книги из ГПНТБ / Болдырев Ю.Н. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов целлюлозно-бумажного, лесохимического и гидролизного производств учеб. пособие для целлюлоз.-бумаж. техникумов
.pdfКакое полное |
давление |
будет |
развивать |
вентилятор |
на |
газе |
|||||||
Р2=1,2 кг/м3, |
если к нему установить двигатель с числом оборотов |
||||||||||||
по= 1450 об/мин |
и диаметром колеса D 2 = 550 мм. |
|
|
|
для |
||||||||
Задача 14. |
Найти мощность |
вентилятора, |
применяемого |
||||||||||
скоростной сушки бумаги, который подает 9200 м3/ч |
воздуха с тем |
||||||||||||
пературой 130° С под двухсекционный |
колпак цилиндра |
диаметром |
|||||||||||
3600 мм и длиной 4600 мм под давлением р = 200 мм вод. ст. |
|
||||||||||||
'Задача 15. |
Выбрать вентилятор для подачи |
воздуха |
в |
количе |
|||||||||
стве 50 000 м3/ч |
перпендикулярно |
полотну |
бумаги |
при |
давлении |
||||||||
250 мм вод. ст. |
Определить |
мощность, |
потребляемую |
вентиля |
|||||||||
тором. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача 16. Построить характеристики |
Q — Р для ротационного |
||||||||||||
вакуум-насоса |
и струйного |
вакуум-инжектора |
по следующим |
дан |
|||||||||
ным: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) ротационный вакуум-насос |
при |
1% |
вредного |
пространства: |
|||||||||
Q, |
л/сек |
|
|
0 |
|
25 |
50 |
75 |
|
80 |
|
|
|
р, |
мм рт. ст |
|
6 |
|
12 |
42 |
74 |
100 |
|
|
|||
2) струйный вакуум-инжектор: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Qi, |
лісек |
|
|
0 |
50 |
100 |
138 |
134 |
75 |
50 |
40 |
|
|
pi, мм рт. ст. . . . Ю-3 |
12 |
16 |
25 |
38 |
50 |
100 |
150 |
178 |
|
|
|||
Характеристики сопоставить между собой.
Тема 5. Разделение газовых н жидких неоднородных систем
Основные понятия, расчетные формулы и примеры
1. Размеры осадительной камеры для очистки печных газов [33] находят по формулам:
высота камеры
длина камеры
ширина камеры
где Q — производительность камеры по газу, м3/сек; v — скорость газа в камере, м/сек;
w — скорость осаждения, определяемая с учетом режима осаж дения по формуле (1-91) при отстаивании единичной ча-
стицы и по формулам (1-98), |
(1-99) при стесненном дви |
||
жении частиц; |
|
|
|
• = 4 - |
|
|
(5-4) |
Основным размером циклона является диаметр цилиндрической |
|||
части. Остальные размеры определяют |
обычно |
в зависимости от |
|
размера D. |
|
|
|
Диаметр циклона D находят из соотношения: |
(s-s) |
||
3600 — |
Уф. |
||
V |
|
|
|
4
где шСр — условная фиктивная скорость газа, отнесенная к полному поперечному сечению цилиндрической части циклона,
м/сек; |
|
|
|
V — расход газа, проходящий через |
циклон, |
м3/ч; |
|
Ар — гидравлическое |
сопротивление |
циклона, |
н/м2; |
р — плотность газа, |
кг/м3; |
|
|
£— коэффициент сопротивления циклона.
