ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ
БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ
СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
№2СӨЖ
ХИМИЯ-ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ӨНДІРІСТЕРІНІҢ
НЕГІЗГІ ПРОЦЕСТЕРІ МЕН АППАРАТТАРЫ
№2 СТУДЕНТТЕРДІҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСЫНА
ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР МЕН БАҚЫЛАУ ТАПСЫРМАЛАРЫ
5В072000 Бейорганикалық заттардын химиялық технологиясы
мамандығыныңстуденттеріүшін
Құрастырған:
ТӨМА кафедрасының
ағаоқытушы Тусипов Н.О.
СЕМЕЙ
2016
ЕСЕП № 1
Суды ысытуға арналған қаптама құбырлы жылуалмастырғышты есептеңіз. Берілгендері:
- ысытылатың судың мөлшері G, (тсағ);
- судың бастапқы температурасы tб, ( С);
- судың соңғы температурасы tс, ( С);
- ысытатың будың температурасы р, (бар);
- жылуөту коэффициенті k, (Вт(м2 С));
- қоршаған ортаға жылу шығындары Qшығ, (%);
- аппараттағы бір құбырдың ұзындығы l, (м).
- құбырдың диаметрі (сыртқы) d, (м);
- су мен будың өз ара қозғалу бағыты - қарама қарсы
Табу керек:
1. Аппараттың схемасың сызу;
2. Аппараттың жылу беттің есептеу F, (м2);
3. Аппараттағы ысыту құбырлардың саның есептеу n, (дана); Сурет.1
4. Ысытатың будың мөлшерің есптеу D, (кгсағ); Жылуалмастырғыш
№ 1 есепке берілгендердің кестесі
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
Логиннің соңғы саны
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
ысытылатың судың мөлшері G
тсағ
5,0
8,0
6,0
4,0
7,0
9,0
10
8,0
5,0
9,0
судың бастапқы температурасы tб
С
22
25
20
21
23
24
22
20
25
25
судың соңғы температурасы tс
С
85
90
70
80
70
75
87
84
91
82
ысытатың будың
қысымы р
бар
5,0
4,0
3,0
5,0
3,2
2,0
5,0
4,0
3,0
6,0
жылуөту коэффициенті k
Вт(м2 С)
750
800
900
790
830
800
700
900
850
950
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
Логиннің соңғы саны алдындағы сан
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
қоршаған ортаға жылу шығындары Qшығ
%
4
5
3
4
2
2
5
3
4
2
аппараттағы бір құбырдың ұзындығы l
м
3,0
2,0
3,0
2,0
3,0
2
3
2,5
1,8
3,5
құбырдың диаметрі (сыртқы) d
мм
20
38
25
54
20
54
38
20
25
54
№ 1 есепті шығару үшін әдістемелік нұсқаулар
Есепті шешпестен бұрын жылу процестер негіздері, жылуалмастырғыш аппараттарды есептеу және олардың конструкциялары бойынша теориялық материалды оқу керек. (1, 193-234 бет).
Аппараттың жылуалмасу бетің есептеу үшін жылуөтудің негізгі теңдеуің қолдану керек:
Суға будаң берілген жылу мөлщері:
Мұнда G – ысытылатың судың мөлшерің кгс өлшем бірлігінде алу керек.
Меншікті жылусыйымдылық с судың физикалық қасиеттері кестесінең алынады жылуалмастырғыштағы судың орташа температурасы бойынша. (қосымшаны қараңыз)
Температуралық тегеуірің :
егер , онда
егер , онда
Будың қысымына р байланысты будың температурасы қаныққан будың кестелері бойынша алынады (қосымша 1 қараңыз)
Суды ысыту үшін жылудың толық мөлшерін анықтаймыз:
Жылуалмасу бетін анықтаймыз:
Жылуалмастырғыштағы құбырлар саны:
где f куб – бір құбырдың сыртқы беті, мынаған тең болады:
Ысытатың будың мөлшері:
мұнда i - будың энтальпиясы, кДжкг,
i - конденсаттың энтальпиясы, кДжкг.
Будың және конденсаттың энтальпиялары қаныққан будың кестелерінен ысытатың будың қысымына р байланысты алынады.
