Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Контрольная работа по "Общей химии". 4

Національний авіаційний університет

Інститут екологічної безпеки

Розрахункова робота

з дисципліни

,,Процеси і апарати хімічної промисловості’’

Студентки ІЕБ-308а

Смашнюк Лілії

Перевірив:Трофімов І.

Київ 2011

Завдання

на виконання РГР Смашнюк Л.О.

Завдання№1

За даними табл.1. визначити масу молольних тіл і потужність приводного електродвигуна барабанного кульового млина з барабаном завдовжки L і внутрішнім діаметром D. Коефіцієнт завантаження барабана молольними тілами j, коефіцієнт корисної дії привода h.

Завдання №2

За даними табл.2.1. визначити основні розміри гравітаційного гребкового рідинного відстійника безперервної дії для розділення G_год вихідної суспензії та відстійника періодичної дії для розділення G вихідної суспензії. Густина дисперсійного середовища r_р, кінематична в'язкість n_р. Густина матеріалу твердої дисперсної фази r_т, мінімальний розмір осаджуваних частинок d_min, коефіцієнт форми y_т. Масова частка дисперсної фази у вихідній суспензії , у згущеній суспензії , середнє розведення твердої фази в зоні згущення відстійника n. Порівняти висоту і продуктивність відстійників безперервної і періодичної дії.

Завдання№3

За даними табл.3.1 визначити потужність привода і продуктивність вертикальної осаджувальної центрифуги періодичної дії, призначеної для розділення суспензії. Маса ротора центрифуги М, радіус R, висота Н, радіус шийок вала ротора r_в, частота обертання n, коефіцієнт тертя в підшипниках f, коефіцієнт корисної дії привода ротора h. Масова частка твердої фази у вихідній суспензії . Мінімальний розмір частинок твердої фази в суспензії d_min, коефіцієнт їх форми y_т, густина матеріалу частинок r_т. Густина дисперсійного середовища r_р, кінематична в'язкість n_р.

Завдання№4

За даними табл.4.1. визначити основні розміри, гідравлічний опір пластинчастого електрофільтра й потужність, що ним споживається. Електрофільтр призначений для очищення V⁰ газової неоднорідної системи від завислих твердих частинок мінімальним розміром d_min і коефіцієнтом форми y_т. Температура газу t, тиск р, густина r_г, динамічна в'язкість m_г, рухливість іонів за нормальних умов R₀.

Завдання№5

За даними табл.5.1 визначити потужність привода механічного перемішуючого пристрою апарата діаметром D. Параметри оброблюваного рідкого середовища: тиск р, густина r_р, динамічна в'язкість m_р, висота Н. Параметри мішалки: частота обертання n, діаметр вала в сальниковому ущільненні d_в, висота сальникової набивки l, коефіцієнт тертя вала по сальниковій набивці f, коефіцієнт корисної дії привода h.

Зміст

1. Розрахунок барабанного кульового млина…….….5
2. Розрахунок гравітаційних відстійників……………...6
3. Розрахунок вертикальної осаджувальної центрифуги періодичної дії…………………………..….14
4. Розрахунок пластинчастого електрофільтру…….19
5. Розрахунок апарата з механічним перемішуючим пристроєм…………………………………………………....26

1. Розрахунок барабанного кульового млина

Одним з найпоширеніших типів млинів для розмелювання твердого матеріалу є барабанний кульовий млин, який представляє собою обертовий, звичайно, циліндричний, барабан, частково заповнений молольними тілами у вигляді куль.

Подрібнювання матеріалу в барабанних кульових млинах відбувається внаслідок дії на нього молольних тіл, що вільно падають в обертовому барабані.

Мета розрахунку – визначення маси молольних тіл і потужності приводного електродвигуна.

Позначення вихідних величин

D– внутрішній діаметр барабана, м;

L– довжина барабана, м;

j – коефіцієнт завантаження барабана молольними тілами;

h– коефіцієнт корисної дії привода.

