Методические указания 1 страница

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

УДК 66.02

Методические указания по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» / Л.Н.Акимова, А.В. Кипря, И.Г.Дедовец, – Донецк; 2012 – 46 с.

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, имеющем плавное сечение.

Исходные данные

1. Количество проходящего газа V, м³/ч.

2. Плотность газа ρ, кг/м³.

3. Диаметр трубопровода:

в широком сечении d₁, мм.

в узком сечении d₂, мм.

4. Избыточное давление газа в широком сечении Р₁, Па.

5. Разрежение газа в узком сечении Р₂, Па.

№ п/п	V, м3/ч	ρ, кг/м3	d1, мм	d2, мм	Р1, Па	Р2, Па
1.		0,5
2.		1,2
3.		0,4
4.		1,5
5.		0,8
6.		0,9
7.		1,4
8.		1,2
9.		1,3
10.		0,6
11.		0,7
12.		0,8
13.		1,3
14.		0,9
15.		1,1
16.		1,3
17.		0,9
18.		1,4
19.		1,2
20.		0,8
21.		0,6
22.		1,1
23.		0,8
24.		0,7
25.		0,4
26.		0,5
27.		1,1
28.		1,1
29.		1,3
30.		0,9

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

1. Расход жидкости V, м³/ч.

2. Температура жидкости t=20⁰С.

3. Характеристики трубопровода:

внутренний диаметр d, мм;

длина ℓ, м;

абсолютная шероховатость ∆, мм.

№ п/п	Жидкость А	V, м3/ч	d, мм	ℓ, м	∆, мм
1.	Вода	0,9			0,01
2.	Толуол	6,8			0,2
3.	Бензол	2,7			0,1
4.	Метиловый спирт (30%)	3,2			0,3
5.	Уксусная кислота (70%)	6,7			0,2
6.	Серная кислота (60%)	7,5			0,5
7.	Этиловый спирт (40%)	1,4			0,01
8.	Бутиловый спирт	0,7			0,2
9.	Глицерин (100%)	1,0			0,1
10.	Ацетон	3,1			0,3
11.	Азотная кислота (100%)	9,3			0,2
12.	Нитробензол	6,4			0,3
13.	Фенол	5,8			0,5
14.	Муравьиная кислота	11,0			0,4
15.	Кальций хлористый	10,0			0,3
16.	Вода	14,0			0,2
17.	Толуол	3,8			0,3
18.	Бензол	5,2			0,2
19.	Метиловый спирт (30%)	6,4			0,1
20.	Уксусная кислота (70%)	8,0			0,3
21.	Серная кислота (60%)	8,4			0,2
22.	Этиловый спирт (40%)	1,8			0,05
23.	Бутиловый спирт	3,0			0,1
24.	Глицерин (100%)	4,8			0,2
25.	Ацетон	3,2			0,1
26.	Азотная кислота (100%)	3,6			0,3
27.	Нитробензол	5,5			0,2
28.	Фенол	8,2			0,2
29.	Муравьиная кислота	4,3			0,1
30.	Кальций хлористый	7,5			0,2

Указания к решению

Определить скорость и режим движения жидкости по трубопроводу. Затем, в зависимости от режима движения 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

1. Количество подаваемой из бака воды, V, м³/ч.

2. Внутренний диаметр трубопровода d, мм.

3. Длина горизонтального участка трубопровода ℓ, м.

4. Избыточное давление в аппарате Р_изб, Па.

№ п/п	V, м3/ч	d, мм	ℓ, м	Ризб, Па
1.	1,2		0,5
2.	2,3		0,5
3.	2,5		0,8
4.	4,1		1,0
5.	6,4		0,6
6.	2,5		0,7
7.	2,2		0,4
8.	3,8		0,2
9.	3,1		0,8
10.	4,3		0,9
11.	7,1		0,8
12.	6,0		0,1
13.	3,2		0,4
14.	3,6		1,0
15.	4,2		0,9
16.	4,8		0,8
17.	3,8		0,7
18.	4,5		0,4
19.	3,2		1,0
20.	2,8		0,2
21.	2,4		0,7
22.	5,2		0,5
23.	7,2		0,9
24.	4,4		0,4
25.	3,2		0,6
26.	2,5		0,8
27.	2,8		1,0
28.	3,4		0,4
29.	5,2		0,5
30.	6,0		0,6

Указания к решению

Высоту установки бака определить из условия равенства давления, создаваемого столбом жидкости высотой Н сумме давлений: давления, необходимого для создания скорости движения жидкости в трубопроводе, давления, необходимого для преодоления потерь на трение и местные сопротивления, а также избыточного давления в аппарате.

