Процессы и аппараты пищевых производств. 2

    Контрольная работа №1 по

    Процессам и аппаратам пищевых  производств

    Студента  3 курса ФБО ВГТА (г. Калуга)

    Специальность 260601

    Картанова Андрея Игоревича

    Шифр  09-741  
 

    Задача  № 1. 

        Определить необходимую длину  песколовки шириной  b  для осаждения из промышленных стоков примесей минерального и органического происхождения, если в ней осветляется   V  сточных вод, их температура t , минимальный размер улавливаемых частиц  d , плотность частиц  r_т  . Скорость движения стоков в песколовке  v . Действительную скорость осаждения принять вдвое меньше теоретической. Описать методы интенсификации процесса осаждения.

Значения   V ,  b   и v   принять по предпоследней цифре шифра: 

     Значения  t  ,  d   и r_т   принять по последней цифре шифра:  

Решение задачи 

Воспользуемся уравнением расхода

,

где b^.h –площадь поперечного сечения потока.

Тогда

       Здесь v - скорость движения жидкости в песколовке

       b -ширина песколовки

       V – расход жидкости 

       Определим физические свойства жидкости для t=14^оС 

         ρ_с=1000 кг/м³, μ_с=1,31^.10^-3 Па^.с (приложение 1)

       Рассчитаем  число Архимеда

следовательно, режим осаждения ламинарный. Для  расчета скорости осаждения воспользуемся  формулой Стокса

       Найдем  действительную скорость осаждения  частиц

       Находим время пребывания частиц в песколовке

       Найдем  длину песколовки

       l=v^.τ=1,4^.5,72=8 м.

       Рассмотрим  способы интенсификации процесса осаждения.

Для ускорения  процесса необходимо увеличть температуру, так как с повышением температуры согласно формуле Стокса уменьшается вязкость и увеличивается скорость осаждения частиц; а также  увеличить размер осаждающихся частиц путем добавления специальных веществ - флокулянтов. 

    Задача  № 2. 

    Определить  продолжительность разделения объема V суспензии через 1 м² фильтра, если при лабораторных исследованиях в подобных условиях с 1 м² фильтра собрано фильтрата: q₁ через t₁,  q₂ через t₂, q₃ через t₃,  q₄ через t₄ после начала фильтрования. Привести схему рамного фильтр-пресса, описать его устройство и работу.

    Значение  V принять по предпоследней цифре шифра. 

    Соответствующие значения t и q принять по последней цифре шифра. 

    решения задачи 

    Определение констант процесса фильтрования выполним по традиционной методике . 

    Из  графика  м²/с, 

    K – константа, учитывающая режим процесса фильтрования и физико-химические свойства осадка и жидкости, м²/с;  

    С – константа, характеризующая гидравлическое сопротивление фильтрованной перегородки, м³/м².

    Решим основное уравнение процесса фильтрования при постоянном перепаде давления при найденных значениях констант К и С. 

    Найдем  приращения удельных объемов фильтрата Dq₁, Dq₂, Dq₃, Dq₄ и приращения времени отбора известных объемов фильтрата Dt₁, D t₂, Dt₃, Dt₄: 

    Dq₁ = q₁ = 4,6 × 10^-3 м³/м²;

    Dq₂ = q₂ – q₁ = (16,8 – 4,6) × 10^-3 = 12,2 × 10^-3 м³/м²;

    Dq₃  = q₃- q₂ = (23-16,8) × 10^-3 = 6,2 × 10^-3 м³/м²;

    Dq₄  = q₄- q₃ = (29,2 – 23) × 10^-3 = 6,2  × 10^-3 м³/м²

и

    Dt₁ = t₁ = 53 с;

    Dt₂ = t₂ - t₁ = 195 – 53 = 142 с;

    Dt₃ = t₃ - t₂ = 320 – 195 = 125 с;

    Dt₄ = t₄ - t₃ = 470 – 320 = 150 с.

    Для построения графической зависимости вычислим отношения : 

  ;

  .

    Строим  график зависимости  (рисунок 1).

     , тогда

     ,

     , отсюда

      м³/м², м³/м².

    Т.к. удельная производительность не может быть отрицательной, то q = q₁ = 1,86 × 10^-4 м³/м².

    При постоянной движущей силе процесса фильтрования объем фильтрата V, проходящий через 1 м² фильтрованной поверхности за время t и время процесса фильтрования связаны уравнением

    Подставив в него найденные константы процесса фильтрования К и С, определим продолжительность процесса фильтрования

     с = = 2 мин 9 с.

