Процессы и аппараты пищевых производств 2

Рефераты по промышленности и производству » 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 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:

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 т принять по последней цифре шифра:

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
t , 0С	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30
d.106, м	75	72	70	65	60	55	50	45	40	35
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

Определим физические свойства жидкости для t=14оС

ρс=1000 кг/м3, μс=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

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 1, q2 через 2, q3 через 3, q4 через 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  и q принять по последней цифре шифра.

Последняя цифра шрифта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
q1  103, м3/м2	7,5	4,6	4,6	7,6	4,6	7,6	2,3	3,6	3,7	4,6
1,с	47	53	40	59	54	92	15	40	30	20
q2  103, м3/м2	13,7	16,8	13,7	23,0	13,7	13,6	7,1	15,1	15,0	16,8
2,с	115	195	175	290	190	189	78	115	135	160
q3  103, м3/м2	23,0	23,0	19,8	29,2	19,8	23,0	15,1	20,9	20,9	26,2
3,с	281	320	320	405	300	385	152	205	240	360
q4  103, м3/м2	29,2	29,2	26,2	35,3	26,2	29,2	21,0	26,9	26,9	32,2
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 q1, q2, q3, q4 и приращения времени отбора известных объемов фильтрата 1,  2, 3, 4:

q1 = q1 = 4,6  10-3 м3/м2;

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

q3 = q3- q2 = (23-16,8)  10-3 = 6,2  10-3 м3/м2;

q4 = q4- q3 = (29,2 – 23)  10-3 = 6,2  10-3 м3/м2

1 = 1 = 53 с;

2 = 2 - 1 = 195 – 53 = 142 с;

3 = 3 - 2 = 320 – 195 = 125 с;

4 = 4 - 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 = q1 = 1,86  10-4 м3/м2.

При постоянной движущей силе процесса фильтрования объем фильтрата V, проходящий через 1 м2 фильтрованной поверхности за время  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 , а ее вязкость . Объемное содержание твердых частиц в суспензии x, плотность твердых частиц 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 ,  и ч принять по последней цифре шифра.

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
, кг/м3	1000	1050	1100	1150	1200	1250	1080	1130	1180	1210
, Пас	0,025	0,040	0,065	0,050	0,075	0,080	0,090	0,100	0,125	0,085
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; тв = ч = 1700 кг/м3 – плотность твердых частиц; ж =  = 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 =  = 0,090 Пас – вязкость жидкой фазы.

Тогда

Пас.

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

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, оС	1000	1050	1100	1150	1200	1250	1080	1130	1180	1210
t1, оС	0,025	0,040	0,065	0,050	0,075	0,080	0,090	0,100	0,125	0,085
t2 оС	1400	1500	1600	1700	1650	1800	1700	1900	2000	1850

Значения d и υ принять по последней цифре шифра.

Предпоследняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
d∙103, м	10	15	20	25	32	40	50	65	80	100
υ, 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

оС

По приложению 1 [2] определим теплофизические свойства воды

при tср= 20 оС

ρ=998 кг/м3 плотность воды

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

λ=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. Re>10000, то режим течения турбулентный и критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта имеет вид

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

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

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

Удельный тепловой поток

2808·(55-20)=98280 Вт/м2

Длина трубки

Список литературы

Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 2004.

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.

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.