096 095 097 096 095 097 096

hмм 800 700 900 720 880 740 860 860 840 820 Дмм 760 700 850 710 840 720 820 730 800 780 dмм 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

σкгссм2 700 690 710 700 690 710 700 690 710 700 18

Методические указания к решению задачи 1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам laquoГидравликиraquo Дать схему Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н) Р=(р0+ρghc) F H и определяем силу давления на 1 болт ndash Р1

Число болтов 1P

Pn =

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH Па

Задача 2

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

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рн кгссм2 18 23 16 22 17 19 20 24 25 21 Рвс кгссм2 29 35 25 33 32 27 28 25 30 31

Н0м 05 04 06 05 04 06 05 04 05 05

Методические указания к решению задачи 2 Полный напор развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению

2

22

0вснвсн H

gрр

Нωω

ρminus

++minus

=

19

Предварительно определив давление в нагнетательном и всасывающем трубопроводе

Задача 3 Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ Г от р1 до р2 (давление абсолютное) Начальная температура t1=-15˚C Кпд компрессора принять 065 Определить мощность компрессора

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q м3ч 56 40 65 43 63 47 51 49 59 54 Г газ СО2 N2 C2H2 H2 O2 CH4 C2H4 C2H6 Cl2 H2S

Р1 кгссм2 20 30 15 28 17 26 19 24 18 22 Р2 кгссм2 70 80 65 78 67 76 69 74 68 72

Методические указания к решению задачи 3 Перед расчетом необходимо изучить раздел

laquoкомпрессорыraquo Мощность потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора

ηsdotsdotsdot

=10003600

адLGN

где Lад ndash адиабатическая работа сжатия 1 кг газа

кгdж

ppTR

ккL

кк

ад 11

1

1

21

minus

sdot

minus=

minus

20

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 41 Процессы измельчения

Применение процессов измельчения в пищевой

технологии Теоретические основы процесса дробления - работы ПА Ребиндера Кика-Кирпичева Риттингера СН Журкова и др

Классификация методов измельчения Типы дробильных установок Схема расчета дробилок

42 Сортирование

Сортирование в процессах пищевых производств Основы теории ситового анализа Типы аппаратов для сортирования и очистки

43 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

44 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 ndash гидромеханические процессы 2 раздел ndash тепловые и массообменные процессы Номера контрольных задач выбираются по последней цифре зачетной книжки

Контрольная работа 1 1 раздел ndash Гидромеханические процессы

Номер варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 19 20 17 18 15 16 13 14 11 12

Номер вопроса

21 22 23 24 25 26 27 28 29 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 ndash 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 вакуум-фильтры

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 Нм

Относительная плотность мазута ∆ На высоте h мм от дна в резервуаре имеется круглый лаз диаметром Дмм крышка которого прикрепляется болтами диаметром d мм Принимая для болтов допустимое напряжение на разрыв σкгссм2 Определить необходимое число болтов Определить давление жидкости на дно резервуара

Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Н м 76 70 85 71 84 72 82 73 80 78 ∆ 096 095 097 096 095 097 096 095 097 096

hмм 800 700 900 720 880 740 860 860 840 820 Дмм 760 700 850 710 840 720 820 730 800 780 dмм 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

σкгссм2 700 690 710 700 690 710 700 690 710 700 18

Методические указания к решению задачи 1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам laquoГидравликиraquo Дать схему Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н) Р=(р0+ρghc) F H и определяем силу давления на 1 болт ndash Р1

Число болтов 1P

Pn =

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH Па

Задача 2

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

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рн кгссм2 18 23 16 22 17 19 20 24 25 21 Рвс кгссм2 29 35 25 33 32 27 28 25 30 31

Н0м 05 04 06 05 04 06 05 04 05 05

Методические указания к решению задачи 2 Полный напор развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению

2

22

0вснвсн H

gрр

Нωω

ρminus

++minus

=

19

Предварительно определив давление в нагнетательном и всасывающем трубопроводе

Задача 3 Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ Г от р1 до р2 (давление абсолютное) Начальная температура t1=-15˚C Кпд компрессора принять 065 Определить мощность компрессора

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q м3ч 56 40 65 43 63 47 51 49 59 54 Г газ СО2 N2 C2H2 H2 O2 CH4 C2H4 C2H6 Cl2 H2S

