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

м

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

,

м/с.

Найдем действительную скорость осаждения частиц

м/с.

Находим время пребывания частиц в песколовке

c

Найдем длину песколовки

l=v^.τ=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 Vсуспензии 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 tи 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, Dt₂,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

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 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

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.

Пример решения задачи.

Определим среднюю температуру воды

^оС

По приложению 1 [2] определим теплофизические свойства воды

при t_ср= 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 Pr_ст=3,26 - число Прандтля, определенное при t_с=55 ^оС

Nu=0,021·23952^0,8·7,02^0,43(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

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.