Головна |
Мал. 65. Схема гідроциклону.
1 - суспензія, 2 - освітлена рідина, 3 - шлам.
Звичайні габарити гідроциклону D = 300-350 мм, H = 1-1,2 м / грубий класифікатор /.
З діаметром D = 100 мм і менше - згущувач суспензії.
З діаметром D = 100-15 мм - мультігідроціклони - застосовуються для освітлення тонких суспензій.
Поділяються частки розмірів 5-150 мкм.
продуктивність
м3/ Годину / 60 /
де dсл - Діаметр зливного патрубка, м,
D - діаметр корпусу, м,
?p - перепад тиску в гидроциклоне, Па.
Переваги: ??низька вартість, велика продуктивність, відсутність обертових частин.
3 / псевдозріджених
Загалом під псевдозріджених розуміють перетворення шару зернистого матеріалу в псевдооднородную систему, якій притаманні багато властивостей крапельних рідин.
Псевдозрідження широко застосовується в харчовій і фармацевтичній промисловості: отримання повітряної кукурудзи, сушка зерна, кухонної солі, покриття оболонкою лікарських таблеток і сільськогосподарських насіння і ін.
Характеристики шару твердих частинок
Уявімо на рис. 66 в крупному плані шар зернистого матеріалу, розташований на решітці в циліндричному апараті. Знизу подається газ або рідина.
Мал. 66. Схема шару зернистого матеріалу в циліндричному апараті.
позначимо:
d - діаметр частинок, м,
- Перетин апарату, м2,
W0 - Фіктивна швидкість газу / у вільному перетині /, м / с,
W - дійсна швидкість / в каналах шару /, м / с,
V = S · H - обсяг шару, м3,
V = Vч + Vж - Обсяг частинок і рідини / газу / в шарі, м3,
Мт - Маса частинок в шарі, кг,
- Щільність частинок, кг / м3,
- Насипна щільність, кг / м3.
/ 61 /
Для нерухомого шару порозность становить 0,35-0,45 і орієнтовно приймається рівною 0,4.
x = 1 - ?
Рівняння сталості об'ємної витрати газу / рідини /
У вільному перерізі В шарі зернистого
апарату матеріалу
Ve = S · W0 = Sсвоб. · W м3/ С / 62 /
Приймаємо орієнтовно Sсвоб. ? S · ?, тоді
Уявімо умовно один циліндричний канал в шарі, як це показано на рис 67.
Мал. 67. Умовний циліндричний канал в шарі зернистого матеріалу.
Поверхня циліндричного каналу
F = ?dэ · H, звідки ?dэ =
Cмоченний периметр
П = ?dэ =
Для шару зернистого матеріалу приймається допущення:
- Сумарна поверхня всіх каналів дорівнює сумарній поверхні всіх частинок.
F = Fч
поверхня частинок
Fч = S · H · a
де a - питома поверхня частинок, м2/ м3.
Змочений периметр каналів
Еквівалентний діаметр каналів
Питома поверхня частинок / N - число часток в cлое /
тепер
/ 63 /
Для частинок неправильної форми вводиться ? - Фактор форми.
процеси,
протікають в шарі зернистого матеріалу.
Уявімо шар зернистого матеріалу / кварцовий пісок / в циліндричному апараті з дифманометром. Знизу в апарат подається повітря, дифманометр залитий підфарбованою водою. Схема апарату показана на рис. 68.
Мал. 68. Схема циліндричного апарату з шаром зернистого
матеріалу і дифманометром.
На установці знімаються: показання ротаметра / число поділок / і дифманометра / ?h мм /. Далі по градуювальним графіком число поділок ротаметра перекладається в расход газа / Vc м3/ С /. Розраховується фіктивна швидкість газу
Перепад тисків у шарі, який визначається дифманометром,
розраховується наближено за формулою
Досвідчені дані дозволяють побудувати графічну залежність ?p = f (W0), Яка в загальному вигляді представлена ??на рис. 69.
Мал. 69. Крива ідеального псевдорідинному
1 - нерухомий шар / фільтрування повітря /, 2 - псевдозріджений шар: а / спокійне псевдозрідження, б / киплячий шар, в / шар з барботажем великих бульбашок, 3 - винесення частинок.