Температура воды t=20⁰С.

Задача 4

Определить, какое количество газа А (в единицу времени) можно пропустить по кольцевому пространству теплообменника типа «труба в трубе», если потери давления на трение не должны превышать величину ∆Р, Па. Газ находится под атмосферным давлением.

Исходные данные

1. Длина теплообменника ℓ, м.

2. Диаметр труб:

d_н/ d_в, мм;

D_н/ D_в, мм.

3. Средняя температура газа, t, ⁰С.

№ п/п	Газ А	∆Р, Па	ℓ, м	dн/ dв, мм	Dн/ Dв, мм	t, 0С
1.	Двуокись углерода	1,4	2,5	35/31	65/57
2.	Воздух	54,0	3,0	45/38	65/57
3.	Аммиак	2,8	1,5	45/38	84/76
4.	Кислород	5,8	3,0	56/48	84/76
5.	Азот	2,5	1,5	65/57	99/89
6.	Двуокись серы	17,6	2,0	45/38	65/57
7.	Водяной пар	4,8	2,0	56/48	84/76
8.	Водород	11,7	2,0	31/25	65/57
9.	Хлористый водород	2,3	2,3	45/38	84/76
10.	Хлор	5,7	2,5	45/38	65/57
11.	Двуокись углерода	2,4	3,5	35/31	65/57
12.	Воздух	64,0	6,0	45/38	65/57
13.	Аммиак	3,6	5,0	56/48	84/76
14.	Кислород	8,2	4,0	56/48	84/76
15.	Азот	4,2	7,0	65/57	99/89
16.	Двуокись серы	32,0	4,0	45/38	65/57
17.	Водяной пар	8,0	3,5	56/48	84/76
18.	Водород	20,0	3,0	31/25	65/57
19.	Хлористый водород	4,6	4,6	45/38	84/76
20.	Хлор	6,2	3,2	45/38	65/57
21.	Двуокись углерода	3,0	4,0	35/31	65/57
22.	Воздух	70,0	5,0	45/38	65/57
23.	Аммиак	4,2	4,0	56/48	84/76
24.	Кислород	10,0	5,2	56/48	84/76
25.	Азот	4,8	3,0	65/57	99/89
26.	Двуокись серы	15,0	4,2	45/38	65/57
27.	Водяной пар	10,0	4,0	56/48	84/76
28.	Водород	15,0	3,4	31/25	65/57
29.	Хлористый водород	5,2	5,0	45/38	84/76
30.	Хлор	6,8	4,0	45/38	65/57

Указания к решению

Преобразовать уравнение для определения потерь давления на трение, подставив в него уравнение для вычисления коэффициентов трения (при ламинарном режиме или по формуле Блазиуса) с последующей проверкой.

Задача 5

Определить напор, развиваемый насосом, и потребляемую им мощность при перекачивании воды (температура воды t=20⁰С).

Исходные данные

1. Производительность насоса V, м³/ч.

2. Диаметр всасывающего трубопровода d₁, мм.

3. Диаметр нагнетающего трубопровода d₂, мм.

4. Длина всасывающего трубопровода ℓ₁, м.

5. Длина нагнетающего трубопровода ℓ₂, м.

6. Число отводов под углом 90⁰ n на каждом трубопроводе.

7. Число вентилей m на каждом трубопроводе.

8. Абсолютная шероховатость трубопровода ∆, мм.

9. Высота подъема жидкости в нагнетательном трубопроводе Н, м.

10. Коэффициент полезного действия η.