    Фильтр-пресс состоит из ряда чередующихся друг с другом плит и полых рам. Между рамами и плитами помещают фильтровальный пористый материал, пропускающий жидкость (фильтрат) и задерживающий твердые частицы, образующие на его поверхности осадок. После заполнения пространства рамы осадком фильтр разбирают, осадок удаляют, заменяют фильтровальный материал и вновь плотно сжимают плиты с рамами.

    На  рисунке 3 изображены плиты и рамы фильтр-пресса, а на рисунке 2 – схема работы плиточно-рамного фильтр-пресса [2].

  1- средний  канал; 5 – рама;

  2,9 – каналы; 6 – канал для отвода фильтрата;

  3 – пространство  между плитами; 7 – кран;

  4- плиты; 8 – боковой канал. 

Рисунок 2 – Схема работы плиточно-рамного фильтр-процесса 

    А – плита, Б – рама;

    1 –  гладкая поверхность плиты;

    2 –  желобок;

    3 –  фильтровальная перегородка;

    4 –  канал для удаления фильтрата  и промывной жидкости;

    5 –  отверстия для прохода суспензии;

    6 –  отверстия для прохода промывной  жидкости. 

Рисунок 3 – Плиты и рамы фильтр-пресса 

    Задача  № 3. 

    Определить  мощность электродвигателя мешалки  диаметром d для перемешивания суспензии слоем H, если плотность жидкой фазы r, а ее вязкость m. Объемное содержание твердых частиц в суспензии x, плотность твердых частиц r_ч. Окружная скорость лопастей мешалки w. 

    Значения  d, H, w, x и тип мешалки принять по предпоследней цифре шифра. 

     Значения r, m и r_ч принять по последней цифре шифра. 

    Пример  решения задачи 

    Суспензией  называется жидкая неоднородная система, состоящая из жидкой фазы и равномерно распределенной в ней твердой фазы.

    Определим плотность и вязкость суспензии [1].

    Плотность

где x = 9 % (0,09) – объемное содержание твердых частиц в суспензии; r_тв = r_ч = 1700 кг/м³ – плотность твердых частиц; r_ж = r = 1080 кг/м³ – плотность жидкой фазы.

    Тогда5

    Т.к. объемная концентрация твердой фазы в суспензии меньше 10 %, то динамическую вязкость суспензии определим по формуле Бачинского А.И. [1]

где = m = 0,090 Па×с – вязкость жидкой фазы.

Тогда

    Определим скорость вращения мешалки из выражения 

где w – окружная скорость лопастей пропеллерной мешалки, м/с; n – частота вращения мешалки, ; d – диаметр мешалки;

w = 5,2 м/с (по условию) .

    Тогда

    Для пропеллерных мешалок в аппаратах без перегородок диаметр аппарата D = 3d = 0,30×3=0,9 м.

    Т.к. , то мешалка отличается от геометрически подобных мешалок (для которых проведены исследования и в литературе представлены значения коэффициентов мощности С) и следует определить поправку по формуле [9]

    Рассчитаем  модифицированный критерий Рейнольдса:

    По  графику зависимости коэффициента сопротивления С от критерия Рейнольдса [1] для пропеллерной мешалки в аппарате без перегородок (кривая 6) С = 0,30 (приложение 2).

    Мощность  на перемешивание в рабочий период

N_D =0,3*0,3⁵*12,208³*1082,741*1,127=1618,488 Вт = 1,1618488 кВт

    Лопасти пропеллерных мешалок изогнуты по профилю  судового винта. Пропеллер обычно имеет три лопасти. Диаметр пропеллера равен 0,25 – 0,3 диаметра аппарата. Скорость вращения пропеллера составляет 160 – 1000 об/мин.

    Пропеллерные  мешалки создают интенсивные  осевые потоки, способствующие лучшему перемешиванию суспензии. 
 

      Задача  4.  

      Определить  коэффициент теплоотдачи от стенки трубки конденсатора к охлаждающей воде, если средняя по длине температура стенки t_с, внутренний диаметр трубки d, температура воды на входе и выходе из трубки равны соответственно t₁ и t₂ и средняя скорость воды v.

      Определить  также количество передаваемой теплоты и длину трубки. 

      Значения  t_с, t₁ и t₂ принять по предпоследней цифре шифра. 

      Значения  d и υ принять по последней цифре шифра.