Контрольная работа по "Общей химии"

Національний авіаційний університет

Інститут екологічної  безпеки

 

 

 

Розрахункова робота

з дисципліни

,,Процеси і апарати  хімічної промисловості’’

 

 

 

Студентки ІЕБ-308а

Смашнюк Лілії

Перевірив:Трофімов І.

 

 

Київ 2011

Завдання

на  виконання РГР Смашнюк Л.О.

Завдання№1

За даними табл.1. визначити масу молольних тіл і потужність приводного електродвигуна барабанного кульового млина з барабаном завдовжки L і внутрішнім діаметром D. Коефіцієнт завантаження барабана молольними тілами j, коефіцієнт корисної дії привода h.

Завдання  №2

За даними табл.2.1. визначити основні розміри гравітаційного гребкового рідинного відстійника безперервної дії для розділення G_год вихідної суспензії та відстійника періодичної дії для розділення G вихідної суспензії. Густина дисперсійного середовища r_р, кінематична в'язкість n_р. Густина матеріалу твердої дисперсної фази r_т, мінімальний розмір осаджуваних частинок d_min, коефіцієнт форми y_т. Масова частка дисперсної фази у вихідній суспензії  , у згущеній суспензії  , середнє розведення твердої фази в зоні згущення відстійника n. Порівняти висоту і продуктивність відстійників безперервної і періодичної дії.

Завдання№3

За даними табл.3.1 визначити потужність привода і продуктивність вертикальної осаджувальної центрифуги періодичної дії, призначеної для розділення суспензії. Маса ротора центрифуги М, радіус R, висота Н, радіус шийок вала ротора r_в, частота обертання n, коефіцієнт тертя в підшипниках f, коефіцієнт корисної дії привода ротора h. Масова частка твердої фази у вихідній суспензії . Мінімальний розмір частинок твердої фази в суспензії d_min, коефіцієнт їх форми y_т, густина матеріалу частинок r_т. Густина дисперсійного середовища r_р, кінематична в'язкість n_р.

Завдання№4

За даними табл.4.1. визначити основні розміри, гідравлічний опір пластинчастого електрофільтра й потужність, що ним споживається. Електрофільтр призначений для очищення V⁰ газової неоднорідної системи від завислих твердих частинок мінімальним розміром d_min і коефіцієнтом форми y_т. Температура газу t, тиск р, густина r_г, динамічна в'язкість m_г, рухливість іонів за нормальних умов R₀.

Завдання№5

За даними табл.5.1 визначити потужність привода механічного перемішуючого пристрою апарата діаметром D. Параметри оброблюваного рідкого середовища: тиск р, густина r_р, динамічна в'язкість m_р, висота Н. Параметри мішалки: частота обертання n, діаметр вала в сальниковому ущільненні d_в, висота сальникової набивки l, коефіцієнт тертя вала по сальниковій набивці f, коефіцієнт корисної дії привода h.

Зміст

1. Розрахунок барабанного кульового млина…….….5 
2. Розрахунок гравітаційних відстійників……………...6 
3. Розрахунок вертикальної осаджувальної центрифуги періодичної дії…………………………..….14 
4. Розрахунок пластинчастого електрофільтру…….19 
5. Розрахунок апарата з механічним перемішуючим пристроєм…………………………………………………....26

1. Розрахунок барабанного  кульового млина

Одним з найпоширеніших типів  млинів для розмелювання твердого матеріалу  є барабанний кульовий млин, який представляє  собою обертовий, звичайно, циліндричний, барабан, частково заповнений молольними тілами у вигляді куль.

Подрібнювання матеріалу  в барабанних кульових млинах відбувається внаслідок дії на нього молольних тіл, що вільно падають в обертовому барабані.

Мета  розрахунку – визначення маси молольних тіл і потужності приводного електродвигуна.

Позначення вихідних величин

D – внутрішній діаметр барабана, м;

L – довжина барабана, м;

j – коефіцієнт завантаження барабана молольними тілами;

h– коефіцієнт корисної дії привода.

Рис.1.1. Схема барабанного кульового млина

Порядок розрахунку

1. Внутрішній діаметр футеровки млина, м:

D_вн = (0,94...0,95)D

D_вн =0,94*6=5,64м

2. Маса молольних тіл, кг:

.

 

3. Частота обертання барабана, с^–1:

у випадку гладкої  футеровки

;

 

4. Потужність  приводного електродвигуна, кВт:

.

