107_2011

4)«Гидравлическое сопротивление трубопроводов» – задачи 29–37;

5)«Перемещение жидкостей и газов» – задачи 38–50;

6)«Разделение неоднородных систем под действием сил тяжести» – зада-

чи 51–57;

7)«Гидродинамика неподвижных и «кипящих» зернистых слоев» – зада-

чи 58–65;

8)«Фильтрование» – задачи 66–70;

9)«Центробежное разделение. Циклоны, центрифуги» – задачи 71–73;

10)«Перемешивание в жидких средах» – задачи 74, 75.

Контрольные задачи к работе № 2 охватывают такие темы, как:

1)«Тепловые балансы» – задачи 1, 2;

2)«Теплопроводность» – задачи 3–7;

3)«Конвективный перенос теплоты» – задачи 8–15;

4)«Теплопередача. Расчет теплообменников» – задачи 16–25;

5)«Выпаривание» – задачи 26–35;

6)«Основы массопередачи» – задачи 36–40;

7)«Абсорбция» – задачи 41–53;

8)«Перегонка и ректификация» – задачи 54–63;

9)«Сушка» – задачи 64–73;

10)«Адсорбция» – задача 74;

11)«Экстракция» – задача 75.

Таким образом, в контрольных работах представлены задачи только по тем темам, по которым на настоящий момент разработаны и содержатся в учебной ли- тературе наиболее обоснованные и обобщенные инженерные методики и зависимо- сти для расчетов соответствующих явлений, процессов и аппаратов. По мнению ав- торов, тематика таких задач является наиболее актуальной в повседневной практике инженера-технолога.

3.2. УКАЗАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ, ПОРЯДОК ИХ РЕЦЕНЗИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ

Выполненная контрольная работа оформляется в ученической тетради (раз- мер 205×170 мм) или на листах белой бумаги формата А4 (297×210 мм), которые брошюруются либо помещаются в папку-скоросшиватель. Текст выполняется от руки синими или черными чернилами (пастой) либо печатным способом на бе- лорусском или русском языке. Цвет печати – черный. Рукописный текст должен быть разборчивым. Рисунки, схемы можно выполнить простым карандашом, до- пускается также их цветное исполнение.

Титульный лист должен быть подписан отчетливо и разборчиво. На нем необ- ходимо указать название специальности (специализации), учебный шифр, номер индивидуального задания, а также точный почтовый адрес студента и дату от- правки контрольной работы в университет. На титульном листе должны быть на- писаны номер контрольной работы и полное наименование дисциплины («Процес- сы и аппараты химической технологии», а не ПиАХТ).

Свою фамилию, имя и отчество студент обязан записать полностью (при ру- кописном исполнении – печатными буквами). В начале листа, следующего за титульным, повторно указывается код и номер задания, перечень номеров

21

задач, входящих в индивидуальное задание по контрольной работе, а также

ввиде двух последних цифр учебного шифра варианты исходных данных. Например: «Код задания 28. Задание 20. Задачи № 16, 39, 62. Варианты исход- ных данных 7, 3».

Далее последовательно приводятся полные тексты условий задач с необходи- мыми расчетными схемами (рисунками) и исходными данными соответственно ва- риантам, а также их решения. Между полным текстом задачи и ее решением запи- сывают краткое условие. На каждом из листов, на которых размещены тексты и решения задач, должны быть поля для записи замечаний рецензента. Ширина полей – не менее 30 мм. Для записи обобщающих замечаний по выполнению зада- чи необходимо оставить пробел не менее 50 мм.

Втексте решения студент дает алгоритм выполняемых действий в виде ис- пользуемых формул, зависимостей, логических рассуждений, расчеты по этим формулам, зависимостям. При этом записываются необходимые пояснения, обос- нования, ссылки на информацию.

Запись формулы проводится после пояснения параметра, который по ней рассчитывается. Затем дается пояснение (расшифровка) условных обозначений физических величин, констант, коэффициентов, впервые используемых при решении задачи (не работы в целом) и входящих в данную формулу. После проводят определение численных значений параметров, входящих в формулу, но не данных в условии задачи, а также не использовавшихся ранее при реше- нии задачи.

Численные значения параметров, которые взяты из справочной литературы, используемые формулы, не являющиеся общеизвестными, фундаментальными, отдельные теоретические обоснования, результаты, полученные из справочных графиков и номограмм, – должны иметь в тексте ссылки на источники информа- ции. Ссылку дают в необходимом месте в виде числа, заключенного в квадратные скобки. Это число должно соответствовать номеру источника информации в спи- ске литературы. Список литературы располагают в контрольной работе после текста решения последней задачи. Источники нумеруют согласно порядку ссылок на них в работе.

