Процессы и аппараты пищевых производств 2

СОДЕРЖАНИЕ: Контрольная работа №1 по Процессам и аппаратам пищевых производств Студента 3 курса ФБО ВГТА (г. Калуга) Специальность 260601 Картанова Андрея Игоревича

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 rт . 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:

Предпоследняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
V. 102 , м3 /с 1,0 1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 3,4 3,8 4,0 4,4
B , м 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75
v , м/с 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

Значения t , d и r т принять по последней цифре шифра:

Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
t , 0 С 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
d. 106 , м 75 72 70 65 60 55 50 45 40 35
r т , кг/м3 1550 1600 2120 1800 1750 1700 2230 2350 2700 1900

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

м

Определим физические свойства жидкости для t=14о С

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

Рассчитаем число Архимеда

,

,

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

,

м/с.

Найдем действительную скорость осаждения частиц

м/с.

Находим время пребывания частиц в песколовке

c

Найдем длину песколовки

l = v. =1,4. 5,72=8 м.

Рассмотрим способыинтенсификации 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: q 1 через t 1 , q 2 через t 2 ,q 3 через t 3 , q 4 через t 4 после начала фильтрования. Привести схему рамного фильтр-пресса, описать его устройство и работу.

Значение V принять по предпоследней цифре шифра.

Предпоследняя цифра шрифта 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
V 103 , м3 10 12 14 16 18 20 22 24 21 19

Соответствующие значения t и q принять по последней цифре шифра.

Последняя цифра шрифта 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
q 1 103 , м3 /м2 7,5 4,6 4,6 7,6 4,6 7,6 2,3 3,6 3,7 4,6
t 1 ,с 47 53 40 59 54 92 15 40 30 20
q 2 103 , м3 /м2 13,7 16,8 13,7 23,0 13,7 13,6 7,1 15,1 15,0 16,8
t 2 ,с 115 195 175 290 190 189 78 115 135 160
q 3 103 , м3 /м2 23,0 23,0 19,8 29,2 19,8 23,0 15,1 20,9 20,9 26,2
t 3 ,с 281 320 320 405 300 385 152 205 240 360
q 4 103 , м3 /м2 29,2 29,2 26,2 35,3 26,2 29,2 21,0 26,9 26,9 32,2
t 4 ,с 448 470 500 600 455 559 277 315 365 540

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 Dq 1 , Dq 2 , Dq 3 , Dq 4 и приращения времени отбора известных объемов фильтрата Dt 1 , Dt 2 ,Dt 3 , Dt 4 :

Dq 1 = q 1 = 4,6 10-3 м3 /м2 ;

Dq 2 = q 2 – q 1 = (16,8 – 4,6) 10-3 = 12,2 10-3 м3 /м2 ;

Dq 3 = q 3 - q 2 = (23-16,8) 10-3 = 6,2 10-3 м3 /м2 ;

Dq 4 = q 4 - q 3 = (29,2 – 23) 10-3 = 6,2 10-3 м3 /м2

и

Dt 1 = t 1 = 53 с;

Dt 2 = t 2 - t 1 = 195 – 53 = 142 с;

Dt 3 = t 3 - t 2 = 320 – 195 = 125 с;

Dt 4 = t 4 - t 3 = 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 = q 1 = 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

Рисунок 3 –Схема работы плиточно – рамнго фильтр – пресса :

А – стадия фильтрования, В – стадия промывки;

1 – средний канал;

2, 9 – каналы;

3 – пространство между плитами;

4 – плиты;

5 – рама;

6 – канал для отвода фильтрата;

7 – кран;

8 – боковой канал

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.

Предпоследняя цифра шифра: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
d , м 1,00 0,60 0,80 0,70 0,30 0,60 0,95 0,40 0,25 0,50
H , м 2,0 1,7 2,2 1,4 1,1 2,0 1,9 1,2 1,0 1,8
w , м/с 4,0 5,2 6,3 3,5 11,5 7,1 2,9 8,0 12,5 7,9
x , % об. 5 9 15 6 10 18 7 22 12 25
Тип мешалки лопастная пропеллерная турбинная лопастная пропеллерная турбинная лопастная турбинная пропеллерная турбинная

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

Последняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
r , кг/м3 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1080 1130 1180 1210
m , Пас 0,025 0,040 0,065 0,050 0,075 0,080 0,090 0,100 0,125 0,085
r ч ,кг/м3 1400 1500 1600 1700 1650 1800 1700 1900 2000 1850

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

кг/м3 .

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 Пас – вязкость жидкой фазы.

Тогда

Пас.

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 = 0,303=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

ND =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 tс , 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 tс , t1 и t2 принять по предпоследней цифре шифра.

Предпоследняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
tс , о С 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1080 1130 1180 1210
t1 , о С 0,025 0,040 0,065 0,050 0,075 0,080 0,090 0,100 0,125 0,085
t2 о С 1400 1500 1600 1700 1650 1800 1700 1900 2000 1850

Значения d и принять по последней цифре шифра.

Предпоследняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
d103 , м 10 15 20 25 32 40 50 65 80 100
,м/с 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

Пример решения задачи.

Определим среднюю температуру воды

о С

По приложению 1 [2] определим теплофизические свойства воды

при tср = 20 о С

=998 кг/м3 плотность воды

= 1·10-3 Па·с динамический коэффициент вязкости

=0,599 Вт/(м·К) коэффициент теплопроводности

с=4190 Дж/(кг·К) коэффициент теплоемкости

Рr= 7,02 число Прандтля

Определим режим течения, критерий Рейнольдса равен

Т.к. Re10000, то режим течения турбулентный и критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта имеет вид

,

где Prст =3,26 - число Прандтля, определенное при tс =55 о С

Nu=0,021·239520,8 ·7,020,43 (7,02/3,26)0,25 =187,5

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде

Вт/(м2 ·К)

Расход воды

кг/с

Количество отдаваемого тепла с учетом потерь в окружающую среду

0,752·4190·(32-8)·1,04=78646 Вт

=1,03-1,05 – коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду.

Удельный тепловой поток

2808·(55-20)=98280 Вт/м2

Длина трубки

м

Список литературы

  1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 2004.
  2. Практикум по процессам и аппаратам пищевых производств: Учеб пособие/ А.В. Логинов, Л.Н. Ананьева, Ю.В. Красовицкий, С.В. Энтин; Воронеж. Гос. Технол. Акад. Воронеж, 2003.336 с.
  3. Асмолова Е.В. Процессы и аппараты пищевых производств (руководство по изучению курса) [Текст] : учеб. пособие / Е.В. Асмолова, Ю.В. Красовицкий, А.В. Логинов; Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж : ВГТА, 2007 – 308 с.

Скачать архив с текстом документа