 

 

Завдання для  розрахунку

За даними табл.1. визначити масу молольних тіл і потужність приводного електродвигуна барабанного кульового млина з барабаном завдовжки L і внутрішнім діаметром D. Коефіцієнт завантаження барабана молольними тілами j, коефіцієнт корисної дії привода h.

Таблиця 1.  Варіанти завдань для розрахунку барабанного кульового млина

Варіант	Розміри барабана D´L, мм	Варіант	Коефіцієнт завантаження j	Коефіцієнт корисної дії  привода h	Тип футеровки
0	6000´8000	7	0,290	0,930	гладка

 

 

2. Розрахунок гравітаційних  відстійників

Відстоювання  проводять в апаратах, які називають відстійниками. Відстійники для згущення суспензій називають згущувачами, а для класифікації твердих часток на фракції - класифікаторами.

Розрізняють відстійники  безперервної, напівбезперервної і періодичної дії. У перших усі процеси протікають безупинно, в останніх - періодично; у відстійниках напівбезперервної дії подача поділюваної суміші і висновок очищеної суцільної фази проводяться безупинно, а видалення згущеної дисперсної фази (осаду, шламу і т.п.) - періодично.

Рис. 2.1 Відстійник безперервної дії з конічними полками

Нескладні за конструкцією і мають велику поверхню осадження відстійники безперервної дії з конічними полицями (рис.2.1). Суспензія, що поступає в апарат розподіляється по каналах між конічними полицями, на поверхні яких осідають тверді частинки. Осад сповзає по похилих полицях, до стінок корпусу і потім переміщається в нижню частину апарата, звідки віддаляється. Освітлена рідина поступає в центральну трубу і виводиться з верхньої частини апарата. Крім великої поверхні осадження до достоїнств відстійників цього типу відносяться відсутність рухомих частин і простота обслуговування. Проте вологість шламу в них більше, ніж у відстійниках з гребковою мішалкою.

На рис.2.2 показаний відстійник безперервної дії для поділу емульсій. Він являє собою горизонтальний резервуар з перфорованою перегородкою 2, що запобігає збурюванню рідини у відстійнику струменем емульсії, що надходить в апарат. Поперечний переріз відстійника вибирають таким, щоб швидкість течії рідини в корпусі 1 апарата не перевищувала декількох міліметрів за секунду і режим течії був ламінарним, що попереджає змішування фаз і поліпшує процес відстоювання.

Рис.2.2. Відстійник безперервної дії для розділення емульсій: 1 – корпус; 2- перфорована  перегородка

 

Легка і важка фази після  розшарування виводяться з протилежного боку відстійника. Трубопровід відводу важкої фази з'єднаний з атмосферою для запобігання засифонюванню.

У гравітаційних відстійниках виділення дисперсної фази з дисперсійного середовища здійснюється під дією сили тяжіння. Такі відстійники дуже прості за конструкцією, але мають невелику ефективність і продуктивність, тому вони звичайно використовуються переважно для попереднього розділення грубих суспензій.

Найбільшого поширення набули відстійники безперервної дії, в  яких злив освітленої рідини та видалення  осаду виділеної твердої фази відбувається безперервно.

Широко використовуються одноярусні гребкові відстійники, які  являють собою невисокі циліндричні  резервуари із злегка конічним днищем (рис.2.3). Освітлена рідина відбирається з кільцевого жолобу у верхній частині резервуара, а згущена суспензія гребками переміщується до центрального розвантажувального патрубка, через який відкачується насосом. Під час роботи відстійника за його висотою утворюються три різні за структурою середовища зони: перша з висотою h₁ – зона освітленої рідини, друга з висотою h₂ – зона згущення суспензії і третя з висотою h₃ – зона розташування лопатей гребка. Діаметр відстійника коливається від 1,8 до 30,0 м.

У даному відстійнику  можна також здійснювати й  періодичне відстоювання.

Мета розрахунку – визначення основних розмірів гравітаційних гребкових відстійників безперервної й періодичної дії та їх продуктивностей за потоками.

Позначення вихідних величин

d_min  – найменший розмір уловлюваних частинок дисперсної фази, м;

G – маса вихідної суспензії, кг;

G_год – масова витрата вихідної суспензії, кг/год;

n  – середнє розведення дисперсної фази в зоні згущення відстійника,

(кг рідини)/(кг твердої  фази);

_к – масова частка дисперсної фази у згущеній суспензії;

_п  – масова частка дисперсної фази у вихідній суспензії;

r_р – густина дисперсійного середовища, кг/м³;

n_р  – кінематична в’язкість дисперсійного середовища, м²/с;

y_т – коефіцієнт форми частинок дисперсної фази;

r_т  – густина матеріалу частинок дисперсної фази, кг/м³.

