Metodicheskie_ukazania_ind
.doc
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ,
МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению индивидуальных заданий и проведению практических занятий
по дисциплине
«Процессы и аппараты химической технологии»
(для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 6.051301 «Химическая технология», 6.040106 «Экология», 6.050502 «Инженерная механика»).
Рассмотрено на заседании кафедры химическая технология топлива.
Протокол № 12 от 05.06.2012 г.
Утверждено на заседании учебно-издательского совета ДонНТУ Протокол № от 2012 г.
Донецк, 2012
УКД 66.02
Методические
указания по курсу «Процессы и аппараты
химической технологии» / Л.Н.Акимова,
А.В. Кипря, И.Г.Дедовец, –
Донецк; 2012 –
Приведены методические указания к проведению практических занятий по процессам и аппаратам химической технологии и рекомендации по подготовке к практическим занятиям, последовательность решения задач и анализа полученных результатов, приведены варианты условий задач для выполнения индивидуальных заданий, даны методические указания к решению каждой задачи.
Предназначены для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 6.051301 «Химическая технология», 6.040106 «Экология», 6.050502 «Инженерная механика».
Составители: Л.Н. Акимова, доцент, к.т.н.
А.В. Кипря, доцент, к.х.н.
И.Г. Дедовец, доцент, к.т.н.
Рецензент:
В овладении дисциплиной «Процессы и аппараты химической технологии» (ПАХТ), которая является фундаментальной для химико-технологического образования, существенное значение имеют практические занятия по расчетной части курса.
Целевой установкой практических занятий по курсу процессов и аппаратов является обучение студентов методике расчета и проектирования химической аппаратуры путем рассмотрения примеров и задач.
Умение решать задачи является одной из форм выявления знаний по курсу ПАХТ, которая влияет на экзаменационную оценку. Применение теоретических знаний для решения примеров и задач помогает приобрести навыки в расчетах, необходимые при проектировании и эксплуатации химических производств. Умение решать задачи, необходимое для студентов и специалистов, позволяет точнее и лучше проводить экспериментально- исследовательскую работу и технические расчеты, анализировать работу аппаратов.
Практические занятия проводятся в соответствии с рабочей учебной программой дисциплины «Процессы и аппараты химической технологии».
При подготовке к практическим занятиям студент обязан:
– изучить теоретические сведения по соответствующей теме, используя для этого конспект лекций, а также рекомендованную литературу;
– разобрать примеры решения задач, приведенные в сборнике [1];
– разобраться в построении приведенных графиков и номограмм;
– выполнить домашнее задание.
Студенты выполняют работу по вариантам. Номер варианта соответствует номеру фамилии студента в списке группы.
При расчете аппаратов приходится применять различные физические величины, пользоваться данными о физических свойствах веществ (плотность, вязкость, теплопроводность и т.п.). Все эти величины могут быть измерены в тех или иных единицах.
С 1 января 1980 г. для всех областей науки, техники и народного хозяйства принята Международная система единиц (СИ), основными единицами которой являются: длины – метр (м), массы – килограмм (кг), времени – секунда (с), силы электрического тока – ампер (А), температуры – Кельвин (К), силы света – кандела (кд), количества вещества – моль. Кроме того, стандартом предусмотрены две дополнительные единицы: единица плоского угла – радиан (рад) и единица телесного угла – стерадиан (ср). Остальные единицы – производные образуются на базе основных. Размер производных единиц определяется с помощью физических уравнений, выражающих связь между величинами.
Сопоставление единиц системы СИ с единицами других систем и внесистемных дано в приложении 1.
Физические свойства веществ приведены в справочных данных по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» [1].
Приступая к решению задачи, следует изобразить схему установки (устройства), обозначить на ней все размеры и величины, отметить стрелками направления движения потоков и разобраться в условиях работы установки.
Затем следует выписать все данные задачи, написать основные расчетные уравнения наметить путь (алгоритм) решения, разбив задачу на ряд частных вопросов, выписать нужные численные значения различных физических свойств.
Подставив в расчетные уравнения числовые значения, проверить правильность подстановки, после чего приступить к арифметическим вычислениям.
Ответ следует подвергнуть анализу с точки зрения соответствия полученного результата практическим условиям работы рассчитываемой установки или аппарата.
