Теоретические основы массообменных процессов
⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3 Классификация массообменных процессов: сорбция, экстракция, сушка, ректификация, растворение, кристаллизация. Механизм массопереноса: в подвижной среде, в неподвижной среде, в системах с твердой фазой и без нее. Правило фаз. Линия равновесия и рабочая линии. Направление и скорость массопередачи. Молекулярная диффузия, I закон Фика. Дифференциальное уравнение конвективной диффузии, критерии подобия и критериальные уравнения массообмена. Уравнения массоотдачи и массопередачи, связь между коэффициентами. Средняя движущая сила массообменных процессов. Методы интенсификации процессов.
Сорбционные процессы Сущность и назначение процессов абсорбции. Статика и кинетика процесса. Закон Генри и Рауля. Построение рабочей линии массообменного процесса. Типы абсорберов. Сущность и назначение процессов адсорбции. Статика и кинетика процесса. Расчет высоты насадки в массообменном аппарате. Понятие высоты единицы переноса (ВЕП) и число единиц переноса (ЧЕП). Типы адсорберов. Ректификация Простая перегонка. Перегонка с дефлегмацией паров. Понятие флегмового числа. Определение минимального флегмового числа. Ректификация. Физическая сущность и назначение процессов ректификации. Материальный баланс. Уравнение рабочих линий укрепляющей и исчерпывающей части ректификационной колонны. Типы ректификационных колонн. Азеотропные смеси. Азеотропная, экстрактивная ректификация. Молекулярная дистилляция.
Экстракция Физическая сущность и назначение процесса экстракции. Основы теории экстрагирования. Экстракция из твердых тел. Диффузия экстрагируемого вещества из внутренних слоев к наружным. Переход экстрагированного вещества с поверхности в растворитель. Аппаратурное оформление процесса экстракции, пути его интенсификации.
Кристаллизация Основы теории кристаллизации. Области применения в пищевой промышленности. Зарождение и рост кристаллов. Массовая кристаллизация. Кинетика процесса. Материальный и тепловой балансы процесса кристаллизации. Способы кристаллизации. Получение пересыщенного раствора путем охлаждения, испарение растворителя. Аппараты для проведения процесса кристаллизации.
Сушка Общая характеристика процесса. Способы обезвоживания. Свойства влажных материалов. Виды связи влаги с материалами: химическая, физико-химическая и механическая. Свободная и связанная влага. Статика сушки. Равновесная, гигроскопическая влажность материалов. Кинетика процесса сушки, движущая сила процесса. Термо-бародиффузия влаги. Кривые сушки и скорости сушки. H-d -диаграмма. Теоретический и реальный процесс сушки. Способы ведения процесса конвективной сушки, графическое изображение, определение основных параметров процесса. Основные аппараты для конвективной сушки продуктов. Барабанные сушилки. Сушилки с псевдоожиженным слоем. Распылительные и вихревые сушилки. Материальный и тепловой балансы процесса конвективной сушки. Методика расчета конвективных сушилок. Способ интенсификации процесса сушки и снижение энергозатрат на его проведение. ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
В соответствии с учебными планами студенты полной и сокращенной заочной формы обучения специальности 1–49 01 01 – Технология хранения и переработки растительного сырья выполняют одну контрольную работу, которая состоит из пяти задач. Номера задач к контрольной работе выбираются из таблицы 1 по двум последним цифрам зачетной книжки. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.
Таблица 1 - Номера задач к контрольной работе
При выполнении контрольных работ необходимо соблюдать следующие требования. 1. Контрольные работы должны выполняться самостоятельно, после проработки соответствующих разделов курса по учебникам, рекомендованным в списке литературы. 2. Перед решением задач необходимо тщательно разобрать условие задачи и выписать цифровые данные по последней и предпоследней цифре шифра зачетной книжки. 3. Контрольные работы должны быть оформлены на стандартных листах формата 210х297мм со штампами, предусмотренными ГОСТом, либо в отдельной тетради. 4. При оформлении необходимо полностью написать условие задачи, начертить схему аппарата, показав стрелками движение потока жидкостей, пара, воздуха и т.д. Контрольная работа должна быть закончена списком использованной литературы и подписана студентом. 5. Решение задач должно сопровождаться краткими, но исчерпывающими пояснениями. Нельзя списывать дословно отдельные страницы учебников. Во всех случаях, где это необходимо, решение задач и ответы следует иллюстрировать схемами и графиками. 6. Решение задач необходимо выполнять сначала в буквенных выражениях, после чегоподставлять вместо букв числовые значения и производить вычисления. Следует указывать наименования и размерность всех определяемых величин. 7. В тех случаях, когда требуется построить процессы в H-d -диаграмме, последние должны быть построены в масштабе на отдельных листах или скопированы с печатных диаграмм.
ЗАДАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ И УКАЗАНИЯ ПО ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАЧА 1 Определить размер наименьших частиц пыли плотностью ρ, осаждающихся в воздуховоде длиной l квадратного сечения высотой h при линейной скорости воздуха υ. Температура воздуха t. Принять теоретическую скорость осаждения частиц в 1,8 раза больше действительной. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 2.
