Процессы и аппараты химических производств
Скорость и критерий Рейнольдса для воды. Схема разреза трубопровода с изоляцией. Расход сухого греющего пара с учетом потерь теплоты. Скорость осаждения в воде частиц кварцевого песка шарообразной формы. Вязкость и плотность воды при средней температуре.
Рубрика | Химия |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 15.01.2016 |
Размер файла | 49,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
[Введите текст]
Энгельсский технологический институт (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего образования
«Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.»
Контрольная работа № 2
по дисциплине «Процессы и аппараты химических производств»
студента группы ТМОБ - 41(зс)
Павлова Б.С.
Шифр 123301
Энгельс 2015
Задача 1. Определить скорость осаждения в воде частиц кварцевого песка шарообразной формы диаметром D = 0,15 мм, если плотность песка с = 2650 кг/м3, а температура воды t =15 єС.
Решение
Находим критерий Архимеда
Ar=D3(с - сср)ссрg/м2ср,
где мср и сср - вязкость и плотность воды при средней температуре.
Для воды при t =15 єС сср = 999 кг/м3, мср = 1140·10-6 Па·с [1, табл. ХХХIХ].
Ar= (0,15·10-3)3(2650 - 999)999·9,81/(1140·10-6)2 = 42.
По найденному значению критерия Архимеда определяем критерий Рейнольдса Re = 1,8 [1, рис. 3.1]. температура рейнольдс изоляция кварцевый
Вычисляем скорость осаждения
Задача 2. Определить диаметр шарообразных частиц твердого вещества, имеющего плотность с = 2650 кг/м3, которые начнут переходить во взвешенное состояние при скорости потока воздуха w= 1,5 м/с и температуре t =18 єС.
Решение
Величина критерия Лященко определяется по формуле
,
где сс - плотность среды, кг/м3; мс - динамический коэффициент вязкости среды, Па·с.
Плотность воздуха можно рассчитать по формуле [1, (1.5)]
1,293 1,213 кг/м3.
При t =18 єС мс = 0,018 мПа·с [1, рис. VI].
Ly =
По графику [1, рис. 3.8] при найденном значении Ly определяем критерий Архимеда Ar = 4,5·106.
Из уравнения
находим диаметр частиц
3,6м.
Задача 3. Определить часовую потерю тепла одним погонным метром стального трубопровода, изолированного слоем асбеста и слоем совелита:
Наружный диаметр трубопровода - = 54 мм
внутренний диаметр трубопровода - = 60 мм
толщина слоя асбеста - S =15 мм
толщина слоя совелита - = 20 мм
температура внутренней поверхности трубы - =120 єC
температуры наружной поверхности трубы - =10 єC
Начертить схему разреза трубопровода с изоляцией. Потери тепла определить по формуле для цилиндрической стенки.
Решение
На рис.1 дан схематический разрез стенки трубопровода, покрытого изоляцией.
Размещено на http://www.allbest.ru/
[Введите текст]
Рис. 1. Схема разреза трубопровода с изоляцией
Потери тепла определяем по уравнению для многослойной цилиндрической стенки
где L - длина трубы, м; лст - коэффициент теплопроводности стенки трубы, Вт/(м·К); л1 и л2 - коэффициенты теплопроводности асбеста и совелита, Вт/(м·К).
Наружный диаметр слоя асбеста d1 равен
d1= dн + 2S1 = 0,060 + 2·0,015 = 0,09 м.
Наружный диаметр слоя совелита d2 равен
d2= d1 + 2S2 = 0,09 + 2·0,02 = 0,13 м.
Коэффициенты теплопроводности определяем по табл. XXVIII [1]: для стали лст = 46,5 Вт/(м·К); для асбеста л1= 0,151 Вт/(м·К); для совелита л2= 0,098 Вт/(м·К).
Потери тепла
Задача 4. Вычислить коэффициент теплоотдачи для воды, подогреваемой в трубчатом теплообменнике, состоящем из труб диаметром d = 10 мм. Вода идёт по трубам со скоростью w = 2,2 м/с. Средняя температура воды tв = 60,5 єС, температура стенки tс = 110 єС. Длина трубы L = 2 м. Толщина стенки трубы 2,5 мм.
Решение
Определяем режим течения воды:
,
где с - плотность воды, кг/м3; м - кинематический коэффициент вязкости воды, Па·с.
При средней температуре воды tв = 60,5 єС с = 982,8 кг/м3 [1, табл. IV], м = 0,4653·10-3 Па·с [1, табл. VI].
> 104 - турбулентный режим.
Расчетное уравнение [1, (4.17)]:
где еl - коэффициент, учитывающий влияние отношения длины трубы к ее диаметру; Pr и Prст - критерий Прандтля при температуре среды и при температуре стенки.
Для воды при tв = 60,5 єС Pr = 2,958; при tс =110 єС Prст= 1,58 [1, табл. XXXIX].
При L/D = 2/0,01 = 200 и Re = 46468 еl = 1 [1, табл. 4.3].
Критерий Нуссельта
Nu = 0,021·464680,8·2,9580,43(2,958/1,58)0,25·1 = 212.
Коэффициент теплоотдачи
212·0,66/0,01 = 13992 Вт/(м2·К),
где л = 0,66 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности воды при 60,5 єС [1, табл. XXXIX].
Задача 5. Определить основные размеры (поверхность нагрева, число и длину трубок, диаметр кожуха) и подобрать по каталогу вертикальный бойлер для приготовления горячей воды. Расход воды Q = 10 м3/час. Температура воды: начальная t1 = 5 єС, конечная t2 =50 єС. Нагревающим агентом является насыщенный водяной пар с давлением Р = 2 ата.
Решение
Температура конденсации насыщенного водяного пара при Р=2 ата ts = 119,6 єС [1, табл. LVII].
Температурная схема процесса:
119,6 Ї119,6
5>50
Дtб=114,6Дtм=69,6
1,65<2>Дtср=0,5(Дtб+Дtм)=0,5(114,6+69,6)=92,1 град.
Средняя температура воды
tв=0,5(5+50)=27,5єC.
по справочным данным [1, табл. XXXIX] определяем теплофизические свойства воды при tв=27,5°C плотность св= 996,5 кг/м3; вязкость мв= 0,853 мПа?с; коэффициент теплопроводности лв= 0,613 Вт/(м?К); теплоемкость св= 4182,5 Дж/(кг?К); критерий Прандтля Prв=5,82.
Расход воды
V = 10/3600 = 0,0028 м3/с;
Gв = V св = 0,0028·996,5 = 2,768 кг/с.
Расход теплоты на нагрев воды
Q = Gвcв(t2 - t1) = 2,768·4182,5(50 - 5) = 520972,2 Вт.
Расход сухого греющего пара с учетом 5% потерь теплоты:
D = 1,05Q/r = 1,05·520972,2/2208000 = 0,25 кг/с,
где r - удельная теплота конденсации водяного пара [1, табл. LVII].
Ориентировочно определяем максимальную величину площади теплопередачи, полагая Кмин=800 Вт/(м2?К) [1, табл. 4.8]:
7,07 м2.
Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать теплообменный аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителя (воды) в трубах.
В теплообменных трубах диаметром 252 мм кожухотрубчатых теплообменных аппаратов по ГОСТ 15122-79 скорость течения воды при Re>104 должна быть более:
Число труб, обеспечивающих объёмный расход воды при Re>104:
Условиям n < 20 и F<7,07 м2 удовлетворяет одноходовый теплообменник диаметром кожуха 159 мм с числом труб 25Ч2 мм n = 13.
Рис. 2. Схема вертикального бойлера
Скорость и критерий Рейнольдса для воды
где Sтр=0,5?10-2 м2 - проходное сечение трубного пространства;
Расчетное уравнение:
где еl - коэффициент, учитывающий влияние отношения длины трубы к ее диаметру; Prв и Prст.в - критерий Прандтля при температуре среды и при температуре стенки.
Так как температура стенки tст.в нам неизвестна, задаемся значением множителя =1,18 с последующей проверкой.
Nuв=0,021?137380,8?5,820,43?1,18?1=108.
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде:
3153 Вт/(м2?К).
Находим коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара к поверхности вертикальных труб по формуле:
где Аt - функция для воды; Н - высота труб, м; Дtконд - разность между температурой конденсации пара и температурой стенки со стороны пара, єС.
При ts = 119,6 єС Аt = 7234,4 [1, табл. 4.6]. Принимаем Н = 3 м. Получим:
Коэффициент теплопередачи К рассчитываем методом последовательных приближений.
Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение
,
где q - удельный тепловой поток, Вт/м2; Дtст - перепад температур на стенке, °С; Уrст - суммарное термическое сопротивление слоев загрязнений и стенки, м2·К/Вт; разность между температурой стенки со стороны воды и температурой воды, °С.
Принимаем термическое сопротивление загрязнений со стороны воды rз,в = 1/2900 м2·К/Вт; со стороны пара rз, конд = 1/5800 м2·К/Вт [1, табл. XXXI]. Коэффициент теплопроводности стали лст=46,5 Вт/(м?К) [1, табл. XXVIII].
Уrст = rз, в +дст/лст + rз, конд = 1/2900 + 0,002/46,5 + 1/5800 = 5,6·10-4 м2·К/Вт.