За графіком на рис. 69. визначаються перша і друга критичні швидкості / початок і закінчення псевдорідинному /. В процесі псевдорідинному шар розширюється, його висота збільшується, порозность шару змінюється від 0,4 / т. А / до 1,0 / т. В /. Для роботи промислових апаратів зазвичай приймається порозность, рівна 0,75, що відповідає робочій швидкості псевдорідинному / W раб. /. Ставлення робочої швидкості до першої критичної називається числом псевдорідинному:
/ 64 /
Залежність ?p = f (W0) Відображає структуру і поведінку шару. Деякі приклади наведені на рис. 70-73.
I
Мал. 70. Шар з адгезію / зчепленням / частинок.
Потрібно невеликий перепад тисків, щоб усунути адгезію.
Мал. 71. Шар з поршневим винесенням частинок.
Перепад тисків у області виносу збільшується для подолання сил тертя поршнів об стінки апарату.
Мал. 72. Шар з каналообразования.
Відкриття та закриття каналів створюють пульсуючу криву псевдорідинному.
Мал. 73. Фонтанує шар.
Потрібно значний перепад тисків для освіти осьового каналу в шарі.
Розрахункові залежності
Нерухомий шар Киплячий шар
H0 · S · (1 - ?) = Hпс. · S · (1 - ?)
Звідки висота киплячого шару
/ 65 /
Звідки
p1 - p2 ? ?pn / 66 /
p1 · S + A - GT - p2 · S = 0
GT - A = (p1- p2) · S
g (?T - ?C) · (1 - ?) · H · S = ?p · S
Звідки висота шару
/ 67 /
Для розрахунку "Н" ?p приймають або розраховують.
За формулою Дарсі-Вейсбаха / внутрішня задача гідродинаміки /
/ 68 /
а / Re <1, ? = 133 / Re - ламінарний режим,
б / Re> 7000, ? = 2,34 - турбулентний режим,
в / l = H,
г / ,
д / ,
е /
Вирази а / - е / підставляємо в формулу / 68 /:
/ 69 /
Формулу / 69 / опублікував в 1952 р американський вчений ерга / S. Ergun /. Перший доданок формули враховує ламінарний режим, друге - турбулентний режим.
Баланіт сил, що діють на одиночну частку в стані витання, буде таким же, як і / 14 /, тільки сила опору буде називатися силою кінетичного / швидкісного / тиску.
Для обліку ансамблю частинок в залежність / 16 / вводять порозность:
/ 70 /
Залежність / 70 / була опублікована в 1958 р ленінградськими авторами: В. Д. Горошко, Р. Б. Розенбаум, О. М. Тодеc, - у вигляді
/ 71 /
Для розрахунку першої критичної швидкості порозность шару приймається рівною 0,4 і формула / 71 / матиме вигляд:
/ 72 /
Для розрахунку другий швидкості / критичної / псевдорідинному порозность шару приймається рівною 1,0 і формула / 71 / матиме вигляд:
/ 78 /
Для розрахунку будь-якій швидкості псевдорідинному / в тому числі і робочої / застосовується графічна залежність критерію Лященко від критерію Архімеда і порозности:
/ 74 /
де .
Графічна залежність / діаграма / / 74 / представлена ??на рис. 74.
Мал. 74. Залежність критерію Ly від критерію Ar і порозности
4 / ПЕРЕМІШУВАННЯ
Мета перемішування полягає в зниженні градієнта концентрації або температури, або обох одночасно, в переміли середовищі.
Застосовується як самостійний процес для отримання однорідної суміші або як засіб для інтенсифікації теплових, масообмінних та хімічних процесів.
Щоперемішує обладнання поділяють на чотири основні групи:
1. Перемішування газів.
Розрізняють перемішування:
а / декількох газів / У-подібне з'єднання труб, сопло, вентилятор /,
б / гази і пари / той же /,
в / гази і рідини / диспергування - сопло, відцентрові розбризкувачі та ін. /,
г / гази і тверді речовини / пневмотранспорт, зважений шар /.
Перемішування в газовому середовищі рідко застосовується як самостійний процес і зазвичай розглядається спільно з іншими процесами / абсорбція, сушка та ін. /.