Пример 1. Выбрать циклон для очистки от пыли отходящих га зов от печи для обжига колчедана во взвешенном состоянии, если
расход газов У = 5000 м3/ч, плотность газов |
р'=1,5 |
кг/м3. |
Р е ш е н и е . 1. Принимаем к установке |
циклон |
НИИОГАЗ— |
ЦИ-159 (см. табл. 67—69 в [14]). Для циклонов этого типа реко мендуется выбирать -^-=5504-750. Принимаем — = 600. Коэф
фициент сопротивления циклона £ = 110. |
|
|
|
|
||||
Диаметр циклона находим из соотношения |
(5-5): |
|||||||
г> Л П 1 Н л У 5 0 0 0 2 |
|
--НО |
|
п |
|
м. |
||
£ >=0,0158 Т/ |
щ |
|
=0,74 |
|||||
Устанавливаем циклон D = 0,8 м; |
|
|
|
|
|
|
||
2. Условная скорость газов в циклоне: |
|
|
|
|||||
w * = |
4 • 5000 |
|
|
п |
0 1 |
|
, |
|
3600-3,14-0,82 |
= 2 |
' 8 |
1 |
МІ°ЄК; |
||||
|
wcp = 2,8\ |
|
м/сек. |
|
|
|
||
3. Находим гидравлическое |
сопротивление |
циклона по фор |
||||||
муле (5-5): |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
ПО - 1.5 • 2,812 |
|
. .„ |
. |
, |
|
||
Д/?= |
2 |
|
=64 7 |
н/м2. |
|
|||
По табл. 69 в работе [14] габаритные размеры одиночного цик лона в плане при .0 = 800 мм равны 1050X1050 мм, высота 6141 мм, вес 840 кг.
2. Поверхность отстаивания (осаждения) или площадь попереч ного сечения отстойника F определяют по уравнению
|
|
|
- р ) м\ |
|
|
(5-6) |
где |
1,3 — коэффициент, учитывающий влияние неравномерности |
|||||
|
отстаивания, |
вихреобразованин и другие |
факторы ре |
|||
|
ального процесса отстаивания; |
|
|
|
||
|
G0 — количество |
суспензии, поступающей |
в |
отстойник, |
||
|
кгI сек; |
|
|
кг/м3; |
|
|
|
р —• плотность осветленной жидкости, |
|
|
|||
a- |
X l |
|
с о д е р ж а н и я |
|
|
|
р = |
отношение |
весового |
сухого |
вещества |
||
|
в суспензии н осадке; |
|
|
|
|
|
|
Wo — скорость свободного |
осаждения наименьших твердых |
||||
|
частиц, определяемая |
по формуле |
(1-91) с учетом ре |
|||
|
жима осаждения. |
|
|
|
|
|
При стесненном осаждении вместо Шо подставляют значение ско
рости, определяемой |
по формуле |
(1-96). Высоту отстойника обычно |
||||||||||
принимают 2,5—3,5 м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пример 2. Определить |
производительность |
по |
твердой |
фазе |
||||||||
сгущенной суспензии и осветленной жидкости, а также |
поверхность |
|||||||||||
и диаметр |
непрерывно |
действующего |
отстойника для |
осветления |
||||||||
суспензии |
в количестве |
15 000 кг/ч. |
Концентрация |
твердой |
фазы |
|||||||
В СуСПеНЗИИ Л'1 = 6 %, КОНЦеНТраЦИЯ СГущеННОЙ СуСПеИЗИИ |
А"2 = 40%, |
|||||||||||
скорость осаждения |
суспензии |
toC T = 0,65 м/ч, |
плотность |
жидкой |
||||||||
фазы р = 1005 |
кг/м3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е . |
1. Определяем производительность |
отстойника по |
||||||||||
твердой фазе: |
G T B = 15 000-0,06 = 900 кг/ч. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2. Производительность |
отстойника по сгущенной суспензии |
|
||||||||||
|
|
|
|
Gcr |
0,4 |
2250 кг/ч. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Производительность отстойника по осветленной жидкости G w = 15 000 —2250 = 12 750 кг/ч.
4. Отношение содержания сухого вещества в суспензии и осадке будет
Р = - § - = 4 - 0 . 1 5 .
5. Поверхность отстойника находим по формуле (5-6):
р _. 1,3-15 000(1 -0,15) . Q - |
„ |
1005 • 0,65 |
м . |
6. Диаметр отстойника составляет
D = Y 4 ' 3 l u l = ] / 4 р = 6 , 8 7 м.
Принимаем D = 7 м.
3. В качестве определяющего критерия при расчете минималь ного диаметра улавливаемых частиц вводится критерий Лященко, в который не входит диаметр частиц. Критерий Лященко равен:
Ь |
у » ^ |
^ , |
(5-8) |
где Re — критерий Рейнольдса; |
|
|
|
Аг •— критерий Архимеда; |
|
|
|
w — скорость осаждения; |
|
|
|
Pi — плотность твердой |
фазы; |
|
|
р — плотность жидкости; |
|
|
|
j.i — динамическая вязкость среды. |
|
||
Расчетные формулы и пределы |
их применимости |
при ламинар |
|
ном, переходном и турбулентном режимах отстаивания имеют вид:
для Ly<0,22 (ламинарный режим) Re= (18, Ly)0 '5 ; |
(5-9) |
||
для |
Ly = 0,22—1490 (переходный режим) Re = |
5,18, Ly0 -6 2 5 ; |
(5-10) |
для |
Ly = 1490 (турбулентный режим) Re = 0,33, |
Ly. |
(5-11) |
Зависимости критериев Re и Ly от критерия Аг приведены в ра боте [32] (см. рис. 3-1). Минимальный диаметр улавливаемых ча стиц находят по формуле
|
4 , = Re - ^ - . |
(5-12) |
|
Минимальный диаметр |
улавливаемых частиц |
можно найти |
|
из критерия Архимеда по формуле |
|
|
|
d4=V |
-, |
г"г— м. |
(5-13) |
Эффективность работы-отстойника может быть вычислена, если известен фракционный состав взвешенных частиц. Пусть этот состав характеризуется следующими данными:
Диаметр частиц, мк . . |
0—5 |
6—9 |
10—25 |
26—50 |
51—70 71—100 |
>100 |
|
Содержание фракции, % |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
15 |
10 |
Если'Минимальный |
диаметр |
улавливаемых |
частиц |
d = b |
мк, то |
||
в аппарате не осаждаются частицы диаметром до 5 мк, которых со держится 5%. Эффективность отстойного аппарата будет 95%.
Пример 3. Найти минимальный диаметр улавливающих частиц в отстойнике для белых щелоков после каустизации, если плотность
взвешенных |
частиц |
pi =2800 |
кг/м3, |
вязкость |
щелока |
ц = |
|||
= 0,00227 |
н • сек |
|
|
р = 1138 |
кг/м3, |
скорость |
СТЄС- |
||
|
; — , плотность щелока |
||||||||
|
|
Лі-' |
|
|
|
|
|
|
|
ненного отстаивания ауС т=2,22 • 15- 5 м/сек. |
|
формуле |
(5-8): |
||||||
Р е ш е н и е . |
1. Критерий Лященко |
находим по |
|||||||
|
|
|
г (2,22- Ю - 5 ) 3 - |
11382 |
^ 3 79 . |
IQ-.o. |
|
|
|
|
|
b |
V ~ 9,81 |
• 0,00227 |
-1662 |
|
|
|
|
2. Критерий Архимеда находим из литературы [33]: Аг = 6,24. 10~3.
3. Минимальный диаметр улавливаемых частиц находим из кри терия Архимеда:
Л л |
= л / |
6,24-10 |
д . 0,00227 • 18 |
. ю |
- в |
м _ |
|
|
| / |
(2800— |
1138) • 9,81 • 1138 |
|
|
|
|
О т в е т : d4= 12 мк. |
|
|
|
|
|
|
|
4. Время |
пребывания |
улавливаемых |
частиц |
т |
в |
отстойнике |
|
равно |
|
|
|
|
|
|
|
где L—длина |
аппарата; |
|
|
|
|
|
|
h — высота потока; |
|
|
|
|
|
||
v — скорость потока; |
|
|
|
|
|
||
w — скорость отстаивания. |
|
|
|
|
|||
Используя |
|
|
Q |
|
|
|
(5-13), по |
уравнение расхода v=—— и соотношение |
|||||||
|
|
|
ло |
отстойника: |
|
||
лучаем выражение для производительности |
|
||||||
|
|
Q0=wLb=wF, |
|
|
|
(5-15) |
|
где b — ширина потока.
