книги / Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.-1
.pdfдля фильтрования 50 т суспензии в сутки. Суспензия содержит 40% (масс.) твердой фазы. Относительная плотность жидкой фазы 1,1, твердой — 1,8. Продолжительность одной операции 25 мин. Число рабочих часов в сутках принять равным 20. Коэффициент заполнения барабана 0,5.
3.34.Как изменится производительность фильтрующей цен трифуги, если увеличить частоту ее вращения вдвое? Осадок одно родный несжимаемый. Сопротивлением фил'ьтрующей ткани пре небречь.
3.35.Отстойная горизонтальная автоматическая центрифуга АОГ-1800 должна работать на водной суспензии мела. Опреде лить производительность центрифуги по питанию, если темпера тура суспензии 40 °С. Размер наименьших частиц мела 2 мкм. Техническая характеристика центрифуги: диаметр барабана 1800 мм, длина барабана 700 мм, диаметр борта 1300 мм, частота вращения п = 735 об/мин; к. п. д. принять равным 0,45.
3.36.Во сколько раз производительность промышленной филь трующей центрифуги типа АГ больше производительности лабо раторной модели, геометрически ей подобной? Размеры промыш ленной центрифуги больше размеров лабораторной в три раза. Работа ведется на одной н той же суспензии, с одинаковой частотой вращения и при одинаковом времени заполнения барабана осадком.
3.37.Определить производительность шнековой осадительной центрифуги НОГШ-600, работающей на водной суспензии гипса при температуре 50 °С. Наименьшие частицы гипса в суспензии имеют диаметр 2 мкм. Техническая характеристика центрифуги: диаметр сливного цилиндра 480 мм; длина зоны осаждения 350 мм; частота вращения барабана п = 1400 об/мин.
3.38.Осаждение частиц какого диаметра обеспечит центри фуга НОГШ-230, если на разделение подавать 3 м3/ч водной суспен зии каолина при 35 °С? Техническая характеристика центрифуги: диаметр сливного цилиндра 180 мм; длина его 164 мм; частота вращения барабана 1600 об/мин.
3.39.Определить скорость воздуха, необходимую для начала образования взвешенного слоя частиц гранулированного алюмо силикагеля при следующих условиях: температура воздуха 100 °С; плотность алюмосиликагеля (кажущаяся) р = 968 кг/м8; диаметр частиц 1,2 мм. Каково будет гидравлическое сопротивление, если высота неподвижного слоя 400 мм?
3.40.В условиях предыдущей задачи определить порозность и высоту взвешенного слоя, если скорость воздуха превышает кри тическую в 1,7 раза.
3.41.Определить наибольший диаметр гранулированных ча стиц угля, начинающих переходить во взвешенное состояние в воз духе при скорости его в аппарате 0,2 м/с. Температура 180 °0.
Определить также объемную концентрацию частиц, если скорость воздуха повысится до 0,4 м/с. Плотность угля (кажущаяся) 660 кг/м8.
8.42. Бак диаметром 900 мм и высотой 1100 мм, снабженный мешалкой, заполнен на 3/4 цилиндровым маслом (р = 930 кг/м3, р = 18 Па-с). Какой мощности надо установить электродвигатель для трехлопастной пропеллерной мешалки с частотой вращенияв
180об/мин?
3.43.Для получения разбавленного раствора минеральная соль интенсивно размешивается с водой при 64 °С посредством ло
пастной мешалки. Какова частота вращения мешалки, если диа метр ее 0,5 м, а мощность, потребляемая электродвигателем, 0,8 кВт? Физические характеристики для разбавленного раствора принять такие же, как и для воды.
