close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

mu ggd zo 2014

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИИ И ДИЗАЙНА»
ГИДРОГАЗОДИНАМИКА
Методические указания к выполнению контрольных работ
для студентов заочной формы обучения
по направлению подготовки:
280700.62 – Техносферная безопасность
Составители:
Э. Н. Чулкова
В. Д. Шаханов
И. В. Багров
Санкт-Петербург
2014
Утверждено
на заседании кафедры
ИХПЭ
22.11.2013 г., протокол № 4
Рецензент И. Б. Караулова
Методические указания к выполнению контрольных работ по
дисциплине «Гидрогазодинамика» разработаны по материалам кафедры инженерной химии и промышленной экологии в соответствии с требованиями ФГОС.
Приведены расчетные уравнения по гидростатике, гидродинамике, перемещению жидкостей, отстаиванию, фильтрованию и перемешиванию, позволяющие студентам выполнить контрольные задания.
Предназначены для студентов заочной форм обучения
направления подготовки бакалавриата 280700.62 – Техносферная
безопасность.
Оригинал-макет подготовлен составителем
и издан в авторской редакции
Подписано в печать 23.01.14 . Формат 60х84 1/16.
Электронный адрес: http://publish.sutd.ru
Усл. печ. л. 1,6. Тираж 100 экз. Заказ 27/14.
Отпечатано в типографии ФГБОУ ВПО «СПГУТД»
191028, С.-Петербург, ул. Моховая, 26
Введение
Гидрогазодинамика является одной из дисциплин профессионального цикла, имеющей большое значение для становления специалистов по направлению 280700.62 – Техносферная безопасность.
Целью «Гидрогазодинамики» является формирование компетенций студентов, позволяющих применить знания и умения для
решения теоретических и практических задач гидромеханики.
От бакалавра, работающего в области техносферной безопасности, требуется знание теории гидромеханических процессов,
принципов устройства и методов расчета аппаратов и машин, используемых для проведения гидромеханических процессов.
Настоящие методические указания предназначены для выработки у студентов навыков проведения инженерных расчетов по
гидростатике, гидродинамике, перемещению жидкостей и газов и
гидромеханическим процессам.
Методические указания рассчитаны на студентов заочной
формы обучения по направлению 280700.62 – Техносферная безопасность и предназначены для выполнения контрольных работ по
дисциплине «Гидрогазодинамика». Они могут быть также использованы при расчетах вспомогательного оборудования, входящего в
состав проектируемой установки, при выполнении курсового проекта по дисциплине «Теплофизика».
1. Физические свойства тел
При расчете гидромеханических процессов необходимы данные о таких физических свойствах веществ, как плотность и вязкость [1].
Плотностью  называют массу единицы объема вещества
m
 ,
(1.1)
v
где m – масса вещества, кг; v – объем вещества, м3.
Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление усилию, вызывающему относительное перемещение ее частиц.
Различают вязкость динамическую  и кинематическую .
3
Размерность динамической вязкости в СИ – Па∙с (Паскальсекунда).
Кинематическая вязкость связана с динамической вязкостью
соотношением

(1.2)
 .

Единицы измерения кинематической вязкости в СИ – м2/с, в
СГС – см2/с (стокс).
Значения плотности и вязкости различных веществ приводятся в справочной литературе [2]. При отсутствии опытных данных
значения этих свойств веществ и их смесей могут быть рассчитаны
[2].
Так, например, плотность любого газа  при температуре Т и
давлении P может быть рассчитана по уравнению
M T0 P