Для очистки массы от тяжелых примесей под действием силы тяжести в целлюлозно-бумажной промышленности используются песочницы, производительность которых определяют по формуле
~bhvc 60-24
Q o — 1 0 o . o 8 g т воздушносухой целлюлозы в сутки,
где b •— ширина песочницы, м;
h — высота слоя массы над перегородками, м; v — скорость движения массы, м/мин;
с — концентрация массы, %• Пример 4. Найти ширину песочницы и скорость осаждения ча
стиц w в ней при производительности 100 т воздушносухой целлю
лозы в сутки. При концентрации массы |
с = 0,35%, скорости v = |
||||
= 15 м/мин, высоте |
слоя потока над перегородками |
h = 150 мм и |
|||
длине L = 25 м. |
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е . Общую ширину песочницы |
определяем |
из выраже |
|||
ния (5-16): |
|
|
|
|
|
, |
'100 • • 100 • 0,88 |
_ |
? |
„ р . |
|
|
0,15 • 15 • 60 • 24 • 0,35 |
— |
' |
J O М. |
|
Для получения равномерной скорости по ширине песочницы раз деляем ее на несколько каналов, приняв ширину каждого канала 1,5 м. Скорость отстаивания находим из формулы (5-14):
w= 1 5 ^ ' 1 5 =0,09 м/мин.
5. При расчете отстойников периодического действия геометри ческие размеры можно рассчитать, пользуясь следующими фор мулами.
При цилиндрической форме отстойника высота цилиндрической части определяется из выражения
|
|
Я = |
у - |
« & |
м. |
|
(5-16) |
|
|
В случае прямоугольной формы высота отстойника по вертикали |
|||||||
равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н=¥г-КгЬ |
м, |
|
(5-17) |
|||
здесь |
V — емкость отстойника, м3; |
|
|
|
|
|||
|
Кг — коэффициент, зависящий от формы днища (при плоском |
|||||||
|
|
днище /<2 = 0; при коническом |
^ 2 = 0,131 tga; |
при сфери |
||||
|
|
ческом /«Сз = 0,071, при пирамидальном /(2 = 0,167tga); |
||||||
|
|
a— угол между образующей конуса и диаметром. |
|
|||||
|
Угол откоса пирамиды а 2 |
можно определить по уравнению: |
||||||
|
|
t g a 2 = t g a i - 7 - . |
|
|
(5-18) |
|||
где |
cci — угол между основанием и боковой поверхностью |
пирамиды |
||||||
|
|
с длиной /. |
|
|
|
|
|
|
|
Емкость отстойника равна |
|
|
|
|
|
||
где |
V 0 |
— объем системы; |
|
|
|
|
емкости, доли еди |
|
|
аз — коэффициент полезного использования |
|||||||
|
|
ницы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
V c = - ^ - ЛІ3 , |
|
|
(5-20) |
|||
здесь рс' — плотность суспензии, |
кг/м3; |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
100 |
|
|
|
(5-21) |
|
|
|
•хг |
. 100 — Х\ ' |
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Pi |
|
|
|
|
|
где х\ — содержание дисперсной фазы |
(% по массе) в системе (сус |
|||||||
|
|
пензии) ; |
|
|
кг/м3; |
|
|
|
|
pi — плотность дисперсной фазы, |
|
|
|||||
|
р — плотность дисперсионной среды, |
кг/м3. |
|
|
||||
|
Полная высота отстойника с учетом |
высоты |
днища |
Я д равна: |
||||
|
|
Я П = Я + Я Д |
м. |
|
|
(5-22) |
||
5 |
З а к а з № 481 |
65 |
Для отстойников цилиндрической формы
/ / „ = - ^ = ^ - t g a л , |
(5-23) |
где d — диаметр выгружиой трубы, расположенной в центре днища. Для отстойника прямоугольной формы
Н л = - ^ - [ ё а 1 М . |
(5-24) |
Высота уровня системы в вертикальной части отстойника равна для цилиндрической формы
H ^ ^ P L M t |
(5-25) |
для прямоугольной формы
Нх=^—Кф |
м. |
(5-26) |
Объем влажного осадка равен
V„=-^ |
м*. |
(5-27) |
Per
При рст>рж осадок собирается в нижней части отстойника и зани маемая им емкость аппарата может быть:
