I – ввод суспензии; II – вывод осветленной жидкости; III – вывод осадка
Решение. Производительность центрифуги определяется по формуле 1. Для этого сначала рассчитывается скорость осаждения частиц по формуле Стокса м/с μС = 0,8. 10-3 Па.с, ρС = 1000 кг/м3 – параметры воды соответственно динамический коэффициент вязкости и плотность при 300С. 2. Находится скорость осаждения частиц под действием центробежной силы м/с. 3. Проверяется режим осаждения Re < 0,2, режим ламинарный. 4. м3/ч, причем принимается η = 0,45; k =τП/ τЦ = 20/22 = 0,909. Контрольные вопросы к главе 3. Фильтрование. 1. Какие неоднородные системы разделяют фильтрованием? 2. Что является движущей силой фильтрования? 3. Какие конструкции фильтров периодического действия используются в пищевой промышленности? 4. Какие конструкции фильтров непрерывного действия используются в пищевой промышленности? 5. Что является движущей силой в фильтрующих центрифугах? Пример 1. Определить объем фильтрата, получаемого из GС = 30000 кг/ч сахарного сока, содержащего хТ = 18% (масс.) твердой фазы. Влажность получаемого осадка ω = 16% (масс.). Плотность получаемого фильтрата ρФ = 1100 кг/м3. Решение. 1. Определяется масса твердой фазы кг/ч. 2. Рассчитывается масса получаемого из нее влажного осадка кг/ч. 3. Находится масса получаемого фильтрата кг/ч. 4. Определяется объем фильтрата м3/ч м3/с. Пример 2. Определить удельное сопротивление осадка и фильтрующей перегородки, если при прохождении через фильтр 2 м3 фильтрата на фильтрующей перегородке отложилось 0,001 м3 осадка. Экспериментом найдены константы фильтрования: С= 1,40.10-3 м3/м2 и К =5,56.10-7 м2/с при ΔР = 0,2 МПа. Решение. 1. Определяется удельное сопротивление осадка из формулы или , где μ = 2. 10-3 Па.с – вязкость фильтрата; х0 = 0,001/2 = 0,0005 м3/м3 – объем осадка на 1 м3 фильтрата
1/м2. 2. Рассчитывается сопротивление фильтрующей перегородки из формулы или 1/м.
Контрольные вопросы к главе 4. Псевдоожижение. 1. Какое состояние слоя зернистого материала называют псевдоожиженным? 2. Какие явления характерны для слоя зернистого материала при скорости газа, равной скорости начала псевдоожижения? 3. Какие явления характерны для слоя зернистого материала при скорости газа, равной скорости уноса? 4. Чем реальные кривые псевдоожижения отличаются от идеальной кривой? 5. На что расходуется энергия газового потока при псевдоожижении слоя зернистого материала? Пример 1. Рассчитать скорость начала уноса частиц диаметром 0,8 мм в воздухе при температуре t = 1000С (для этих условий плотность воздуха ρ = 1,29 кг/м3, μ = 0,022. 10-3 Па.с), если плотность частиц ρТ = 1100 кг/м3. Решение. 1. Рассчитывается критерий Архимеда 2. Из критериального уравнения определяется ReУ . 3. А затем находится скорость уноса частиц м/с. Пример 2. Определить скорость начала псевдоожижения для частиц молочного сахара dЭ = 1 мм, находящихся в потоке воздуха при температуре t = 800С (для этих условий плотность воздуха 1,29 кг/м3, μ = 0,02. 10-3 Па.с). Плотность частиц ρТ = 1450 кг/м3. Решение. 1. Определяется критерий Архимеда 2. Из критериального уравнения находится Re0 3. После чего рассчитывается скорость начала псевдоожижения м/с. Контрольные вопросы к главе 5. Перемешивание. 1. С какой целью применяется перемешивание? 2. Какие существуют способы перемешивания в жидких средах? 3. Какие конструкции мешалок применяют в пищевой технологии? 4. От каких параметров зависит мощность, потребляемая мешалкой? 5. Почему в критериальное уравнение, описывающее процесс перемешивания, входят модифицированные критерия подобия? 6. Как определить мощность, потребляемую мешалкой?