Таблица 2 – Исходные данные к задаче 1
ЗАДАЧА 2 Определить необходимую скорость воздуха в вертикальной трубе пневмотранспорта, чтобы обеспечить перемещение частиц плотностью ρ с наибольшим диаметром d. Температура газа t. Скорость газа принять на 25% больше скорости витания частиц. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 3.
Таблица 3 – Исходные данные к задаче 2
ЗАДАЧА 3 Рассчитать циклон для улавливания частиц пыли из воздуха в системе пневмотранспорта по следующим данным. 1. Массовый расход запыленного воздуха, кг/ч - G 2. Температура воздуха, °С - t 3. Наименьший диаметр улавливаемых частиц, мкм - d 4. Коэффициент сопротивления циклона - ζ 5. Плотность частиц, кг/м3 - ρ ч Определить 1. Условную скорость воздуха в цилиндрической части циклона (υ усл). 2. Диаметр циклона (D). 3. Минимально необходимое время пребывания частиц материала в циклоне (τ мин). 4. Гидравлическое сопротивление циклона (ΔР). 5. Конструктивные размеры циклона. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 4.
Указания к решению задачи 3 1. Изобразите схему циклона. Дайте описание конструкции и поясните принцип работы циклона. 2. Определите условную скорость воздуха в цилиндрической части циклона, задавшись отношением потери давления в циклоне к плотности среды (воздуха) = 400÷700, по формуле . 3. Определите диаметр циклона D. 4. Определите конструктивные размеры циклона по соотношениям, приведенным таблице 5. 5.Определите минимально необходимое время пребывания частиц материала в циклоне: τ мин= L / ω ос. где L – длина пути, проходимого газовым потоком в циклоне, м, (принять количество оборотов газового потока в циклоне примерно равным двум периметрам диаметральной части циклона L = 2 πD); ω ос – скорость осаждения частицы в поле центробежной силы, м/с. Для ламинарного режима осаждения (Re <2):
,
где υ oкр – окружная скорость воздуха в циклоне, м/с, (принять равной скорости во входном патрубке циклона). Таблица 4 – Исходные данные к задаче 3
Таблица 5 - Соотношение размеров в долях диаметра цилиндрической части D для циклонов ЦН
ЗАДАЧА 4
Определить установочную мощность электродвигателя мешалки, установленной в аппарате для приготовления раствора соли, по следующим данным. 1. Диаметр аппарата, м - D 2. Отношение диаметра аппарата к диаметру мешалки - D/d м 3. Частота вращения мешалки, об/мин - n 4. Массовая доля соли в растворе, кг/кг - х 5. Плотность соли ρ, кг/м3 - 2350 6. Температура раствора, °С - t Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 6.
Таблица 6 – Исходные данные к задаче 4
Указания к решению задачи 4 1. Изобразите схему аппарата для перемешивания. 2. Определите диаметр нормализованной мешалки из соотношения D/d м. 3. Рассчитайте значение центробежного критерия Рейнольдса Re ц. 4. Для заданного типа мешалки определите критерий мощности K n по графику, приведенному в [1]. 5. Определите полезную мощность, затрачиваемую на перемешивание N. 6. Определите пусковую мощность электродвигателя мешалки N пуск при условии, что пусковая мощность в 2÷3 раза превышает полезную. 7. Определите установочную мощность электродвигателя мешалки N уст, приняв к.п.д. привода 0,9÷0,96 и запас мощности 20÷30%.
ЗАДАЧА 5
Требуется сконденсировать насыщенный водяной пар в количестве G п при абсолютном давлении Р абс охлаждающим агентом, температура которого повышается от t 1 до t 2. Коэффициент теплоотдачи для конденсирующегося пара α 1, для охлаждающего агента α 2. Конденсат отводится при температуре конденсации. Толщина теплопередающей стенки δ ст = 3 мм. Толщина водного камня со стороны пара и воды δ = 1 мм. Определить расход охлаждающего агента и требуемую поверхность теплообмена. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 7.
Таблица 7 – Исходные данные к задаче 5
ЗАДАЧА 6 Этиловый спирт (100%) в количестве G сп нагревается в трубном пространстве одноходового горизонтального кожухотрубчатого теплообменника от до . Противотоком в межтрубном пространстве течет вода, которая охлаждается от до . Теплообменник с диаметром кожуха 600 мм состоит из 261 стальной трубы Ø25x2 мм. Коэффициент теплоотдачи для воды α 1, суммарная тепловая проводимость стенки и обоих загрязнений стенки (м2·К)/Вт, средняя температура поверхности загрязнения, соприкасающейся со спиртом, t ст. Определить расход воды и требуемую поверхность теплообмена. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 8.