3.44. Лопастная мешалка размером^ = D / 3 заменена на мень шую с d2 = D / 4 . Размешивание в обоих случаях производится в условиях ламинарного режима. Как изменится частота вращения мешалки при той же мощности электродвигателя?
|
3.45. Каков должен быть диаметр пропеллерной мешалки для |
||||
интенсивно-- |
перемешивания |
технического |
глицерина (р = |
||
= |
1200 кг/м°, |
р = 1,6 Па-с) в баке диаметром |
1750 мм при п = |
||
= |
500 об/мин и расходе мощности 17 кВт? |
|
|
||
ПРИМЕР РАСЧЕТА БАТАРЕЙНОГО |
ЦИ К ЛО Н А |
[3.1] |
|
||
|
В батарейном циклоне (рис. 3.14) |
требуется очищать от пыли 7800 м3/ч газа |
|||
при температуре |
310 °С. Плотность газа (при 0°С |
и 760 мм рт. ст.) 1,3 кг/м3 |
|||
Барометрическое давтеиие 99 300 Па |
(745 мм рт. ст.). На |
входе в батарейный |
|||
циклон газ находится под разрежением 294 Па (30 мм вод. ст.). Гидравлическое conpoiпиление батарейного циклона не должно превышать 392 Па (40 мм вод. ст.). Плотноеib пыли 2450 кг/м3. Запыленность газа 32 г/м3 (при О °С и 760 мм рт. ст.). Пыль слабо слипающаяся.
Р е ш е н и е . Характеристики циклонных элементов типа БЦ с розеточным направляющим аппаратом в случае улавливания слабо слипающейся пыли с плотностью 2300 кг/м3 при Ар/р = 736 м2/с2 (или Дply = 75 м) приведены в табл. 3.4. На основании данных этой таблицы выбираем циклонные элементы диаметром 150 мм (допускаемая запыленность газа до 35 г/м3).
Определим плотность газа при рабочих условиях:
273 ( 745- т а )
|
Р = 1,293 |
(273 + 310) /60 |
~ 0,595 КГ/м3' |
|
|
||||
По условию потеря давтепия Ар не должна превышать 392 Па (40 мм вод. ст). |
|||||||||
Соотношение |
Ар/р = 392/0,595= 600 |
мг/с2 |
(или |
Ар/j = |
40/0,595 = |
67,2 |
м) |
||
не выходит из рекомендуемых пределов 540—736 м2/с2 (или 55—75 м). |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
3.4 |
|
|
Наибольшая |
Степень улавливания |
Коэффициент |
|
|||||
|
гидравлического |
||||||||
Диаметр |
допускаемая |
пыли (в %) при |
/гиаметре |
сопротивления |
|
||||
запыленность |
|
частиц |
|
|
£0 при угле наклона |
||||
элемента мм |
газа г/м* 1при |
|
|
|
|
|
лопастей |
|
|
|
о°С н 760 мм рф. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ст ) |
5 мкм |
10 мк 1 |
| |
15 мкм |
25° | |
30е |
|
|
|
|
|
|||||||
250 |
75 |
72 |
84 |
|
|
93 |
90 |
65 |
|
150 |
35 |
78 |
88 |
|
|
95 |
|
||
100 |
15 |
82 |
91 |
|
|
96 |
|
|
|
Для направляющего аппарата типа розетки с углом наклона лопаете! к горизонтали 25° коэф фициент гидравлического сопротивления £0 = 90.
Скорость газа в цилиндрической части циклон ного элемента суц определяем из формулы (3.12):
1 / |
2 Ар |
т / |
392*2 |
Q |
Wn~ V |
£0р ~ |
V |
90-0,595 |
~~ 3,84 М/С* |
Расход газа на одни элемент батарейного цик лона:
Vt = О,7851>2'36ООб0ц = 0,785-0,1502*3600*3,84 =
— 244 м3/ч.
Требуемое число элементов: п = 7800/244 = 32.
Располагаем их в четыре ряда по ходу газа (восемь элементов в каждом ряду).