Рис.2.3. Схема гравітаційного гребкового рідинного відстійника безперервної дії

Порядок розрахунку відстійника безперервної дії

1. Значення критерію Архімеда частинок кулястої форми, які осаджуються

,

 

 

де g = 9,81 м/с² – прискорення вільного падіння.

2. Значення критерію Рейнольдса для частинок кулястої форми, які осаджуються в полі сили тяжіння

, якщо   ;

 

3. Швидкість осадження частинок кулястої форми, м/с

.

 

4. Швидкість вільного осадження частинок, які мають коефіцієнт форми y_т, м/с

.

 

5. Об'ємна частка твердої фази у вихідній суспензії, (м³ твердої фази)/(м³ суспензії)

.

 

6. Швидкість стисненого осадження заданих частинок, м/с

.

 

(-4.5*0.0377+

 

7. Масова витрата дисперсійного середовища, що надходить у складі вихідної суспензії у відстійник, кг/год

.

 

8. Масова витрата дисперсної фази, що надходить у складі вихідної суспензії у відстійник, кг/год

.

 

9. Об'ємна витрата дисперсійного середовища, що надходить у складі вихідної суспензії у відстійник, м³/год

.

 

10. Відносна масова частка дисперсної фази у вихідній суспензії, (кг твердої фази)/(кг рідини)

.

 

11. Відносна масова частка  дисперсної фази у згущеній  суспензії, (кг твердої фази)/(кг  рідини)

=0.32/(1-0.32)=0.47

 

12. Площа відстійника, м²

=

 

13. Розрахунковий діаметр відстійника, м

=

Виконавчий діаметр відстійника D вибирається округленням D' до найближчого з ряду, м: 1,8; 3,6; 6,0; 9,0; 12,0; 15,0; 18,0; 24,0; 30,0.

14. Маса дисперсної фази, що осаджується за одну годину на 1 м² поверхні осадження, (кг твердої фази)/(м³×год)

=

15. Відносна густина суспензії в зоні згущення, (кг суспензії)/ (кг рідини)

==1.15

16. Масова частка твердої фази в суспензії в зоні згущення, (кг твердої фази)/(кг суспензії)

=1/(1+3.2)=0.24

17. Масова концентрація твердої фази в згущеній суспензії, (кг твердої фази)/(м³ суспензії)

1.15*992*0.24=273.792

18. Висота зони вільного осадження (освітленої рідини) h₁ обирається з інтервалу 0,45–0,75 м.

19. Висота зони згущення, м

=222.34/273.792=0.81

20. Висота зони розташування гребка h₃ приймається рівною 0,073D=0.073*3.6=0.26

21. Загальна висота безперервного відстійника, м

=0.45+0.81+0.26=1.52

 

Порядок розрахунку відстійника періодичної дії

Увага! Пункти 1–13 наведеної вище методики розрахунку відстійника безперервної дії справедливі і для розрахунку відстійника періодичної дії (при цьому замість однієї години слід підставляти час поділу вихідної суспензії).

 

14. Густина вихідної суспензії, кг/м³

15. Об'єм вихідної суспензії, м³

=60000/1041.77=57.59

 

16. Висота відстійника періодичної дії, м

=

17. Час розділення вихідної суспензії, год

=

 

Завдання для  розрахунку

За даними табл.2.1. визначити основні розміри гравітаційного гребкового рідинного відстійника безперервної дії для розділення G_год вихідної суспензії та відстійника періодичної дії для розділення G вихідної суспензії. Густина дисперсійного середовища r_р, кінематична в'язкість n_р. Густина матеріалу твердої дисперсної фази r_т, мінімальний розмір осаджуваних частинок d_min, коефіцієнт форми y_т. Масова частка дисперсної фази у вихідній суспензії  , у згущеній суспензії  , середнє розведення твердої фази в зоні згущення відстійника n. Порівняти висоту і продуктивність відстійників безперервної і періодичної дії.

Таблиця 2.1.  Варіанти завдань для розрахунку гравітаційного гребкового рідинного відстійника безперервної дії

Варіант	Gгод,	G,	rр,	nр ×106,		Варіант	rт,	dmin,	yт		n,
	т/год	т	кг/м3	м2/с			кг/м3	мм			кг/кг
0	60	60	992	0,66	0,08	7	2200	0,045	0,65	0,32	3,2