Пример 1. С какой частотой будет вращаться пропеллерная мешалка диаметром d = =300 мм при перемешивании суспензии плотностью ρ = 1250 кг/м3, если потребляемая мощность в рабочий период NР = 7 кВт, ReМ = 800 (при этих условиях коэффициент мощности для пропеллерной мешалки будет равен 0,35). Решение. 1. Определяется частота вращения пропеллерной мешалки по формуле об/с. Пример 2. Рассчитать мощность, потребляемую турбинной мешалкой диаметром d = =300 мм в рабочий период, для перемешивания суспензии плотностью ρ = 1300 кг/м3, μ = 0,12 Па.с, если окружная скорость вращения мешалки ω = 7 м/с.
Рис. 3.5.1. Решение. 1. Рассчитывается частота вращения мешалки , отсюда об/с. 2. Определяется модифицированный критерий Re При данном значении ReМ и типе мешалки коэффициент мощности КN = =1,1. 3.Затем рассчитывается мощность, потребляемая турбинной мешалкой ; Вт.
Контрольные вопросы к главе 6. Обратный осмос и ультрафильтрация. 1. В чем сущность процессов обратного осмоса и ультрафильтрации? Что общего и в чем различие этих процессов? 2. Для каких целей применяют обратный осмос и ультрафильтрацию в пищевой технологии? 3. Какой процесс лежит в основе обратного осмоса? Что является движущей силой процессов обратного осмоса и ультрафильтрации? 4. Чем принципиально отличается ультрафильтрация от обычного фильтрования? 5. Какие мембраны используют в процессах обратного осмоса и ультрафильтрации? Какими свойствами должны обладать мембраны? 6. Какие конструкции аппаратов для проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации применяют в пищевых производствах? 7. В чем заключается расчет аппаратов? Тесты к модулю. 1. Является ли раствор неоднородной системой? Да. Нет. 2. Относятся ли процессы осаждения, фильтрования к гидромеханическим процессам? Да. Нет. 3. Возможно ли определение количество очищенного продукта и количество осадка из уравнения материального баланса? Да. Нет. 4. Возможно ли разделение неоднородной системы, содержащей тонкодисперсную фазу методом гравитационного осаждения? Да. Нет. 5. Влияет ли высота отстойника на его производительность? Да. Нет. 6. Повышается ли эффект разделения неоднородной системы при использовании отстойных центрифуг? Да. Нет.
7. Верно ли, что движущей силой процесса фильтрования является перепад давления до и после фильтрующей перегородки? Да. Нет. 8. Является ли только сопротивление фильтрующей перегородки сопротивлением процессу фильтрования? Да. Нет. 9. Верна ли формула для определения удельного сопротивления осадка: ? Да. Нет. 10. Верно ли, что кинетика изучает состояние равновесия? Да. Нет. 11. Действительно ли, что эффективность фильтрования в фильтрах выше, чем в фильтрующих центрифугах? Да. Нет. 12. Постоянно ли значение сопротивления слоя в период псевдоожижения? Да. Нет. 13. Отличаются ли реальные кривые псевдоожижения от идеальной кривой? Да. Нет. 14. Использование сжатого газа является ли одним из способов перемешивания в жидкой среде? Да. Нет. 15. Верна ли запись критериального уравнения, описывающая процесс перемешивания: ? Да. Нет. 16. Верно ли, что мощность, потребляемая мешалкой, зависит от плотности жидкости, вязкости жидкости, числа оборотов мешалки и диаметра мешалки? Да. Нет. 17. Отличается ли ультрафильтрация от обычного фильтрования? Да. Нет. 18. Верно ли, что мембранные процессы используют для очистки и концентрирования растворов? Да. Нет.