Рис.1.1. Схема барабанного кульового млина

Порядок розрахунку

1. Внутрішній діаметр футеровки млина, м:

D_вн = (0,94...0,95)D

D_вн =0,94*6=5,64м

2. Маса молольних тіл, кг:

3. Частота обертання барабана, с^–1:

у випадку гладкої футеровки

;

4. Потужність приводного електродвигуна, кВт:

Завдання для розрахунку

Таблиця 1. Варіанти завдань для розрахунку барабанного кульового млина

Варіант	Розміри барабана D´L, мм	Варіант	Коефіцієнт завантаження j	Коефіцієнт корисної дії привода h	Тип футеровки
0	6000´8000	7	0,290	0,930	гладка

2. Розрахунок гравітаційних відстійників

Відстоювання проводять в апаратах, які називають відстійниками. Відстійники для згущення суспензій називають згущувачами, а для класифікації твердих часток на фракції - класифікаторами.

Розрізняють відстійники безперервної, напівбезперервної і періодичної дії. У перших усі процеси протікають безупинно, в останніх - періодично; у відстійниках напівбезперервної дії подача поділюваної суміші і висновок очищеної суцільної фази проводяться безупинно, а видалення згущеної дисперсної фази (осаду, шламу і т.п.) - періодично.

Рис. 2.1 Відстійник безперервної дії з конічними полками

Нескладні за конструкцією і мають велику поверхню осадження відстійники безперервної дії з конічними полицями (рис.2.1). Суспензія, що поступає в апарат розподіляється по каналах між конічними полицями, на поверхні яких осідають тверді частинки. Осад сповзає по похилих полицях, до стінок корпусу і потім переміщається в нижню частину апарата, звідки віддаляється. Освітлена рідина поступає в центральну трубу і виводиться з верхньої частини апарата. Крім великої поверхні осадження до достоїнств відстійників цього типу відносяться відсутність рухомих частин і простота обслуговування. Проте вологість шламу в них більше, ніж у відстійниках з гребковою мішалкою.

На рис.2.2 показаний відстійник безперервної дії для поділу емульсій. Він являє собою горизонтальний резервуар з перфорованою перегородкою 2, що запобігає збурюванню рідини у відстійнику струменем емульсії, що надходить в апарат. Поперечний переріз відстійника вибирають таким, щоб швидкість течії рідини в корпусі 1 апарата не перевищувала декількох міліметрів за секунду і режим течії був ламінарним, що попереджає змішування фаз і поліпшує процес відстоювання.

Рис.2.2. Відстійник безперервної дії для розділення емульсій:

1 – корпус; 2- перфорована перегородка

Легка і важка фази після розшарування виводяться з протилежного боку відстійника. Трубопровід відводу важкої фази з'єднаний з атмосферою для запобігання засифонюванню.

У гравітаційних відстійниках виділення дисперсної фази з дисперсійного середовища здійснюється під дією сили тяжіння. Такі відстійники дуже прості за конструкцією, але мають невелику ефективність і продуктивність, тому вони звичайно використовуються переважно для попереднього розділення грубих суспензій.

Найбільшого поширення набули відстійники безперервної дії, в яких злив освітленої рідини та видалення осаду виділеної твердої фази відбувається безперервно.

Широко використовуються одноярусні гребкові відстійники, які являють собою невисокі циліндричні резервуари із злегка конічним днищем (рис.2.3). Освітлена рідина відбирається з кільцевого жолобу у верхній частині резервуара, а згущена суспензія гребками переміщується до центрального розвантажувального патрубка, через який відкачується насосом. Під час роботи відстійника за його висотою утворюються три різні за структурою середовища зони: перша з висотою h₁ – зона освітленої рідини, друга з висотою h₂ – зона згущення суспензії і третя з висотою h₃ – зона розташування лопатей гребка. Діаметр відстійника коливається від 1,8 до 30,0 м.

У даному відстійнику можна також здійснювати й періодичне відстоювання.

Мета розрахунку – визначення основних розмірів гравітаційних гребкових відстійників безперервної й періодичної дії та їх продуктивностей за потоками.