,
(1.3)
22,4 TP0
где М – молярная масса газа, кг/кмоль; Т0, Р0 – температура (273 К)
и давление (1,013∙105 Па).
2. Основы технической гидравлики
Гидравлика изучает законы равновесия и движения жидкости,
а также применимость этих законов к инженерной практике.
При этом законы равновесия жидкости изучаются в гидростатике, а законы движения – в гидродинамике.
2.1. Гидростатика
Сжимающее напряжение, возникающее внутри жидкости,
называется гидростатическим давлением. Размерность давления в
СИ – н/м2 или Па (Паскаль). Кроме того, в различных областях
науки и техники применяются такие единицы давления, как кгс/см2
(техническая атмосфера), мм вод. ст., мм рт. ст. и др.
Основное уравнение гидростатики
Pабс  P0  Pизб  P0  gh ,
(2.1)
где Pабс – абсолютное давление, Па; P0 – давление на поверхности
жидкости, Па; Pизб – избыточное давление, создаваемое столбом
4
жидкости, Па; h – глубина погружения данной точки;  – плотность
жидкости, кг/м3; g – ускорение силы тяжести, м/с2.
Если давление над жидкостью ниже атмосферного, то жидкость находится при разрежении (вакууме), равном
(2.2)
Pвак  Pатм  Pабс ,
где Pатм – атмосферное давление.
2.2. Гидродинамика
Объемный расход жидкости Q, м3/с:
(2.3)
Q W  F ,
2
где F – площадь сечения потока, м ; W – средняя скорость движения потока в этом сечении, м/с.
Уравнение неразрывности (сплошности) для несжимаемой
жидкости, протекающей по трубопроводу переменного сечения
Q  W1F1  W2 F2  ...  Wn Fn ,
(2.4)
где W1, W2, … Wn – скорости жидкости в сечениях, м/с; F1, F2, …, Fn
– площади этих сечений, м2.
Режимы течения жидкости. Характеристикой режима течения жидкости служит критерий Рейнольдса
Wd
,
(2.5)
Re 

где W – скорость потока, м/с;  – плотность жидкости, кг/м3; d –
диаметр трубопровода или эквивалентный диаметр dэ для сечения,
отличного от круга, м;  – динамическая вязкость жидкости, Па∙с.
4F
,
(2.6)
dэ 
П
где F – площадь сечения, заполненного жидкостью, т. е. живого сечения, м2; П – смоченный периметр, м.
В случае напорного движения жидкости в прямом трубопроводе режим течения жидкости устанавливается исходя из следующих условий:
при Re  2300 – ламинарный режим;
при Re  10000 – развитый турбулентный режим;
2300  Re  10000 – неустановившийся турбулентный режим
или переходная область.
5
Уравнение Бернулли для вязкой несжимаемой жидкости
P1 W12
P2 W22
(2.7)
z1 

 z2 

 hпот ,
g 2 g
g 2 g
P
где z – геометрический напор, м;
– пьезометрический напор, м;
g
W2
скоростной напор, м; hпот – напор, потерянный на преодоление
2g
сопротивлений, м.
(2.8)
hпот  hтр  hм.с ,
где hтр – потеря напора на трение, м; hм.с – потеря напора в местных сопротивлениях.
Потеря напора на трение или по длине определяется по формуле
 W2
hтр   
(2.9)
d 2g
или в единицах давления
 W 2
Pтр   
,
(2.10)
d 2
где  – коэффициент потерь на трение или коэффициент сопротивления трению;  и d – соответственно длина и диаметр трубопровода.
В общем случае коэффициент  зависит от вязкости жидкости
и шероховатости. Шероховатость – высота выступов на поверхности трубопровода.
Для определения  можно рекомендовать следующие соотношения:
ламинарный режим ( Re  2300 )
64

;
(2.11)
Re
турбулентный режим ( Re  2300 ):
а) для гидравлически гладких труб ( 2300  Re  105 )  определяется по формуле Блазиуса
0,3164
.
(2.12)
 4
Re
6
Гидравлически гладкими называют трубы, в которых коэффициент  не зависит от шероховатости, т. е. выступов неровности
(стеклянные, медные, свинцовые и др.);
20d
500d
 Re 
б) при
 можно определить по формуле АльKэ
Kэ
тшуля
0, 25
 K э 68 
,
(2.13)
  0,11


 d Re 
где K э – эквивалентная абсолютная шероховатость [2];
d
в) при Re  500
формула Альтшуля обращается в формулу
Kэ
Шифринсона
0, 25
K 
.
(2.14)
  0,11 э 
 d 
Потери напора в местных сопротивлениях определяются по
формуле
w2
hм.с  
(2.15)
2g
или в единицах давления
w 2
Pм.с  
,
(2.16)
2
где  – коэффициент местного сопротивления. Значения  для некоторых местных сопротивлений приведены в [2].
3. Перемещение жидкостей
Гидравлическая машина для преобразования механической
энергии двигателя в механическую энергию потока жидкости называется насосом.
Основные параметры насоса – подача, напор, мощность и коэффициент полезного действия (к. п. д.).
Подачей насоса называется объем жидкости Q, м3/с, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.
Напор насоса Н – энергия, сообщаемая насосом единице веса
жидкости.
7
Напор насоса
P2  P1
(3.1)
 hпот ,
g
где Н г – расстояние между уровнями жидкости в приемном и
напорном резервуарах (рис. 3.1), м; P1 и P2 – давления в приемном
и напорном резервуарах, Па;  – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; hпот – потеря напора на преодоление трения и местных
сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах,
рассчитываемая по уравнениям (2.9) – (2.11), м; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Н  Нг 
Рис. 3.1. Схема насосной установки:
1 – приемный резервуар; 2 – приемный клапан; 3, 6, 7 – колена;
4 – насос; 5 – задвижка; 8 – напорный резервуар
2
 
