Головна

 6 сторінка

  1. 1 сторінка
  2. 1 сторінка
  3. 1 сторінка
  4. 1 сторінка
  5. 1 сторінка
  6. 1 сторінка
  7. 1 сторінка

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.


  1. Порозность - частка рідини або газу в обсязі шару.

 / 61 /

Для нерухомого шару порозность становить 0,35-0,45 і орієнтовно приймається рівною 0,4.

  1. Частка частинок в шарі

x = 1 - ?

  1. Дійсна і фіктивна швидкості.

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

  1. Еквівалентний діаметр каналів в шарі.

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

  1. Рівняння сталості частинок в шарі, / Закон збереження матерії /

Нерухомий шар Киплячий шар

H0 · S · (1 - ?) = Hпс. · S · (1 - ?)

Звідки висота киплячого шару

 / 65 /

  1. Рівняння Бернуллі / закон збереження анергії / для перетинів 1-1 і 2-2 / рис. 68 /.

Звідки

p1 - p2 ? ?pn / 66 /

  1. Баланс сил, що діють на шар / рис. 68 /.

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.

  1. втрати напору / Рівні перепаду тиску /.

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.

  1. швидкість псевдорідинному.

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. для газів,
  2. для ньютонівських рідин,
  3. для неньютоновскіх рідин,
  4. для твердих сипучих матеріалів.

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.

  1. Ділянка АВ,  

 ; N ? / 83 /

У ламінарному режимі потужність, споживана мішалкою, пропорційна в'язкості середовища.

  1. Ділянка ВС,  = 50-104, Перехідний режим. Для розрахунку потужності використовуються досвідчені графічні дані.
  2. Ділянка СD,  = 104-106, Турбулентний режим. тоді

 ; N ? / 83 /

У турбулентному режимі потужність перемішування пропорційна щільності середовища.

  1. Ділянка ЕF,  = 104-106, Турбулентний режим з утворенням воронки. В цьому випадку необхідно враховувати критерій Фруда. Однак на практиці намагаються уникнути цей режим через нестійкість перемішування і вібрації вала. Мішалка виходить із зачеплення з рідиною, як це показано на рис. 91, тому критерій потужності зменшується.

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.

  1. Зменшення діаметра або обсягу апарату.
  2. Збільшення діаметра мішалки, .
  3. Секціонування і розміщення декількох мішалок в одному апараті.
  4. Застосування комбінованого перемішування, наприклад, барботаж + ультразвук + механічне перемішування.

неньютонівська рідина

Методика визначення потужності механічного перемішування

  1. Знаючи тип неньютоновской рідини, приймають число оборотів "n" мішалки і визначають середню швидкість зсуву

 хв-1 / 88 /

Для псевдопластичні рідини рідини приймається k = 13, для бінгамовской k = 10, для ділатантні .


  1. За реологічні характеристики визначають ефективну в'язкість рідини. Наприклад, для точки "А" ділатантні рідини, рис. 92.

Мал. 92. Реологическая характеристика ділатантні рідини.

Ефективна в'язкість для т. А

 / 89 /

  1. Знаючи діаметр мішалки, визначають число Рейнольдса

 / 90 /

  1. Для неньютоновскіх рідин перемішування можливо в ламінарному або / в крайньому випадку / перехідному режимах. з залежності  , Представленої графічно на рис. 93, визначають критерій потужності KN.

Мал. 93. Залежність критерію потужності від числа Рейнольдса
 для неньютоновскіх рідин

Корисна потужність

 / 91 /

  1. Потужність двигуна. Визначається за формулою:

 , / 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.

  1. Нагрівання - збільшення температури речовини шляхом підведення теплової енергії. температура /t/ Збільшується, t> tнач.
  2. ОХОЛОДЖЕННЯ - зменшення температури речовини шляхом відведення теплової енергії

температура /t/ Зменшується, t нач.

  1. КОНДЕНСАЦІЯ - переклад пара в рідкий стан шляхом відведення теплової енергії.

tконд. = Const.

  1. Випаровування - переклад рідини в пароподібний стан шляхом підведення теплової енергії.

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 |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати