Тема: «Фильтрование»
Задача №1
Определить скорость промывки осадка (м/мин) на фильтровальной перегородке, если конечная скорость фильтрования Сф=7*10-2 м3/м2*мин, вязкость фильтрата μф=1*10-3 Па*с, вязкость промывной жидкости μпр=0,7*10-3 Па*с. Для режима ∆р=const.
Ответ:
Задача №2
Определить удельное сопротивление несжимаемого осадка, если известно, что при толщине слоя осадка 10 мм и перепаде давления 0,1 МПа скорость фильтрования равна 0,02 м/с.
Ответ:
Задача №3
Определить площадь фильтрования фильтра, работающего в режиме jф=const, если при продолжительности фильтрования 10 мин получено фильтрата 20м3. Давление фильтрования ∆Р=8 кгс/см2, толщина осадка l=20 мм, удельное сопротивление осадка r=4,8*109 кгс*с/м4. Сопротивлением фильтрующей перегородки можно пренебречь.
Ответ: 40 м2
Задача №4.
Определить массовую производительность по суспензии, фильтрату и осадку фильтрующей центрифуги периодического действия за цикл и рассчитать центробежный фактор, размеры барабана центрифуги. D=800мм, Dвнутр=400 мм, h=600мм, ρсусп=1300 кг/м3, n=800 об/мин, Х=0,4, влажность осадка 30%.
Дано: D=0,8 м, dб=0,4м, h=0,6 м, ρсм=1300 кг/м3, n=800 об/мин, Хф=0, Хисх=0,4, Вос=0,3, Хос=0,7.
Найти:Gисх=?, Gос=?, Gф=?, Kц=?.
Решение: 1.
1) Gисх∙Хисх= Gос ∙Хос+Gф∙Хф
Gисх=Gос+Gф, Vр= ∙(D2-dб2)∙ H
Vp=3,14/4∙(0,82-0,42) ∙0,6=0,23 м3
Gисх= Vр∙ρсусп= 0,23∙1300=300 кг
300∙0,4=Gос∙0,7+Gф∙0
Gос=171,4 кг
2) Gф=Gисх-Gос=300-171,4=128,6 кг
3) Кц= =4∙π2∙n2∙(D/2)/g=21.
Ответ: Gисх=300 кг; Gос=171,4 кг; Gф=128,6 кг; Кц=21
Задача №5.
Производительность барабанного вакуум-фильтра G=400 кг/ч водной суспензии, содержащей 12% масс. Твердой фазы с плотностью 2200 кг/м3. Влажность полученного осадка 20%, от содерж. тв. фазы в фильтрате 0,05%. Определить объемную производительность фильтра по осадку и фильтрату.
Дано: Gисх=400кг/ч, ρтв=2200 кг/м3, Хисх=12%=0,12, Вос=20%=0,2 =>Хос=0,8
Хф=0,05%=0,0005
Найти:Vф=?, Vос=?.
Решение: 1. Gисх∙Хисх=Gос∙Хос+Gф∙Хф, 400 ∙0,12=Gос∙0,8+(Gисх-Gос) ∙0,0005
Gос(0,7995)=47,8 кг/ч, Gф=Gисх-Gф=400-59,8=340,2кг
2. 1/ρос= +
, 1/ρос=
+
, ρос=1786 кг/м3
1/ρф= +
, ρф=1000 кг/м3.
3. Vос=Gос/ ρос =59,8/1786=0,033 м3,Vф=340,2/1000=0,34 м3
Ответ: Vос=0,033 м3 , Vф=0,34 м3.
Задача №6
Определить среднюю производительность равного фильтра-пресса, имеющего 40 рам размером 1000х1000х40 мм, конечное давление фильтрований отношение объема осадка к объему фильтрата 0,2. Время промывки и вспомогательных операций составляет 30 мин.
Дано:
n=40
Найти
Решение
Ответ:
Тема: «Осаждение»
Задача №7
Определить объемную производительность за цикл отстойной центрифуги периодического действия по осадку, имеющей диаметр барабана 400 мм, высоту – 400 мм, коэффициент заполнения барабана – 0,4
Ответ:
Задача №8.