Таблица 8 – Исходные данные к задаче 6
ЗАДАЧА 7 Сахарный раствор в количестве G н с содержанием сухих веществ x 1 подвергается сгущению в выпарном аппарате при абсолютном давлении Р 1. Давление греющего пара Р абс. Поверхность теплопередающей поверхности выпарного аппарата F, коэффициент теплопередачи k. Температура исходного раствора при поступлении на выпаривание t н, теплоемкость с =3626 Дж/(кг·К). Определить расход концентрированного сахарного раствора G кон, его концентрацию х 2 и расход греющего пара D при степени сухости 0,94. Тепловыми потерями пренебречь. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 9.
Указания к решению задачи 7 1. Изобразите схему выпарного аппарата и опишите принцип его работы.
Таблица 9 – Исходные данные к задаче 7
ЗАДАЧА 8 В выпарном аппарате сгущается паточный раствор от концентрации сухих веществ x 1 до х 2. Производительность по упаренному раствору G кон. Начальная температура раствора t 1, температура кипения t кип. Удельная теплоемкость раствора с =3685 Дж/(кг·К). Потери тепла в выпарном аппарате в окружающую среду составляют 10% от полезно используемого количества теплоты, т.е. от суммы Q нагр+ Q исп. Определить давление греющего пара Р абс, МПа, при его расходе D и влажности 5%. Теплотой концентрирования (дегидратации) при расчете пренебречь. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 10.
Указания к решению задачи 8 1. Изобразите схему выпарного аппарата и опишите принцип его работы. Таблица 10 – Исходные данные к задаче 8
ЗАДАЧА 9 При производительности сушилки по сухому материалу G сух продукт высушивается от начальной влажности до конечной (по абсолютно сухому материалу). Параметры воздуха до калорифера t 0, φ 0, после сушилки t 2, φ 2. Определить расход воздуха, количество теплоты и к.п.д. теоретической сушилки. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 11.
Указания к решению задачи 9 1. Построить процессы в H-d -диаграмме. 2. Определить параметры, соответствующие состоянию воздуха до и после калорифера.
Таблица 11 – Исходные данные к задаче 9
ЗАДАЧА 10
В сушилке производительностью G к (по высушенному материалу) высушивается материал от начальной влажности u н до конечной u к (считая на общую массу). Температура воздуха, поступающего в калорифер, t 0,, а его точка росы t р. Процесс теоретической сушки протекает при энтальпии h 2, температура воздуха на выходе из сушилки t2. Определить расход греющего пара и поверхность нагрева калорифера, если давление (абсолютное) греющего пара Р абс и влажность 5%, а коэффициент теплопередачи в калорифере k. Сумма всех потерь теплоты составляет 15% от расхода теплоты в теоретической сушилке. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 12.
Указания к решению задачи 10 1. Построить процессы в H-d -диаграмме. 2. Определить параметры, соответствующие состоянию воздуха до и после калорифера.
Таблица 12 – Исходные данные к задаче 10
Литература 1. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. – 14-е изд., стереотип., перепечатка с издания 1987 г. – М.: Альянс, 2007. – 575 с. 2. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов / А.Г.Касаткин. – 12-е изд., стереотип., доработ., препечатка с 9-го изд. 1973 г. – М.: Альянс, 2005. – 750 с. 3. Процессы и аппараты пищевых производств: учебник для вузов / Ю.М. Плаксин, Н.Н. Малахов, В.А. Ларин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 2006. – 760 с. 4. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебное пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1991. – 493 с. 5. Процессы и аппараты пищевых производств (теория и расчеты): учебное пособие / Ю.В. Красовицкий, Н.С. Родионова, А.В. Логинов. – Воронеж: Воронежская государственная технологическая академия, 2004. – 307 с. 6. Процессы и аппараты химической технологии. В 2-х Ч.: учебник для вузов / Ю.И. Дытнерский. – М.: Химия, 1995. 7. Процессы и аппараты пищевых производств: учебник для вузов / В.Н. Стабников, В.М. Лысянский, В.Д. Попов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1985. – 510 с. 8. Расчеты и задачи по процессам и аппаратам пищевых производств / С.М.Гребенюк, Н.С Михеева, Ю.П. Грачев и др. – М.: Агропромиздат, 1987. – 304 с. 9. Основы проектирования процессов и аппаратов пищевых производств: учебное пособие / И.В. Стахеев. – М.: Вышэйшая школа, 1972. – 301 с. 10. Методы расчетов процессов и аппаратов пищевых производств: учебное пособие / Н.Е. Федоров. – М.: Пищевая промышленность, 1966. – 292 с. 11. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие / И.Л. Иоффе. – Л.: Химия, 1991. – 352 с. 12. Процессы и аппараты пищевой технологии: учебник для вузов / Г.Д. Кавецкий, Б.В.Васильев. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 2000. – 552 с. 13. Интенсификация тепло- и массообмена при сушке пищевых продуктов / В.Е. Кулакова, А.Н. Богатырев. – М.: Агропромиздат, 1987. – 236 с. 14. Теплофизические характеристики пищевых продуктов / А.С. Гинзбург, МЛ. Громов, Г.И. Красовская. – М.: Пищевая промышленность, 1982. – 288 с. 15. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов / Н.А. Чубик, А.М. Маслов. – М.: Пищевая промышленность, 1970. – 184 с.
Учебное издание
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|