А. Частью емкости днища. В этом случае диаметр верхнего слоя осадка в цилиндрическом отстойнике находят по формуле
Высоту слоя осадка по вертикали определяют по формуле
Hcr= D " - d tga м. |
(5-29) |
В отстойнике пирамидальной формы при соотношении -^- = d c r
одна сторона верхней плоскости осадка составит
Другая
^сг= acvbсг м, |
(5-31) |
высота по вертикали
#cr = 0,56C rtgai м. |
(5-32) |
Б. Частью емкости цилиндров при полном заполнении днища, тогда высота осадка в цилиндрической части
На— V " p''lD |
Щ |
(5-33) |
или частью емкости призмы при полном заполнении пирамидаль ного днища, тогда высота осадка в призматической емкости отстой ника
Н„=^—КгЬ м. (5-34)
При расчете отстойника полунепрерывного действия с днищем толщину движущегося слоя определяют по формуле
A = 0 , 3 7 ( - ^ ) V ' |
л. |
(5-35) |
|
Для воды т 0 = 0 , 4 6 , |
|
|
|
для иной жидкости |
|
|
|
//г0 =0,46 |
|
|
(5-36) |
где \х — динамический коэффициент |
вязкости |
жидкости; |
|
Цв — вязкость воды; |
|
|
|
п — при ламинарном режиме равно |
1,0; |
при турбулентном — |
|
0,125. |
|
|
|
Объем движущейся жидкости равен |
|
|
|
Кж=<2секТ |
м3, |
|
(5-37) |
здесь QCCK — секундная производительность отстойника, м3/се?к;
х— время отстаивания, сек; оно рассчитывается по фор муле (5-14).
Емкость пирамиды, как сборника осадка и некоторого объема жид кости, равна
V n = b 4 ^ - м3. |
(5-38) |
Если не принимать во внимание устройство для выгрузки |
осадка |
в нижней части отстойника, то высоту пирамидальной части аппа рата по вертикали можно найти по формуле
Я = 0,56 t g a i м. |
(5-39) |
Продолжительность непрерывной работы отстойника с началь ного момента слива осветленной жидкости и до остановки для уда ления осадка определяют по уравнению
' с > ^ - , с *• |
(5-40) |
Толщину слоя осветленной жидкости непрерывно действующего отстойника при радиальном движении жидкости от центра к пери ферии на подходе к желобу находят по формуле
к=°>т{і&Т |
(5-41) |
5* |
67 |
Скорость движения жидкости
где w — скорость отстаивания.
С учетом скоростного напора величину h можно определить ме
тодом подбора по уравнению |
|
|
|
|
Л2 (л — 5)+ С = 0, |
|
(5-43) |
где |
|
|
|
|
5=0,173 (-3^-)'", |
|
(5-44) |
Если отстойник представляет резервуар в форме усеченного ко |
|||
нуса |
с углом наклона в 60°, то его емкость |
рассчитывают |
по фор |
муле |
|
|
|
|
l/=0,131 (D3 -flfK 3 )tg60° |
м\ |
(5-45) |
где |
dK — наименьший диаметр конуса в месте присоединения уст |
||
|
ройства для отвода осадка, м. |
|
|
Высоту конуса по вертикали находят по уравнению |
|
||
|
# = 0,5(£> — dK) tg60° |
м. |
.. (5-46) |
Геометрические размеры (диаметр и высота цилиндрической ча сти) отстойника с резервуаром цилиндрической формы с плоским или коническим днищем, с небольшим углом наклона и со скреб ками для перемещения осадка к разгрузочному отверстию в центре днища определяют следующим образом. Диаметр определяют так же, как диаметр отстойника периодического действия. Высота скла дывается из трех частей: высоты свободного падения в зависимости от концентрации системы в пределах Пі = 0,45-^0,75 м; высоты зоны сгущения, определяемой в зависимости от времени уплотнения си стемы по уравнению:
A 2 _ _ ^ L ж, |
(5-47) |
••Per |
|
где G o r — часовое количество влажного осадка, кг/ч; Туп — продолжительность уплотнения, ч; рег — плотность сгущенной системы, кг/м3;
высоты, обеспечивающей работу скребков, равной « 3 = 0,731) м.