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПЕННОГО ГАЗОПРОМЫВАТЕЛЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ ПЫЛИ [3.9]
|
Определить основные |
размеры пенного |
газо |
|
|
|||
промывателя для |
очистки |
от |
пыли 50 000 |
м3/ч |
|
|
||
газа при 80 °С. Запыленность газа на входе в ап |
|
|
||||||
парат свх = 0,01 кг/м8 (при нормальных условиях), |
|
|
||||||
степень очистки 0,99. |
|
|
в пол |
|
|
|||
ном |
Р е ш е н и е . Поскольку скорость газа |
|
|
|||||
сечении аппарата является |
основным факто |
|
|
|||||
ром, |
от которого зависит хорошее пенообразование |
|
|
|||||
и, следовательно, |
эффективность очистки, |
важно |
|
|
||||
правильно выбрать расчетную скорость. Верхним |
|
|
||||||
пределом допустимой скорости газа является такая |
|
|
||||||
его скорость, прн |
которой резко усиливается унос воды в виде брызг. По экс |
|||||||
периментальным данным в газопромывателях, |
имеющих слой |
пены высотой |
||||||
30—100 мм, струйный прорыв газа, вызывающий разрушение пены |
л сильный |
|||||||
брызгоунос, начинается при скоростях газа |
в |
полном сечении |
аппарата (под |
|||||
решеткой) от 2,7 до 3,5 м/с. |
|
|
|
|
|
|
||
|
Чем выше слой*пеиы на решетке и чем больше свободное сечеиие решетки, |
|||||||
тем ббльшая скорость газа |
возможна без брызгоуиоса. Уменьшение |
диаметра |
||||||
отверстий (при сохранении постоянного свободного сечения решетки) также способствует уменьшению брызгоуиоса. Обычно верхним пределом является скорость газа под решеткой ~ 3 м/с
Нижним пределом скорости газа для пенного аппарата являе ся такая скорость, при которой сильно уменьшается пенообразование.
Для пенных газопромывателей с большим свободным сечением решетки и большим диаметром отверстий иижним пределом является такая скорость газа, при которой большая часть жидкости протекает через отверстия, в результате чего высота пеиы становится ничтожно малой. Для обычных условий иижиим
пределом расчетной скорости можно считать |
1 м/с. |
|
Примем среднюю скорость газа w = 2,3 м/с. Определяем площадь попереч |
||
ного сечения аппарата: |
50000 |
а |
f |
||
1 ~ |
3600-2,3 |
М‘ |
^ 1 |
|
Газопромыватель может быть круглого или |
|
|
прямоугольного сечения. В круглом аппарате |
' Вода |
1 |
обеспечивается более равномерный поток газа, в * |
прямоугольном — лучшее .распределение жид |
||
|
|
кости. |
Vй |
Примем |
аппарат |
прямоугольного |
сечения |
|||||
размером 3 X 2 м |
с подачей |
воды посередине |
|||||||
(рис. 3.15). Для лучшего распределения газа по |
|||||||||
площади |
аппарата |
ввод |
газа |
осуществляется |
|||||
|
через диффузор. |
|
|
подаваемой воды про |
|||||
|
Расчет |
количества |
|||||||
|
водится |
различно» |
в |
зависимости от темпера |
|||||
|
туры поступающего |
газа. |
Для |
холодного газа |
|||||
|
наибольшее влияние |
на расход воды оказывают |
|||||||
* Утечка |
гидродинамические факторы, для горячего газа |
||||||||
расход |
воды |
определяется |
тепловым |
балан |
|||||
сом.
При очи<™л от пыли газов, имеющих температуру ниже 100 °С, расчет коли чества подаваемой воды проводят, исходя из гидродинамики процесса и мате риального баланса газоочистки. В обычных условиях для сохранения доспаточной равномерности пенообразования по всей решетке необходимо, чтобы через отвер стия протекало не больше 50 % подаваемой воды, так как слишком сильная утечка создает неравномерность высоты слоя воды на решетке.
Расход воды в газопромывателе складывается из расхода воды, идущей в утечку, и расхода воды, идущей на слив с решетки.
Испарением воды при заданной температуре газа можно пренебречь. Количество воды, протекающей через отверстия решетки, определяется
массой уловленной пыли и заданным составом суспензии, а затем подбирается решетка с таким свободным сечением, диаметром отверстий и прочими данными* чтобы обеспечить установленную утечку.