Полезно решить задачу в общем виде и исследовать результаты, выясняя влияние тех или иных факторов, входящих в условие задачи на работу аппарата.
Выработка навыков к ведению технического расчета является главной задачей практических занятий по курсу. Погрешность обычного инженерного расчета ≈ 5%.
Отчетливое изложение, систематический ход вычислений, аккуратность записи – основные требования к ведению студентом тетради по практическим занятиям.
Решая задачи, студенты должны научиться пользоваться основными справочниками, объединяющими опыт большого числа исследователей и проектировщиков, а также ГОСТами и каталогами.
Для фундаментальной подготовки химиков – технологов необходимо, чтобы теоретическая и практическая части курса «Процессы и аппараты химической технологии» были связаны непосредственно с производствами. Преследуя эту цель, на практических занятиях студентам предлагаются задачи из учебников, рекомендованных Министерством образования и науки Украины.
Задача 1
Определить потери давления при движении газа в горизонтальном трубопроводе, имеющие плавное сечение.
Исходные данные
-
Количество проходящего газа V, м3/ч.
-
Плотность газа ρ, кг/м3.
-
Диаметр трубопровода:
в широком сечении d1, мм.
в узком сечении d2, мм.
-
Избыточное давление газа в широком сечении Р1, Па.
-
Разрежение газа в узком сечении Р2, Па.
-
№
п/п
V, м3/ч
ρ, кг/м3
d1, мм
d2, мм
Р1, Па
Р2, Па
2250
0,5
350
110
400
680
1700
1,2
400
200
200
55
1000
0,4
180
100
150
90
1320
1,5
200
90
1500
915
2000
0,8
250
110
900
430
1250
0,9
180
120
200
160
600
1,4
200
90
700
220
1000
1,2
225
80
9090
950
1150
1,3
350
100
400
670
800
0,6
400
110
500
310
2500
0,7
450
180
1200
930
1500
0,8
380
120
600
800
1700
1,3
350
100
380
650
1400
0,9
180
120
350
200
1800
1,1
200
90
1500
680
2800
1,3
400
100
400
690
1000
0,9
300
110
500
310
1200
1,4
500
250
700
90
1400
1,2
400
200
800
320
2000
0,8
350
150
600
250
2250
0,6
380
120
400
680
1700
1,1
440
250
500
600
1200
0,8
200
70
350
700
1000
0,7
400
300
800
540
850
0,4
200
70
500
350
700
0,5
600
300
800
500
2000
1,1
700
350
900
400
2200
1,1
500
300
1100
800
1700
1,3
700
400
800
550
1500
0,9
450
250
750
300
-
Указания к решению
Для определения потерь давления ∆Р использовать уравнения Бернулли для реальной жидкости.
Задача 2
Определить потерю давления на трение при движении жидкости А в трубопроводе.
Исходные данные
-
Расход жидкости V, м3/ч.
-
Температура жидкости t=200С.
-
Характеристики трубопровода:
внутренний диаметр d, мм;
длина ℓ, м;
абсолютная шероховатость ∆, мм.