В первом приближении примем 15 °С. Тогда
конд= 11213,8=11213,8·15-0,25= 5698,1 Вт/(м2?К).
5698,1?15=85471,5 Вт/м2;
85471,5?5,6?10-4=47,86 град.;
=--92,1 - 15 - 47,86 = 29,24 град.;
3153?29,24 =92194 Вт/м2.
Расхождение 8% > 3%.
Во втором приближении примем 16 °С.
конд= 11213,8·16-0,25= 5606,9 Вт/(м2?К).
5606,9·16 =89710,4 Вт/м2;
89710,4?5,6?10-4=50,2 град.;
= 92,1- 16 - 50,2 = 25,9 град.;
3153?25,9 =81662,7 Вт/м2.
Расхождение 9% > 3%.
Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от разности температур между паром и стенкой и определяем (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур
15,4 °С;
конд= 11213,8·15,4-0,25= 5660 Вт/(м2?К).
5660·15,4 =87164 Вт/м2;
87164?5,6?10-4=48,81 град.;
= 92,1- 15,4 - 48,81 = 27,89 град.;
3153?27,89 =87937 Вт/м2.
Расхождение 0,9% < 3% - расчет коэффициентов теплоотдачи закончен.
Проверяем принятое значение :
tст.в = tв + = 27,5 + 27,89 = 55,39 єС;
Prст.в= 3,26 [1, табл. XXXIX];
= (5,82/3,26)0,25 = 1,156.
Было принято =1,18 - разница не превышает допустимого значения 3%.
Коэффициент теплопередачи:
Рассчитываем требуемую площадь поверхности теплопередачи:
5,96 м2.
Теплообменник с Н = 3 м имеет площадь поверхности теплообмена Fст = 3 м2. Значит, нам понадобится два таких аппарата.
Литература
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии/ Под ред. П.Г. Романкова - Л.: Химия, 1987.-576 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Значение воды для химической промышленности. Подготовка воды для производственных процессов. Каталитические процессы, их классификация. Влияние катализатора на скорость химико-технологических процессов. Материальный баланс печи для сжигания серы.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 18.01.2014Концентрация кремниевой кислоты в воде равнинных рек. Основные формы присутствия в воде кремниевой кислоты. Сорбционное обескремнивание воды. Установка магнезиального обескремнивания воды при высокой температуре. Ионообменные и сорбционные методы.
реферат [514,7 K], добавлен 09.03.2011Влияние температуры на скорость химических процессов, ее зависимость от концентрации реагирующих веществ. Закон действующих масс. Давление пара над растворами. Первый закон Рауля. Зависимость адсорбции от свойств твердой поверхности. Виды пищевых пен.
контрольная работа [369,4 K], добавлен 12.05.2011Понятие и расчет скорости химических реакций, ее научное и практическое значение и применение. Формулировка закона действующих масс. Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Примеры реакций, протекающих в гомогенных и гетерогенных системах.
презентация [1,6 M], добавлен 30.04.2012Зависимость химической реакции от концентрации реагирующих веществ при постоянной температуре. Скорость химических реакций в гетерогенных системах. Влияние концентрации исходных веществ и продуктов реакции на химическое равновесие в гомогенной системе.
контрольная работа [43,3 K], добавлен 04.04.2009Время осаждения частиц в вертикальном столбе воды. Изучение факторов, влияющих на процесс коагуляции. Применение флокулянта. Стадии и режимы известкования. Расчет дозы извести. Технологические показатели качества воды после коагуляции и известкования.
презентация [953,8 K], добавлен 10.12.2013Процесс выделения взвешенных частиц из воды при фильтровании. Образование порового канала слоя. Соотношение диаметров поры и зерна загрузки. Объем фильтрующей загрузки. Изменение концентрации взвеси в воде. Технология осветления воды на насыпных фильтрах.
презентация [200,4 K], добавлен 10.12.2013Влияние гидроксидов d-металлов на электрохимические характеристики и скорость диссоциации молекулы воды в биполярной мембране. Методы исследования: вольт-амперометрия, частотный спектр электрохимического импеданса. Расчёт эффективных констант скорости.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 30.12.2014Исследование требований, предъявляемых к питьевой воде, органолептических и токсикологических показателей. Анализ методики определения жесткости воды, содержания сухого остатка и хлоридов. Описания техники безопасности при работе с кислотами и щелочами.
курсовая работа [513,4 K], добавлен 15.06.2011Средняя плотность пара в ректификационной колонне. Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре, получаемой в кубе-испарителе, в водяном холодильнике кубового остатка, в водяном холодильнике дистиллята. Расчет удельных диаметров фланцев.
курсовая работа [170,7 K], добавлен 13.10.2011