Р1 кгссм2 20 30 15 28 17 26 19 24 18 22 Р2 кгссм2 70 80 65 78 67 76 69 74 68 72

Методические указания к решению задачи 3 Перед расчетом необходимо изучить раздел

laquoкомпрессорыraquo Мощность потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора

ηsdotsdotsdot

=10003600

адLGN

где Lад ndash адиабатическая работа сжатия 1 кг газа

кгdж

ppTR

ккL

кк

ад 11

1

1

21

minus

sdot

minus=

minus

20

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

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 ndash 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 вакуум-фильтры

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 Нм

Относительная плотность мазута ∆ На высоте h мм от дна в резервуаре имеется круглый лаз диаметром Дмм крышка которого прикрепляется болтами диаметром d мм Принимая для болтов допустимое напряжение на разрыв σкгссм2 Определить необходимое число болтов Определить давление жидкости на дно резервуара

Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Н м 76 70 85 71 84 72 82 73 80 78 ∆ 096 095 097 096 095 097 096 095 097 096

hмм 800 700 900 720 880 740 860 860 840 820 Дмм 760 700 850 710 840 720 820 730 800 780 dмм 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

σкгссм2 700 690 710 700 690 710 700 690 710 700 18

Методические указания к решению задачи 1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам laquoГидравликиraquo Дать схему Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н) Р=(р0+ρghc) F H и определяем силу давления на 1 болт ndash Р1

Число болтов 1P

Pn =

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH Па

Задача 2

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

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рн кгссм2 18 23 16 22 17 19 20 24 25 21 Рвс кгссм2 29 35 25 33 32 27 28 25 30 31

Н0м 05 04 06 05 04 06 05 04 05 05

Методические указания к решению задачи 2 Полный напор развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению

2

22

0вснвсн H

gрр

Нωω

ρminus

++minus

=

19

Предварительно определив давление в нагнетательном и всасывающем трубопроводе

Задача 3 Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ Г от р1 до р2 (давление абсолютное) Начальная температура t1=-15˚C Кпд компрессора принять 065 Определить мощность компрессора

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q м3ч 56 40 65 43 63 47 51 49 59 54 Г газ СО2 N2 C2H2 H2 O2 CH4 C2H4 C2H6 Cl2 H2S

Р1 кгссм2 20 30 15 28 17 26 19 24 18 22 Р2 кгссм2 70 80 65 78 67 76 69 74 68 72

Методические указания к решению задачи 3 Перед расчетом необходимо изучить раздел

laquoкомпрессорыraquo Мощность потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора

ηsdotsdotsdot

=10003600

адLGN

где Lад ndash адиабатическая работа сжатия 1 кг газа

кгdж

ppTR

ккL

кк

ад 11

1

1

21

minus

sdot

minus=

minus

20

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

Методические указания к решению задачи 1 Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам laquoГидравликиraquo Дать схему Сила давления жидкости на плоскую стенку Р(н) Р=(р0+ρghc) F H и определяем силу давления на 1 болт ndash Р1

Число болтов 1P

Pn =

Давление жидкости на дно резервуара Р=ρgH Па

Задача 2

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

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рн кгссм2 18 23 16 22 17 19 20 24 25 21 Рвс кгссм2 29 35 25 33 32 27 28 25 30 31

Н0м 05 04 06 05 04 06 05 04 05 05

Методические указания к решению задачи 2 Полный напор развиваемый насосом может быть рассчитан по уравнению

2

22

0вснвсн H

gрр

Нωω

ρminus

++minus

=

19

Предварительно определив давление в нагнетательном и всасывающем трубопроводе

Задача 3 Поршневой компрессор производительностью Q (при условиях всасывания) сжимается газ Г от р1 до р2 (давление абсолютное) Начальная температура t1=-15˚C Кпд компрессора принять 065 Определить мощность компрессора

Таблица исходных данных Варианты Величины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q м3ч 56 40 65 43 63 47 51 49 59 54 Г газ СО2 N2 C2H2 H2 O2 CH4 C2H4 C2H6 Cl2 H2S

Р1 кгссм2 20 30 15 28 17 26 19 24 18 22 Р2 кгссм2 70 80 65 78 67 76 69 74 68 72

Методические указания к решению задачи 3 Перед расчетом необходимо изучить раздел

laquoкомпрессорыraquo Мощность потребляемая двигателем одноступенчатого компрессора

ηsdotsdotsdot

=10003600

адLGN

где Lад ndash адиабатическая работа сжатия 1 кг газа

кгdж

ppTR

ккL

кк

ад 11

1

1

21

minus

sdot

minus=

minus

20

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

Задача 4 Рассчитать циклон для выделения частиц сухого материала из воздуха выходящего из распылительной сушилки по следующим данным

Расход воздуха ndash G кгс Температура воздуха ndash t ˚С Наименьший диаметр частиц- d м Отношение-∆Рρг

Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической части циклона ndashωц гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Рн нм2 диаметр циклона ndash D м параметры циклона ndash Н h1 h2 h3 h4 D1 b м

21

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра Величины Размерность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздухаG

кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наименьший диаметр частиц

d10-6

м

80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отношение ∆Р ρг

нмкг 720 740 730 700 710 750 740 720 730 750

Температура воздуха t

˚С 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 [123]

Диаметр циклона определяется по формуле

ц

VDωsdot

=7850

или цг

GDωρ sdotsdot

=7850

где V- расход воздуда м3с ρг- плотность воздуха кгм3 ωЦ- условная скорость воздуха мс Условная скорость воздуха в цилиндрической части циклона определяется из уравнения

2

2ц

г

P ωξ

ρ=

∆ откуда

ξρω

2sdot∆

= гц

P

где ∆Р ndash гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному

типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

22

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

tТТ

в +sdot=

0

02931ρ где Т0=273˚К

После подстановки найденных величин ωц и ρг определяем диаметр циклона D выбрав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона

Циклон (ЦН-24) ndash предназначен для улавливания крупной пыли

(ЦН-15) ndash обеспечивает хорошую степень улавливания при небольшом гидравлическом сопротивлении

(ЦН-11) - рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя

Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравнения

2

2цгР

ωρξ

sdot=∆

Основные размеры циклонов даны в таблице 1 Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона Размерность ЦН-24 ЦН-15 ЦН-11

Диаметр выходной трубы D1

м

06D

06D

06D

Ширина входного патрубка b

м

026D 026D 026D

Высота входного патрубка h1

м

111D

111D

111D

Высота входного патрубка h1 Высота

цилиндрической части h3

м

211D

226D

208D

Высота конической части h4

м 175D 2D 2D

Общая высота циклона Н м 426D 456D 438D

Коэффициент сопротивления ξ

60 160 250

23

2 раздел ndash Тепловые и массообменные процессы Теоретические вопросы

Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Номер

вопроса 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 (laquoстенка ndash водаraquo laquoстенка ndashпарraquo laquoстенка ndashгазraquo)

3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo 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 laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

11 Дайте определения понятий laquoабсолютная влажностьraquo laquoотносительная влажностьraquo и laquoвлагосодержаниеraquo 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 laquoI ndashхraquo 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 ndash G кгс Начальная температура воды ndash tн ordmС Конечная температура воды ndash tк ordmС Давление греющего пара ndash Р Па Коэффициент теплопередачи ndash К Втм2 ordmК Потери тепла в окружающую среду поверхностью нагрева ndash Qп Вт Длина одной трубки аппарата ndash L м Диаметр трубки (наружный) ndash d м Движение пара и воды ndash противоток Требуется

1 Рассчитать поверхность нагрева аппарата ndash F м2 2 Определить количество нагревательных трубок в

аппарате ndash n шт 3 Определить расход греющего пара ndash D кгс 4 Начертить схему аппарата с указанием подачи пара

и воды

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра Вели-

чины Размер- ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G кгс 14 222 166 11 19 25 27 222 14 25 tк ˚С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85 tн ˚С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25

Рmiddot105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot˚К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900

Qпот 2 4 3 2 4 5 5 5 2 4 L М 20 30 25 20 25 35 35 30 20 30

dmiddot10-3 М 25 38 25 20 38 54 54 38 25 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 [23]

26

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи Qполн=КF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