Геометрические размеры многоярусных отстойников рассчитыва ются с учетом равенства
F = = ^ L = ^ ( D l - d l ) n M 2 . |
(5-48) |
Різ выражения (5-48) |
с учетом |
известного |
размера D находят: |
или диаметр конической перегородки |
|
||
Д ( |
= ] / - ^ - + 4 м |
(5-49) |
|
или количество ярусов |
|
|
|
|
- |
° 2 |
(5-50) |
Пример 5. Рассчитать геометрические размеры отстойного уст ройства при производительности gor=1000 кг дисперсной фазы (су
хого осадка) за |
8 ч. Содержание |
дисперсной |
фазы |
в системе xi = |
|||||||
= 6%, в осветленной жидкости х= |
1 %• во влажном осадке . t 2 =40% . |
||||||||||
Плотность дисперсионной среды р = 1000 кг/м3, |
дисперсионной |
фазы |
|||||||||
pi = 2000 кг/м3. |
Динамический коэффициент |
вязкости |
р, = 102Х |
||||||||
X Ю - 6 |
— — |
(1000 - Ю - 6 н-сек/м21). Минимальный диаметр |
осе |
||||||||
дающих частиц dxi = 20 ЛІК = 20 • Ю - 6 |
м. |
|
|
|
|
|
|||||
Р е ш е н и е . |
1. Количество |
влажного осадка |
находим |
по |
урав |
||||||
нению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C o r n e r ^ - = 1 0 0 0 ^ - = 2 5 0 0 |
кг. |
|
|
|
|||||
2. Количество осветленной жидкости находим из выражения |
|||||||||||
|
О ж = О сг |
* 2 ~ ~ * ' |
= 2 5 0 0 ^ = 1 = 1 7 0 0 0 |
кг. |
|
|
|||||
|
м |
|
• Х\ —х |
|
|
б— 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Количество системы (суспензии) определяем по формуле |
|||||||||||
|
GC = G > K + G c r = 1700 + 2500 = 19500 |
кг. |
|
|
|
||||||
4. Плотность системы находим по уравнению |
(5-21): |
|
|
||||||||
|
|
р с = = — б — ] ° i o o —6 = 1 0 3 ° . 9 |
кг1м3- |
|
|
|
|||||
|
|
|
2000""1 |
Гооо |
|
- |
|
|
|
|
|
5. Плотность осветленной жидкости находим из выражения |
|
||||||||||
|
|
100 |
|
|
|
100 |
= 1005 |
кг/м3. |
|
||
|
лг |
100 — х |
_ 1 |
|
100—1 |
|
|||||
|
р, + |
р |
2000 + |
1000 |
|
|
|
|
|
||
6. Плотность влажного осадка определяем по формуле |
|
|
|||||||||
|
|
J22 |
|
|
ш |
|
\9ЫЫм3 |
|
|
||
|
|
100 — ^2 ~ |
40 |
100 — 40 |
— |
|
^™КІІМ |
|
|
||
|
р, |
+ |
р |
2000 + |
1000 |
|
|
|
|
|
|
7. Объем системы |
находим из выражения |
(5-20): |
|
|
|||||||
|
|
|
^ = ^ " = 1 8 , 9 1 5 |
|
|
|
|
|
|||