Модуль 4 Информационная карта
Контрольные вопросы к главе 1. Теплопередача. 1. Какие процессы относятся к тепловым? 2. Какие требования предъявляются к теплоносителям? 3. Какой процесс называется теплопередачей? 4. Каков физический смысл коэффициента теплопередачи? 5. Какой процесс называется теплоотдачей? 6. Какие критерия теплового и гидродинамического подобия входят в критериальное уравнение? 7. В чем заключаются особенности теплоотдачи при изменении агрегатного состояния теплоносителей? 8. Какая существует связь между коэффициентом теплопередачи и коэффициентами теплоотдачи? 9. Из каких величин складывается общее термическое сопротивление теплопередаче? 10. Что является движущей силой тепловых процессов? Как она рассчитывается? 11. Как записывается основная кинетическая закономерность тепловых процессов? Контрольные вопросы к главе 2. Нагревание, охлаждение, конденсация. 1. Какие известны методы нагревания в пищевой промышленности? 2. Какие способы нагревания насыщенным водяным паром применяют в производстве? 3. Из какого уравнения определяют расход греющего пара? 4. При каких условиях происходит конденсация паров? Укажите виды конденсации. 5. Из какого уравнения определяют расход охлаждающей воды и от чего он зависит? 6. Как классифицируются теплообменники по принципу действия? 7. На какие типы делятся рекуперативные теплообменники в зависимости от конструкции? 8. На какие типы делятся регенеративные теплообменники в зависимости от конструкции? 9. на какие типы делятся конденсаторы смешения? 10. В чем заключается конструктивный расчет теплообменника? 11. Чем различаются конструктивный и поверочный расчеты теплообменников? Пример 1. Определить необходимую поверхность теплопередачи одноходового кожухотрубного теплообменника для нагревания томатной массы в количестве G=4000 кг/ч от t1 = 200С до t2 = 900С водяным паром температурой tП = 1060С. Средняя теплоемкость массы С = 4000 Дж/кг.К, коэффициент теплопередачи К=800 Вт/ м2.К, потери тепла в окружающую среду 3%. Решение. 1. Определяется тепловая нагрузка теплообменника с учетом теплопотерь Вт. 2. Находится средняя движущая сила процесса
. Рис. 4.2.1. 3. Рассчитывается необходимая поверхность теплопередачи из основной кинетической закономерности ; ; м2. Пример 2. Определить коэффициент теплопередачи в процессе нагревания водяным паром температурой tП = 101,80С воды через вертикальную медную стенку толщиной δ = 2 мм и высотой 3 м, если tСТ = 58,20С, теплопроводность меди λСТ= 380 Вт/ м.К и коэффициент теплоотдачи от стенки к воде α2 = 800 Вт/ м2.К. Решение. 1. Рассчитывается температура пленки конденсата . 2. Определяется коэффициент теплоотдачи α1 при конденсации водяного пара , где λ – теплопроводность пленки конденсата, Вт/ м.К; ρ – плотность конденсата, кг/м3; r – теплота конденсации, Дж/кг; H – рабочая высота вертикальной трубки, м; μ – динамический коэффициент вязкости конденсата Па.с; Δt(tПЛ) – разность температур пара и стенки, К. Параметры λ, ρ, μ выбираются из таблицы физических свойств воды по температуре пленки. Параметр r – из таблицы термодинамических свойств водяного пара. Но так как, у нас температура пленки tПЛ <1200С, то для определения коэффициента теплоотдачи α1 можно воспользоваться формулой: Вт/ м2.К. 3. Находится коэффициент теплопередачи Вт/ м2.К. Контрольные вопросы к главе 3. Выпаривание. 1. В чем заключается процесс выпаривания? 2. Какими методами в промышленности осуществляют выпаривание? 3. Из какого уравнения определяется расход греющего пара? 4. Чем отличается полезная разность температур от общей разности? 5. За счет чего происходит экономия греющего пара в многокорпусных выпарных установках? 6. В чем заключается расчет выпарных установок? 7. Какие конструкции выпарных установок применяют в промышленности? Пример 1. На выпаривание поступает G1 = 25000 кг/ч раствора концентрацией твердого вещества в нем х1 = 28% (масс.). Конечная концентрация раствора х2 = =40% (масс.). Определить количество выпаренной воды и упаренного раствора. Теплопотери не учитывать. Решение. 