Т.В. Галаган

В.А. Данилов

ПРАКТИКУМ

ПО ПРОЦЕССАМ И АППАРАТАМ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Т.В. Галаган , В.А. Данилов

ПРАКТИКУМ

ПО ПРОЦЕССАМ И АППАРАТАМ

Печатается по решению редакционно- издательского совета ОрелГТУ

Орел 2010

УДК 664.–9(075)

ББК 36.81517

Г15

Рецензенты:

главный инженер ООО «Знаменский СГЦ.

Комбикормовый цех»

А.С. Чернышев,

кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и аппараты пищевых производств» ГОУ ВПО ОрелГТУ

Т.Н. Новикова,

Г21 Галаган Т.В. ПРАКТИКУМ ПО ПРОЦЕССАМ И АППАРАТАМ: учебное пособие для вузов : / Т.В. Галаган, В.А. Данилов. – Орел, ОрелГТУ, 2010. – 167 с.

Учебное пособие предназначено для закрепления полученных теоретических знаний и освоение методики расчетов процессов и аппаратов пищевых и химических производств. Определяет содержание и общие требования к выполнению рабочей программы по дисциплинам «Процессы и аппараты пищевых производств» и «Процессы аппараты химических технологий» в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования «Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальностям : 260601 – «Машины и аппараты пищевых производств»; 260202 – «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий»; 260201 – Технология хранения и переработки зерна; 260504 – Технология консервов и  пищеконцентратов; 260303 – Технология молока и молочных  продуктов; 260501 – «Технология продуктов обществ питания»; 080401 – «Товароведение и экспертиза товаров»; 240902 – «Пищевая биотехнология».

Данное пособие содержит рекомендации по выполнению расчетов и выбор различного технологического оборудования в соответствии с требованием заказчика; Приведен справочный материал и список справочной технической литературы необходимых для выполнения практических заданий .

Пособие предназначено студентам, преподавателям, проектировщика, разработчикам нового оборудования для выполнения обязательных, установочных расчетов технологического процесса. Может быть использовано студентами при выполнении курсового проекта по дисциплинам «Технологическое оборудование отрасли» и «Процессы и аппараты пищевых производств».

УДК 664.–9(075)

ББК 36.81517

Г15 © ОрелГТУ, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

	Введение	5
1	Гидромеханические процессы	6
1.1	Осаждение в поле силы тяжести	6
1.2	Фильтрование	19
1.3	Гидродинамика взвешенного слоя	22
2	Расчёты теплофизических параметров веществ	31
2.1	Плотность	31
2.2	Динамическая вязкость	33
2.3	Теплоемкость	35
2.4	Коэффициент молекулярной диффузии	36
2.5	Поверхностное натяжение жидкости	38
3	Механические процессы	43
3.1	Расчёты процессов измельчения	43
3.2	Измельчение на шаровых мельницах	45
3.3	Измельчение продуктов на вальцовых дробилках	50
3.4	Измельчение продуктов на молотковых дробилках	53
3.5	Измельчение продуктов на штифтовых мельницах	53
4	Тепловые процессы	59
4.1	Расчёты тепловых процессов	59
4.2	Выпаривание. Расчёты кипения, депрессий растворов	74
5	Массообменные процессы	87
5.1	Расчёты параметров влажного воздуха	87
5.2	Перегонка. Расчёты давления насыщенных паров бинарных систем, параметров перегоняемых продуктов, числа единичных ступеней переноса, их длины	99
6	Холодильные процессы	112
6.1	Расчёты процессов охлаждения и замораживания. Построение цикла холодильной машины	112
	Список литературы	127
	Приложение 1. Соотношение термодинамических характеристик в различных системах	129
	Приложение 2. Теплофизические свойства различных веществ	130
	Приложение 3. Параметры состояния веществ в процессах массообмена	140
	Приложение 4. Диаграммы и графики для определения состояния веществ и параметров процессов	150

ВВЕДЕНИЕ

Практические занятия по дисциплинам «Процессы и аппараты пищевых производств» и «Процессы и аппараты химической технологии» проводятся параллельно с чтением лекций в 6, 7, 8-м семестрах. Решение задач способствует укреплению полученных теоретических знаний о процессах и аппаратах, и привязывают полученные теоретические знания к конкретным производственным задачам.

Практические занятия необходимо проводить по всем изучаемым разделам. Практикум составлен так, чтобы студент вначале познакомился с кратким описанием процесса, затем, узнал способы аналитического или графического решения задач. И наконец, в практикуме даны решения задач, которые позволяют выбрать методику решения, содержат алгоритм решения, ссылки на необходимую дополнительную литературу и, конечно же, ссылки на справочный материал, который дается в приложениях к практикуму. В конце каждого раздела имеются задачи, которые позволяют студенту оценить полученные знания и самостоятельно решить задачи, используя материал практикума. Так же, предложенные задачи являются основами контрольных работ, проводимых преподавателями при прохождении разделов дисциплины. Поэтому практикум необходим для самостоятельной подготовки к различным видам итоговых мероприятий.

Задачи, приведенные в практикуме, входят в билеты итогового экзамена по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств» и «Процессы и аппараты химической технологии».

1. Гидромеханические процессы

1. 1. Осаждение в поле силы тяжести.

Для описания в критериальной форме процесса осаждения шарообразной частицы в неподвижной неограниченной среде могут быть применены критерии подобия: Архимеда (Ar), Лященко (Ly) и Рейнольдса (Re). Наиболее удобной формой критериальной зависимости является:

1. При так называемом ламинарном режиме осаждения, когда критерии имеют значения , можно использовать уравнение Стокса для определения скорости осаждения V_ос (м/с) шарообразной частицы:

(1.1)

Это же уравнение для осаждения частицы в газовой среде, так как можно величиной плотности газа ( ) пренебречь, упрощается:

, (1.2)

где d – диаметр шарообразной частицы м;

– плотность частицы, ;

– плотность среды, ;

– динамический коэффициент вязкости среды, , т.е. , или

2. Для определения скорости осаждения по обобщенному методу, пригодному при любом режиме осаждения используем нижеприведенные формулы и график рис.1. Так, определение скорости осаждения шарообразной одиночной частицы в неподвижной неограниченной среде, осуществляют следующим образом. Определяем критерий Архимеда для жидкой среды:

(1.3)

где – критерий Галилея;

Re – критерий Рейнольдса;

Fr– критерий Фруда.

Для газообразной среды уравнение критерия Архимеда (Аr) изменится так:

(1.4)

По найденному значению критерия Архимеда (Ar) по графику рис.1 определяют критерий Рейнольдса (Re) или критерий Лященко (Ly):

(1.5)

а для осаждения в газовой среде, критерий Лященко (Ly) изменится:

(1.6)

Далее вычисляем скорость осаждения:

(1.7)

или

(1.8)

Для частицы неправильной формы скорость осаждения определяют тем же путем используя критерий Лященко (Ly), но с подстановкой в критерий Архимеда (Аr) вместо d  d_э. Эквивалентный диаметр частицы (d_э) неправильной формы вычисляют как диаметр условного шара, объем которого  равен объему тела неправильной формы:

(1.9)

где М – масса частицы, кг.

3. Диаметр осаждающей шарообразной частицы при известной скорости осаждения находят обратным путем, т.е. вычисляют сначала критерий Лященко (Ly):

(1.10)

и по найденному значению критерия Лященко (Ly), определяем критерий Архимеда (Ar) , используя график (рис. 1). Преобразуя формулу (1.3), вычисляем диаметр шарообразной частицы.

4. Эквивалентный диаметр частицы твердого тела неправильной формы при известной скорости осаждения определяем таким же путем. Сначала определяем критерий Лященко (Ly) по формуле (1.10), затем находим значение критерия Архимеда (Ar) из графика (рис. 1) для частицы соответствующей формы и вычисляем ее эквивалентный диаметр:

(1.11)

5. _{В свою очередь, если уже подсчитана скорость осаждения для частиц шарообразной формы, но на самом деле, её форма отлична от шарообразной, то скорость осаждения можем найти используя коэффициент f:}

(1.12)

где V_ос.1 – скорость осаждения частиц с формой отличной от шарообразной;

– коэффициент, учитывающий форму частиц (для частиц округлых для угловатых для продолговатых для пластинчатых ).

Рис. 1. График зависимостей критериев Re и Ly от критерия Ar для осаждения одиночной частицы в неподвижной среде:

1 и 6 – шарообразные частицы; 2 – округленные;

3 – угловатые; 4 – продолговатые; 5 – пластинчатые.

6. Если рассматривается процесс осаждения не одной частицы, а нескольких, то скорость осаждения уже зависит концентрации этих частиц в жидкости или газе. Такую скорость называют скоростью стесненного осаждения.

Определим аналитическим способ скорость стесненного осаждения:

_(1.13.)

где V_ос.2. – скорость осаждения в стесненных условиях, с учетом отклонения форм частиц от шарообразных;

 – коэффициент, учитывающий стесненные условия осаждения, определяется по формуле Андерса:

(1.14)

где С_v – концентрация сухих веществ в суспензии.

7. Площадь осаждения ( ) пылеосадительной камеры или отстойника для суспензий (взвесей) определяется по формуле:

(1.15)

или:

(1.16)

где  – объемный расход газа (жидкости), проходящего через аппарат параллельно поверхности осаждения, ;

– средняя действительная скорость осаждения частиц, ;

1,3 – коэффициент, учитывающий возможную перегрузку отстойника;

– плотность осветлённой жидкости, кг/м³;

и – содержание твердой фазы в суспензии до и после отстаивания, мас. %;

– количество суспензии, полученной при отстаивании, кг/с.

Количество осветлённой жидкости _{о ,} (м³/с) определяем по формуле 1.17:

(1.17)

Продолжительность осаждения , (с), частицы в слое высотой h, ( м), определяется по формуле 1.18:

(1.18)

При ориентировочных расчетах, учитывая приближенно отличие реальных условий осаждения от теоретических (стесненность осаждения, форма частиц, движение среды), среднюю действительную скорость осаждения V^/_ос, часто принимают равной половине теоретической расчетной скорости осаждения V_ос одиночной шарообразной частицы:

(1.19)