|
№ п/п |
Жидкость А |
V, м3/ч |
d, мм |
ℓ, м |
∆, мм |
|
|
Вода |
0,9 |
16 |
150 |
0,01 |
|
|
Толуол |
6,8 |
30 |
170 |
0,2 |
|
|
Бензол |
2,7 |
30 |
120 |
0,1 |
|
|
Метиловый спирт (30%) |
3,2 |
24 |
140 |
0,3 |
|
|
Уксусная кислота (70%) |
6,7 |
50 |
120 |
0,2 |
|
|
Серная кислота (60%) |
7,5 |
45 |
130 |
0,5 |
|
|
Этиловый спирт (40%) |
1,4 |
16 |
170 |
0,01 |
|
|
Бутиловый спирт |
0,7 |
24 |
80 |
0,2 |
|
|
Глицерин (100%) |
1,0 |
30 |
50 |
0,1 |
|
|
Ацетон |
3,1 |
16 |
20 |
0,3 |
|
|
Азотная кислота (100%) |
9,3 |
50 |
130 |
0,2 |
|
|
Нитробензол |
6,4 |
24 |
80 |
0,3 |
|
|
Фенол |
5,8 |
30 |
90 |
0,5 |
|
|
Муравьиная кислота |
11,0 |
60 |
80 |
0,4 |
|
|
Кальций хлористый |
10,0 |
50 |
45 |
0,3 |
|
|
Вода |
14,0 |
50 |
40 |
0,2 |
|
|
Толуол |
3,8 |
60 |
80 |
0,3 |
|
|
Бензол |
5,2 |
50 |
100 |
0,2 |
|
|
Метиловый спирт (30%) |
6,4 |
30 |
120 |
0,1 |
|
|
Уксусная кислота (70%) |
8,0 |
40 |
80 |
0,3 |
|
|
Серная кислота (60%) |
8,4 |
45 |
130 |
0,2 |
|
|
Этиловый спирт (40%) |
1,8 |
30 |
110 |
0,05 |
|
|
Бутиловый спирт |
3,0 |
24 |
50 |
0,1 |
|
|
Глицерин (100%) |
4,8 |
30 |
80 |
0,2 |
|
|
Ацетон |
3,2 |
24 |
70 |
0,1 |
|
|
Азотная кислота (100%) |
3,6 |
40 |
90 |
0,3 |
|
|
Нитробензол |
5,5 |
30 |
60 |
0,2 |
|
|
Фенол |
8,2 |
30 |
80 |
0,2 |
|
|
Муравьиная кислота |
4,3 |
50 |
110 |
0,1 |
|
|
Кальций хлористый |
7,5 |
60 |
90 |
0,2 |
Указания к решению
Определить скорость и режим движения жидкости по трубопроводу. Затем, в зависимости от режима давления и величины относительной шероховатости, выбрать расчетное уравнение для определения коэффициента трения и рассчитать потерю давления ∆Р, Па.
Задача 3
Определить, на какую высоту Н относительно места ввода воды в аппарат необходимо поставить открытый напорный бак. На трубопроводе имеется 1 поворот под углом 900 и 1 задвижка. Трубопровод новый стальной.
Исходные данные
-
Количество подаваемой из бака воды, V, м3/ч.
-
Внутренний диаметр трубопровода d, мм.
-
Длина горизонтального участка трубопровода ℓ, м.
-
Избыточное давление в аппарате Ризб, Па.
|
№ п/п |
V, м3/ч |
d, мм |
ℓ, м |
Ризб, Па |
|
|
1,2 |
23 |
0,5 |
15600 |
|
|
2,3 |
23 |
0,5 |
20200 |
|
|
2,5 |
33 |
0,8 |
10800 |
|
|
4,1 |
33 |
1,0 |
25000 |
|
|
6,4 |
45 |
0,6 |
30000 |
|
|
2,5 |
45 |
0,7 |
12000 |
|
|
2,2 |
51 |
0,4 |
21600 |
|
|
3,8 |
51 |
0,2 |
32400 |
|
|
3,1 |
64 |
0,8 |
15200 |
|
|
4,3 |
64 |
0,9 |
27100 |
|
|
7,1 |
33 |
0,8 |
10800 |
|
|
6,0 |
45 |
0,1 |
21000 |
|
|
3,2 |
51 |
0,4 |
12000 |
|
|
3,6 |
64 |
1,0 |
35000 |
|
|
4,2 |
51 |
0,9 |
15600 |
|
|
4,8 |
64 |
0,8 |
27100 |
|
|
3,8 |
45 |
0,7 |
16200 |
|
|
4,5 |
38 |
0,4 |
25000 |
|
|
3,2 |
64 |
1,0 |
34200 |
|
|
2,8 |
33 |
0,2 |
12500 |
|
|
2,4 |
33 |
0,7 |
24200 |
|
|
5,2 |
45 |
0,5 |
36600 |
|
|
7,2 |
45 |
0,9 |
30000 |
|
|
4,4 |
51 |
0,4 |
12800 |
|
|
3,2 |
51 |
0,6 |
14500 |
|
|
2,5 |
35 |
0,8 |
15700 |
|
|
2,8 |
35 |
1,0 |
18200 |
|
|
3,4 |
45 |
0,4 |
21700 |
|
|
5,2 |
45 |
0,5 |
10400 |
|
|
6,0 |
45 |
0,6 |
16600 |