( )нк ttcGQ minussdot= где G ndash количество нагреваемой воды ndash надо взять в кгс а удельную теплоемкость laquoсraquo 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 ∆tмlt2 ∆tб=tр-tн ∆tм=tр-tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tр ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (смприложение 2) ∆tср ndash (∆tб ndash ∆tм )1n ∆tб ∆tм при ∆tб ∆tм ge2 Полный расход тепла на нагревание воды определяется

Qполн=Q+Qп=(102-105)middotQ Поверхность нагрева определяется по формуле

F=QполнКmiddot∆tср Количество трубок в нагревателе определяется

n=Ffтр где fтр ndash поверхность одной трубки равная

fтр=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i -энтальпия пара кДжкг i- энтальпия конденсата жидкости кДжкг

27

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

Задача 6

Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по

следующим данным 28

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash Gн кгс

начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndash вн

конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndash вк

температура свежего раствора ndash tн ˚С давление вторичного пара в аппарате ndash Рвт Па теплоемкость свежего раствора ndash Ср давление греющего пара ndash Ргп Па коэффициент теплопередачи ndash К Вт(м2˚К) температурные потери ndash ∆ ˚С Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndash D кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndash F м

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины Размер-

ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gн кгс 27 22 26 16 20 236 138 18 194 25 вн

70 60 70 50 50 70 50 60 60 70 вк 30 32 32 30 28 30 28 32 30 30 tн ˚С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Рвтmiddot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05

Ср КДжкг˚

С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406 К Втм2˚К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ргп middot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34 ∆ ˚С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

29

Методические указания к решению задачи 6 Перед решением задачи необходимо изучить теорию

выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123] Дать схему однокорпусной выпарной установки

Производительность аппарата по выпаренной влаге (кгс) из раствора определится из уравнения

W=Gн(1-внвк)

Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

( ) ( ) ( )

][051021ii

tCiWttСGii

QD крwнкрн

minusminus+minusminus

=minus

=

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла tк ndash температура кипения раствора определяется по

давлению Рвт по приложению 2 i - энтальпия греющего пара кДжкг i - энтальпия конденсатора жидкости кДжкг iw ndash энтальпия вторичного пара кДжкг Величины i i iw берутся из приложения 2 насыщенного

водяного пара при соответствующем давлении Ргп а iw энтальпия вторичного пара по давлению вторичного пара Рвт

Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол=tn - tвт-∆ где tn ndash температура греющего пара (берется из

приложения 2 насыщенного пара при соответствующем давлении Ргп)

tвт ndash температура вторичного пара (берется из приложения 2 по давлению Рвт)

Поверхность нагрева (м) аппарата определится из

30

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

основного уравнения теплопередачи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GнCр(tкип-tн)+w(iw -Cрtкип)]

Задача 7

Дать схему работы сушилки Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному сушильному процессу при следующих данных Производительность сушилки по влажному материалу - Gвкгс начальная влажность материала - ωн конечная влажность материала - ωк теплоемкость высушенного материала - См кДжкг˚С масса транспортного устройства - Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - СтркДжкг˚С температура материала на входе в сушилку - θ1 ˚С относительная влажность воздуха на входе в калорифер - φ0 ˚С температура материала на выходе из сушилки ndash θ2 ˚С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1 ˚С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр ˚С температура транспортного устройства на выходе из сушилки - t2

тр ˚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

Требуется 1 Определить расход воздуха - L кгч 2 Расход тепла - Q кДжч 3 Расход греющего пара - D кгч 4 Построить графики процессов в I ndashX диаграмме для

теоретической и действительной сушилок

Таблица исходных данных Варианты по последней цифре шифра

Величины Размер-ность 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 027 083 069 11 041 097 138 125 055 083 ωн 30 34 31 33 35 32 30 34 31 30 ωк 10 11 9 10 11 10 9 10 10 11

См кДжкг˚С 214 225 218 222 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015 017 016 019 02 017 016 Стр кДжкг˚С 157 16 155 165 162 168 159 15 154 16

t1тр ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12

θ1 ˚С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 ˚С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 t 1 ˚С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 t0 ˚С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи 7

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся процесса сушки [123] Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

100 к

кннGW

ωωωminusminus

sdot=

По диаграмме I-X (см приложение 4) находят 32

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

теплосодержание I (кДжкг) и влагосодержание Х (кгкг) 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

1

02 xxl

minus= (кгсухвоздкгиспвлаги)

Расход тепла на 1 кг испаренной влаги для теоретической сушилки определяется по формуле

qкал= l(I1-I0) Производительность сушилки по высушенному материалу (кгс)

Gk=Gн-W В действительной сушилке тепло расходуется на а) подогрев материала (кДжкг)

( )12

WСGq мм

м

θθ minussdot=

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг) ( )

W

ttСGq

трн

трkтртр

тр

minussdot=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Сw=419103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую среду

100

)( потwтрмкалпот

qqqqqq sdotminus++=

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле

33

∆=qw-( qпот+ qм+ qтр)

Зная величину ∆ из уравнения ∆=l(I-I1) определяем теплосодержание воздуха при действительной сушке

I=I1plusmnl∆или I=I1plusmn ∆(x2-x0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndashX 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 воздlс) определяется по формуле

L=lmiddotW Общий расход тепла на сушку (кДжс 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

tгрпара=t1+ ∆t Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгрпара)

Задача 8 Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давлением и расход тепла

34

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

Производительность - F кгс Содержание метилового спирта в исходной смеси - Хf масс содержание метилового спирта в дистилляте - Хр масс содержание метилового спирта в кубовом остатке - Хw масс коэффициент полезного действия тарелок - η

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Величины 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Производительность-F кгс

138

11

125

152

194

18

20

145

13

222

Содержание метиловогоспирта в исходной смеси ndash ХF(мас)

50

48

46

44

52

42

54

40

50

47

Содержание метилового спирта в дистиллятеndashХр(мас)

90

92

94

90

92

94

90

92

94

90

Содержание метилового спирта в кубовом остаткеndashХw (мас)

6

5

4

3

4

5

6

3

4

5

Коэффициент полезного действия тарелок -η

14

15

16

17

13

14

15

16

17

13

Давление греющего пара Рпmiddot105Па

25

30

35

40

45

50

25

30

35

40

Методические указания к решению задачи 8

Перед решением задачи необходимо проработать главу laquoПерегонка и ректификацияraquo [123] Сначала следует разобраться в процессе простой перегонки а затем изучить теорию сложной перегонки ndash ректификации Необходимо дать схему ректификационной установки непрерывного действия с

35

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 ndash вода в координатах у ndashх 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=FF

Fр

xуух

minusminus

- минимальное флегмовое

число R=βRmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Подставляя значения β в формулу R = β middot 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=(13hellipdivide15) middotRmin+03 Строим графически процесс происходящий в

36

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

ректификационной колонне Для определения значении Хр --------- на оси У откладываем ее значение и обозначаем тС 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 ndash вода

Мол метилового спирта t˚С в жидкости - Х в паре ndash У

964 2 134 935 4 23 912 6 304 877 10 418 817 20 579 780 30 665 753 40 729 731 50 779 712 60 825 693 70 870 675 80 915 660 90 958

Материальный баланс ректификационной колонны

F=P+W FXF=PXp+WXW

P=(PXp+WXW)Хр W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остатка кгс

37

Xp XF XW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли Определяем W ndash массовый или мольный расход кубового остатка

F(XP-XF) W= -------------

XP - XW

А затем вычисляем P=F ndash W

Рис1 Аппарат для процесса ректификации 38

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Материальный баланс ректификационной колонны

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+=

RXX

RRу P - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1 - для исчерпывающей части

колонны Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис1) FCFtF+Djn+ФCФtср=Piср+Ōiср+WCwtw+LCktk+Qпот

39

Расход греющего пара на колонну

KK

срpppпотwwсрp

tCitCOtCFQtCWiOiP

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdot+sdot=

minusminus

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RP iср ip iср ndash энтальпии греющего пара при Рп паров дистиллята и флегмы при Р=1 атм летучего компонента (ллк) кДжкг CF CФ Cw Ck ndash удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата кДжкгordmС tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата ordmС Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегматор

422)1(

0ТМTRP

V срn sdot

sdot+=

где Тср ndash средняя абсолютная температура в колонне ordmК М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХрМметспирт+(1-Хр) Мводы