w
hпот  hтр  hм.с       
.
(3.2)
 d
 2g
Выражая в уравнении (3.2) скорость жидкости через расход и
d 2
площадь сечения трубопровода F 
, получаем
4
8
hпот
 

       16
d

2
.

Q
2 4
2 g d
(3.3)
Обозначив
 

       16
d

,
(3.4)
K
2 4
2 g d
получим видоизмененное основное расчетное уравнение
hпот  KQ2 .
(3.4)
Полезная мощность N п , Вт
(3.5)
Nп  QgH .
Затраченная мощность N з , Вт
N
(3.6)
Nз  п ,

где  – коэффициент полезного действия насоса.
Связь между основными параметрами насоса устанавливается
характеристикой центробежного насоса. Характеристикой насоса
называется графическая зависимость напора Н, мощности N з и
к. п. д.  от подачи Q при постоянной частоте вращения (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Рабочая характеристика центробежного насоса
Характеристика центробежного насоса H  f (Q) , представленная на одном графике с характеристикой трубопровода H т ,
называется совмещенной характеристикой (рис. 3.3).
9
Рис. 3.3. Совмещенная характеристика
Пересечение кривых дает рабочую точку. Этой точке соответствуют рабочие значения подачи Qр и напора H р при работе насоса на данный трубопровод.
Для выбора центробежного насоса по исходному значению
подачи Q и рассчитанному для этой подачи напору H по стандартам
[3]–[5] предварительно выбирают насос, у которого подача и напор
близки Q и H. Затем строится совмещенная характеристика и определяется рабочая точка. Подача Qр и напор H р в рабочей точке не
должны быть меньше заданных Q и H. Рабочая точка должна лежать в пределах, для работы которых рекомендуется данный насос
(волнистые ограничительные линии на характеристике [1], [2]). По
значениям Qр и H р определяют затраченную мощность.
Высота всасывания Н вс центробежного насоса
P P
(3.7)
Н вс  1  н.п.  hвс  hкав ,
g g
где P1 – давление в приемном резервуаре, Па; Pн.п. – давление
насыщенных паров, Па; hвс – потери напора на трение и в местных
сопротивлениях на линии всасывания, м (рассчитываются по уравнениям (2.8)–(2.10)); hкав – кавитационный запас, м.
0,67