1. Количество выпаренной воды вычисляется по формуле кг/ч. 3. Количество упаренного раствора составит кг/ч. Пример 2. Определить расход теплоты и греющего пара на выпаривание раствора в количестве G1 = 20000 кг/ч, его начальная концентрация х1 = 25% масс., конечная х2 = =45% масс. Температура поступающего раствора t1 = 400С, температура кипения раствора t2 = 850С, удельная теплоемкость раствора 3450 Дж/кг.К. Давление в аппарате РВТ = 0,019 МПа. Давление греющего пара РГ = 0,14 МПа. Решение. 1. Масса выпаренной воды находится по формуле кг/ч. 2. Масса упаренного раствора определяется по формуле ; кг/ч. 3. Расход теплоты на выпаривание определяется из уравнения , где ιВТ = 2358. 103 Дж/кг.К выбирается из таблиц термодинамических свойств водяного пара (РВТ = 0,019 МПа). Вт. 4. Расход греющего пара находится по формуле кг/с кг/ч. где СВ =4190 Дж/кг.К – удельная теплоемкость воды; r = 2208. 103 Дж/кг - теплота парообразования греющего пара, выбирается из таблицы термодинамических свойств по давлению Рr. Тесты к модулю. 1. Верно ли, что процесс выпаривания относится к теплообменным процессам? Да. Нет. 2. Верна ли запись формулы основного уравнения теплопередачи для установившегося процесса: ? Да. Нет. 3. Является ли обратная величина коэффициента теплопередачи термическим сопротивлением процессу теплопередачи? Да. Нет. 4. Существует ли связь коэффициента теплопередачи с коэффициентами теплоотдачи? Да. Нет. 5. Верно ли, что движущей силой теплообменных процессов является разность концентраций? Да. Нет. 6. Является ли нагревание топочными газами одним из методов? Да. Нет. 7. Верно ли, что для нагревания водяным паром предпочтение отдается перегретому пару? Да. Нет. 8. Верно ли, что из уравнения теплового баланса определяется расход теплоносителя? Да. Нет. 9. Верно ли, что барометрический конденсатор используется для создания вакуума? Да. Нет. 10. Верно ли, что концентрированию выпариванием подвергаются растворы, в которых жидкость растворена в жидкости? Да. Нет. 11. Использование многокорпусной выпарной установки приводит ли к экономии греющего пара? Да. Нет. Модуль 5 Информационная карта
Контрольные вопросы к главе 1. Основы массопередачи. 1. Какие признаки объединяют все массообменные процессы? 2. В каком направлении протекают массообменные процессы? Как выражается движущая сила процесса? 3. Каков физический смысл коэффициентов массопередачи и массоотдачи? Какая существует между ними связь? 4. Что характеризуют рабочая и равновесная линии процесса? 5. Какими законами описывается перенос вещества из ядра потока к поверхности раздела фаз? 6. Какой закон описывает молекулярную диффузию? 7. Как записывается критериальное уравнение массообменных процессов? 8. Как записываются уравнения для определения средней движущей силы? 9. Как рассчитываются основные размеры массообменных процессов? Контрольные вопросы к главе 2. Абсорбция. 1. Какова сущность процесса абсорбции? 2. Какие рассматриваются законы при изучении условий равновесия в процессе абсорбции? Как записывается уравнение равновесной линии? 3. Как записывается уравнение материального баланса? 4. На основе какого уравнения выводится уравнение рабочей линии процесса абсорбции? 5. Что является движущей силой абсорбции? Как определяется средняя движущая сила? 6. Как записывается основная кинетическая закономерность процесса абсорбции и что из неё определяется? 7. Какие критериальные уравнения используются для расчета коэффициента массоотдачи? 8. Какие конструкции абсорберов применяются в промышленности?
Пример 1. В производстве кукурузного крахмала из смеси воздуха и двуокиси серы (SO2) в количестве G = 0,3 кг/с, содержащей двуокиси серы уН = 48% (масс.), двуокись серы поглощается водой. Содержание SO2 в воде на входе в абсорбер хН = 0 и на выходе из него 2,5% (масс.). Степень извлечения SO2 из газа – 85%. Определить расход воды на поглощение SO2. Решение. 1. Рассчитываются относительные массовые составы жидкости и газа на входе в аппарат и выходе из него по формулам ; .
Жидкая фаза: на входе в абсорбер на выходе из абсорбера кг SO2/кг воды.
Газовая фаза: на входе в абсорбер кг SO2/кг воздуха на выходе из абсорбера кг SO2/кг воздуха. 2. Определяется количество SO2,поглощаемое водой в абсорбере (М, кг) кг/с. 3. Расход воды на поглощение SO2 находится из уравнения материального баланса
|
|
|