Мметспирт =32 Мводы=16 Ур+УF

Определяем Усрверх= ----------- 2

Ур+Уw Усрнижн =----------- 2 Определив Усрв и Усрн по таблице 2 находим t cрв и tсрн

tср= tсрв + tсрн Tср = tср +273˚

40

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

pп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

0

срп TR

ТМsdotsdot

=ρ

где М ndash средняя молекулярная масса пара концентраций Уср R ndash универсальная газовая постоянная Дж(кмольК) равная 224 Скорость пара в ректификационных колоннах с ситчатыми тарелками мс

050п

жgW

ρρ

minus

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρсрмсп

ρсрводы ndash среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение1) Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют аналогично расчетам для абсорбционных колонн Диаметр ректификационной колонны Д м

4W

VД П

sdot=

π

Высота ректификационной колонны Н м

Н=(n-1) h+2h+3h где n ndash число ступеней колонны h ndash расстояние между ступенями м (h=035-034м) 2 h ndash высота от верхней тарелки до крышки колонны м 3 h ndash высота выпарной камеры колонны м

41

Приложения Приложение 1

Физические свойства воды (на линии насыщения)

t ˚C

ρ кгм3

Ср кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

vmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1

σmiddot104 кгс2

Рr

0 1000 423 651 179 -063 756 137 10 1000 419 575 131 +070 762 952 20 998 419 599 101 1182 727 702 30 996 418 618 081 321 712 542 40 992 418 634 066 387 697 431 50 988 418 648 0556 449 677 354 60 983 418 659 0478 511 662 298 70 978 419 668 0415 570 643 255 80 972 419 675 0365 632 626 221 90 965 419 680 0326 695 607 195 100 958 423 683 0295 75 589 175 110 951 423 685 0268 80 569 158 120 943 423 686 0244 86 549 143 130 935 427 686 0226 92 529 132 140 926 427 685 0212 97 507 123 150 917 432 684 0202 103 487 117 160 907 436 683 0191 108 466 110 170 897 440 679 0181 115 444 105 180 887 444 675 0173 122 424 101

42

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

Приложение 2 Свойства насыщенного водяного пара

в зависимости от давления пересчет с СИ 1 ат=981104Па Давление (абс) атР

Температура 0С

t

Плот-ность кгм3ρ

Энтальпия жидкости кДжкг (i)

Энтальпия пара

кДжкг (i)

Теплота парообразования кДжкг

(г) 02 597 01283 2501 2607 2358

030 687 01876 2879 2620 2336 040 754 02456 3159 2632 2320 050 809 03027 3390 2642 2307 060 855 03590 3582 2650 2296 070 893 04147 3750 2657 2286 080 930 04699 3897 2663 2278 090 962 05246 4031 2668 2270 10 991 05790 4152 2677 2264 12 1042 06865 4370 2686 2249 14 1087 07931 4563 2693 2237 16 1127 0898 4731 2703 2227 18 1168 1003 4836 2709 2217 20 1196 1107 5024 2710 2208 30 1329 1618 5589 2730 2171 40 1429 2120 6011 2744 2141 50 1511 2614 6377 2754 2117 60 1581 3104 6679 2768 2095

43

Приложение 3 Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении t0C ρ кгм3 Ср

Дж(кг град)

λ102 ВтмК

ν106 м2сек

Рr

1 2 3 4 5 6 -50 1584 1035 203 923 0728 -20 1395 1035 226 1279 0716 0 1293 1010 237 1328 0707 10 1247 1010 244 1416 0705 20 1205 1010 252 1506 0703 30 1165 1010 257 1600 0701 40 1128 1010 266 1696 0699 50 1093 1010 272 1795 0698 60 1060 1010 280 1897 0696 70 1029 1010 286 2002 0694 80 1000 1010 293 2109 0692 90 0972 1010 30 2210 0690 100 0946 1010 305 2313 0688 120 0898 1010 32 2545 0686 140 0854 1015 332 2780 0684 160 0815 1025 344 3009 0682 180 0779 1040 356 3249 0681

44

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46

Приложение 4

Диаграмма для влажного воздуха

45

Список использованной литературы 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты

химической технологии - М Химия 1983-760 с 2 Федоров БЕ Процессы и аппараты мясной

промышленности - М Пищевая промышленность 1969 -371 с 3 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии - Л Химия 1987-326 с 4 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии - М Химия 1991 -493 с

46