2. Перемішування ньютоновских рідин.
Розрізняють перемішування:
- Циркуляційний,
- Струминне,
- Барботажное,
- Ультразвукове / акустичне /,
- Пульсаційне,
- Механічне за допомогою мішалок:
- Лопатеві,
- Пропелерні,
- Турбінні,
- Спеціального типу.
Деякі види перемішування і типи мішалок представлені на рис. 75-88.
3. Перемішування неньютоновскіх рідин
Проводиться за допомогою мішалок і змішувачів.
мішалки | змішувачі |
/ В'язкість рідини до 100 Па.с / | / В'язкість суміші до 104-105 Па.с / |
- турбінні | - роторні |
- якірні | - Червячно- лопатеві |
- борін | - валкові |
- комбіновані |
4. Перемішування твердих сипучих матеріалів.
Проводиться в змішувачах. Розрізняють змішувачі:
тихохідні | швидкохідні |
Fr <30 | Fr> 30 |
- лопатеві | - ударні |
- барабанні | - відцентрові |
- шнекові |
МЕХАНІЧНА ПЕРЕМІШУВАННЯ ньютонівської РІДИН
Теоретичні основи
Рух потоку переміли рідини, що викликається мішалкою, очевидно, можна описати диференціальним рівнянням Нав'є-Стокса, яке після перетворення відповідно до теорії подібності наводиться до критеріального рівняння / 11 /. Для стаціонарного процесу перемішування випадає критерій Н0, Тоді рівняння / 11 / набуде вигляду:
/ 75 /
Розкриваючи критерії подібності, отримаємо функціональну залежність між величинами:
/ 76 /
Однак при перемішуванні в рідкому середовищі ми маємо складну епюру розподілу швидкостей і тисків в апараті з мішалкою. Схема апарату представлена ??на рис. 89.
Мал. 89. Схема апарату з перегородками і мішалкою.
Можна припустити, що швидкість руху рідини в будь-якій точці апарату буде пропорційна числу оборотів мішалки і діаметру мішалки:
/ 77 /
Мішалку можна розглядати як насос, тоді корисна потужність
/ 78 /
У свою чергу витрата рідини буде залежати від швидкості і діаметра апарату:
/ 79 /
Таким чином від залежності / 76 / ми переходимо до залежності / 80 /:
/ 80 /
Методом аналізу розмірностей залежність / 80 / переводяться в критеріальне рівняння:
/ 81 /
де
- Критерії потужності,
- Відцентровий критерій Рейнольдса,
- Відцентровий критерій Фруда.
- Геометричний симплекс.
Для механічного перемішування геометричних симплексів може бути кілька / всі параметри відносяться до діаметру мішалки /:
; ; ; .
За умови геометричної подоби / Г = const і переходять в константу "С" / і за відсутності воронки / ? 0, для усунення воронки встановлюють перегородки / рівняння / 81 / набирає вигляду:
/ 82 /
Загальний вигляд залежності / 82 /, отриманий дослідним шляхом, представлений на рис. 90.
Мал. 90. Загальна залежність критерію потужності від критерію Рейнольдса.
Режими перемішування і розрахунок корисної потужності
На графіку рис. 90 можна відзначити чотири характерних області.
; N ? / 83 /
У ламінарному режимі потужність, споживана мішалкою, пропорційна в'язкості середовища.
; N ? / 83 /
У турбулентному режимі потужність перемішування пропорційна щільності середовища.
Мал. 91. Перемішування з утворенням воронки.
1 - область вимушеного вихору, де збираються частинки суспензії.
Потужність двигуна мішалки
Визначається за формулою
, / 85 /
де ? = 0,6 - 0,9 - ККД мішалки.
Для ньютонівських рідин пусковий момент не враховується.
Інтенсивність і ефективність перемішування
Якщо ? - час для досягнення певного технологічного результату, то твір
? · n / 86 /
може служити показником інтенсивності мішалки. Найінтенсивнішому визнається турбінна мішалка.
твір
N · ? / 87 /
може служити показником ефективності мішалки. Найефективнішою визнається пропелерна мешалка.
Шляхи інтенсифікації перемішування.
Основні труднощі при моделюванні механічного перемішування в турбулентному режимі виникають через зміну масштабу турбулентності / розмір вихору і шлях його змішування /. У малому обсязі апарату відповідно невеликий масштаб турбулентності і перемішування здійснюється більш інтенсивно, ніж у великому обсязі апарату.
Відповідно до цього можна відзначити наступні шляхи інтенсифікації процесу перемішування.
неньютонівська рідина
Методика визначення потужності механічного перемішування
хв-1 / 88 /
Для псевдопластичні рідини рідини приймається k = 13, для бінгамовской k = 10, для ділатантні .
Мал. 92. Реологическая характеристика ділатантні рідини.
Ефективна в'язкість для т. А
/ 89 /
/ 90 /
Мал. 93. Залежність критерію потужності від числа Рейнольдса
для неньютоновскіх рідин
Корисна потужність
/ 91 /
, / 92 /
де - Ккд приводу,
- Потужність пуску / визначається за емпіричними формулами /.
ТЕПЛОВІ ПРОЦЕСИ
Теплові процеси представляють собою перехід тепла від одного теплоносія до іншого і підкоряються основного рівняння теплопередачі:
/ 93 /
де Q - витрата тепла від першого теплоносія до другого, Вт,
К - коефіцієнт теплопередачі, Вт / м2.K,
F - поверхня теплопередачі, м2,
- Середня різниця температур між теплоносіями, К / С.
До теплових процесів належать.
температура /t/ Зменшується, t
tконд. = Const.
tісп. = Const.
Окремі випадки.
Кипіння - випаровування рідини при tкип. = Const.
Випарювання - кипіння розчинів твердих нелетких речовин при tкип. = Const.
Сублімація - / сублімація / - переклад твердої речовини в пароподібний стан, минаючи рідку вазу.
tвозг. = Const.
Класифікація теплових процесів в розгорнутому вигляді c зазначенням апаратури представляється нижче.
Тема: "Нагрівання, охолодження і конденсація" - пропонується студентам для самостійного вивчення за підручником А. Н. Плановський / глава сьома /. [1, 1972 г. - стор. 160-181].
Класифікація теплообмінників та основи їх конструктивного розрахунку представлені в посібнику:
Теплові процеси. Методичні вказівки по лекційному курсу. / Упоряд .: В. С. Сальников, Б. Н. Басаргін / - Ярославль, ЯПИ, 1982. - 26 с.
Додаткові малюнки з невеликими поясненнями представлені далі на стор. 89 - 104 / дані МКТІ /.
З цієї тематики більш докладно ми розглянемо обробку дослідних даних по лабораторній роботі №23 "Випробування елементного теплообмінника" і повні теплові розрахунки дефлегматора і кип'ятильника для курсового проекту по ректифікації.
СПОСОБИ підведення і відведення ТЕПЛА В ПРОМИСЛОВОЇ
АПАРАТУРІ. ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ.
У хімічній промисловості застосовуються різні способи підведення і відведення тепла.
для підведення тепла використовує електроенергію, топкові гази, отримані спалюванням газоподібного, рідкого або твердого палива, і проміжні теплоносії. У ряді випадків джерелами тепла служать екзотермічні процеси в хімічних реакторах; тут відбір тепла, необхідний з технологічної точки зору, дозволяє в той же час утилізувати його, що підвищує економічність виробництва.
Вибір способу підведення тепла і вибір теплоносіїв визначаються потрібної температурою, технологічними і техніко-економічними міркуваннями.
при електрообігрівання тепло може підводитися в нагрівальних пристроях з електроопору або зовнішнім індукційним обігрівом (рис. Т-I), струмами високої частоти (Рис.2), а також в електродугових печах. При цьому досягаються високі температури (при нагріванні електроопору - близько 1000 ° С, а при електродуги нагріванні - наскільки тисяч градусів). Температура може легко регулюватися відключенням або включенням частини елементів або зміною напруги. Установки з електрообігрівом - дуже компактні. Однак їх поширення лімітується недостатністю і порівняно високою вартістю електроенергії.
1 сторінка | 2 сторінка | 3 сторінка | 4 сторінка |