Позначення вихідних величин

d_min – найменший розмір уловлюваних частинок дисперсної фази, м;

G – маса вихідної суспензії, кг;

G_год – масова витрата вихідної суспензії, кг/год;

n – середнє розведення дисперсної фази в зоні згущення відстійника,

(кг рідини)/(кг твердої фази);

_к – масова частка дисперсної фази у згущеній суспензії;

_п – масова частка дисперсної фази у вихідній суспензії;

r_р – густина дисперсійного середовища, кг/м³;

n_р – кінематична в’язкість дисперсійного середовища, м²/с;

y_т – коефіцієнт форми частинок дисперсної фази;

r_т – густина матеріалу частинок дисперсної фази, кг/м³.

Рис.2.3. Схема гравітаційного гребкового рідинного відстійника безперервної дії

Порядок розрахунку відстійника безперервної дії

1. Значення критерію Архімеда частинок кулястої форми, які осаджуються

де g = 9,81 м/с² – прискорення вільного падіння.

2. Значення критерію Рейнольдса для частинок кулястої форми, які осаджуються в полі сили тяжіння

, якщо ;

3. Швидкість осадження частинок кулястої форми, м/с

4. Швидкість вільного осадження частинок, які мають коефіцієнт форми y_т, м/с

5. Об'ємна частка твердої фази у вихідній суспензії, (м³ твердої фази)/(м³ суспензії)

6. Швидкість стисненого осадження заданих частинок, м/с

(-4.5*0.0377+

7. Масова витрата дисперсійного середовища, що надходить у складі вихідної суспензії у відстійник, кг/год

8. Масова витрата дисперсної фази, що надходить у складі вихідної суспензії у відстійник, кг/год

9. Об'ємна витрата дисперсійного середовища, що надходить у складі вихідної суспензії у відстійник, м³/год

10. Відносна масова частка дисперсної фази у вихідній суспензії, (кг твердої фази)/(кг рідини)

11. Відносна масова частка дисперсної фази у згущеній суспензії, (кг твердої фази)/(кг рідини)

=0.32/(1-0.32)=0.47

12. Площа відстійника, м²

13. Розрахунковий діаметр відстійника, м

Виконавчий діаметр відстійника D вибирається округленням D' до найближчого з ряду, м: 1,8; 3,6; 6,0; 9,0; 12,0; 15,0; 18,0; 24,0; 30,0.

14. Маса дисперсної фази, що осаджується за одну годину на 1 м² поверхні осадження, (кг твердої фази)/(м³×год)

15. Відносна густина суспензії в зоні згущення, (кг суспензії)/ (кг рідини)

==1.15

16. Масова частка твердої фази в суспензії в зоні згущення, (кг твердої фази)/(кг суспензії)

=1/(1+3.2)=0.24

17. Масова концентрація твердої фази в згущеній суспензії, (кг твердої фази)/(м³ суспензії)

1.15*992*0.24=273.792

18. Висота зони вільного осадження (освітленої рідини) h₁ обирається з інтервалу 0,45–0,75 м.

19. Висота зони згущення, м

=222.34/273.792=0.81

20. Висота зони розташування гребка h₃ приймається рівною 0,073D=0.073*3.6=0.26

21. Загальна висота безперервного відстійника, м

=0.45+0.81+0.26=1.52

Порядок розрахунку відстійника періодичної дії

Увага! Пункти 1–13 наведеної вище методики розрахунку відстійника безперервної дії справедливі і для розрахунку відстійника періодичної дії (при цьому замість однієї години слід підставляти час поділу вихідної суспензії).