Результаты расчетов, а также справочные данные, полученные из таблиц,

втом числе интерполяцией, должны иметь точность не менее трех значащих цифр (но не более пяти). Точность справочных данных и результатов, полученных из но- мограмм, графиков, должна согласовываться с разрешающей способностью и мас- штабом этих номограмм и графиков. При этом она должна быть не менее двух зна-

чащих цифр. Примеры чисел, записанных с точностью до трех значащих цифр: 15 300; 1,53 105; 1,40 102; 1,76 10–3; 1,20 10–5; 0,0192; 0,00 170.

Втексте решений задач с целью облегчения ссылок, пояснений рекомендуется нумеровать расчетные формулы. Номер формулы записывается в круглых скобках арабскими цифрами справа напротив.

Пример оформления условия задачи и ее решения

Задача 12. Труба, из которой выполнен змеевик (рисунок), имеет внутренний диаметр d. Число витков змеевика N, диаметр витка, измеренный по оси его тру- бы, равен D. Абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы . Внутри змеевика со средней скоростью w движется жидкость. Средняя температу- ра жидкости t.

22

Определить потери давления, связанные с преодолением сил трения при движении жидкости в змеевике.

Дано: вариант 7, табл. 4.23: жидкость – бензол;

w = 0,8 м/с;

d = 32 мм = 0,032 м; N = 10;

вариант 4, табл. 4.24: t = 40°C;

D= 0,8 м;

=0,2 мм = 2 10−4 м.

где λ – коэффициент трения; ρ – плотность жидкости, кг/м3.

Значение λ рассчитывается в зависимости от величины числа Рейнольдса Re :

где μ – динамическая вязкость жидкости, Па с.

При температуре t = 40°C для бензола плотность ρ = 858 кг/м3 , динамическая вязкость μ = 5,5 10−4 Пас [3].

Re = 0,8 0,032−4858 = 3,994 104. 5,5 10

Re > 1 104 , режим движения бензола турбулентный, поэтому расчет λ необходи- мо проводить с учетом относительной шероховатости поверхности стенок трубы ε:

4.ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ИРАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

4.1.ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

4.1.1.Параметры состояния жидкостей и газов

Температура характеризует интенсивность теплового движения частиц, обра- зующих систему (вещество, материал), определяется как производная энергии тела на его энтропию. В современной практике измерения температур используется термодинамическая шкала Кельвина. Единица измерения температуры T в ней – Кельвин (К). Наряду с термодинамической шкалой допускается использование шкалы Цельсия. По шкале Цельсия измерение температуры t производится в градусах Цельсия (°C, град). Взаимосвязь между температурами, выраженными по термодинамической шкале и шкале Цельсия, следующая:

T = t + 273,15. (4.1)

В таком случае 273,15 К соответствует 0°C. Разность (изменение) температур, выраженных по термодинамической шкале и шкале Цельсия, численно равна.

Давление – величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на поверхность по нормали к ней. При равномерном распределении сил по поверхно- сти давление равно отношению силы к площади поверхности. Размерность давле- ния в СИ – Па (Паскаль); Н/м2.

Абсолютное давление – истинное гидростатическое давление среды. Гидроста- тическое давление – давление в данной точке жидкости или газа.

Барометрическое (атмосферное) давление – давление столба атмосферного воздуха в данном месте Земли в данный момент времени. Нормальное барометри-

В случаях, когда величина Pбар не указана, принимают Pбар = P0 .

Понятие разрежение (устаревший термин – вакуум, современным стандартом использование в научно-технической литературе не допускается) Pразр, Па, исполь-

зуется, если абсолютное давление в объекте (системе) ниже барометрического:

Общее наименование приборов для измерения давления – манометры. Соб- ственно манометры – приборы для измерения избыточного давления. Дифферен- циальные манометры – приборы для измерения разности (перепада) давлений в двух точках (зонах) системы (аппарата, установки и т. п.). Барометры – приборы для измерения абсолютного давления атмосферного воздуха. Вакуумметры – приборы для измерения разрежения. В случаях, если в тексте не указаны вид давления и тип прибора, показания которого приводятся, следует принимать, что упомянутое давление – абсолютное.

4.1.2. Плотность

Плотность ρ, кг/м3, – масса единицы объема вещества (материала):

где m – масса, кг; V – объем, м3.

Относительная плотность (для жидкостей) ρ – отношение плотности жидкости

где ρв – плотность воды, кг/м3.

Плотность по воздуху – отношение плотности газа (газовой смеси) к плотности воздуха при равных их температуре и давлении.

Коэффициент объемного температурного расширения βt , К–1, показывает относи-

Плотность жидкой смеси (неассоциированного раствора жидкостей, эмульсий) ρсм, кг/м3, состоящей из n компонентов, следующая:

i=1

или

26

где ρж и ρтв – плотности жидкости и твердого материала, составляющих суспензию, соответственно, кг/м3; cтв – объемная доля твердой фазы в суспензии, м3/м3 суспен- зии; xтв – массовая доля твердой фазы в суспензии, кг/кг суспензии.

Плотность индивидуальных газов при нормальных условиях может быть оп- ределена по справочным таблицам и расчетным путем.

Плотность индивидуальных жидкостей при различных температурах опреде- ляется по справочным таблицам (графикам). Величина плотности жидкости также

27

может быть рассчитана по известной плотности ее при определенной температуре (обычно 293 или 298 К) и βt .

Плотность ассоциированных растворов жидкостей больше ее величины, рас- считанной по формулам (4.8) и (4.9), вследствие сжатия ввиду возникновения физико-химических связей между разнородными молекулами. Точные значения плотности таких растворов в зависимости от их состава и температуры опреде- ляются по справочным данным. Для приближенных расчетов при отсутствии справочных данных можно применять зависимости (4.8) и (4.9).

Использование формул (4.10), (4.12), (4.13) дает в большинстве случаев доста- точную для инженерных расчетов точность при диапазонах давлений от 0,001 до 10 МПа и температур от 100 до 1500 К.

4.1.3. Вязкость

Вязкость – свойство сплошной среды (жидкости, газа) оказывать сопротивление перемещению, обусловленное внутренними молекулярными взаимодействиями в движущейся среде. Это сопротивление проявляется в возникновении касательных напряжений τ, Н/м2, на поверхностях слоев жидкости. Для ньютоновских жидкостей

где μ – коэффициент динамической вязкости (динамическая вязкость), Па с; dwdn – градиент скорости, с–1.

Винженерной практике величину μ определяют по справочным таблицам

играфикам. Для газа, если известно его динамическая вязкость μ0 , Па с, при нор- мальной термодинамической температуре T0 = 273,15 К вязкость μ, Па с, при тем- пературе T с достаточной точностью определяют по формуле

yi – молярная доля i-того компонента смеси, кмоль/кмоль смеси; Mi – молярная масса i-того компонента смеси, кг/кмоль; μi – динамическая вязкость i-того компонента сме- си, Пас.

Динамическая вязкость газов (газовых смесей) мало зависит от величины дав- ления и в пределах давлений от 0,001 до 3 МПа может быть принята постоянной при проведении инженерных расчетов.

Для жидкостей четких, обобщающих, достаточно точных зависимостей для расчета вязкости с учетом изменения ее температуры не существует. Для жидких растворов, образованных из неассоциированных жидкостей, вязкость μр, Па с, мо- жет быть приближенно рассчитана по формуле

28

При использовании формул (4.18)–(4.21) в них подставляют значения μi (μж ) при соответствующих температурах.

Коэффициент кинематической вязкости (кинематическая вязкость) – ком- плексная физическая константа жидкости или газа, определяющая их механиче- скую инерционность. Коэффициент кинематической вязкости ν, м2/с, связан с ко- эффициентом динамической вязкости зависимостью

где ρ – плотностьжидкости(газа) прирабочихусловиях(давление итемпература), кг/м3.

4.1.4. Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение на границе раздела фаз σ, Дж/м2, характеризуется величиной энергии, необходимой для образования 1 м2 поверхности раздела на этой границе. Единица измерения σ может быть выражена в ньютонах на метр (Н/м). Для границ раздела жидкость – газ (пар) при инженерных расчетах величи- ну σ можно принять, не зависящей от природы газа (пара). В справочных данных обычно значение σ приводят для жидкостей в зависимости от их температуры на границе их раздела с воздухом или собственным паром. Для эмульсий поверх-

где σ1 и σ2 – поверхностные натяжения жидкостей, образующих эмульсию, на гра- нице раздела с воздухом (собственными парами), Дж/м2.

Дополнительную информацию о значениях плотности, вязкости, поверхност- ного натяжения жидкостей (газов), методах их определения и расчета можно полу- чить из пособий [4–6, 35, 103], справочников [31, 32, 41, 62, 64, 65], монографий [36, 37] и других источников.

29