n 2 

hкав  0,00125 Qр
 ,
3600


3
где Qр – рабочий расход, м /ч; n – частота вращения, мин–1.
10
(3.8)
4. Расчет насосной установки
При заданном расходе (подаче) жидкости Q необходимое для
расчета значение скорости w принимают [1], [2]. Для жидкостей в
напорных трубопроводах скорость составляет 0,5–2,5 м/с.
Далее рассчитывают диаметр трубопровода
4Q
,
(4.1)
d
w
по которому выбирают ближайшее значение стандартного диаметра. Используя значение стандартного диаметра, определяют скорость
4Q
(4.2)
w 2 ,
d
рассчитывают Re (уравнение (2.5)), коэффициент сопротивления
трению (уравнения (2.11)–(2.14)), потери напора на трение и в
местных сопротивлениях (уравнения (2.8,) (2.9) и (2.15)) и напор
насоса H (уравнение (3.1)). По Q и H предварительно выбирают
насос [3]–[5]. Затем, задаваясь произвольными значениями подачи
(5–6 значений), рассчитывают для каждого значения Q (см. уравнения (3.3), (3.4)) напор трубопровода H т
P P
(4.3)
H т  H г  2 1  KQ 2 ,
g
строят по этим данным характеристику трубопровода и на этот же
рисунок наносят кривую H  f (Q) для предварительно выбранного
насоса.
Далее, как изложено выше, определяют координаты рабочей
точки и рассчитывают затраченную мощность. Заданное значение
высоты всасывания должно быть меньше H вс , определенной по
формуле (3.7).
5. Задания к первой контрольной работе
Варианты задач контрольных работ студент заочной формы
обучения находит по двум последним цифрам шифра своей зачетной книжки.
11
Задача 1. Рассчитать плотность газа при известных температуре t и избыточному давлению Pизб Атмосферное давление
760 мм рт. ст.
Т а б л и ц а 5.1. Исходные данные к задаче 1
Последние две цифры
шифра зачетной
книжки
Газ
t, С
Pизб, кПа
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
Азот
Аммиак
Ацетилен
Воздух
Водород
Диоксид серы
Диоксид углерода
Кислород
Метан
Оксид углерода
35
20
30
80
40
65
80
75
47
68
120
100
150
110
140
160
190
170
180
200
Задача 2. Манометр на трубопроводе, заполненном жидкостью с температурой t, показывает давление Pизб. На какую высоту
над точкой присоединения манометра поднимется в открытом пьезометре жидкость (рис 3.4)?
Рис. 3.4
12
Т а б л и ц а 5.2. Исходные данные к задаче 2
Последние две цифры
шифра зачетной
книжки
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
Жидкость
t, С
Pизб, кгс/см2
NaOH 20 %
NaOH 40 %
Вода
Вода
Четыреххлористый
углерод
H2SO4 30 %
Этилацетат
CH3COOH 30 %
Изопропиловый
спирт
Этанол 40 %
20
40
15
30
20
0,11
0,12
0,16
0,19
0,17
25
20
18
23
0,16
0,18
0,21
0,15
30
0,14
Задача 3. Разрежение в осушительной башне сернокислотного
завода измеряется U-образным тягомером, наполненным серной
кислотой плотностью . Показание тягомера – h см. Каково абсолютное давление в башне, выраженное в Па, если барометрическое
давление P?
Т а б л и ц а 5.3. Исходные данные к задаче 3
Последние две цифры
шифра зачетной
книжки
, кг/м3
h, см
P, мм рт. ст.
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
1820
1837
1824
1800
1670
1430
1820
1837
1824
1800
3,1
2,8
2,9
2,6
3,2
3,3
3,2
2,9
2,8
3,3
745
750
755
760
745
750
755
760
745
750
13
Задача 4. Холодильник состоит из n труб диаметром 202 мм.
В трубное пространство холодильника поступает жидкость по трубопроводу диаметром 573,5 мм. Скорость жидкости в трубопроводе w, м/с. Жидкость идет снизу вверх. Определить скорость жидкости в трубах холодильника.
Т а б л и ц а 5.4. Исходные данные к задаче 4
Последние две цифры
шифра зачетной
книжки
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
Жидкость
Натрий едкий 40 %
Серная
кислота 30 %
Этилацетат
Уксусная кислота
30 %
Вода
Четыреххлористый
углерод
Натрий едкий 20 %
Изопропиловый
спирт
Этиловый спирт
Вода
Скорость
жидкости
w, м/с
Количество
труб, n
2,0
2,1
19
16
1,9
1,7
21
25
1,8
1,9
16
19
2,2
1,6
21
25
1,5
1,8
19
16
Задача 5. Холодильник состоит из двух концентрических
стальных труб диаметром 292,5 мм и 542,5 мм. По внутренней
трубе протекают М1, т/ч, рассола плотностью 1150 кг/м3. В
межтрубном пространстве проходит М2, кг/ч, газа под давлением
P, кГс/см2, при средней температуре 0 С. Плотность газа при 0 С
и 760 мм рт. ст. равна 1,2 кг/м3. Найти скорости газа и жидкости в
холодильнике.
Т а б л и ц а 5.5. Исходные данные к задаче 5
Последние две цифры
шифра зачетной
книжки
Массовый расход
рассола,
М1, т/ч
Массовый
расход газа,
М2, кг/ч
Давление газа,
P, кГс/см2
01
4,05
200
3,1
14
Окончание табл. 5.5
Последние две цифры
шифра зачетной
книжки
Массовый расход
рассола,
М1, т/ч
Массовый
расход газа,
М2, кг/ч
Давление газа,
P, кГс/см2
03
04
05
06
07
08
09
10
3,80
3,65
3,70
4,05
3,90
3,80
3,65
3,73
185
180
170
210
175
170
160
165
2,9
2,8
3,1
3,0
2,9
2,8
3,1
2,9
Задача 6. Определить режим течения воды в кольцевом пространстве теплообменника типа «труба в трубе». Наружная труба
диаметром 963,5 мм, внутренняя – 573 мм, расход воды Q, м3/ч,
средняя температура воды t.
Т а б л и ц а 5.6. Исходные данные к задаче 6
Последние две цифры шифра
зачетной книжки
Объемный расход
воды,
Q, м3/ч
Средняя
температура воды,
tС
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
3,5
3,7
4,0
4,4
4,5
4,2
4,0
3,6
3,5
3,7
18
25
20
25
18
23
25
22
24
25
Задача 7. Определить потерю давления на трение при протекании жидкости по трубе диаметром 192 мм, длиной  . Скорость
жидкости w, м/с, температура жидкости t.
15
Т а б л и ц а 5.7. Исходные данные к задаче 7
Последние
две цифры
шифра
зачетной
книжки
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
Материал
трубы
Длина Скорость Температура
трубы, жидкости
t, С
м
w, м/с
Жидкость
Сталь
Натрий едкий 25 %
Латунь
Натрий едкий 5 %
Чугун
Вода
Алюминий Натрий хлористый
5%
Медь
Изопропиловый
спирт
Сталь
Ацетон
Латунь
Четыреххлористый
углерод
Чугун
Вода
Алюминий
Анилин
Медь
Бензол
12
13
14
15
0,8
0,9
1,0
1,1
20
30
36
20
16
1,2
35
19
20
1,3
1,4
10
20
17
12
14
1,5
1,7
1,8
57
30
20
Задача 8. Рассчитать мощность и подобрать центробежный
насос для подачи воды из приемной емкости в напорную (рис. 3.1).
Принять длину линии всасывания на 3 м больше высоты всасывания.
Температура
воды, С
Расход воды,
м3/ч
Высота
всасывания, м
Разность
уровней воды, м
Общая длина
трубопровода, м
Давление
в нижнем баке,
кПа
Давление
в верхнем баке,
кПа
01
02
5
6
28
100
5
6
12,5
32,0
270
100
140
230
150
300
03
04
05
06
7
8
9
10
80
60
65
70
3
4
0,8
2
34,0
30,0
38,0
20,0
310
290
90
260
160
190
110
180
200
270
120
200
16
Материал
трубы
Последние две
цифры шифра
зачетной книжки
Т а б л и ц а 5.8. Исходные данные к задаче 8
Сталь
Алюминий
Чугун
Латунь
Сталь
Алюминий
Высота
всасывания, м
Разность
уровней воды, м
Общая длина
трубопровода, м
Давление
в нижнем баке,
кПа
Давление
в верхнем баке,
кПа
15
20
25
80
40
90
1
3
5
13
20
32
240
180
125
300
130
270
340
180
295
30
120
4
28
150
250
280
Материал
трубы
Расход воды,
м3/ч
07
08
09
10
Температура
воды, С
Последние две
цифры шифра
зачетной книжки
Окончание табл. 5.8
Чугун
Латунь
Сталь
Алюминий
6. Осаждение под действием силы тяжести
Силу сопротивления среды R при падении частицы шарообразной формы выражают уравнением
d 2 Wос2
(6.1)
R
с ,
4 2
где d – диаметр шарообразной частицы, м; Wос – скорость осаждения, м/с; с – плотность среды, кг/м2;  – коэффициент сопротивления среды.
Существуют три области обтекания, каждой из которых соответствует определенный характер зависимости  от критерия Рейнольдса:
– ламинарный режим (область действия закона Стокса) до
значений Re  0,2 [1], [2]. В этой области коэффициент сопротивления
24
I 
;
(6.2)
Re
– переходный режим `0,2  Re  500 . В этой области
18,5
 II  0,6 ;
(6.3)
Re
– область действия квадратичного закона сопротивления Ньютона ( Re  500 ).
 III  0,44  const .
(6.4)
При Re  500 имеет место автомодельный режим по отношению к Re .
17
Число Рейнольдса для частицы, падающей в какой-либо среде,
W d
Re  ос с ,
(6.5)
с
где с – вязкость среды, Па∙с.
Скорость осаждения для каждого режима
1 d 2 (ч  с ) g
WосI 
;
(6.6)
18
с
WосII  0,78
d 0,43 ( ч  с ) 0,715
0,285 0,43
с
;
(6.7)
с
d (ч  с )
,
(6.8)
с
где  ч – плотность частицы, кг/м3; g – 9,81 м/с2.
Использование приведенных уравнений для нахождения скорости осаждения связано с применением метода последовательных
приближений. Необходимо сначала задаться режимом движения,
затем определить Wос , а по найденному значению Wос определить
режим движения и проверить, правильно ли был задан режим.
Режим осаждения определяется по величине критерия Архимеда
d 3с2 g  r c
.
(6.9)
Ar 

c
 с2
При Ar  3,6 [1], [7] имеет место ламинарный режим осаждения и зависимость между критериями Re и Ar
A
Re  r .
(6.10)
18
Переходной области осаждения соответствует значение критерия Ar в пределах 3,6  Ar  83 000 и зависимость между критериями Re и Ar имеет вид
Re  0,152  Ar 0,715 .
(6.11)
Для автомодельной области Ar  83 000 зависимость между
критериями Re и Ar имеет вид
Re  1,74 Ar .
(6.12)
Таким образом, рассчитав величину критерия Архимеда по
формуле (6.9), определяют режим осаждения. Затем, пользуясь одWосIII  5,45
18
ним из уравнений (6.10), (6.11) или (6.12), отвечающим режиму
осаждения, вычисляют значение Re и находят по нему скорость
осаждения
 Re
Wос  с
.
(6.13)
dс
Для частиц неправильной формы характерным линейным размером считают эквивалентный диаметр dэ, определяемый по уравнению
M
(6.14)
d э  1,243 r ,
r
где Mr – масса частицы, кг.
Скорость осаждения одиночной частицы данной формы в не определяют по формуле
ограниченной среде Wос
  Wос ,
(6.15)
Wос
где φ – коэффициент формы.
Т а б л и ц а 6.1. Значения коэффициентов формы
для различных частиц
Форма частиц
Округлая
Угловатая
Продолговатая
Пластинчатая
Коэффициент формы
0,77
0,66
0,58
0,43
Действительную скорость стесненного осаждения Wст, учитывающую влияние на скорость осаждения явления стеснения, можно
рассчитать по формуле
Wст  0,5Wос .
(6.16)
Поверхность осаждения F отстойника непрерывного действия
определяется по формуле
Gсм
X  X см
F
 ос
,
(6.17)
освWст X ос  X осв
где осв – плотность осветленной жидкости, кг/м3; Gсм – количество исходной смеси, кг/с; X см , X осв , X ос – содержание вещества в
исходной смеси, осветленной жидкости и осадке, мас. доли.
19
7. Фильтрование
Фильтрованием называют процесс разделения гетерогенных
систем с использованием пористых перегородок, задерживающих
твердую фазу и пропускающих жидкую (газовую) фазу.
Движущей силой фильтрования является разность давлений
до и после фильтровальной перегородки P.
При P  const для расчета процесса используется уравнение
(7.1)
V 2  2cV  K ,
2
где V – объем фильтрата, прошедшего через 1 м фильтрующей поверхности за время , м3/м2; с – константа фильтрования, характеризующая гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки, м3/м2; K – константа фильтрования, учитывающая режим
процесса фильтрования и физико-химические свойства осадка и
фильтрата, м2/с;  – продолжительность фильтрования, с.
Константы фильтрования K и c определяются опытным путем.
Скорость фильтрования в данный момент определяется по
уравнению
dV
K
.
(7.2)