Определить массу и объем осветленной жидкости и осадка при отстаивании Gисх =100 т\ч жидкой суспензии, содержащей Хисх =5% массов. частиц песка с плотностью 2600 кг\м3. Концентрация частиц в осадке Хос=60 масс %. Осветленная жидкость не содержит твердых частиц.Хф=0, ρв=1000 кг(Найти: Gф=? Gос=?
Vф =? Vос =?)
Решение: 1. Gсм∙Хсм=Gос∙Хос+Gф∙Хф
Gсм=Gос+Gф
100∙0,05=Gос∙0,6+Gф∙0
5=Gос∙0,6, →Gос=8,3 т/ч.
Gф=Gсм-Gос=100-8,3=91,7 т/ч
1/ρ=[м3/кг], →1/ρсмос= +
=
+
=6,31∙10-4.
ρос=1600 кг/м3.
ρф=ρв=1000 кг/м3
1. Vос=Gос/ρос= 8,3∙103/1600=5,19 м3
Vф=Gф/ρф=91,7∙103/1000=91,7 м3.
Ответ: Gф=91,7 т/ч; Gос=8,3 т/ч; Vф=91,7 м3; Vос=5,19 м3.
Задача №9.
Определить диаметр механизма отстойника непрерывного действия производительность 30 т/ч водной суспензии, содержащей 4% масс. твердых фазы с ρ=2200 кг/м3. Наименьший диаметр частиц dт=8 мкм. Осаждение происходит в ламинарном режиме.
Дано: µж=10-3Па∙с, Gисх=30 т/ч=8,3 кг/с, Хисх=0,04, dт=8∙10-6 м, ρ=2200 кг/м3.
Найти: D=?
Решение: 1. V=F∙wос, Vос=
∙(ρт-ρв) – скорость осаждения при ламинарном режиме отстаивания, скорость Стокса, wос=
∙(2200-1000)=4,3∙10-6 м/с.
2.Объемная производительность:V= Gисх/ρсм, 1/ρсм= +
, 1/ρсм =
= 9,8∙10-4
V=8,3∙9,8∙10-4=81,3∙10-4 м3.
3. F=V/wос= = 19∙102 м2.
D≈ =49м.
Ответ: D=49 м.
Задача №10.
Определить максимальную скорость осаждения твердых частиц диаметром 2мкм в отстойной центрифуге. Плотность жидкости 1000 . Динамический коэффициент вязкости
. Режим осаждения – ламинарный. Во сколько раз произойдет быстрее осаждение данных частиц в центрифуге, чем в отстойнике.
Дано: ;
;
;
;
; Найти:
Решение:
Дополнительно:
Ответ: ;
Тема: «Циклонирование»
Задача 11.
Определить диаметр циклона, в котором очищается от пыли 300 кг/ч дымовых газов, коэффициент сопротивления циклона 105. Отношение ∆р/ρгаза=750 м2/с2. Плотность дымовых газов 1,2 кг/м3.
Дано: Gисх=300 кг/ч, ξ=105, ∆р/ ρгаза=750 м2/с2, ρгаза=1,2 кг/м3.
Найти: Dц.
Решение: 1. ∆р=ξ∙ , Wусл=
=
=3,8 м/c.
2. V= ∙Wусл, V=Gисх/ρ=2500/3600=0,07
3.D= =0,15 м.
Ответ: D=0,15 м.
Задача №12.
Поссчитать число элементов батарейного циклона, предназначенного для очистки 7800 м3/г газа от пыли. Перепад ∆р=400Па, ξ=90, D=150 мм, ρгаза=0,6 кг/м3.
Дано: Vисх=7800 м3/г, ∆р=400Па, ξ=90, D=150 мм=0,15 м, ρгаза=0,6 кг/м3.
Найти: n=?.
Решение: 1. ∆р=ξ∙ , Wусл=
=3,85 м/c.
2.Wусл∙F=Vц’, Vц’=3,85∙ ∙3600= 244,8 м3. Vисх=Vц’∙n, n=Vисх/Vц’=7800/244,8≈32.
Ответ: n=32.
Тема: «Перемешивание»
Задача №13.
Определить интенсивность перемешивания и мощность, потребляемую при перемешивании 250 л. воды мешалкой диаметром 200 мм., если число оборотов мешалки 600 , плотность перемешиваемой среды 1000
а критерий мощности мешалки (модифицированный критерий Эйлера) равен 10.





Найти: N-? J-?
Решение:
Ответ: ;
Тема: «Распределение температуры в стенке»
Задача № 14
Температура жидкости в теплообменнике 880. Температура наружного воздуха 250. Толщина стенки теплообменника 20 мм., изоляции 50 мм. Теплопроводность стенки 4 ., изоляции 0,2
., коэффициент теплоотдачи от жидкости к внутренней стенки аппарата составляет 100
.,от поверхности изоляции к воздуху 20 Вт/м2*К. Определить термическое сопротивление теплопередачи, разность температуры между внешним слоем изоляции и наружным слоем
Дано: ;
;
;
;
;
;
;
; Найти: R-? t2-tн-?
Решение

Ответ: R=0,32 м2*К/Вт;
Задача № 15
;
;
;
;
;
; Найти:
?
Решение
Ответ:
ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Тема: «Нагревание»
Задача №16



Дано:
;
;
;
;
; Найти: D-? F-?
Решение
1)
2)
Ответ: D=0,26 кг/с; F=4,7 м2
Тема: «Конденсация»
Задача №17
Определить расход охлаждающей воды и поверхности теплообмена поверхностного конденсатора, в котором конденсируется 800 сероуглерода, температура кипения сероуглерода 460, а удельная теплота парообразования 350
. Коэффициент теплопередачи от конденсирующих паров сероуглерода к охлаждающейся воде
вода нагревается от 100 до 400
дано:






Найти Gвода-?F-?
РЕШЕНИЕ
Поверхностная конденсация – конденсация, при которой конденсирующиеся пары и охлаждающий агент разделены стенкой и конденсация паров происходит на внутренней или внешней поверхности холодной стенки
Ответ: ;
Задача №18
Водяной пар в количестве 10000 кг/ч при давлении 0,02 МПа конденсируется в конденсаторе смешения с барометрической трубой. Охлаждающая вода имеет начальную температуру 10°С. Температура конденсатора на выходе на 10°С ниже температуры пара. Определить расход охлаждающей воды и диаметр барометрической трубы приняв скорость течения по трубе 0,5 м/с.
Конденсация смешением – конденсация, при которой конденсирующиеся пары непосредственно соприкасаются с охлаждающим агентом.
Дано: Р=0,02 МПа=0,02*106 Па; D=10000 кг/ч=2,78 кг/с; tвн = 10°С; tвк = tпар-10°С; v=0,5 м/с
Wвода -? dтр -?
1) По таблицам согласно Р=0,02 МПа выбираем tпара=59,7 °С и удельную энтальпию пара i=2607 кДж/кг
D*iпара+Wв*Св*tвн=(D+Wв)Св*tвк
Св=4200 Дж/кг*°С
2)
Ответ: G в = 38,6 кг/ч; dтр = 0,41 м
Задача №19
Водяной пар в количестве 8000 кг/ч при вакууме 0,07МПа конденсируется в конденсаторе смешения с барометрической трубой. Начальная температура воды 12°С, температура смеси конденсата и воды на 8°С ниже температуры пара. Определить расход охлаждающей воды и высоту гидравлического затвора в барометрической трубе.
Конденсация смешением – конденсация, при которой конденсирующиеся пары непосредственно соприкасаются с охлаждающим агентом.
Дано:
Р=0,07МПа
Ратм=0,1МПа
tн=12°С
tк=tпара-8°С
D=8000кг/ч=2,22кг/с
W -? hтр -?
1)D*iпара+Wв*Св*tвн=(D+Wв)Св*tк
Св=4200 Дж/кг*°С
При Р=0,07МПа tн=89,3°С и удельная энтальпия пара i=2657 кДж/кг. Значит tк=tпара-8°С=89,3-8=81,3°С
W=(-D*iпара+tк*D)/(Св*tвн-Св*tк)=(-2,22*2657*103+81,3*2,22)/(4200*12-4200*81,3)=17,66кг/с
2) Ратм=Р+ρgh, h=(Ратм-P)/ ρg=(0,1-0,07)106/103*10=3м
Ответ: W=17,66кг/с; hтр=3м
Тема: «Испарение»
Задача №20
В выпарном аппарате под давлением 0,02 МПа упаривается 7000 кг/ч водного раствора КОН от Хнач=6% до Хкон=30%. Давление греющего пара 0,4 МПа. Определить поверхность теплообмена, если сумма температурных потерь 18°С, а коэффициент теплопередачи от пара к раствору 900 Вт/м2. Тепловые потери не учитывать. При работе тепловой нагрузки считать, что тепло греющего пара расходуется только для образования вторичного пара. Определить также количество греющего пара.
Дано:Рв=0,02МПа=2*104Па; Gн=7000кг/ч; Хн=6%=0,06; Хк=30%=0,3; Ргр.п.=0,4МПа=4*105Па
Σ∆tпотерь=18°С; К=900 Вт/м2*°С; D -? F -?
Решение:
Для водного раствора КОН при Рв=0,02МПа находим tв=59,7°С и удельная теплота парообразования rв=2358 кДж/кг.
Для греющего пара при Ргр.п.=0,4МПа находим tгр.п.=142,9°С и rгр.п.=2141 кДж/кг.
F=Q/(K*∆tпол)
1) ∆tпол=tгр.п. – tв - Σ∆tпотерь = 142,9-59,7-18=65,2°С
2) Gн=Gк+W, GнХн=GкХк, → Gк=(GнХн)/ Хк = (7000*0,06)/0,3=1400 кг/ч
3) W= Gн - Gк = 7000-1400=5600 кг/ч=1,56 кг/с
4) Q=W*rв=1,56*2358*103=3,67*106 Вт
5) F=Q/(K*∆tпол)= 3,67*106/(900*65,2)=62,54м2
6) D*rгр.п.=Q, D=Q/ rгр.п = 3,67*106/2141*103=1,71 кг/с
Ответ: F=62,54м2; D=1,71 кг/с
Задача№21 (34)
В однокорпусной выпарной установке выпаривается 9000 кг/ч раствора КОН от Хнач=4% до Хкон=36% масс. Определить количество упаренной воды и температуру кипения раствора при конечной его концентрации., если остаточное давление в аппарате 0,02МПа, величины температурных потерь за счет гидростатического эффекта - 6°С, физико-химической дисперсии - 20°С.
Дано:Gн=9000 кг/ч; Хн=4%=0,04; Хк=36%=0,36; Рост=0,02МПа; ∆tг.с.= 6°С; ∆tф.х.= 20°С
W -? tкип -?
Решение
W=Gн-Gк, Gн Хн= Gк Хк,
Gк=(GнХн)/ Хк=(9000*0,04)/0,36=1000 кг/ч
W=9000-1000=8000 кг/ч
При Рост=0,02МПа находим tнас=59,8°С
tкип= tнас +∆tг.с +∆tф.х= 59,7+6+20=85,7°С
Ответ: W=8000 кг/ч, tкип=85,7°С
Задача№22
В трехкорпусной вакуумвыпарной установке упаривается 900 кг/ч водного раствора КОН от Хнач=4% до Хкон=36% масс. Остаточное давление в конденсаторе 0,02МПа. Давление греющего пара 0,8МПа. Определить количество выпаренной воды и полезную разность температур, если сумма всех температурных потерь за счет гидростат. эф. в корпусах – 12,5°С, гидродин. депр. - 3°С, физ.-хим. депр. - 23°С. Дополнительно найти расход греющего пара, поверхность теплообмена и тепловой поток греющего пара.
Дано:Gн=900 кг/ч=0,25 кг/с;; Хн=4%=0,04; Хк=36%=0,36; Рост=0,02МПа; Ргр.п.=0,8МПа
∆tгидростат.= 12,5°С; ∆tгид.депр.= 3°С; ∆tф.х.депр.= 23°С; W -? ∆tпол -?; Dгр.п. -? F -? Qгр.п. -?
