Контрольная работа по "физике"

Задача  №1

 

Требуется перекачать воду из бака с  атмосферным давлением в аппарат, в котором поддерживается избыточное давление ΔP_доп МПа. Производительность насоса составляет G, т/ч. Длина всего трубопровода с учетом местных сопротивлений – l, м. Трубопровод по которому происходит движение воды от бака к аппарату, имеет размер диаметра d_тр , мм и толщину d, мм. Материал, из которого изготовлен трубопровод – сталь с небольшой коррозией. На трубопроводе установлены: диафрагма (d_отв=51,3мм) две задвижки и четыре отвода под углом 90°, что позволяет определить общий коэффициент местных сопротивлений, который будет равен

Σξ =0,5 + 1,0 + 8,25 + 2 x 0,5 + 4 x 0,23 = 11,7

Высота подъема воды – h_под , м , динамический коэффициент вязкости ее при 20°C μв =10^-3 Па · с, плотность ρ_в = 1000 кг/м³.

Определить мощность, потребляемую насосом, приняв общий К.П.Д. равным η =0,65

G=24 т/ч

ΔP_доп =0,013 МПа

h_под=10 м

d_тр=57 x 3,5 мм

= 26

 

 

 

 

 

 

 

РЕШЕНИЕ

 

1. Объемный расход воды

, м³/с

, м³/с

2. Скорость воды  в трубопроводе 

                           

 

 

 

d_вн=d_тр-2δ

 

d_вн= 57-(2*3,5)=50 мм=0,05 м

 

 

3. Критерий Рейнольдса

                                   

 

4. Коэффициент гидравлического  трения  (по прилож. 1), причем для труб с небольшой коррозией эквивалентную (среднюю) шероховатость внутренних стенок трубопровода принять Δэ = 0,0002 м , тогда относительная шероховатость будет равна .  

 

== 0,004

 

λ= (11220;0,004)

 

λ=0,04

 

 

 

5. Общее гидравлическое  сопротивление трубопровода.

 

 

 

 

 

6. Потребляемую насосом  мощность.

                           , кВт.

 

 

   , кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача  № 2

 

Определить  поверхность теплообмена (F) одноходового кожухотрубного теплообменника, количество трубок и их длину для нагревания 10%-ного этилового спирта при массовом расходе его G,т/ч от t_Н до t_К водой, протекающей в межтрубном пространстве и имеющей начальную температуру = 80⁰C.  

Скорость 10%-ного раствора этилового спирта можно  принять равной w = 0,5 м/с, диаметр нагревательных трубок d = 25x2,5 мм, коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке трубок – α₁ = 800, Вт/м²К, термическое сопротивление загрязнений с обеих сторон стенки r = 0,00067 м²·К/Вт.

Кроме того, необходимо изобразить:

1) график  изменения температур теплоносителей (воды и раствора этилового  спирта), приняв противоточное направление  теплоносителей;

2) схему кожухотрубного теплообменника.

G = 8 т/ч

= 32⁰C

= 20⁰C

= 46⁰C

 

 

РЕШЕНИЕ

 

1. Количество нагревательных трубок 

                           , шт

где - площадь поперечного сечения одной трубки, м²;

               ρ - плотность 10%-ного раствора спирта, кг/м³.

 

=

 

= = 0.000314

 

D = 25 - 22.5 = 20 мм = 0,02 м

 

, шт.

 

2. Количество теплоты,  переданной от горячей воды  к раствору спирта

                       , Вт

 

, Вт

 

3. Критерий Рейнольдса (Re) для водно-спиртового потока.

 

                                        

 

 

4. Критерий Прандтля (Pr)

                                               ,

 где  С - теплоемкость 10%-ного раствора спирта, Дж/кг · К;

            ρ - плотность 10%-ного раствора спирта, кг/м³;

                μ - динамический коэффициент вязкости раствора спирта, Па · с;

                λ - коэффициент теплопроводности раствора спирта, Вт/м · K.

Теплофизические свойства 10%-ного раствора спирта C, ρ, μ, λ выбираются из прилож. 2 по средней температуре  

                                 .

 

 

 

 при этой температуре 

 

С = 4,697 кДж/кг

ρ = 1076,9 кг/м³

μ = 1,26810^-3 Па

λ = 0,627

 

 

5. Коэффициент теплоотдачи  

                                  . 

Критериальное уравнение для расчета Nu при турбулентном режиме движения водно-спиртового потока имеет вид

              

 

 

 

 

 

 

6. Коэффициент теплопередачи К, Вт/ м^2,К

             ,

 

где λ_СТ – коэффициент теплопроводности стенки, принять равным 46,5 Вт/м^,К

      δ – толщина нагревательной трубки, м.

 

 

7. Среднюю разность  температур 

 

            , если  

            или   , если   .

 

_н = *_н^' – *_к,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Поверхность теплообмена

                       .

 

 

9. Длину нагревательных  трубок

                        .

 

 

 

 

Схема одноходового кожухотрубного теплообменника

 

1 - корпус (обечайка); 2 - трубные решетки; 3 - трубы; 4 - крышки; 5 - перегородки в крышках; 6 - перегородки в межтрубном пространстве.

 

 

 

 

 

Задача  №3

 

Определить площадь поверхности  фильтрования F_ф на фильтр- прессе, если требуется отфильтровать G тонн виноматериалов за  τ_ф=3 часа. При экспериментальном фильтровании на лабораторном фильтр-прессе таких же виноматериалов в тех же условиях константы фильтрования составили С = 1,4 ·10^–3 м³/м²; K = 20 · 10^-4 м²/ч.

Плотность виноматериалов ρ_в=1080 кг/м³

Изобразить  схему фильтр-пресса

G = 2,2 тонн

 

 

РЕШЕНИЕ

 

Площадь поверхности фильтрования определяется по уравнению 

 

отсюда

,    М²

 

Размер плит и рам 1000 x 1000 мм или 500 x 500 мм.

Число плит

 шт.

 

 шт.

 

 шт. так как число плит  в фильтре не более 50 шт., то  берем   для дальнейшего вычисления.

 

 

Длина фильтра рабочая    ,м

где 0,06 м – толщина рам и  плит.

- площадь одной плиты.

  ,м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

 

1. Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. -М.:

Агропромиздат, 1991.

2. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. -М., Колос, 1997, 1999.

   З. Романков П.Г., Павлов К.Ф., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу Процессы и аппараты химической технологии. -Л.: Химия, 1987.

4. Касаткин А.Г. Основные процессы  и аппараты химической технологии .-М.: Химия, 1971

5. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. –М.: Химия 1987