d 2(V  c)
По этому уравнению может быть рассчитана и скорость промывки осадка, если вязкость промывной жидкости равна вязкости
фильтрата и если промывная жидкость проходит через фильтр тем
же путем, что и фильтрат. При этих условиях скорость промывки
равняется скорости фильтрования в конечный момент.
8. Перемешивание
Перемешивание по отношению к гетерогенным системам
представляют собой процесс равномерного распределения дисперсной фазы в объеме дисперсионной среды и поддержание такого распределения в течение определенного времени.
1. Критерий Рейнольдса (центробежный) для процесса перемешивания жидкостей определяется по формуле
nd 2
Re ц 
,
(8.1)

20
где  – плотность перемешиваемой жидкости, кг/м3; n – частота
вращения мешалки, с–1; d – диаметр мешалки, м;  – динамический
коэффициент вязкости жидкости, Па∙с.
2. Критерий мощности для геометрически подобных аппаратов с мешалками
C
KN  m ,
(8.2)
Re ц
где C и m – постоянные величины для данной конструкции мешалки и определенного режима перемешивания [2].
KN также можно определить по графику [1], [2].
Рабочая мощность, потребляемая мешалкой, рассчитывается
по формуле
(8.3)
N p  K N n3d 5 .
Частота вращения мешалки рассчитывается с учетом характера приготовления растворов. При гомогенизации жидкости скорость вращения перемешивающего устройства можно определить
по формуле
C
(8.4)
n ,

где n – частота вращения мешалки;  – время перемешивания (время достижения заданной гомогенизации) в аппарате диаметром
D [1].
Т а б л и ц а 8.1. Значения C для различных видов мешалок
Тип мешалки
Турбинная:
закрытого типа
открытого типа
Лопастная
Пропеллерная
D/d
C
3
4
3
4
3
3
46,0
81,5
56,0
99,5
96,5
96,5
Обычно мощность в пусковой момент в два–три раза больше
рабочей
21
N пуск  3N р .
(8.5)
Установочная мощность рассчитывается по формуле
N пуск  x
,
(8.6)
N уст 
к. п. д.
где x – запас мощности (20–30 %); к. п. д. – коэффициент полезного
действия электродвигателя с передачей (0,94–0,95).
9. Задания ко второй контрольной работе
Задача 1. Определить скорость осаждения твердых шарообразных частиц дисперсного красителя диаметром d в воде, если их
плотность , а температура воды t.
Т а б л и ц а 9.1. Исходные данные к задаче 1
Последние две цифры
шифра зачетной
книжки
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
Диаметр
частиц d, мкм
Плотность
частиц
красителя,
кг/м3
Температура
воды, С
25
26
27
28
29
25
26
27
28
29
1200
1220
1240
1260
1280
1210
1310
1230
1250
1270
10
12
14
16
18
11
13
15
17
19
Задача 2. Определить диаметр отстойника для осветления
водной суспензии.
22
xос
7
5
10
6
8
7
9
6
5
15
35
30
40
30
50
28
37
34
35
27
Температура, С
50
60
70
80
90
100
55
65
75
85
xсм
Диаметр частиц,
мкм
Производительность,
т/ч
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
Концентрация,
%
Плотность частиц,
кг/м3
Последние две
цифры шифра
зачетной книжки
Т а б л и ц а 9.2. Исходные данные к задаче 2
2000
2700
2600
1400
1700
1600
1800
2100
2200
2400
30
28
30
40
32
25
34
20
30
18
20
15
30
18
25
48
38
50
22
28
Задача 3. Какое количество влажного осадка будет собрано на
фильтре в результате фильтрования v, м3 суспензии относительной
плотностью отн, содержащей x % твердой фазы? Влажность осадка
u %.
Т а б л и ц а 9.3. Исходные данные к задаче 3
Последние
две
цифры
шифра
зачетной
книжки
Объем суспензии,
м3
01
02
03
04
05
06
07
8
9
10
13
15
18
7
Содержание
твердой
Относительная
Влажность
фазы в
плотность
суспензии, осадка, %
суспензии
%
1,12
1,14
1,16
1,18
1,21
1,32
1,11
20
18
15
21
23
19
22
31
22
30
24
28
23
32
23
Окончание табл. 9.3
Последние
две
цифры
шифра
зачетной
книжки
Объем суспензии,
м3
08
09
10
11
20
16
Содержание
твердой
Относительная
Влажность
фазы в
плотность
суспензии, осадка, %
суспензии
%
1,19
1,20
1,12
14
18
15
35
25
29
Задача 4. В результате фильтрования водной суспензии, содержащей x % твердой фазы, собрано v, м3, фильтрата. Влажность
осадка u %. Содержание твердой фазы в фильтрате 1 %. Сколько
получено осадка, считая на сухое вещество? Задачу решить с использованием уравнений материального баланса по общему количеству веществ и по твердой фазе.
Т а б л и ц а 9.4. Исходные данные к задаче 4
Последние две цифры
шифра зачетной
книжки
Содержание
твердой
фазы в
суспензии,
%
Объем
фильтрата,
м3
Влажность
осадка, %
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
13
19
31
24
30
18
20
19
28
30
11
17
12
18
19
22
13
24
15
25
29
25
32
35
27
23
28
31
22
32
Задача 5. Продолжительность фильтрования v1, м3, раствора
на рамном фильтр-прессе . Найти примерное время промывки
осадка объемом воды v2, полагая приближенно, что скорость промывки в n раз меньше скорости фильтрования. Сопротивлением
24
ткани пренебречь. Динамические коэффициенты вязкости фильтрата и промывной воды одинаковы.
Т а б л и ц а 9.5. Исходные данные к задаче 5
Последние две цифры
шифра зачетной
книжки
Объем
раствора
v1, м3
Объем
промывной
воды
v2, м3
Отношение
скорости
фильтрования
к скорости
промывки, n
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
20
24
22
28
26
30
21
23
27
29
3
2,8
2,2
2,4
2,6
2,1
3,1
2,9
2,2
2,4
2
3
4
3
2
2
3
4
3
2
Задача 6. При разделении суспензии волокнисто-пленочных
полимерных связующих на лабораторном фильтр-прессе с поверхностью F было получено v1, м3, фильтрата за время 1 и v2, м3,
фильтрата за время 2. Определить константы фильтрования K и C .
Т а б л и ц а 9.6. Исходные данные к задаче 6
Последние
две
Поверхность
Объем
цифры
фильтрования фильтрата,
шифра
F, м2
v1∙103, м3
зачетной
книжки
01
02
03
04
05
0,20
0,16
0,18
0,15
0,11
4
3,5
4,2
7,9
5
Время
фильтрования
1, с
Объем
фильтрата,
v2∙103, м3
Время
фильтрования
2, с
300
320
280
160
350
10
8,5
11
9,1
12
1100
1200
1300
1400
1000
25
Окончание табл. 9.6
Последние
две
Поверхность
Объем
цифры
фильтрования фильтрата,
шифра
F, м2
v1∙103, м3
зачетной
книжки
06
07
08
09
10
0,12
0,20
0,15
0,17
0,11
3,9
4,5
6,1
7,0
8,0
Время
фильтрования
1, с
Объем
фильтрата,
v2∙103, м3
Время
фильтрования
2, с
180
510
410
120
170
8,9
9
16
14
20
810
1500
2000
600
850
Задача 7. Рассчитать рабочую, пусковую и установочную
мощности мешалки, установленной в аппарате диаметром D, при
скорости вращения мешалки n, температуре жидкости t. Использовать при расчете табл. XXI [2].
Т а б л и ц а 9.7. Исходные данные к задаче 7
Последние
две
цифры
шифра
зачетной
книжки
01
02
03
04
05
26
Тип
мешалки
Четырехлопастная с лопастями под
углом 60
Четырехлопастная
якорная
Шестилопастная
турбинная
Трехлопастная
турбинная
Двухлопастная с лопастями под
углом 45
Жидкость
Скорость
вращения
мешалки
n, мин–1
Температура
жидкости
t, С
1,9
Глицерин
800
180
2,1
Вода
50
70
1,3
Бензол
200
20
1,1
Глицерин
150
100
1,8
Уксусная
кислота
100 %
120
18
Диаметр
аппарата
D, м
Окончание табл. 9.7
Последние
две
цифры
шифра
зачетной
книжки
Тип
мешалки
Диаметр
аппарата
D, м
06
Двухлопастная
1,5
07
Четырехлопастная
Шестилопастня
турбинная
Двухлопастная якорная
Четырехлопастная
якорная
1,3
08
09
10
Скорость
вращения
мешалки
n, мин–1
Температура
жидкости
t, С
Изопропиловый
спирт
Бензол
60
15
70
20
180
17
2,0
Изопропиловый
спирт
Вода
100
5
1,7
Глицерин
50
20
1,6
Жидкость
27
Список рекомендуемой литературы
1. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической
технологии / А. Г. Касаткин. – М.: Альянс, 2005.
2. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. – М.: Альянс,
2006.
3. ГОСТ 22247–96. Насосы центробежные консольные для воды. Межгосударственный стандарт. – М.: Госстандарт России: Издво стандартов.
4. www.calpeda.su Насосное оборудование Calpeda, 2013.
5. www.pumps.net.ru Центробежные насосы – устройство, выбор, характеристики. – 2013.
6. ГОСТ 3262–75. Трубы стальные водопроводные. Межгосударственный стандарт. – М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2007.
7. Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты
химических технологий. Ч. 2. – СПб.: АНО НПО «Профессионал»,
2006.
28
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
757 Кб
Теги
ggd, 2014
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа