Процессы и аппараты пищевых производств. Программа,...

21
Министерство образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический университет ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ Программа, контрольные задания и методические указания по их выполнению для студентов заочного обучения специальности 655800 «Пищевая инженерия» Составители: Г.И. Николаев Г.И. Хараев С.С. Ямпилов г. Улан-Удэ, 2001 г.

Upload: -

Post on 08-Dec-2016

239 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Министерство образования Российской Федерации

Восточно-Сибирский государственный технологический университет

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Программа контрольные задания и методические указания по их выполнению для студентов заочного обучения специальности 655800

laquoПищевая инженерияraquo

Составители ГИ Николаев ГИ Хараев

СС Ямпилов

г Улан-Удэ 2001 г

ПРОГРАММА КУРСА ldquoПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВrdquo

Введение Современное пищевое производство Технологические процессы пищевых произ-

водств Особенности курса laquoПроцессы и аппаратыraquo связь его с другими дисциплинами ме-сто курса в учебном плане Историческая справка о создании и развитии курса Классифика-ция основных процессов рассматриваемых в курсе

Тепловые процессы Теплообменные аппараты

Основные принципы классификации теплообменных аппаратов Рекуперативные ре-генеративные и контактные теплообменники Характеристика теплоносителей и основных типов теплообменных аппаратов Теплообменники газовые паровые водяные с примене-нием высококипящих теплоносителей с использованием электроэнергии

Основы расчета теплообменных аппаратов Материальный и тепловой расчеты Опре-деление коэффициента теплопередачи в теплообменных аппаратах выбор скорости рабочих тел определение термических сопротивлений и тд Определение средней скорости темпера-тур Гидравлический и механический расчеты теплообменного аппарата Пути интенсифика-ции процессов теплообмена и повышение технико-экономических показателей

Выпаривание и выпарные аппараты Применение процесса выпаривания в пищевой промыш-ленности Физические свой-

ства растворов и изменение их в процессе выпаривания Материальный и тепловой расчет Расчет многокорпусной выпарной установки Распределение общего количества выпаренной воды по корпусам определение температуры кипения раствора температурные потери в вы-парной установке расчет расходов греющего пара расчет коэффициентов теплопередачи и поверхности нагрева

Основные типы выпарных аппаратов Особенности и значение циркуляции растворов Методы повышения скорости циркуляции Выпарные аппараты с принудительной циркуля-цией раствора Выпарка с тепловым насосом Пути повышения технико-экономических по-казателей выпарных установок

Массообменные процессы Основы массопередачи

Основные теории процессов массообмена Массообмен в технологических процессах пищевых производств Потенциал массопереноса и силы массообмена Кинетические коэф-фициенты в уравнениях массообмена Дифференциальное уравнение массообмена и его краевые условия Критериальные уравнения массообмена Диффузионный молярный пере-нос Особенности переноса в системах твердое тело-газ жидкость-пар и жидкость-жидкость Общие методы интенсификации массообмена

Процессы сушки и сушильные установки Процессы сушки в пищевой промышленности Основные проблемы теории и техники

сушки Параметры влажного воздуха Основы инженерного расчета сушильных установок План расчета Расчет количества испаренной влаги Расчет расхода воздуха и пути снижения расчета воздуха в сушильных аппаратах Расчет габаритов сушильной камеры для различных типов сушильных установок Тепловой расчет адиабатной и действительной сушильной ус-тановки Термодинамический анализ процесса сушки в диаграмме построение в ней процес-са Варианты сушильного аппарата и их графо-аналитический расчет КПД сушильной уста-новки и пути его повышения Квалификация сушильных установок основные типы приме-нение в пищевой промышленности

Новые методы сушки их физическая сущность и особенности расчета конвективная сушка в кипящем слое и во взвешенном состоянии сушка инфракрасными лучами сушка в электрическом поле высокой частоты комбинированные методы сушки сушка сублимаци-ей Пути повышения технико-экономических показателей сушильных установок

Сорбционные процессы и аппараты Процессы абсорбции и адсорбции и применение их в пищевой промышленности Ос-

новные характеристики сорбционных процессов-движущие силы материальный баланс ос-

новные уравнения и коэффициенты Метод графического расчета Основные типы абсорбе-ров и адсорберов Характеристика адсорбентов применяемых в пищевой промышленности Регенерация поглотителей Пути интенсификации сорбционных процессов

Процессы перегонки и ректификации Процессы перегонки и ректификации в пищевой промышленности Основные теории

перегонки Квалификация разделяемых бинарных смесей основные законы перегонки гра-фическое изображение свойств разделяемых смесей на диаграмме состав-температура и диаграмма равновесия Понятие о дифлегмации Квалификация процессов перегонки и об-ласти их применения Простая перегонка в атмосферных условиях и в вакууме Перегонка с водяным паром Сложная перегонка многокубовые аппараты колонные аппараты Особен-ности процесса ректификации Процессы протекающие на тарелках и определение числа тарелок ректификационных аппаратов Определение минимального флегмового числа Ма-териальный и тепловой балансы Типы ректификационных аппаратов аппараты с тарелками насадочные колонны пленочные колонны ротационные аппараты Пути повышения техни-ко-экономических показателей ректификационных аппаратов

Гидравлические и механические процессы Процессы разделения различных материалов

Разделение неоднородных систем с твердой дисперсной средой Неоднородные твердые системы в пищевых производствах их характеристика и клас-

сификация Методы разделения неоднородных систем и области их применения Силы дей-ствующие на частицу при движении на решете Расчет скорости движения частиц и анализ параметров ее определяющих Решетные сепараторы их характеристика и основы их расче-та Методика расчета решетных сепараторов Определение габаритов решет расчет кинема-тического режима выбор электродвигателей Эффективность работы сепараторов Пути по-вышения эффективности работы сепараторов Классификация и устройство решетных сепа-раторов

Процессы измельчения Процессы измельчения в пищевой промышленности Классификация способов дроб-

ления Теория дробления Общие требования предъявляемые к дробилкам Устройство и принцип работы основных типов дробилок Методика расчета дробилок Классификация уст-ройств для резания Теория резания Типы машин для резания Пути повышения технико-экономических показателей

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 27 28 29 30 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 ndash парraquo laquoстенка ndash газraquo) 3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo паром 4 Какие типы водоотводчиков применяются в промышленности у теплообменников техно-

логического оборудования и какой контроль должен быть за этими водоотводчиками 5 В каких случаях при расчете теплообменников цилиндрическую (трубчатую) поверх-

ность 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 сравни-тельные характеристики

10 Нарисуйте схемы кожухотрубных оросительных погружных трубчатых теплообменни-ков

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 рецирку-ляцией Постройте процесс работы этой сушилки и диаграмме laquoI ndash draquo и поясните ее пре-имущества 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 окружаю-

щем 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 ректи-

фикационных колонн 26 Нарисуйте схему непрерывно действующей ректификационной колонны 27 Нарисуйте схему аппарата для экстрагирования при обычной температуре 28 Нарисуйте схему аппарата с регенерацией растворителей 29 Укажите случаи применения абсорбции и адсорбции и совместное их использование при

разделении однородной смеси 30 Какие хладоносители применяются в холодильной технике для получения умеренного

холода

Контрольная работа 1 Задача 1

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

D Расход воздуха ndash G кгс

Температура воздуха ndash t 0С Наименьший диаметр частицndash d м Отношение ndash∆ΡρГ Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической

части циклона ndashωц

Гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Р нм2 Диаметр циклона ndash D м Параметры циклона ndash H h1 h2 h3 h4 D1 b м

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра

Величины

Раз-мер-ность

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздуха G кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наимень-ший диа-метр час-тиц dmiddot10-6

м 80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отноше-ние ∆ΡρГ

нsdotмкг

720

740

730 700 710 750 740 720 730 750

Темпера-тура воз-духа t

0С 100

120

110 100 120 110 100 100 110 120

Методические указания к решению задачи 1

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по процес-

сам разделения неоднородных систем конструкции материалов и их расчетам [1 2 3] Диаметр циклона определяется по формуле

Ц

VDωsdot

=7850

или Ц

GDωρ sdotsdot

=Γ 7850

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

ния

2

2Цω

ξρ

=∆Ρ

Γ

откуда ξ

ρω

2sdot∆Ρ

= ΓЦ

где ∆Ρ - гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

tТТ

В +sdot=

0

02931ρ где Т0=2730 К

После подстановки найденных величин ωц и ρГ определяем диаметр циклона D вы-

брав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона Циклон (ЦН-24) - предназначен для улавливания крупной пыли

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

(ЦН-11) ndash рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравне-

ния

2

2Цωρ

ξsdot

=∆Ρ Γ

Основные размеры циклонов даны в таблице 1

Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона

Размер-ность 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 066D 048D

Высота цилиндрической части h3

м 211D 226D 208D

Высота конической части h4 м 175D 2D 2D Общая высота циклона H м 426D 456D 438D Коэффициент сопротивле-ния ξ 60 160 250

Задача 2

Рассчитать кожухотрубный нагреватель воды по следующим данным

Количество нагреваемой воды ndashG кгс Начальная температура воды ndash tН 0С Конечная температура воды ndash tК 0С Давление греющего пара ndash P Па Коэффициент теплопередачи ndash K Втм2 0К 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 ndashD 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

0С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85

tН 0С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25 Ρ105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot0К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900 Qп 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 2

Перед решением задачи необходимо изучить разделы учебника по основам теплооб-

мена в пищевой аппаратуре конструкциям теплообменных аппаратов и их расчетам [23] Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теп-

лопередачи Qполн=KF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

Q=Gmiddotc(tK ndash tH) Здесь 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 зависи-мости от средней температуры в нагревателе

Температурный напор определяется tср=( ∆tб+ ∆tм)2 При ∆tб ∆tмlt2 ∆tб= tρ- tн ∆tм= tρ- tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tρ ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (см при-

ложение 2) ∆tср=( ∆tб- ∆tм)ln ∆tб∆tм) при ∆tб∆tмge2 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

fтp=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i - энтальпия пара кДжкг i - энтальпия конденсата жидкости кДжкг Энтальпия пара и конденсата жидкости выбирается по таблице (приложение 2) на-

сыщенного водяного пара в зависимости от его давления

Задача 3

W

Dконц

Gk Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по следующим данным

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash GН кг с начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndashвН конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndashвК температура свежего раствора ndash tН

0С давление в аппарате ndashРВТ Па теплоемкость свежего раствора ndash СР давление греющего пара ndashРгп Па коэффициент теплопередачи ndashК Вт(м20К) температурные потери - ∆ 0С

Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndashD кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndashF м

Таблицы исходных данных

Варианты по последней цифре шифра

Вели-чины

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 0С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Ρвт middot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05 Ср КДжкг0С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406

К Втм20

К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ρгпmiddot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34

∆ 0С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

Методические указания к решению задачи 3

Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123]

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

W=GH(1-внвк) Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

iitCiWttCG

iiQD КИПwКИП

primeprimeminusprimeminus+minusminus

=primeprimeminusprime

= ΡΗΡΗ )]()()[051021(

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла 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 соответ-

ствующем давлении Ргп Рвт Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол =tп - tкипndash ∆ где tп - температура греющего пара (берется из приложения 2 насыщенного пара при

соответствующем давлении Ргп) Поверхность нагрева (м) аппарата определится из основного уравнения теплопереда-

чи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GHCP(tкип-tн)+W(iw -Cptкип)]

Контрольная работа 2 Задача1

Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному су-шильному процессу при следующих данных

производительность сушилки по влажному материалу ndash Gн кгс начальная влажность материала ndash ωн конечная влажность материала ndash ωк теплоемкость высушенного материала ndash Cм кДжкг

0С масса транспортного устройства ndash Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - Cтр кДжкг

0С температура материала на входе в сушилку ndash θ1 0С относительная влажность воздуха на входе в калорифер ndash φ0 0С температура материала на выходе из сушилки - θ2 0С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1

0С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр 0С

температура транспортного устройства на выходе из сушилки ndash t2

тр 0С

тепловые потери в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых

теплового баланса ndash qпот температура наружного воздуха ndash t0 0С Воздух в сушильной камере не подогревается Требуется 1 Определить расход воздуха ndash L кгч 2 Расход тепла ndash Q кДжч 3 Расход греющего пара ndashD кгч 4 Построить графики процессов в I ndash Х диаграмме для теоретической и действитель-

ной сушилок

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

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 КДжкг0С 214 225 218 22

2 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015

017 016 019 02 017 016

Стр КДжкг0С 157 16 155 165

162 168 159 15 154 16

t1тр 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12 θ1 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 Φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 T1 0С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 T0 0С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся

процесса сушки [123]

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

ПРОГРАММА КУРСА ldquoПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВrdquo

Введение Современное пищевое производство Технологические процессы пищевых произ-

водств Особенности курса laquoПроцессы и аппаратыraquo связь его с другими дисциплинами ме-сто курса в учебном плане Историческая справка о создании и развитии курса Классифика-ция основных процессов рассматриваемых в курсе

Тепловые процессы Теплообменные аппараты

Основные принципы классификации теплообменных аппаратов Рекуперативные ре-генеративные и контактные теплообменники Характеристика теплоносителей и основных типов теплообменных аппаратов Теплообменники газовые паровые водяные с примене-нием высококипящих теплоносителей с использованием электроэнергии

Основы расчета теплообменных аппаратов Материальный и тепловой расчеты Опре-деление коэффициента теплопередачи в теплообменных аппаратах выбор скорости рабочих тел определение термических сопротивлений и тд Определение средней скорости темпера-тур Гидравлический и механический расчеты теплообменного аппарата Пути интенсифика-ции процессов теплообмена и повышение технико-экономических показателей

Выпаривание и выпарные аппараты Применение процесса выпаривания в пищевой промыш-ленности Физические свой-

ства растворов и изменение их в процессе выпаривания Материальный и тепловой расчет Расчет многокорпусной выпарной установки Распределение общего количества выпаренной воды по корпусам определение температуры кипения раствора температурные потери в вы-парной установке расчет расходов греющего пара расчет коэффициентов теплопередачи и поверхности нагрева

Основные типы выпарных аппаратов Особенности и значение циркуляции растворов Методы повышения скорости циркуляции Выпарные аппараты с принудительной циркуля-цией раствора Выпарка с тепловым насосом Пути повышения технико-экономических по-казателей выпарных установок

Массообменные процессы Основы массопередачи

Основные теории процессов массообмена Массообмен в технологических процессах пищевых производств Потенциал массопереноса и силы массообмена Кинетические коэф-фициенты в уравнениях массообмена Дифференциальное уравнение массообмена и его краевые условия Критериальные уравнения массообмена Диффузионный молярный пере-нос Особенности переноса в системах твердое тело-газ жидкость-пар и жидкость-жидкость Общие методы интенсификации массообмена

Процессы сушки и сушильные установки Процессы сушки в пищевой промышленности Основные проблемы теории и техники

сушки Параметры влажного воздуха Основы инженерного расчета сушильных установок План расчета Расчет количества испаренной влаги Расчет расхода воздуха и пути снижения расчета воздуха в сушильных аппаратах Расчет габаритов сушильной камеры для различных типов сушильных установок Тепловой расчет адиабатной и действительной сушильной ус-тановки Термодинамический анализ процесса сушки в диаграмме построение в ней процес-са Варианты сушильного аппарата и их графо-аналитический расчет КПД сушильной уста-новки и пути его повышения Квалификация сушильных установок основные типы приме-нение в пищевой промышленности

Новые методы сушки их физическая сущность и особенности расчета конвективная сушка в кипящем слое и во взвешенном состоянии сушка инфракрасными лучами сушка в электрическом поле высокой частоты комбинированные методы сушки сушка сублимаци-ей Пути повышения технико-экономических показателей сушильных установок

Сорбционные процессы и аппараты Процессы абсорбции и адсорбции и применение их в пищевой промышленности Ос-

новные характеристики сорбционных процессов-движущие силы материальный баланс ос-

новные уравнения и коэффициенты Метод графического расчета Основные типы абсорбе-ров и адсорберов Характеристика адсорбентов применяемых в пищевой промышленности Регенерация поглотителей Пути интенсификации сорбционных процессов

Процессы перегонки и ректификации Процессы перегонки и ректификации в пищевой промышленности Основные теории

перегонки Квалификация разделяемых бинарных смесей основные законы перегонки гра-фическое изображение свойств разделяемых смесей на диаграмме состав-температура и диаграмма равновесия Понятие о дифлегмации Квалификация процессов перегонки и об-ласти их применения Простая перегонка в атмосферных условиях и в вакууме Перегонка с водяным паром Сложная перегонка многокубовые аппараты колонные аппараты Особен-ности процесса ректификации Процессы протекающие на тарелках и определение числа тарелок ректификационных аппаратов Определение минимального флегмового числа Ма-териальный и тепловой балансы Типы ректификационных аппаратов аппараты с тарелками насадочные колонны пленочные колонны ротационные аппараты Пути повышения техни-ко-экономических показателей ректификационных аппаратов

Гидравлические и механические процессы Процессы разделения различных материалов

Разделение неоднородных систем с твердой дисперсной средой Неоднородные твердые системы в пищевых производствах их характеристика и клас-

сификация Методы разделения неоднородных систем и области их применения Силы дей-ствующие на частицу при движении на решете Расчет скорости движения частиц и анализ параметров ее определяющих Решетные сепараторы их характеристика и основы их расче-та Методика расчета решетных сепараторов Определение габаритов решет расчет кинема-тического режима выбор электродвигателей Эффективность работы сепараторов Пути по-вышения эффективности работы сепараторов Классификация и устройство решетных сепа-раторов

Процессы измельчения Процессы измельчения в пищевой промышленности Классификация способов дроб-

ления Теория дробления Общие требования предъявляемые к дробилкам Устройство и принцип работы основных типов дробилок Методика расчета дробилок Классификация уст-ройств для резания Теория резания Типы машин для резания Пути повышения технико-экономических показателей

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 27 28 29 30 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 ndash парraquo laquoстенка ndash газraquo) 3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo паром 4 Какие типы водоотводчиков применяются в промышленности у теплообменников техно-

логического оборудования и какой контроль должен быть за этими водоотводчиками 5 В каких случаях при расчете теплообменников цилиндрическую (трубчатую) поверх-

ность 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 сравни-тельные характеристики

10 Нарисуйте схемы кожухотрубных оросительных погружных трубчатых теплообменни-ков

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 рецирку-ляцией Постройте процесс работы этой сушилки и диаграмме laquoI ndash draquo и поясните ее пре-имущества 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 окружаю-

щем 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 ректи-

фикационных колонн 26 Нарисуйте схему непрерывно действующей ректификационной колонны 27 Нарисуйте схему аппарата для экстрагирования при обычной температуре 28 Нарисуйте схему аппарата с регенерацией растворителей 29 Укажите случаи применения абсорбции и адсорбции и совместное их использование при

разделении однородной смеси 30 Какие хладоносители применяются в холодильной технике для получения умеренного

холода

Контрольная работа 1 Задача 1

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

D Расход воздуха ndash G кгс

Температура воздуха ndash t 0С Наименьший диаметр частицndash d м Отношение ndash∆ΡρГ Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической

части циклона ndashωц

Гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Р нм2 Диаметр циклона ndash D м Параметры циклона ndash H h1 h2 h3 h4 D1 b м

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра

Величины

Раз-мер-ность

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздуха G кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наимень-ший диа-метр час-тиц dmiddot10-6

м 80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отноше-ние ∆ΡρГ

нsdotмкг

720

740

730 700 710 750 740 720 730 750

Темпера-тура воз-духа t

0С 100

120

110 100 120 110 100 100 110 120

Методические указания к решению задачи 1

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по процес-

сам разделения неоднородных систем конструкции материалов и их расчетам [1 2 3] Диаметр циклона определяется по формуле

Ц

VDωsdot

=7850

или Ц

GDωρ sdotsdot

=Γ 7850

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

ния

2

2Цω

ξρ

=∆Ρ

Γ

откуда ξ

ρω

2sdot∆Ρ

= ΓЦ

где ∆Ρ - гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

tТТ

В +sdot=

0

02931ρ где Т0=2730 К

После подстановки найденных величин ωц и ρГ определяем диаметр циклона D вы-

брав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона Циклон (ЦН-24) - предназначен для улавливания крупной пыли

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

(ЦН-11) ndash рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравне-

ния

2

2Цωρ

ξsdot

=∆Ρ Γ

Основные размеры циклонов даны в таблице 1

Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона

Размер-ность 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 066D 048D

Высота цилиндрической части h3

м 211D 226D 208D

Высота конической части h4 м 175D 2D 2D Общая высота циклона H м 426D 456D 438D Коэффициент сопротивле-ния ξ 60 160 250

Задача 2

Рассчитать кожухотрубный нагреватель воды по следующим данным

Количество нагреваемой воды ndashG кгс Начальная температура воды ndash tН 0С Конечная температура воды ndash tК 0С Давление греющего пара ndash P Па Коэффициент теплопередачи ndash K Втм2 0К 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 ndashD 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

0С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85

tН 0С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25 Ρ105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot0К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900 Qп 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 2

Перед решением задачи необходимо изучить разделы учебника по основам теплооб-

мена в пищевой аппаратуре конструкциям теплообменных аппаратов и их расчетам [23] Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теп-

лопередачи Qполн=KF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

Q=Gmiddotc(tK ndash tH) Здесь 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 зависи-мости от средней температуры в нагревателе

Температурный напор определяется tср=( ∆tб+ ∆tм)2 При ∆tб ∆tмlt2 ∆tб= tρ- tн ∆tм= tρ- tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tρ ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (см при-

ложение 2) ∆tср=( ∆tб- ∆tм)ln ∆tб∆tм) при ∆tб∆tмge2 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

fтp=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i - энтальпия пара кДжкг i - энтальпия конденсата жидкости кДжкг Энтальпия пара и конденсата жидкости выбирается по таблице (приложение 2) на-

сыщенного водяного пара в зависимости от его давления

Задача 3

W

Dконц

Gk Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по следующим данным

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash GН кг с начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndashвН конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndashвК температура свежего раствора ndash tН

0С давление в аппарате ndashРВТ Па теплоемкость свежего раствора ndash СР давление греющего пара ndashРгп Па коэффициент теплопередачи ndashК Вт(м20К) температурные потери - ∆ 0С

Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndashD кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndashF м

Таблицы исходных данных

Варианты по последней цифре шифра

Вели-чины

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 0С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Ρвт middot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05 Ср КДжкг0С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406

К Втм20

К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ρгпmiddot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34

∆ 0С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

Методические указания к решению задачи 3

Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123]

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

W=GH(1-внвк) Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

iitCiWttCG

iiQD КИПwКИП

primeprimeminusprimeminus+minusminus

=primeprimeminusprime

= ΡΗΡΗ )]()()[051021(

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла 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 соответ-

ствующем давлении Ргп Рвт Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол =tп - tкипndash ∆ где tп - температура греющего пара (берется из приложения 2 насыщенного пара при

соответствующем давлении Ргп) Поверхность нагрева (м) аппарата определится из основного уравнения теплопереда-

чи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GHCP(tкип-tн)+W(iw -Cptкип)]

Контрольная работа 2 Задача1

Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному су-шильному процессу при следующих данных

производительность сушилки по влажному материалу ndash Gн кгс начальная влажность материала ndash ωн конечная влажность материала ndash ωк теплоемкость высушенного материала ndash Cм кДжкг

0С масса транспортного устройства ndash Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - Cтр кДжкг

0С температура материала на входе в сушилку ndash θ1 0С относительная влажность воздуха на входе в калорифер ndash φ0 0С температура материала на выходе из сушилки - θ2 0С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1

0С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр 0С

температура транспортного устройства на выходе из сушилки ndash t2

тр 0С

тепловые потери в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых

теплового баланса ndash qпот температура наружного воздуха ndash t0 0С Воздух в сушильной камере не подогревается Требуется 1 Определить расход воздуха ndash L кгч 2 Расход тепла ndash Q кДжч 3 Расход греющего пара ndashD кгч 4 Построить графики процессов в I ndash Х диаграмме для теоретической и действитель-

ной сушилок

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

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 КДжкг0С 214 225 218 22

2 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015

017 016 019 02 017 016

Стр КДжкг0С 157 16 155 165

162 168 159 15 154 16

t1тр 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12 θ1 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 Φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 T1 0С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 T0 0С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся

процесса сушки [123]

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

новные уравнения и коэффициенты Метод графического расчета Основные типы абсорбе-ров и адсорберов Характеристика адсорбентов применяемых в пищевой промышленности Регенерация поглотителей Пути интенсификации сорбционных процессов

Процессы перегонки и ректификации Процессы перегонки и ректификации в пищевой промышленности Основные теории

перегонки Квалификация разделяемых бинарных смесей основные законы перегонки гра-фическое изображение свойств разделяемых смесей на диаграмме состав-температура и диаграмма равновесия Понятие о дифлегмации Квалификация процессов перегонки и об-ласти их применения Простая перегонка в атмосферных условиях и в вакууме Перегонка с водяным паром Сложная перегонка многокубовые аппараты колонные аппараты Особен-ности процесса ректификации Процессы протекающие на тарелках и определение числа тарелок ректификационных аппаратов Определение минимального флегмового числа Ма-териальный и тепловой балансы Типы ректификационных аппаратов аппараты с тарелками насадочные колонны пленочные колонны ротационные аппараты Пути повышения техни-ко-экономических показателей ректификационных аппаратов

Гидравлические и механические процессы Процессы разделения различных материалов

Разделение неоднородных систем с твердой дисперсной средой Неоднородные твердые системы в пищевых производствах их характеристика и клас-

сификация Методы разделения неоднородных систем и области их применения Силы дей-ствующие на частицу при движении на решете Расчет скорости движения частиц и анализ параметров ее определяющих Решетные сепараторы их характеристика и основы их расче-та Методика расчета решетных сепараторов Определение габаритов решет расчет кинема-тического режима выбор электродвигателей Эффективность работы сепараторов Пути по-вышения эффективности работы сепараторов Классификация и устройство решетных сепа-раторов

Процессы измельчения Процессы измельчения в пищевой промышленности Классификация способов дроб-

ления Теория дробления Общие требования предъявляемые к дробилкам Устройство и принцип работы основных типов дробилок Методика расчета дробилок Классификация уст-ройств для резания Теория резания Типы машин для резания Пути повышения технико-экономических показателей

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 27 28 29 30 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 ndash парraquo laquoстенка ndash газraquo) 3 Каковы преимущества и недостатки нагревания laquoострымraquo и laquoглухимraquo паром 4 Какие типы водоотводчиков применяются в промышленности у теплообменников техно-

логического оборудования и какой контроль должен быть за этими водоотводчиками 5 В каких случаях при расчете теплообменников цилиндрическую (трубчатую) поверх-

ность 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 сравни-тельные характеристики

10 Нарисуйте схемы кожухотрубных оросительных погружных трубчатых теплообменни-ков

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 рецирку-ляцией Постройте процесс работы этой сушилки и диаграмме laquoI ndash draquo и поясните ее пре-имущества 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 окружаю-

щем 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 ректи-

фикационных колонн 26 Нарисуйте схему непрерывно действующей ректификационной колонны 27 Нарисуйте схему аппарата для экстрагирования при обычной температуре 28 Нарисуйте схему аппарата с регенерацией растворителей 29 Укажите случаи применения абсорбции и адсорбции и совместное их использование при

разделении однородной смеси 30 Какие хладоносители применяются в холодильной технике для получения умеренного

холода

Контрольная работа 1 Задача 1

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

D Расход воздуха ndash G кгс

Температура воздуха ndash t 0С Наименьший диаметр частицndash d м Отношение ndash∆ΡρГ Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической

части циклона ndashωц

Гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Р нм2 Диаметр циклона ndash D м Параметры циклона ndash H h1 h2 h3 h4 D1 b м

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра

Величины

Раз-мер-ность

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздуха G кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наимень-ший диа-метр час-тиц dmiddot10-6

м 80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отноше-ние ∆ΡρГ

нsdotмкг

720

740

730 700 710 750 740 720 730 750

Темпера-тура воз-духа t

0С 100

120

110 100 120 110 100 100 110 120

Методические указания к решению задачи 1

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по процес-

сам разделения неоднородных систем конструкции материалов и их расчетам [1 2 3] Диаметр циклона определяется по формуле

Ц

VDωsdot

=7850

или Ц

GDωρ sdotsdot

=Γ 7850

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

ния

2

2Цω

ξρ

=∆Ρ

Γ

откуда ξ

ρω

2sdot∆Ρ

= ΓЦ

где ∆Ρ - гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

tТТ

В +sdot=

0

02931ρ где Т0=2730 К

После подстановки найденных величин ωц и ρГ определяем диаметр циклона D вы-

брав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона Циклон (ЦН-24) - предназначен для улавливания крупной пыли

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

(ЦН-11) ndash рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравне-

ния

2

2Цωρ

ξsdot

=∆Ρ Γ

Основные размеры циклонов даны в таблице 1

Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона

Размер-ность 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 066D 048D

Высота цилиндрической части h3

м 211D 226D 208D

Высота конической части h4 м 175D 2D 2D Общая высота циклона H м 426D 456D 438D Коэффициент сопротивле-ния ξ 60 160 250

Задача 2

Рассчитать кожухотрубный нагреватель воды по следующим данным

Количество нагреваемой воды ndashG кгс Начальная температура воды ndash tН 0С Конечная температура воды ndash tК 0С Давление греющего пара ndash P Па Коэффициент теплопередачи ndash K Втм2 0К 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 ndashD 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

0С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85

tН 0С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25 Ρ105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot0К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900 Qп 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 2

Перед решением задачи необходимо изучить разделы учебника по основам теплооб-

мена в пищевой аппаратуре конструкциям теплообменных аппаратов и их расчетам [23] Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теп-

лопередачи Qполн=KF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

Q=Gmiddotc(tK ndash tH) Здесь 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 зависи-мости от средней температуры в нагревателе

Температурный напор определяется tср=( ∆tб+ ∆tм)2 При ∆tб ∆tмlt2 ∆tб= tρ- tн ∆tм= tρ- tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tρ ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (см при-

ложение 2) ∆tср=( ∆tб- ∆tм)ln ∆tб∆tм) при ∆tб∆tмge2 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

fтp=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i - энтальпия пара кДжкг i - энтальпия конденсата жидкости кДжкг Энтальпия пара и конденсата жидкости выбирается по таблице (приложение 2) на-

сыщенного водяного пара в зависимости от его давления

Задача 3

W

Dконц

Gk Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по следующим данным

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash GН кг с начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndashвН конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndashвК температура свежего раствора ndash tН

0С давление в аппарате ndashРВТ Па теплоемкость свежего раствора ndash СР давление греющего пара ndashРгп Па коэффициент теплопередачи ndashК Вт(м20К) температурные потери - ∆ 0С

Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndashD кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndashF м

Таблицы исходных данных

Варианты по последней цифре шифра

Вели-чины

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 0С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Ρвт middot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05 Ср КДжкг0С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406

К Втм20

К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ρгпmiddot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34

∆ 0С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

Методические указания к решению задачи 3

Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123]

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

W=GH(1-внвк) Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

iitCiWttCG

iiQD КИПwКИП

primeprimeminusprimeminus+minusminus

=primeprimeminusprime

= ΡΗΡΗ )]()()[051021(

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла 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 соответ-

ствующем давлении Ргп Рвт Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол =tп - tкипndash ∆ где tп - температура греющего пара (берется из приложения 2 насыщенного пара при

соответствующем давлении Ргп) Поверхность нагрева (м) аппарата определится из основного уравнения теплопереда-

чи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GHCP(tкип-tн)+W(iw -Cptкип)]

Контрольная работа 2 Задача1

Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному су-шильному процессу при следующих данных

производительность сушилки по влажному материалу ndash Gн кгс начальная влажность материала ndash ωн конечная влажность материала ndash ωк теплоемкость высушенного материала ndash Cм кДжкг

0С масса транспортного устройства ndash Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - Cтр кДжкг

0С температура материала на входе в сушилку ndash θ1 0С относительная влажность воздуха на входе в калорифер ndash φ0 0С температура материала на выходе из сушилки - θ2 0С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1

0С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр 0С

температура транспортного устройства на выходе из сушилки ndash t2

тр 0С

тепловые потери в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых

теплового баланса ndash qпот температура наружного воздуха ndash t0 0С Воздух в сушильной камере не подогревается Требуется 1 Определить расход воздуха ndash L кгч 2 Расход тепла ndash Q кДжч 3 Расход греющего пара ndashD кгч 4 Построить графики процессов в I ndash Х диаграмме для теоретической и действитель-

ной сушилок

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

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 КДжкг0С 214 225 218 22

2 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015

017 016 019 02 017 016

Стр КДжкг0С 157 16 155 165

162 168 159 15 154 16

t1тр 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12 θ1 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 Φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 T1 0С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 T0 0С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся

процесса сушки [123]

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

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 сравни-тельные характеристики

10 Нарисуйте схемы кожухотрубных оросительных погружных трубчатых теплообменни-ков

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 рецирку-ляцией Постройте процесс работы этой сушилки и диаграмме laquoI ndash draquo и поясните ее пре-имущества 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 окружаю-

щем 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 ректи-

фикационных колонн 26 Нарисуйте схему непрерывно действующей ректификационной колонны 27 Нарисуйте схему аппарата для экстрагирования при обычной температуре 28 Нарисуйте схему аппарата с регенерацией растворителей 29 Укажите случаи применения абсорбции и адсорбции и совместное их использование при

разделении однородной смеси 30 Какие хладоносители применяются в холодильной технике для получения умеренного

холода

Контрольная работа 1 Задача 1

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

D Расход воздуха ndash G кгс

Температура воздуха ndash t 0С Наименьший диаметр частицndash d м Отношение ndash∆ΡρГ Требуется Определить условную скорость газа в цилиндрической

части циклона ndashωц

Гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Р нм2 Диаметр циклона ndash D м Параметры циклона ndash H h1 h2 h3 h4 D1 b м

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра

Величины

Раз-мер-ность

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздуха G кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наимень-ший диа-метр час-тиц dmiddot10-6

м 80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отноше-ние ∆ΡρГ

нsdotмкг

720

740

730 700 710 750 740 720 730 750

Темпера-тура воз-духа t

0С 100

120

110 100 120 110 100 100 110 120

Методические указания к решению задачи 1

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по процес-

сам разделения неоднородных систем конструкции материалов и их расчетам [1 2 3] Диаметр циклона определяется по формуле

Ц

VDωsdot

=7850

или Ц

GDωρ sdotsdot

=Γ 7850

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

ния

2

2Цω

ξρ

=∆Ρ

Γ

откуда ξ

ρω

2sdot∆Ρ

= ΓЦ

где ∆Ρ - гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

tТТ

В +sdot=

0

02931ρ где Т0=2730 К

После подстановки найденных величин ωц и ρГ определяем диаметр циклона D вы-

брав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона Циклон (ЦН-24) - предназначен для улавливания крупной пыли

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

(ЦН-11) ndash рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравне-

ния

2

2Цωρ

ξsdot

=∆Ρ Γ

Основные размеры циклонов даны в таблице 1

Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона

Размер-ность 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 066D 048D

Высота цилиндрической части h3

м 211D 226D 208D

Высота конической части h4 м 175D 2D 2D Общая высота циклона H м 426D 456D 438D Коэффициент сопротивле-ния ξ 60 160 250

Задача 2

Рассчитать кожухотрубный нагреватель воды по следующим данным

Количество нагреваемой воды ndashG кгс Начальная температура воды ndash tН 0С Конечная температура воды ndash tК 0С Давление греющего пара ndash P Па Коэффициент теплопередачи ndash K Втм2 0К 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 ndashD 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

0С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85

tН 0С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25 Ρ105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot0К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900 Qп 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 2

Перед решением задачи необходимо изучить разделы учебника по основам теплооб-

мена в пищевой аппаратуре конструкциям теплообменных аппаратов и их расчетам [23] Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теп-

лопередачи Qполн=KF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

Q=Gmiddotc(tK ndash tH) Здесь 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 зависи-мости от средней температуры в нагревателе

Температурный напор определяется tср=( ∆tб+ ∆tм)2 При ∆tб ∆tмlt2 ∆tб= tρ- tн ∆tм= tρ- tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tρ ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (см при-

ложение 2) ∆tср=( ∆tб- ∆tм)ln ∆tб∆tм) при ∆tб∆tмge2 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

fтp=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i - энтальпия пара кДжкг i - энтальпия конденсата жидкости кДжкг Энтальпия пара и конденсата жидкости выбирается по таблице (приложение 2) на-

сыщенного водяного пара в зависимости от его давления

Задача 3

W

Dконц

Gk Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по следующим данным

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash GН кг с начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndashвН конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndashвК температура свежего раствора ndash tН

0С давление в аппарате ndashРВТ Па теплоемкость свежего раствора ndash СР давление греющего пара ndashРгп Па коэффициент теплопередачи ndashК Вт(м20К) температурные потери - ∆ 0С

Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndashD кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndashF м

Таблицы исходных данных

Варианты по последней цифре шифра

Вели-чины

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 0С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Ρвт middot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05 Ср КДжкг0С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406

К Втм20

К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ρгпmiddot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34

∆ 0С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

Методические указания к решению задачи 3

Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123]

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

W=GH(1-внвк) Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

iitCiWttCG

iiQD КИПwКИП

primeprimeminusprimeminus+minusminus

=primeprimeminusprime

= ΡΗΡΗ )]()()[051021(

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла 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 соответ-

ствующем давлении Ргп Рвт Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол =tп - tкипndash ∆ где tп - температура греющего пара (берется из приложения 2 насыщенного пара при

соответствующем давлении Ргп) Поверхность нагрева (м) аппарата определится из основного уравнения теплопереда-

чи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GHCP(tкип-tн)+W(iw -Cptкип)]

Контрольная работа 2 Задача1

Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному су-шильному процессу при следующих данных

производительность сушилки по влажному материалу ndash Gн кгс начальная влажность материала ndash ωн конечная влажность материала ndash ωк теплоемкость высушенного материала ndash Cм кДжкг

0С масса транспортного устройства ndash Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - Cтр кДжкг

0С температура материала на входе в сушилку ndash θ1 0С относительная влажность воздуха на входе в калорифер ndash φ0 0С температура материала на выходе из сушилки - θ2 0С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1

0С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр 0С

температура транспортного устройства на выходе из сушилки ndash t2

тр 0С

тепловые потери в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых

теплового баланса ndash qпот температура наружного воздуха ndash t0 0С Воздух в сушильной камере не подогревается Требуется 1 Определить расход воздуха ndash L кгч 2 Расход тепла ndash Q кДжч 3 Расход греющего пара ndashD кгч 4 Построить графики процессов в I ndash Х диаграмме для теоретической и действитель-

ной сушилок

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

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 КДжкг0С 214 225 218 22

2 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015

017 016 019 02 017 016

Стр КДжкг0С 157 16 155 165

162 168 159 15 154 16

t1тр 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12 θ1 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 Φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 T1 0С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 T0 0С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся

процесса сушки [123]

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

Гидравлическое сопротивление циклона ndash ∆Р нм2 Диаметр циклона ndash D м Параметры циклона ndash H h1 h2 h3 h4 D1 b м

Таблица исходных данных

По последней цифре шифра

Величины

Раз-мер-ность

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Расход воздуха G кгс 05 07 06 066 058 075 064 08 083 072

Наимень-ший диа-метр час-тиц dmiddot10-6

м 80 80 80 100 100 100 90 90 90 100

Отноше-ние ∆ΡρГ

нsdotмкг

720

740

730 700 710 750 740 720 730 750

Темпера-тура воз-духа t

0С 100

120

110 100 120 110 100 100 110 120

Методические указания к решению задачи 1

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по процес-

сам разделения неоднородных систем конструкции материалов и их расчетам [1 2 3] Диаметр циклона определяется по формуле

Ц

VDωsdot

=7850

или Ц

GDωρ sdotsdot

=Γ 7850

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

ния

2

2Цω

ξρ

=∆Ρ

Γ

откуда ξ

ρω

2sdot∆Ρ

= ΓЦ

где ∆Ρ - гидравлическое сопротивление (в Па) ξ ndash коэффициент сопротивления циклона Данный коэффициент определяют по выбранному типу циклона (таблица 1) Плотность воздуха определяется

tТТ

В +sdot=

0

02931ρ где Т0=2730 К

После подстановки найденных величин ωц и ρГ определяем диаметр циклона D вы-

брав тип циклона по табл1 определяем параметры циклона Циклон (ЦН-24) - предназначен для улавливания крупной пыли

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

(ЦН-11) ndash рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравне-

ния

2

2Цωρ

ξsdot

=∆Ρ Γ

Основные размеры циклонов даны в таблице 1

Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона

Размер-ность 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 066D 048D

Высота цилиндрической части h3

м 211D 226D 208D

Высота конической части h4 м 175D 2D 2D Общая высота циклона H м 426D 456D 438D Коэффициент сопротивле-ния ξ 60 160 250

Задача 2

Рассчитать кожухотрубный нагреватель воды по следующим данным

Количество нагреваемой воды ndashG кгс Начальная температура воды ndash tН 0С Конечная температура воды ndash tК 0С Давление греющего пара ndash P Па Коэффициент теплопередачи ndash K Втм2 0К 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 ndashD 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

0С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85

tН 0С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25 Ρ105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot0К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900 Qп 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 2

Перед решением задачи необходимо изучить разделы учебника по основам теплооб-

мена в пищевой аппаратуре конструкциям теплообменных аппаратов и их расчетам [23] Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теп-

лопередачи Qполн=KF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

Q=Gmiddotc(tK ndash tH) Здесь 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 зависи-мости от средней температуры в нагревателе

Температурный напор определяется tср=( ∆tб+ ∆tм)2 При ∆tб ∆tмlt2 ∆tб= tρ- tн ∆tм= tρ- tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tρ ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (см при-

ложение 2) ∆tср=( ∆tб- ∆tм)ln ∆tб∆tм) при ∆tб∆tмge2 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

fтp=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i - энтальпия пара кДжкг i - энтальпия конденсата жидкости кДжкг Энтальпия пара и конденсата жидкости выбирается по таблице (приложение 2) на-

сыщенного водяного пара в зависимости от его давления

Задача 3

W

Dконц

Gk Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по следующим данным

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash GН кг с начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndashвН конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndashвК температура свежего раствора ndash tН

0С давление в аппарате ndashРВТ Па теплоемкость свежего раствора ndash СР давление греющего пара ndashРгп Па коэффициент теплопередачи ndashК Вт(м20К) температурные потери - ∆ 0С

Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndashD кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndashF м

Таблицы исходных данных

Варианты по последней цифре шифра

Вели-чины

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 0С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Ρвт middot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05 Ср КДжкг0С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406

К Втм20

К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ρгпmiddot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34

∆ 0С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

Методические указания к решению задачи 3

Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123]

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

W=GH(1-внвк) Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

iitCiWttCG

iiQD КИПwКИП

primeprimeminusprimeminus+minusminus

=primeprimeminusprime

= ΡΗΡΗ )]()()[051021(

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла 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 соответ-

ствующем давлении Ргп Рвт Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол =tп - tкипndash ∆ где tп - температура греющего пара (берется из приложения 2 насыщенного пара при

соответствующем давлении Ргп) Поверхность нагрева (м) аппарата определится из основного уравнения теплопереда-

чи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GHCP(tкип-tн)+W(iw -Cptкип)]

Контрольная работа 2 Задача1

Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному су-шильному процессу при следующих данных

производительность сушилки по влажному материалу ndash Gн кгс начальная влажность материала ndash ωн конечная влажность материала ndash ωк теплоемкость высушенного материала ndash Cм кДжкг

0С масса транспортного устройства ndash Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - Cтр кДжкг

0С температура материала на входе в сушилку ndash θ1 0С относительная влажность воздуха на входе в калорифер ndash φ0 0С температура материала на выходе из сушилки - θ2 0С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1

0С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр 0С

температура транспортного устройства на выходе из сушилки ndash t2

тр 0С

тепловые потери в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых

теплового баланса ndash qпот температура наружного воздуха ndash t0 0С Воздух в сушильной камере не подогревается Требуется 1 Определить расход воздуха ndash L кгч 2 Расход тепла ndash Q кДжч 3 Расход греющего пара ndashD кгч 4 Построить графики процессов в I ndash Х диаграмме для теоретической и действитель-

ной сушилок

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

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 КДжкг0С 214 225 218 22

2 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015

017 016 019 02 017 016

Стр КДжкг0С 157 16 155 165

162 168 159 15 154 16

t1тр 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12 θ1 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 Φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 T1 0С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 T0 0С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся

процесса сушки [123]

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

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

(ЦН-11) ndash рекомендуется в качестве унифицированного пылеуловителя Гидравлическое сопротивление циклона (нм2 или мвод ст) определяем из уравне-

ния

2

2Цωρ

ξsdot

=∆Ρ Γ

Основные размеры циклонов даны в таблице 1

Таблица 1

Тип циклона Характеристика циклона

Размер-ность 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 066D 048D

Высота цилиндрической части h3

м 211D 226D 208D

Высота конической части h4 м 175D 2D 2D Общая высота циклона H м 426D 456D 438D Коэффициент сопротивле-ния ξ 60 160 250

Задача 2

Рассчитать кожухотрубный нагреватель воды по следующим данным

Количество нагреваемой воды ndashG кгс Начальная температура воды ndash tН 0С Конечная температура воды ndash tК 0С Давление греющего пара ndash P Па Коэффициент теплопередачи ndash K Втм2 0К 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 ndashD 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

0С 70 80 75 75 80 70 80 70 90 85

tН 0С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25 Ρ105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot0К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900 Qп 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 2

Перед решением задачи необходимо изучить разделы учебника по основам теплооб-

мена в пищевой аппаратуре конструкциям теплообменных аппаратов и их расчетам [23] Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теп-

лопередачи Qполн=KF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

Q=Gmiddotc(tK ndash tH) Здесь 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 зависи-мости от средней температуры в нагревателе

Температурный напор определяется tср=( ∆tб+ ∆tм)2 При ∆tб ∆tмlt2 ∆tб= tρ- tн ∆tм= tρ- tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tρ ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (см при-

ложение 2) ∆tср=( ∆tб- ∆tм)ln ∆tб∆tм) при ∆tб∆tмge2 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

fтp=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i - энтальпия пара кДжкг i - энтальпия конденсата жидкости кДжкг Энтальпия пара и конденсата жидкости выбирается по таблице (приложение 2) на-

сыщенного водяного пара в зависимости от его давления

Задача 3

W

Dконц

Gk Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по следующим данным

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash GН кг с начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndashвН конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndashвК температура свежего раствора ndash tН

0С давление в аппарате ndashРВТ Па теплоемкость свежего раствора ndash СР давление греющего пара ndashРгп Па коэффициент теплопередачи ndashК Вт(м20К) температурные потери - ∆ 0С

Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndashD кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndashF м

Таблицы исходных данных

Варианты по последней цифре шифра

Вели-чины

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 0С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Ρвт middot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05 Ср КДжкг0С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406

К Втм20

К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ρгпmiddot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34

∆ 0С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

Методические указания к решению задачи 3

Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123]

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

W=GH(1-внвк) Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

iitCiWttCG

iiQD КИПwКИП

primeprimeminusprimeminus+minusminus

=primeprimeminusprime

= ΡΗΡΗ )]()()[051021(

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла 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 соответ-

ствующем давлении Ргп Рвт Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол =tп - tкипndash ∆ где tп - температура греющего пара (берется из приложения 2 насыщенного пара при

соответствующем давлении Ргп) Поверхность нагрева (м) аппарата определится из основного уравнения теплопереда-

чи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GHCP(tкип-tн)+W(iw -Cptкип)]

Контрольная работа 2 Задача1

Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному су-шильному процессу при следующих данных

производительность сушилки по влажному материалу ndash Gн кгс начальная влажность материала ndash ωн конечная влажность материала ndash ωк теплоемкость высушенного материала ndash Cм кДжкг

0С масса транспортного устройства ndash Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - Cтр кДжкг

0С температура материала на входе в сушилку ndash θ1 0С относительная влажность воздуха на входе в калорифер ndash φ0 0С температура материала на выходе из сушилки - θ2 0С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1

0С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр 0С

температура транспортного устройства на выходе из сушилки ndash t2

тр 0С

тепловые потери в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых

теплового баланса ndash qпот температура наружного воздуха ndash t0 0С Воздух в сушильной камере не подогревается Требуется 1 Определить расход воздуха ndash L кгч 2 Расход тепла ndash Q кДжч 3 Расход греющего пара ndashD кгч 4 Построить графики процессов в I ndash Х диаграмме для теоретической и действитель-

ной сушилок

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

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 КДжкг0С 214 225 218 22

2 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015

017 016 019 02 017 016

Стр КДжкг0С 157 16 155 165

162 168 159 15 154 16

t1тр 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12 θ1 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 Φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 T1 0С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 T0 0С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся

процесса сушки [123]

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

tН 0С 22 25 20 21 23 24 22 20 25 25 Ρ105 Па 20 50 40 30 60 50 60 40 30 50 К Втм2middot0К 800 750 900 700 850 900 1000 850 700 900 Qп 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 2

Перед решением задачи необходимо изучить разделы учебника по основам теплооб-

мена в пищевой аппаратуре конструкциям теплообменных аппаратов и их расчетам [23] Для расчета поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теп-

лопередачи Qполн=KF∆tср Тепло полученное водой от пара равно

Q=Gmiddotc(tK ndash tH) Здесь 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 зависи-мости от средней температуры в нагревателе

Температурный напор определяется tср=( ∆tб+ ∆tм)2 При ∆tб ∆tмlt2 ∆tб= tρ- tн ∆tм= tρ- tк ∆tб ∆tм ndash разность температур воды в начале и конце нагревания tρ ndash температура насыщенного водяного пара определяется по его давлению (см при-

ложение 2) ∆tср=( ∆tб- ∆tм)ln ∆tб∆tм) при ∆tб∆tмge2 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

fтp=πmiddotdmiddotL Расход греющего пара определяется по формуле

iiQ

D пара

minus=

где Qпара=Qпол i - энтальпия пара кДжкг i - энтальпия конденсата жидкости кДжкг Энтальпия пара и конденсата жидкости выбирается по таблице (приложение 2) на-

сыщенного водяного пара в зависимости от его давления

Задача 3

W

Dконц

Gk Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по следующим данным

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash GН кг с начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndashвН конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndashвК температура свежего раствора ndash tН

0С давление в аппарате ndashРВТ Па теплоемкость свежего раствора ndash СР давление греющего пара ndashРгп Па коэффициент теплопередачи ndashК Вт(м20К) температурные потери - ∆ 0С

Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndashD кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndashF м

Таблицы исходных данных

Варианты по последней цифре шифра

Вели-чины

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 0С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Ρвт middot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05 Ср КДжкг0С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406

К Втм20

К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ρгпmiddot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34

∆ 0С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

Методические указания к решению задачи 3

Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123]

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

W=GH(1-внвк) Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

iitCiWttCG

iiQD КИПwКИП

primeprimeminusprimeminus+minusminus

=primeprimeminusprime

= ΡΗΡΗ )]()()[051021(

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла 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 соответ-

ствующем давлении Ргп Рвт Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол =tп - tкипndash ∆ где tп - температура греющего пара (берется из приложения 2 насыщенного пара при

соответствующем давлении Ргп) Поверхность нагрева (м) аппарата определится из основного уравнения теплопереда-

чи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GHCP(tкип-tн)+W(iw -Cptкип)]

Контрольная работа 2 Задача1

Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному су-шильному процессу при следующих данных

производительность сушилки по влажному материалу ndash Gн кгс начальная влажность материала ndash ωн конечная влажность материала ndash ωк теплоемкость высушенного материала ndash Cм кДжкг

0С масса транспортного устройства ndash Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - Cтр кДжкг

0С температура материала на входе в сушилку ndash θ1 0С относительная влажность воздуха на входе в калорифер ndash φ0 0С температура материала на выходе из сушилки - θ2 0С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1

0С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр 0С

температура транспортного устройства на выходе из сушилки ndash t2

тр 0С

тепловые потери в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых

теплового баланса ndash qпот температура наружного воздуха ndash t0 0С Воздух в сушильной камере не подогревается Требуется 1 Определить расход воздуха ndash L кгч 2 Расход тепла ndash Q кДжч 3 Расход греющего пара ndashD кгч 4 Построить графики процессов в I ndash Х диаграмме для теоретической и действитель-

ной сушилок

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

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 КДжкг0С 214 225 218 22

2 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015

017 016 019 02 017 016

Стр КДжкг0С 157 16 155 165

162 168 159 15 154 16

t1тр 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12 θ1 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 Φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 T1 0С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 T0 0С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся

процесса сушки [123]

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

Dконц

Gk Рассчитать однокорпусной выпарной аппарат по следующим данным

количество свежего раствора поступающего на выпаривание ndash GН кг с начальная концентрация сухих веществ свежего раствора ndashвН конечная концентрация сухих веществ упаренного раствора ndashвК температура свежего раствора ndash tН

0С давление в аппарате ndashРВТ Па теплоемкость свежего раствора ndash СР давление греющего пара ndashРгп Па коэффициент теплопередачи ndashК Вт(м20К) температурные потери - ∆ 0С

Требуется определить 1 Количество выпариваемой воды ndash W кгс 2 Расход греющего пара ndashD кгс 3 Полезную разность температур ndash ∆tпол С 4 Поверхность нагрева аппарата ndashF м

Таблицы исходных данных

Варианты по последней цифре шифра

Вели-чины

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 0С 16 17 18 19 20 15 16 14 16 18

Ρвт middot105 Па 03 04 06 045 03 05 04 025 06 05 Ср КДжкг0С 406 41 406 415 415 406 415 41 41 406

К Втм20

К 1120 1270 1200 970 1150 1200 1050 1080 1000 1100

Ρгпmiddot105 Па 20 22 35 43 50 34 42 39 45 34

∆ 0С 3 4 5 6 35 45 5 45 38 55

Методические указания к решению задачи 3

Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123]

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

W=GH(1-внвк) Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

iitCiWttCG

iiQD КИПwКИП

primeprimeminusprimeminus+minusminus

=primeprimeminusprime

= ΡΗΡΗ )]()()[051021(

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла 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 соответ-

ствующем давлении Ргп Рвт Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол =tп - tкипndash ∆ где tп - температура греющего пара (берется из приложения 2 насыщенного пара при

соответствующем давлении Ргп) Поверхность нагрева (м) аппарата определится из основного уравнения теплопереда-

чи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GHCP(tкип-tн)+W(iw -Cptкип)]

Контрольная работа 2 Задача1

Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному су-шильному процессу при следующих данных

производительность сушилки по влажному материалу ndash Gн кгс начальная влажность материала ndash ωн конечная влажность материала ndash ωк теплоемкость высушенного материала ndash Cм кДжкг

0С масса транспортного устройства ndash Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - Cтр кДжкг

0С температура материала на входе в сушилку ndash θ1 0С относительная влажность воздуха на входе в калорифер ndash φ0 0С температура материала на выходе из сушилки - θ2 0С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1

0С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр 0С

температура транспортного устройства на выходе из сушилки ndash t2

тр 0С

тепловые потери в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых

теплового баланса ndash qпот температура наружного воздуха ndash t0 0С Воздух в сушильной камере не подогревается Требуется 1 Определить расход воздуха ndash L кгч 2 Расход тепла ndash Q кДжч 3 Расход греющего пара ndashD кгч 4 Построить графики процессов в I ndash Х диаграмме для теоретической и действитель-

ной сушилок

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

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 КДжкг0С 214 225 218 22

2 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015

017 016 019 02 017 016

Стр КДжкг0С 157 16 155 165

162 168 159 15 154 16

t1тр 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12 θ1 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 Φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 T1 0С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 T0 0С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся

процесса сушки [123]

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания работу выпарных аппаратов и методы расчета выпарных установок [123]

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

W=GH(1-внвк) Расход греющего пара (кгс) определяется из уравнения теплового баланса

iitCiWttCG

iiQD КИПwКИП

primeprimeminusprimeminus+minusminus

=primeprimeminusprime

= ΡΗΡΗ )]()()[051021(

где 102divide105 ndash коэффициент учитывающий потери тепла 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 соответ-

ствующем давлении Ргп Рвт Полезная разность температур определяется из уравнения

∆tпол =tп - tкипndash ∆ где tп - температура греющего пара (берется из приложения 2 насыщенного пара при

соответствующем давлении Ргп) Поверхность нагрева (м) аппарата определится из основного уравнения теплопереда-

чи

полtKQF∆

=

где Q=(102divide105)[GHCP(tкип-tн)+W(iw -Cptкип)]

Контрольная работа 2 Задача1

Рассчитать непрерывно действующую сушилку работающую по нормальному су-шильному процессу при следующих данных

производительность сушилки по влажному материалу ndash Gн кгс начальная влажность материала ndash ωн конечная влажность материала ndash ωк теплоемкость высушенного материала ndash Cм кДжкг

0С масса транспортного устройства ndash Gтр кг теплоемкость транспортного устройства - Cтр кДжкг

0С температура материала на входе в сушилку ndash θ1 0С относительная влажность воздуха на входе в калорифер ndash φ0 0С температура материала на выходе из сушилки - θ2 0С температура воздуха на выходе из калорифера ndash t1

0С температура транспортного устройства на входе в сушилку - t1

тр 0С

температура транспортного устройства на выходе из сушилки ndash t2

тр 0С

тепловые потери в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых

теплового баланса ndash qпот температура наружного воздуха ndash t0 0С Воздух в сушильной камере не подогревается Требуется 1 Определить расход воздуха ndash L кгч 2 Расход тепла ndash Q кДжч 3 Расход греющего пара ndashD кгч 4 Построить графики процессов в I ndash Х диаграмме для теоретической и действитель-

ной сушилок

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

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 КДжкг0С 214 225 218 22

2 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015

017 016 019 02 017 016

Стр КДжкг0С 157 16 155 165

162 168 159 15 154 16

t1тр 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12 θ1 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 Φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 T1 0С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 T0 0С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся

процесса сушки [123]

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

теплового баланса ndash qпот температура наружного воздуха ndash t0 0С Воздух в сушильной камере не подогревается Требуется 1 Определить расход воздуха ndash L кгч 2 Расход тепла ndash Q кДжч 3 Расход греющего пара ndashD кгч 4 Построить графики процессов в I ndash Х диаграмме для теоретической и действитель-

ной сушилок

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

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 КДжкг0С 214 225 218 22

2 237 220 214 225 218 214

Gтр кгс 019 02 018 015

017 016 019 02 017 016

Стр КДжкг0С 157 16 155 165

162 168 159 15 154 16

t1тр 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19

t2тр 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 55

qпот 10 12 11 14 10 12 15 13 10 12 θ1 0С 20 18 22 19 21 23 20 21 20 19 θ2 0С 60 55 57 58 50 60 56 50 60 54 Φ0 68 60 65 69 57 65 70 58 55 60 T1 0С 100 110 90 95 105 120 105 100 110 95 T0 0С 20 22 18 20 19 21 20 18 22 21

Методические указания к решению задачи

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал касающийся

процесса сушки [123]

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

Количество испаренной в сушилке влаги (кгч) определяется

Κ

ΚΗΗ minus

minussdot=

ωωω

100GW

По диаграмма I-Х (см приложение 6) находят теплосодержание I (кДжкг) и влагосо-держание Х (кгкг) воздуха до и после сушки а также I0 и Х0 наружного воздуха при входе в калорифер При этом следует иметь в виду что t2=θ2 Удельный расход сухого воздуха на испарение 1 кг влаги по формуле при теоретической сушке

02

1хх

lminus

= (кгсух воздкгисп влаги)

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

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

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

WCGq )( 12 θθ minussdot

= ΜΜΜ

б) подогрев транспортного устройства (кДжкг)

WttCG

q)(тртр

тр

ΤΡΗ

ΤΡΚ minussdot

=

Тепло вносимое с влагой материала (кДжкг) qw=Cwθ1

где Cw=419middot103 ndash теплоемкость воды ДжкгС По заданному условию определяются тепловые потери (кДжкг) в окружающую сре-

ду

100)( пот

wтрмкалпотqqqqqq sdotminus++=prime

Поправка на действительный сушильный процесс определяется по формуле )( трмпот qqqqw ++primeminus=∆

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

l∆

plusmnΙ=Ι 1 или I=I1plusmn∆(х-х0)

Для построения рабочей линии реальной сушки на диаграмме I ndash Х необходимо знать (х и I ) минимум двух точек Координаты одной точки известны х1 и I1 Для нахождения ко-ординат второй точки зададимся произвольным значением х и определяем соответствующее значение I

Через две точки на диаграмме I-х с координатами х1=х0 х1 и I1 проводим линию суш-ки 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 возд lс) 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=100С

Тогда температура греющего пара будет равна tгр пара=t1+∆t

Расход греющего пара

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

D=Qr0 где r0=f(tгр пара)

Задача 2 Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения паров SO2 из воздуха водой по сле-

дующим данным количество воздуха с SO2 - G кгс содержание паров SO2 - ун (мас) температура воздуха с парами SO2 - Т 0C содержание SO2 в соде на выходе - хк (мас) степень извлечения паров SO2 из воздуха - d1 кольца Рашига размером - 25times25times3 удельная поверхность насадки - fH м2м3 свободный объем насадки - Vc м3м3 Данные о равновесных концентрациях SO2 в воде и газе при 100С следующие Х кг SO2 кг воды 0005 001 002 003 004 005 У кг SO2 кг газа 00625 0134 0292 0481 0695 0966 Определить 1 Диаметр абсорбера 2 Общую высоту абсорбера 3 Высоту насадок 4 Построить график равновесия и рабочей линии

Таблица исходных данных

Варианты по последней цифре шифра Вели-чины

Единицы измере-ний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gн кгс 044 022 033 03 025 019 044 023 02 04 УН (мас) 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ХК (мас) 25 27 22 21 23 24 26 20 23 28 T 0С 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 D1 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Fн м2 204 204 204 204 204 204 204 204 204 204 Vc м3 074 074 074 074 074 074 074 074 074 074

Методическое указание к решению задачи 2

Перед решением задачи необходимо проработать теоретический материал по основам процесса расчетам аппаратов их конструкциям [123]

Lн Gк

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

Gн Lк

Рис 1 Аппарат для абсорбции Рассчитываем относительные массовые составы составы жидкости и газа на входе и

выходе из него по следующим формулам у0=у(1-у) х0=х(1-х)

жидкая фаза на входе в аппарат хн=0 на выходе из аппарата хк=х0(1-х0)=[кг SO2кг воды ] газовая фаза на входе в аппарат ун=у0(1- у0)= [кг SO2кг воздуха ] на выходе из аппарата ук=(1-d1) у0=[кг SO2кг воздуха ] Значения у0 х0 d1 подставлять в массовых долях Полученные данные являются координатами двух точек А(хн ун) и В(ук хк) через которые проходит рабочая линия процесса абсорбции Количество SO2 поглощаемое водой в абсорбере

М=G(ун- ук) Расход воды на поглощение SO2

L=G(ун- ук)( хК- хн) Коэффициент молекулярной диффузии

23151ва

50

)(М1

М104350

ΒΑΓ +Ρ

+Τ=

VVD (м2с)

где Т ndash температура среды К Р- общее давление Па VA и VB ndash мольные объемы газов (SO2 и воздуха) см3моль (448 и 299) МА и МВ ndash молекулярные массы SO2 и воздуха (64 28) Высота насадки эквивалентная одной ступени концентрации

50г

241250пр108 rdh ээ Ρsdotsdot= ω

где ωпр=ω гρ - приведенная скорость газа в абсорбере мс ω ndash рабочая скорость газа мс ρг ndash плотность газа кгм3 dэ- эквивалентный диаметр насадки м

H

cэ f

Vd

4= для насадки кольца Рашига 25times25times3

Рrг ndash диффузионный критерий Прандтля Рrг= microг (ρгmiddotDг)

где microг и ρг ndash соответственно динамическая вязкость (Паmiddotс) плотность газа (воздуха) 1247 кгfraslм3

Допустим рабочая скорость газа (воздуха) в насадочной колонне

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

12502503

1602

)()1(751]ln[ жжc

жH

GA

VqfW

ρρρ

microρΓ

Γ sdotsdotminus=sdotsdot

sdotsdotsdot

где fн ndash удельная поверхность насадок м2м3( fн=204 м2м3) Vс ndash свободный объем насадки м3м3 (Vс=074 м3м3) microж ndash вязкость воды Мпаmiddotс А ndash опытный коэффициент (для газожидкостных ndash 022) (для парожидкостныхndash 0125) L и G ndash расход жидкости и газа кгс ρж ndash плотность воды ndash 1000 кгfraslм3 Высота абсорбционной колонны

Н=nmiddothэ+2hэ+hэ Теоретическое число ступеней (n) абсорбционной колонны определяется графическим

методом из диаграммы у ndash х (рис2) Действительное число ступений (n)

n =(1315) nт Диаметр абсорбционной колонны

ρωπ sdotsdot=

GD 4

Поверхность массообмена (F) определяется из общего уравнения массопередачи

сруF

∆sdotΚΜ

где Км ndash коэффициент массопередачи (Км=1163600кгкгмс) ∆уср ndash движущая сила процесса абсорбции

срср уу

∆sdotΚΜ

=∆Μ

∆у1= ун ndash у ∆у2= ук ndash у

Задача 3

Определить расход дистиллята и кубового остатка действительное число тарелок к ректификационной колонне непрерывного действия работающей под атмосферным давле-нием и расход тепла

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

Производитель-ность - F кгс

138 11 125 152 194 18 20 145 13

222

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

Содержание мети-лового спирта в ис-ходной смеси -ХF (мас)

50 48 46 44 52 42 54 40 50

47

Содержание мети-лового спирта в дистилляте ndashХР (мас)

90 92 94 90 92 94 90 92 94

90

Содержание мети-лового спирта в ку-бовом остатке ndash ХW (мас)

6 5 4 3 4 5 6 3 4

5

Коэффициент по-лезного действия тарелок ndash 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 3

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 пояснениями и обозначениями к ней

Для определения расхода дистиллята и кубового остатка необходимо составить урав-нение 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 таре-лок графическим путем Для этого строится кривая равновесия смеси метиловый спирт ndash вода в координатах у ndash х по таблице 2

Построив кривую равновесия по ХE ХP ХW определяют УE УP УW

ОпределяемFF

F

xyyxR

minusminus

= Ρmin - минимальное флегмовое число

R = β Rmin Определяем число ступеней N ректификационной колонны β 105 135 175 235 330 625 R N 23 17 145 125 115 10 N(R+1) Число ступеней выбираем по минимальному значению N (R+1) R=(13divide15)Rmin+03 ndash действительное флегмовое число ХР На оси У откладываем расстояние ------------ и обозначаем R+ 1 тС Данную точку С соединяем с точкой А Затем поднимаем вертикальную линию ХE и на пересечении с линией АС находим

точку Д Соединив точку Д с точкой В получим графический процесс происходящий в рек-тификационнной колонне

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

Таблица 2 Метиловый спирт ndash вода

Мол метилового спирта t0C в жидкости ndash 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 FmiddotXF=PmiddotXP+WmiddotXW

P=( PmiddotXP+WmiddotXW) XP W=F-P

где F P W ndash массовые или мольные расходы питания дистилляции и кубового остат-ка кгс

XP ХF XW ndash содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании дистилляте и кубовом остатке массовые и мольные доли

W ndash массовый или мольный расход кубового остатка F (XP ndash XF )

W = ---------------- XP - XW

P = F ndash W

P Хр

Ф

F Х F

Dn

Dконц

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

W Хw

Рис 1 Аппарат для процесса ректификации

У

УР A

УF D C В Х F X P X

Рис2 Диаграмма у-х для ректификации

Уравнение рабочих линий

11 ++sdot

+= Ρ

RXX

RRу - для укрепляющей части колонны

WXRfX

RfRу sdot

+minus

+sdot++

=11

1- для исчерпывающей части колонны

Уравнение теплового баланса колонны (согласно рис 1)

FmiddotCF middottF+Dmiddotjn+ФmiddotCфmiddottcp=Pmiddotip+Ōmiddoticp+WmiddotCwmiddottw+LmiddotCkmiddottk+Qпот Расход греющего пара на колонну

KK

wwP

tCitCOtCFQtCWOi

Dsdotminus

sdotsdotminussdotsdotminus+sdotsdot+sdotlowast+sdotΡ= ΡΡΡΠΟΤ cpcpi

где Ф ndash количество флегмы поступающей в колонну кгс Ф=RmiddotP icp ip icp 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 кДжкг0С tF tф tw tk ndash температура исходной смеси кубового остатка флегмы и конденсата 0С

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

Объем паров дистиллята Vn уходящего из ректификационной колонны на дефлегма-тор

422)1(

0TMTRPVn sdot

sdot+=

где Т ndash средняя абсолютная температура в колонне 0К М ndash средняя молекулярная масса перегоняемой смеси кг

М=ХРmiddotМллк+(1-ХР) middotМтлк Для колонны истощения объем паров дистиллята Vn можно определить по формуле

УP + УF Усрв = --------------

2 УP + УW

Усрн = -------------- 2

Определив Усрв и Усрн по таблице 1 находим tсрв и tсрн tср = tсрв + tсрн Tср = tср + 273 0

ρп ndash средняя плотность паров дистиллята кгм3

CP

СР

R ΤsdotΡsdotΜ

=Πρ

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

Π

=ρρж

gW 050

ρж ndash средняя плотность жидкости = ρсрводы + ρср мсп ρсрводы - среднюю плотность воды определяем по tсрв и tсрн (приложение 1)

Рабочая скорость пара в насадочной ректификационной колонне определяют анало-гично расчетам для абсорбционных колонн

Диаметр ректификационной колонны Д м

WVДsdot

= Π

π4

Высота ректификационной колонны Н м Н=(n-1) middot h+2h+3h

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

Приложения

Приложение 1

Физические свойства воды (на лини насыщения)

t 0С ρ

кгм3 СР кДжкгmiddotК

λmiddot102 ВтмmiddotК

νmiddot106 м2с

βmiddot104 К-1 σmiddot104 кгс2

Ρr

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

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

Приложение 2

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

пересчет с СИ 1ат=981middot104Па

Давление(абс) ат

Р

Темпера-тура 0С

t

Плот-ность кгм3 ρ

Энталь-пия жид-кости КДжкг

(i)

Энталь-пия пара кДжкг

(i)

Теплота парооб-разова-ния

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

Приложение 3

Основные физические свойства молока

t ρ кгм3 λmiddot102 c micromiddot103 Ρr σmiddot103

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

0C ВтмmiddotК Дж(кг град) Нmiddotсекм2 нм 1 2 3 4 5 6 7 5 10326 0486 3868 302 302 47 10 10317 0489 3870 252 200 45 15 10307 0492 3880 214 169 45 20 10287 0495 3890 182 143 43 30 10248 0500 3900 135 106 42 40 10209 0506 3910 110 85 42 50 10159 0516 3870 087 65 42 60 10111 0518 3850 072 535 42 70 10052 0524 3850 063 465 42 80 10003 0530 3850 058 42 42 90 999 0531 3850 056 407 42

100 887 0542 3850 054 384 42

Приложение 4 Основные физические свойства рассола

(концентрация=22б5 температура замерзания 2530К)

t 0C

ρ кгм3

λ Втмmiddotгра

д

c Дж(кг град)

micromiddot103 Нmiddotсекм2

σmiddot103 нм

Ρr

1 2 3 4 5 6 7 5 1170 056 3330 246 210 147 0 1181 054 3330 298 252 184 -5 1183 0523 3329 366 308 234 -10 1185 0505 3328 457 386 301 -15 1187 049 3322 561 473 382 -20 1188 0476 3320 685 577 475

Приложение 5

Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении

t 0C ρ кгм3 Ср Дж(кг град)

λmiddot102 ВтмК

νmiddot106 м2сек Ρr

1 2 4 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

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991

180 0779 1040 356 3249 0681

Литература 1 Касаткин АГ Основные процессы и аппараты химической технологии Изд 9-е М

Химия 1973 -750 с 2 Павлов КФ Романков ПГ Носков АА Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов ЛХимия 1976 - 552 с 3 Дытнерский ЮИ Основные процессы и аппараты химической технологии Курсовое

и дипломное проектирование ndash М 1991