Решение
1) W=Gн-Gк, Gн Хн= Gк Хк,
Gк=(GнХн)/ Хк=(900*0,04)/0,36=100кг/ч
W=9000-1000=8000 кг/ч=0,22 кг/с
2) ∆tпол=tгр.п. – tк - Σ∆tпотерь
При Рост=0,02МПа tк=59,7°С и удельная теплота парообразования rк=2358 кДж/кг.
При Ргр.п.=0,8МПа tгр.п.=169,6°С и rгр.п.=2057 кДж/кг
∆tпол=169,6-59,7-12,5-3-23=71,4°С
3) F=Q/(K*∆tпол); Q=W*rк=0,22*2358*103=518,76*103 Вт
F=518,76*103/900*71,4=8,08м2
4) Dгр.п.=Q/rгр.п.=0,25 кг/с
Ответ: W=8000 кг/ч, ∆tпол=71,4°С, F=8,08м2, Q=518,76*103 Вт, Dгр.п.= 0,25 кг/с
Тема: «Охлаждение»
Задача №23
Определить удельную холодопроизводительность циркулирующего хладагента, коэффициент холодопроизводительности и теоретическую мощность двигателя компрессора аммиачной холодильной установки, работающей по сухому циклу без переохлаждения. Температура испарения (-10°С), температура конденсации (+30°С), холодопроизводительность установки 300 кВт.
Дано:tисп= -10°С; tк=+30°С; Q0=300 кВт; q-? ε-? G-? N-?
1) 1-2-адиабатическое сжатие среды
По таблицам i1=410 ккал/кг*°С=410*4,19*103=1,7*106 Дж/кг*°С
i2=447 ккал/кг*°С=1,9*106 Дж/кг*°С
2-3-охлаждение сжатой среды
3-3’-конденсация среды
3’-3”-переохлаждение сконденсированной среды
3”-4”-расширение
4”-1 и 4-1-испарение рабочей среды
i4=135 ккал/кг*°С=0,6*106 Дж/кг*°С
2) q=i1-i4=(1,7-0,6)106=1,1*106 Дж/кг*°С
3) G=Q0/q=3*105/1,1*106=0,27кг/с
4) ε=(i1-i4)/(i2-i1)=1,1*106/(1,9-1,7)106=5,5
5) N=G(i2-i1)=0,27(1,9-1,7)106=6*104 Вт
Пусть tпереохл=+20°С
i4*=i3”=123 ккал/кг*°С=0,5*106 Дж/кг*°С
ε*=(i1-i4*)/(i2-i1)=(1,7-0,5)106/(1,9-1,7)106=6
Ответ: q=1,1*106 Дж/кг*°С; ε=5,5; G=0,27кг/с; N=6*104 Вт
Задача№ 24
Определить для аммиачной холодильной установки, работающей по влажному циклу удельную холодопроизводительность, холодильный коэффициент и расход циркулирующего хладагента, если tисп= -30°С, tкон=+20°С, tпереохл=+16°С. Холодопроизводительность установки 100 кВт.
Дано:tисп= -30°С;; tк=+20°С; tпереохл=+16°С; Q0=100 кВт; q-? ε-? G-?
1-2-адиабатическое сжатие в копрессоре
2-3-конденсация среды
3-3’-переохлаждение сконденсированной среды
3’-4-расширение
4-1-испарение среды
1) i2=410123 ккал/кг*°С=410*4,19*103=1,7*106 Дж/кг*°С
i1=350 ккал/кг*°С=1,5*106 Дж/кг*°С
i4=i3’=118 ккал/кг*°С=0,5*106 Дж/кг*°С
2) q=i1-i4=1,5*106-0,5*106=1*106 Дж/кг*°С
3) G=Q0/q=105/106=0,1 кг/с
4) ε=(i1-i4)/(i2-i1)=3,9
Ответ: q=1*106 Дж/кг*°С; G=0,1 кг/с; ε=3,9