Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Теоретические основы массообменных процессов




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

 

  № последней цифры зачетной книжки
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Номера задач             I 2    
                   
                   
  № предпоследней цифры зачетной книжки
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Номера задач                    
                   

 

 

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

 

Величины и их размерность Последняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
υ, м/с 0,6 1,5 0,8 1,8 0,4   1,2     0,7
t, °C                    
Величины и их размерность Предпоследняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
l, м                    
h, м 1,5 1,8 1,6 1,2 1,9   0,8 1,4 1,3 1,7
Материал соль сахарная пудра мука крахмал сода
ρ, кг/м3          

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

 

Величины и их размерность Последняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
d, мм 1,3 1,0 1,2 0,9 2,0 1,5 1,7 2,1 1,9 1,8
Величины и их размерность Предпоследняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Материал соль сода крахмал мука сахарная пудра
ρ, кг/м3          
t, °C                    

 

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

 

Величины и их размерность Последняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Тип циклона ЦН-11 ЦН-15 ЦН-15У ЦН-24 СКЦН-33
ζ          
G, кг/ч                    
t, °C                    
Продолжение таблицы 4  
Величины и их размерность Предпоследняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
d, мкм                    
ρ ч, кг/м3                    

 

 

Таблица 5 - Соотношение размеров в долях диаметра цилиндрической

части D для циклонов ЦН

 

Наименование размеров Тип циклона
ЦН-11 ЦН-15 ЦН-15У ЦН-24 СКЦН-33
Внутренний диаметр выхлопной трубы 0,59 0,59 0,59 0,59 0,34
Диаметр пылевы-пускного отверстия 0,3 0,3 0,4 0,3 0,23
Высота входного патрубка 0,48 0,66 0,66 1,11 0,535
Ширина входного патрубка 0,2 0,2 0,2 0,2 0,21
Угол наклона входного патрубка 11° 15° 15° 24°
Высота выхлопной трубы 1,56 1,74 1,51 2,11 0,515
Высота цилиндри-ческой части корпуса 2,08 2,26 1,51 2,11 0,66
Высота конической части корпуса 2,0 2,0 1,5 1,75 2,11

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

 

Величины и их размерность Последняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Тип мешалки Трехлопастная пропеллерная Закрытая турбинная со статором Двухлопастная Четырех-лопастная
D, m 1,2 1,5 1,8   1,4 1,6 1,1 1,3 0,6 0,8
D/d м   3,1 3,5 2,2 2,4 2,5   3,2 2,8  
Тип аппарата С 4 мя отражательными перегородками Без перегородок С 4 мя отражательными перегородками Без перего-родок
Величины и их размерность Предпоследняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
t, ºС                    
n, об/мин                    
х, кг/кг 0,15 0,08 0,07 0,09 0,06 0,18 0,2 0,23 0,1 0,13
                       

 

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

 

Величины и их размерность Последняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Р абс, МПа 0,18 0,26 0,2 0,22 0,24 0,1 0,13 0,12 0,17 0,11
G п, кг/с 2,2 1,25 2,5 1,6 1,8 0,15 0,25 0,35 0,15 0,6
Охлажда-ющий агент вода воздух
t 1, °C                    
t 2, °C                    
Величины и их размерность   Предпоследняя цифра шифра    
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
α 1, Вт/(м2·К)                    
α 2, Вт/(м2·К)                    

 

 

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 2·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

 

 

 

Величины и их размерность Последняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
G сп, кг/с                    
, °С                    
, °С                    
t ст, °С                    
Величины и их размерность Предпоследняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
, °С                    
, °С                    
α 1, Вт/(м2·К)                    

 

 

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

 

 

 

Величины и их размерность Последняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
G н, кг/ч                    
х 1, %                    
Р 1, МПа 0,09 0,085 0,1 0,11 0,12 0,13 0,08 0,09 0,095 0,11
Р абс, МПа 0,18 0,15 0,2 0,22 0,24 0,26 0,13 0,16 0,17 0,19
Величины и их размерность Предпоследняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
t н, °C                    
F, m2                    
k, Вт/(м2·K)                    

 

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

 

Величины и их размерность Последняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
G к, кг/ч                    
х 1, %                    
х 2, %                    
D, кг/с 0,85 0,39 0,69 1,18 0,79 0,7 2,5 2,06 0,732 1,05
Величины и их размерность Предпоследняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
t 1, °С                    
t кип, °С                    
                                   

 

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

 

 

 

Величины и их размерность Последняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
G сух, кг/с 1,1 1,3 1,5 2,2 1,8   2,4 2,6 2,8  
φ 0, %                    
t 0, °C                    
Величины и их размерность Предпоследняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
, %                    
, %                    
φ 2, %                    
t 2, °C                    

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

Величины и их размерность Последняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
G кон, кг/ч                    
u н, %                    
u k, %                    
t 0, °С                    
t р, °С                    
Величины и их размерность Предпоследняя цифра шифра
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
h 2, кДж/кг                    
t2, °С                    
Р абс, МПа 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,0 0,9
k, Вт/(м2·K)                    

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

 

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...