14. Густина вихідної суспензії, кг/м³

15. Об'єм вихідної суспензії, м³

=60000/1041.77=57.59

16. Висота відстійника періодичної дії, м

17. Час розділення вихідної суспензії, год

Завдання для розрахунку

Таблиця 2.1. Варіанти завдань для розрахунку гравітаційного гребкового рідинного відстійника безперервної дії

Варіант

G_год,

r_р,

n_р×10⁶,

Варіант

r_т,

d_min,

y_т

т/год

кг/м³

м²/с

кг/м³

мм

кг/кг

992

0,66

0,08

2200

0,045

0,65

0,32

3,2

3. Розрахунок вертикальної осаджувальної центрифуги періодичної дії

Центрифугуванням називається процес розділення неоднорідних систем під дією відцентрових сил у центрифугах – апаратах з ротором (барабаном), який швидко обертається навколо своєї осі.

За принципом дії центрифуги поділяються на осаджувальні та фільтрувальні. В осаджувальних (рис.3.1) центрифугах стінка ротора виконується суцільною, а у фільтрувальних – перфорованою, покритою зсередини звичайно тканинною фільтрувальною перегородкою.

Мета розрахунку – визначення продуктивності центрифуги й потужності її привода.

Позначення вихідних величин

d_min– мінімальний розмір частинок твердої фази в суспензії, м;

f – коефіцієнт тертя в підшипниках;

Н – висота ротора центрифуги, м;

М – маса ротора центрифуги, кг;

n – частота обертання ротора, хв^–1;

r_в – радіус вала ротора в цапфах, м;

R – радіус ротора центрифуги, м;

r_т – густина матеріалу частинок твердої фази, кг/м³;

r_р– густина дисперсійного середовища, кг/м³;

h – коефіцієнт корисної дії привода центрифуги;

y_т– коефіцієнт форми частинок твердої фази;

– масова частка твердої фази у вихідній суспензії;

n_р – кінематична в'язкість дисперсійного середовища, м²/с.

Рис.3.1. Схема вертикальної осаджувальної центрифуги періодичної дії

Порядок розрахунку

1. Значення критерію Архімеда частинок кулястої форми, які осаджуються

де g = 9,81 м/с²– прискорення вільного падіння.

2. Кутова швидкість обертового ротора, c^–1

=3.14*1300/30=136.07

3. Внутрішній радіус шару неоднорідної системи в роторі, м

=0.71*0.5=0.355

4. Колова швидкість внутрішньої поверхні стінки ротора, м/с

=136.07*0.5=68.035

5. Середнє значення фактора розділення центрифуги

6. Значення критерію Рейнольдса для частинок кулястої форми, які осаджуються

, якщо ;

, якщо .

R0=2633.93

7. Швидкість осадження частинок кулястої форми, м/с

8. Швидкість осадження частинок, які мають коефіцієнт форми y_т, м/с

=0.73*148.92=108.71

9. Час осадження, с

, якщо ;

, якщо .

τ=

У випадку, якщо осадження не є ламінарним (при ), час осадження можна визначити шляхом графічного інтегрування.

З цією метою для кількох поточних радіусів R_і з проміжку [r, R] обчислюють значення фактора розділення К_с (за п.5, підставляючи замість виразу (R + r)/2 значення поточного радіуса R_і), значення критерію Рейнольдса Re₀ (за п.6), а потім w₀, w_oc та 1/w_oc. Після цього в координатах (R_і; 1/w_oc) будують графік залежності 1/w_oc = f (R_і). Площа криволінійної трапеції, розташованої під утвореною кривою між границями R_і = r i R_і = R, з урахуванням масштабів на обох осях і буде шуканою величиною t_ос.

10. Час проведення допоміжних операцій, с

=50+50+40+80=220

де t_п– час пуску центрифуги (за дослідними даними t_п = 50–70 с); t_з– час завантаження центрифуги суспензією (t_з = 50–70 с); t_г– час гальмування ротора (t_г = 40–60 с); t_зр – час зрізання осаду (t_зр = 80–150 с).

11. Час циклу центрифугування, с

=220+2.98=222.98

12. Об'єм ротора центрифуги, м³

=3.14*0.25*0.7=0.55

13. Продуктивність центрифуги за фугатом, м³/с

14. Густина вихідної суспензії, кг/м³

15. Об'ємна частка твердої фази у вихідній суспензії

16. Масова продуктивність центрифуги за осадом, кг/с

=994*0.001(

17. Потужність, яка витрачається на подолання інерції ротора, Вт

18. Потужність, яка витрачається на подолання інерції суспензії, Вт

19. Потужність, яка витрачається на подолання тертя в підшипниках, Вт

=210*9.81*0.062*136.07*0.035=608.3

20. Потужність, яка витрачається на подолання тертя ротора з повітрям, Вт

=0.00815*

21. Потужність привода ротора, Вт

Завдання для розрахунку

Таблиця 3.1. Варіанти завдань для розрахунку вертикальної осаджувальної

центрифуги періодичної дії

Варі-

М,

^r_^в

Варі-

d_min,

y_т

r_р

r_т

n_р ×10⁶,

ант

кг

ант

хв^–1

мм

кг/м³

м²/с

210

0,5

0,7

0,035

1300

0,062

0,83

0,13

0,013

0,73

994

1700

0,735

4. Розрахунок пластинчастого електрофільтра

Мета розрахунку – визначення основних розмірів, гідравлічного опору електрофільтра й потужності, яка ним споживається.

Позначення вихідних величин

d_min– найменший розмір уловлюваних частинок, м;

p – тиск газу, МПа;

R₀ – рухомість іонів газу за нормальних умов, м²/(В×с);

t – температура газу, °С;

V⁰ – об'ємна витрата газу, м³/год;

m_г – динамічна в’язкість газу, Па×с;

r_г– густина газу, кг/м³;

y_т – коефіцієнт форми частинок.

Порядок розрахунку

1. Об'ємна витрата газу за робочих умов, м³/с

2. Середню швидкість газу w’ між осаджувальними електродами пластинчастого електрофільтра обирають рівною 0,5...1,5 м/с.

3. Загальна площа поперечних перерізів прямокутних каналів електрофільтра, м²

=3,26/0,5=6,52

4. Діаметр коронуючого електрода (катода) d_кат:

а) для неагресивних – нейтральних та(чи) низькотемпературних (t£100 °С) газів – 1...2мм;

б) для агресивних газів, тобто таких, що містять компоненти, які реагують з матеріалом катода, та(чи) високотемпературних (t>100°С), – 3...4мм.

5. Відстань між осаджувальним та коронуючим електродами R_e обирається рівною 0,1...0,2 м.

6. Відстань між сусідніми осаджувальними електродами (анодами), м

7. Крок розташування катодів t_кат приймається рівним (0,8...1,6)R_e (рис.4.1).

Рис.4.1. Схема пластинчастого електрофільтра

8. Висота анодів Н обирається рівною 1,0...2,0 м.

9. Розрахункова кількість анодів:

n=34

Дійсною кількістю анодів n є найближче ціле, яке більше, ніж n¢.

10. Уточнене значення площі поперечних перерізів прямокутних каналів електрофільтра, м²

=(34-1)*0.203*1=6.7

11. Уточнене значення середньої швидкості газу між осаджувальними електродами, м/с

=3.26/6.7=0.487

12. Відносна густина газу

13. Критична напруженість електричного поля, за якої виникає коронний розряд, В/м

14. Критична напруга між електродами при коронному розряді, В

=3.5*(

15. Рухомість іонів газу за робочих умов, м²/(В×с)

=1.63*

де R₀– рухомість газу за нормальних умов, м²/(В×с).

16. Напруга на електрофільтрі U приймається рівною (1,5...2,0)U₀.

U=1.5*31841=47761.5

17. Лінійна густина струму на коронуючому електроді, А/м

де k = f (R_e/t_кат) – конструктивний коефіцієнт; можна приймати k = 0,03.

18. Напруженість електричного поля в електрофільтрі, В/м

де e₀ = 8,85×10^–12 Ф/м – діелектрична проникність вакууму.

19. Швидкість осадження завислих частинок кулястої форми під дією сил електричного поля, м/с:

якщо d_min складає від 0,1 до 2 мкм включно,

якщо d_min складає від 2 до 50 мкм,

де g = 9,81 м²/с – прискорення вільного падіння; А = 0,429d_min + 0,772.

20. Дійсна швидкість осадження частинок даної форми, м/с

=0.7*0.2=0.14

21. Час осадження, с

=0.1/0.14=0.71

22. Довжина кожного з анодів, м

=0.487*0.71=0.35

23. Площа осадження, м²

=2(34-1)0.35*1=23.1

24. Питома поверхня осадження, м²/(м³× с)

25. Ступінь очищення газу від частинок розміру d_min

=1-

26. Розрахункова кількість катодів:

Дійсною кількістю катодів n_кат є найближче ціле, яке більше, ніж n¢_кат.

145

27. Сила струму в електрофільтрі, А

=145*4,4*

28. Потужність, яка споживається електрофільтром, Вт

=47761,5*0,64+500=31067.36

де N_Д – потужність, яка споживається допоміжними пристроями (пристроями струшування та обдування тощо); звичайно приймають N_Д=500–1000 Вт.

29. Еквівалентний діаметр каналу осаджування прямокутного перерізу, м

, якщо ,

, якщо .

30. Критерій Рейнольдса газового потоку

=0.487*0.34*0.746/26*

31. Коефіцієнт форми для прямокутного каналу

y_К=1,5, якщо ;

, якщо .

ᴪ=0.83

32. Коефіцієнт тертя газу по поверхні полиці

, якщо Re£2300;

, якщо Re > 2300.

λ=0.361*1.21/=0.0008

33. Сумарний коефіцієнт місцевих опорів:

=0.5+1+2*1+1+1=5.5

де z_вх=0,5 – коефіцієнт, який враховує вхід газу в апарат; z_вих=1,0 – коефіцієнт, який враховує вихід газу з апарата; z₉₀_°=1,0 – коефіцієнт, який враховує поворот газу на 90°; z_рз=1,0 – коефіцієнт, який враховує раптове звуження газового потоку; z_рр=1,0 – коефіцієнт, який враховує раптове розширення газового потоку.

33. Гідравлічний опір електрофільтра, Па

∆p=

Завдання для розрахунку

Таблиця 4.1. Варіанти завдань для розрахунку пластинчастого електрофільтра

Варіант	V⁰,	R₀× 10⁴,	y	р,	Варіант	d_mi_n× 10⁶,	t,	r,	m × 10⁶,
	м³/год	м²/(В × с)		МПа		м	°С	кг/м³	Па × с
0	6500	1,63	0,70	0,097	7	4,0	200	0,746	26,0

5. Розрахунок апарата з механічним перемішуючим пристроєм

Мета розрахунку – визначення потужності привода мішалки.

Позначення вихідних величин

С, т – коефіцієнти критеріального рівняння;

d_в – діаметр вала мішалки в сальниковому ущільненні, м;

D – внутрішній діаметр апарата, м;

Н – висота рідини в апараті, м;

n – частота обертання мішалки, с^–l;

р – тиск в апараті, Па;

r_р – густина оброблюваного рідкого середовища, кг/м³;

m_р – динамічна в’язкість оброблюваного рідкого середовища, Па × с;

l – висота сальникової набивки, м;

f – коефіцієнт тертя вала по сальниковій набивці;

h – коефіцієнт корисної дії привода мішалки.

Порядок розрахунку

1. Розрахунковий діаметр нормалізованої мішалки d’ обирається з інтервалу (0,25...0,3)D (рис.5.1).

Діаметр мішалки d приймається як найближчий до розрахункового з ряду, мм: 100; 125; 160; 180; 200; 220; 250; 280; 300; 320; 360; 400; 450; 500; 530; 560; 580; 600; 630; 710; 750; 800; 850; 900; 950; 1000; 1060; 1120; 1180; 1250; 1500; 1600; 1700; 1800; 2000.

2. Значення модифікованого критерію Рейнольдса

3. Значення критерію потужності

=4.05*

Рис.5.1. Схема апарата з механічним

перемішуючим пристроєм

Контрольная работа по Общей химии. 4 📙 Контрольная → 🆔 64387