При заданной степени очистки г| концентрация пыли в газе после газопро
мывателя свых определяется |
по формуле *: |
|
|
свых = |
(1 — Tl) =*=0,01 (1 — 0,99) = 0,0001 кг/м3. |
||
Количество улавливаемой |
пыли: |
|
|
буи = Уо (свх — ^вых) ^ |
50000 27з | gô~ |
0,0001) = 383 кг/ч. |
|
Если известна концентрация суспензии с = |
Т : Ж (в кг/кг), то утечка Ly, |
||
т. е. объем воды, необходимый для образования суспензии (в м3/ч), определяется по уравнению:
/М ы
у1000с »
где К — коэффициент распределения пыли между утечкой и сливной водой, выраженный отношением количества пыли, попадающей в утечку, к общему
количеству уловленной пыли; |
обычно К =* 0,6-5-0,8. |
пределах отношения |
Концентрация суспензии, |
как правило, находится в |
|
Т : Ж = (1 : 5) -5- (1 : 10). Получение суспензии с Т : Ж > |
1 : 5 может вызвать |
|
вабивание отверстий решетки (особенно мелких). Получение суспензии с Т : Ж <
<I Ю нерационально ввиду ее слишком больших объемов.
*Концентрация пыли свых отнесена к объему газа перед аппаратом Vo, приведенному к нормальным условиям. Она незначительно отличается от запы ленности газа (в кг/м3) после аппарата, так как количество газа после аппарата увеличиваема на 1—2 % за счет испарения воды в газопромывателе.
|
Примем с |
1 : 8 = 0,125 |
кг/кг и К = |
0,7. Тогда |
|
|
|
|
f |
0,7-383 |
о в , |
|
|
|
1Ч ~ |
1000 0,125 ~ |
2,14 м/ч |
на |
всю |
решетку |
или |
|
|
|
|
|
2,14/6 = 0,36 м3/(м2*ч) |
||
на |
1 м2 |
решетки. |
|
|
|
Вследствие трудности определения параметров решетки по задаииой утечке, а также учитывая частичное испарение воды после ее протекания через решетку, возьмем коэффициент запаса ~1,5, т. е. примем Ly = 1,5-2,14 « 3,3 м3/ч, или 0,55 м3/ м2-ч).
Количество сливной воды определяется по формуле:
^сл “ tb9
где i — интенсивность потока на сливе с решетки, м^'м-ч); b — ширина решетки перед сливом, равная длине сливного порога, м.
Принимая i — 1 м3/(м-ч), находим для выбранного типа аппарата (слив на обе стороны):
7сл = 1*22 = 4 м3/ч.
Общий расход воды:
L = 3,3 + 4 = 7,3 м8/ч.
Удельный расход воды*
7УД = 7300/50000 =-0,146 дм3/м8 газа.
Утечка составляет от общего расхода воды L:
Ly = (3,3/7,3) 100 = 45 %,
что приемлемо (должно быть L ^ 2Ly).
Основные характеристики решетки (диаметр и шаг отверстий) подбирают, исходя из необходимой утечки.
Установлено, что утечка воды возрастает с увеличением диаметра отверстий 4а и высоты исходного слоя * жидкости на решетке Л0.
Утечка сильно возрастает при уменьшении скорости газа в отверстиях ниже 4—6 м/с (в зависимости от и h0) и резко снижается при увеличении скорости газа выше 13—15 м/с, что может вызвать забивание решетки пылью. Кроме того, повышение скорости газа в отверстиях при небольшом слое воды (пеиы) на ре шетке, характерном для газопромывателей, приводит к струйному прорыву газа и сильному брызгообразованию.
Для обеспечения нормальной работы газопромывателя скорость газа % в крупных отверстиях решеток следует выбирать в пределах 8—13 м/с, а для решеток с более мелкими отверстиями в пределах 7—10 м/с, в зависимости от исходной запыленности газа, возможных колебаний газовой нагрузки и других условий.
Учитывая значительную концентрацию пыли в газе (10 г/м3 при нормальных условиях) и относительно большую легкость изготовления решеток с крупнымя отверстиями (меньше отверстий и легче сверловка их), устанавливаем решетку с крупными отверстиями, для которых рекомендуются расчетные скорости газа 8—13 м/с. Считая, что колебания в нагрузке аппарата по газу будут происхо дить, в основном, в сторону снижения (обычные условия), выбираем скорость газа w0= 12 м/с.
Тогда отношение площади свободного сечеиия решетки /0 к площади сечения аппарата f составит:
/о// = u>Hw0z) = 2,3/(12.0,95) = 0,2,
* Исходным слоем называется высота слоя иевспеиеииой жидкости, идущей на образование слоя пены данной высоты.
где г — 0,95 — коэффициент, учитывающий, |
что 5 % |
|
площади свободного сечеиия занимают опоры |
решетки, |
|
переливные стеики и т. д. |
|
|
Прн разбивке отверстий решетки по шестиуголь |
||
нику с шагом |
t заштрихованная площадь на рис. 3.16 |
|
равняется: |
|
|
S = |
ix = i - 2 V t2— (ty 4) = 1,73/®. |
|
Нг эту площадь приходится два отверстия диаметром d0. Площадь отверстий :
SD= 2-0,785dg = 1,57dg.
Как было игйдеио выше, отношение S jS должно составлять 0,2:
1,57^/(1,73/2) = 0,2,
откуда
/ = l/"l,57dg/(I,73-0,2).
При диаметре отверстий ^ = 5 мм:
/ = jA),9Ь 25/02 = 1 0 ,7 » 11 мм.
Высота порога на сливе с решетки устанавливается из расчета создания слоя пеиы перед сливом высотой 60—100 мм (в зависимости от заданной степени очистки).
Подсчитаем, какова должна быть высота слоя пеиы на решетке, чтобы обес печить заданную степень очистки т] = 0,99.
Коэффициент скорости пылеулавливания
/Сп = 2т]иу/(2 — ц) = 2-0,99-2,3/(2 — 0,99) = 4,5 м/с.
Связь между коэффициентом Кп и высотой слоя пены Н при улавливании гидрофильной пыли со средним размером частиц 15—20 мкм выражается эмпи рической формулой:
Я = /Сп — 1,95ш -Ъ 0,09 = 4,5— 1,95-2,3 + 0,09 = 0,1 м.
С другой стороны, для пылеуловителей
|
|
|
|
Я = |
0,806a>0,7*[j,ü, |
|
|
|
где h0— высота исходного слоя воды иа решетке, м. |
|
|||||||
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
/ |
И |
\ 1/0.6 |
( |
о,1 |
\1/0. |
Л лво |
|
0 |
\0,806tc'-V |
\ 0,806-2,30*6 / |
— 0.013 м, |
||||
Высота |
исходного слоя жидкости hQ связана |
с интеисивиостыо потока на |
||||||
сливе г и с высотой порога Лп эмгшрчческой зависимостью: |
||||||||
|
|
|
|
й0 = Ф ^ |
+ Ч-'Лп, |
|
|
|
где <р — коэффициент, характеризующий |
водослив; для |
производственных рас |
||||||
четов с достаточной точностью можно принять ф = |
3; У — степень подпора жид |
|||||||
кости порогом, которая может значительно изменяться в зависимости от условий пенообразоваиия; для рабочих условий газопромывателей V æ 0,4.
Таким образом, высоту порога (в мм) можно рассчитать по формуле: hu = 2,5/г0 — 7,5 / Я
Лп = 2,5-13— 7 ,5 /1 * = 2 5 |
мм |
Для обеспечения работы аппарата при колебаниях его режима примем вы |
|
соту порога 30 мм. |
из высот отдельных частей |
Общая высота газопромывателя складывается |
|
его надрешеточной А1э подрешеточной h2 и бункера hç>- Эти высоты определяются
конструктивно hY— в зависимости от брызгообразования и размеров брызго- |
|
уловигеля |
— в зависимости от конструкции подвода газа, ho — в зависимости |
от свойств |
суспензии. |
ПРИМЕР РАСЧЕТА БАРАБАННОГО ВАКУУМ-ФИЛЬТРА
Рассчитать барабанный вакуум-фильтр (см. рис. ЗЛО) производительностью
2.8 т/сутки сухого осадка гидрата закиси никеля по следующим данным |
1) ва |
|||
куум 53,3- 10s |
Па (400 мм рт ст.), |
2) среднее удельное сопротивление осадка |
||
г =43,21 1010 |
м/кг сухого осадка; |
3) удельное сопротивление фильтрующей |
||
ткаии (диагональ) гтк = 11,43101и |
м/м2, 4) масса твердого |
вещества, отлага |
||
ющегося на фильтре при получении |
1 м3 фильтрата, с = 207,5 |
кг/м3, 5) заданная |
||
толщина слоя осадка о = 5 мм *; 6) объем влажного осадка, |
получаемого при |
|||
прохождении через фильтр 1 м3 фильтрата, 0,680 MVM3, 7) плотность влажного |
||||
осадка 1220 кг/м3 (при влажности |
75,2 %), плотность фильтрата 1110 |
кг/м3; |
||
8) общее число секции фильтра z = 24 (по аналогии с применяющимися барабан |
||||
ными фильтрами), 9) динамический коэффициент вязкости фильтрата (при тем
пературе фильтрования 50 °С) р = |
1,51 -10~3 Па*с, 10) время просушки осадка |
|||||||||
на фильтре тс = |
1,5 мин, 11) концентрация исходной суспензии 10,67%. |
|||||||||
Р е ш е н и е . |
Расчет вакуум-фильтра сводится к определению необходимой |
|||||||||
поверхности фильтрования и к подбору фильтра по каталогу |
||||||||||
Поверхность фильтрования |
F (в м2) |
можно определить |
из выражения: |
|||||||
|
|
|
|
|
Р = Уовщ1У', |
|
|
|
||
где Уобщ — производительность |
фитьтра |
по фильтрату, м3/ч, |
V' — производи |
|||||||
тельность 1 м5 фильтра по фильтрату, равная vn, |
м*/(м2*ч); v — производитель |
|||||||||
ность 1 |
м8 фильтра за один оборот, м3/м2, п — частота вращения фильтра, об/ч. |
|||||||||
Определяем производительность бильтра по фильтрату. |
|
|||||||||
Производительность |
фильтра |
по |
сухому |
осадку |
должна составить |
|||||
2.8 т/сутки, или |
117 кг/ч |
В пересчете на влажный осадок (влажность 75,2%) |
||||||||
это будет (117-110)/24,8 = |
472 |
кг/ч |
|
|
|
|
||||
Количество суспензии, пост, пающзй на фильтрование, при концентрации ее |
||||||||||
10,67% |
составит |
(117-100>/10,67 = |
1096 |
кг/ч Тогда выход |
фильтрата будет |
|||||
разен 1096 — 472 = |
624 кпч или, при плотности фильтрата 1110 K I/ M3, 624/1110= |
|||||||||
= 0,56 м3/ч, т. е |
13,4" м3/сутки. |
|
м3/ч. |
|
|
|
|
|||
Таким образом, |
^общ — 9,56 |
|
|
м2 фильтра за отин |
||||||
Для |
определения V' надо знать производительность 1 |
|||||||||
оборот, т. е. за время прохождения зоны фильтрования т, и частоту вращения фильтра в 1 ч.
Известно, что объем влажного осадка, отлагающегося иа фильтре при про хождении 1 м3 фильтрата, равен 0,686 м3/м3. Прл заданной толщине слоя осадка 5 мм необходимая поверхность зоны фнльгрования на 1 м3 фильтрата 0,686/0,005= = 137,5 м2/м3. Очевидно, через поверхность зоны фильтрования в 1 м2 пройдет объем фильтрата:
1/137,5 = 0,00728 м3/м2.
* Такая толщина слоя объясняется аморфной структурой осадка, для кри сталлических оса, ков золщииа слоя обычно больше (15-—20 мм).
Для определения частоты вращения фильтра надо зигть время фильтрова ния т (время, за которое образуется осадок толщиной 5 мм). Для этого восполь зуемся основным уравнением фильтрования (3.13):
|
|
|
|
|
V2 + |
2VC = |
/Ст, |
|
|
где V = 7,28- Ш-3 |
м3/м2. |
|
|
|
|
|
|||
Константу |
К определим гю уравнению (3.15): |
|
|
||||||
|
|
2 Ар |
|
2• 53 300 |
= 0,79-10“в м2/с, |
||||
^ |
|
fuar “ |
|
|
|
||||
|
1,51-10~3-207,5-43,2Ы 010 |
|
|
||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
àp = |
53 300 Па = |
400 мм рт. ст.; JLI = 1,51 • 10~3 Па-с; |
||||||
|
|
|
с = |
207,5 |
кг/м3; |
г = 43,21.1010 |
м/кг. |
|
|
Константу |
С определим по уравнению (3.19): |
|
|
||||||
|
|
~ |
гткГТК |
|
11,4011,43--1010 |
! oQ |
, Л- 3 |
/,»2 |
|
|
|
|
T T |
= 43,21 ■iOlo -2(j7,5 |
~ 1>28' |
° |
М/М |
||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
___7,28*. 10-« + 2-7,28.10-s. 1,28.10-8 |
|
|
|||||||
|
------------------- |
|
|
0,79Лб=г------------------------ |
|
91 с _ 1 , 5 2 |
|||
Для определения частоты вращения барабана необходимо найти угловую скорость вращения фильтра по формуле:
360 — <р'
|
CÛ= ------ :----— , |
|
|
Т+ ТС • |
|
где т = |
1,52 мин— время фильтрования; тс *=* 1,5 мин — время |
подсушки |
осадка, |
<р#— угол, занимаемый зоно°г съема осадка и мертвой зоной |
[принимаем |
его равным 1,23 рад, или 70° (на основании практических данных)]. Тогда
0) : |
2л— 1,23 |
= |
1,67 рад/мии, |
|
3,02 |
|
|
или |
|
|
|
О) = |
360 — 70 |
= |
96,2 град/мин. |
|
3,02 |
|
|
Общая продолжительность рабочего цикла, или продолжительность одного оборота барабана:
т0е = 2л/1,67 = 360/96,2 » 3,8 мин.
Частота вращения фильтра в 1 ч:
п — 60/3,8 = 15,8 об/ч.
Время просушки, съема осадка и пребывания в мертвых зонах: тсуш = 3,8 — 1,52 = 2,28 мии.
Число секций, одновременно находящихся в зоне просушки, в зоне съема осадка и в мертвых зонах:
г= 2,28-24/3,8 « 14.
Взоне фильтрования находится 10 секций (24—14). Необходимая поверхность фильтра:
F— vn |
0,56 |
= 4,86 м2. |
0,00728-15,8 |
Принимаем вакуум-фильтр с поверхностью фильтрования 5 м2.
Г л а в а 4
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЕ
ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
%
Tеплопроводность
1. Уравнение теплопроводности для установившегося тепло вого потока через однослойную плоскую стенку:
|
- |
= |
< 4 Л > |
|
где q — удельный тепловой поток |
(удельная тепловая нагрузка), |
Вт/м2; |
Q — |
|
тепловой поток (расход теплоты), |
Вт; |
F — площадь поверхности |
стенки, |
м2; |
tP и /х — температуры горячей и холодной поверхности стенки, К или °С; г = = 6/к — термическое сопротивление стенки, (м2-К)/Вт; 6 — толщина стеики, м; К — коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К).
Уравнение теплопроводности для установившегося теплового потока через многослойную плоскую стенку:
<7= Q ^Г /х |
tp — tr |
(4 2) |
|
2> |
А + А , |
|
+ а* + |
2. Для цилиндрической однослойной стенки средняя площадь поверхности определяется по формуле:
f ср — ndcpL ■ я (d2— dt) L |
(4.3) |
in A
dt
где dt и d2 — внутренний и наружный диаметры; L — длина цилиндра, м.
Уравнение теплопроводности для установившегося теплового потока через однослойную цилиндрическую стенку:
Q -- "g" (^Г ^х) Fcp : |
2п% (tT— /х) L |
(4.4) |
|
1 °А |
|||
|
|
Здесь 6 — (d%— dJ/2.
Если d^dr < 2, то вместо вычисления по формуле (4.3) можно с достаточной точностью принимать для средней площади поверх ности однослойной цилиндрической стенки величину
/Чр — л -Ь d2) L/2. |
(4.5) |
Уравнение теплопроводности для установившегося теплового потока через многослойную цилиндрическую стенку:
2 n L ( tp - tx) __ |
2nL(tp~ -tx) |
|
(4.6) |
Здесь dB и |
2 т '" - £ |
+ |
+ |
— внутренний |
и наружный диаметры каждого цилиндриче |
||
ского слоя.
3. При отсутствии экспериментальных данных коэффициент теплопроводности жидкости к [в Вт/(м-К)1 при температуре ~ 30 °С может быть рассчитан по формуле:
|
|
^30 |
= Аср '/р /М , |
|
" |
|
(4 7) |
||
где с — удельная теплоемкость жидкости, |
Дж/(кг-К); р — плотность |
жидко |
|||||||
сти, кг/м3, М — мольная масса жидкости, |
|
^г/кмоли, А — коэффициент, завися |
|||||||
щий от степени ассоциации жидкости, м*5-кмоль'М-с-1. |
|
|
|||||||
= |
Для ассоциированных |
жидкостей |
(например, |
воды) |
А = |
||||
3,58-КГ8, |
для неассоциированных (например, |
бензола) |
А = |
||||||
- |
4,22 -КГ8. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплопроводности жидкости при температуре t |
||||||||
определяется |
по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Xf =Хзр £1 — е (f— 30)1. |
|
|
(4.8) |
||||
где |
е — то* -ературиый коэффициент. Значения |
£• 103 (в °Сг1): |
|
||||||
Анилин |
1,4 Метиловый спирт |
|
|
1,2 |
Хлорбензол |
1,5 |
|||
Ацетон |
2,2 Нитробензол . |
|
|
1,0 |
Хлороформ |
1,8 |
|||
Бензол |
1,8 Пропиловый спирт |
1,4 |
Этилацетат . . |
2,1 |
|||||
Гексан |
2,0 Уксусная |
кислота |
|
1,2 |
Этиловый спирт |
1,4 |
|||
|
Коэффициент теплопроводности водного раствора при темпера |
||||||||
туре / определяется по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Ч |
= ^р |
у |
« |
|
|
|
(4*9) |
|
|
4 |
30 |
Ч о |
|
|
|
|
|
где лр и Лв — коэффициенты теплопроводности раствора и воды.
4. Коэффициент теплопроводности газа [в Вт/(м-К)1 при не высоких давлениях может быть вычислен по формуле:
к = В с^. |
(4.10) |
Здесь (ы— динамический коэффициент вязкости газа, |
Па-с; В = 0,25 X |
X (9k — 5); k — cp/cv — показатель адиабаты; ср и сс — удельная теплоемкость
газа |
при постоянном давлении и при постоянном объеме, соответст |
венно, |
Дж/(кг-К). |
Так как для газов данной атомности отношение cv!cv есть вели чина приблизительно постоянная, то для одноатомных газов В = = 2,5, для двухатомных В — 1,9, для трехатомных В = 1,72,
Для расчета коэффициента теплопроводности смеси газов пра вило аддитивности в общем случае неприменимо. Приближенный расчет к смеси газов см. в примере 4.6.
Теплоотдача
5.В табл. 4Л дан перечень основных случаев теплоотдачи и соответствующих расчетных уравнений.
6.Основные критерии подобия, входящие в критериальные уравнения конвективной теплоотдачи:
Критерий Нуссельта:
Nu = al/к. |
(4.11) |