ЕСЕП № 2
Бір корпусты буландырғыш аппаратты есептеңіз.
Берілгендері:
- бастапқы ертіндінің мөлшері Sб, (тсағ);
- ертіндінің бастапқы концентрациясы Хб, (%) ;
- ертіндінің соңғы концентрациясы Хс, (%);
- бастапқы ертіндінің температурасы tб, ( С);
- ертіндінің қайнау температурасы tқ, ( С);
- аппараттағы екіншіліқ будың қысымы рек, (бар);
- бастапқы ертіндінің жылусыйымдылығы ср,(кДж(кг С));
- ысытатың будың қысымы рыс, (бар)
- жылуөту коэффициенті k, (Втм2 С);
- жылу шығындары Qшығ, (%).
Сурет. 2 Буландырғыш аппарат
Табу керек:
1. Буландырылған судың мөлшерің - W, (кгсағ);
2. Ысытатың будың мөлшерің - D, (кгс) және (кгсағ);
3. Ысытатың будың меншікті мөлшерің - m, (кгкг);
4. Температуралардың пайдалы айырмасын - t, ( С);
5. Аппараттың жылуалмасу бетің - F, (м2).
№ 2 есепке беріленгендердің кестесі
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
Логиннің соңғы саны
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
бастапқы ертіндінің мөлшері Sб
тсағ
4
3
5
2
4
7
8
5
7,5
6,5
бастапқы концентрация Хб
%
7,0
5,0
8,5
7,5
4,5
5,0
6,5
5,5
8,0
6,0
соңғы концентрациясы Хс
%
40
45
42
50
44
38
52
40
55
50
ысытатың будың қысымы рыс
бар
1,0
1,3
1,5
1,2
1,1
1,4
1,5
0,9
1,3
1,2
екіншіліқ будың қысымы рек
бар
0,5
0,2
0,4
0,6
0,3
0,2
0,6
0,3
0,5
0,4
жылуөту коэффициенті k
Вт(м2 С)
850
750
950
800
950
750
800
900
790
830
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
Логиннің соңғы саны алдындағы сан
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
жылу шығындары Qшығ
%
2
5
3
4
2
4
5
3
4
2
бастапқы ертіндінің температурасы tб
С
50
40
30
35
50
40
35
50
45
40
ертіндінің қайнау температурасы tқ
С
85
89
68
79
85
73
82
89
79
73
бастапқы ертіндінің жылусыйымдылығы ср
кДж(кг С)
4,0
4,2
4,3
4,6
4,5
4,1
4,2
4,0
4,5
4,1
№ 2 есепті шығару үшін әдістемелік нұсқаулар
Есепті шешпестен бұрын буландыру процес, буландырғыш аппараттарды есептеу және олардың конструкциялары бойынша теориялық материалды оқу керек. (1, 193-212, 235-275 бет).
Буландырылған су бойынша аппараттың өнімділігін (кгсағ) анықтаймыз:
Ысытатын будың мөлшерін D (кгсағ) жылу баланс теңдеуінен анықтаймыз:
,
мұнда x – жылу шығындарын есепке алатын коэффициент, (х =1,02 1,05);
i - ысытатың будың энтальпиясы, кДжкг,
i - конденсаттың энтальпиясы, кДжкг,
i - екіншілік будың энтальпиясы, кДжкг,
i, i , i шамалары қаныққан су буының кестелерінен (қосымша 1) сәйкес қысымдар бойынша аланады.
Св – судың жылусыйымдылығы (ертіндінің қайнау температурасы бойынша алынады), кДж(кг С). Св судың физикалық қасиеттері кестесінен (қосымша 2).
Ысытатын будың меншікті мөлшері (кгкг):
Температуралардың пайдалы айырмасы:
мұнда tбу – ысытатын будын температурасы (қаныққан будын кестелерінен алынады сәйкес қысым бойынша (қосымша 1)).
Аппараттын жылу беті F (м2) жылуөтудің негізгі теңдейінен анықталады:
.
ЕСЕП № 3
Қалыпты кептіру процес бойынша істейтің үздіксіз әрекетті кептіргішті есептеңіз.
Берілгендері:
- ылғал материал бойынша кептіргіштің өнімділігі – m1, (кгсағ)
- материалдың бастапқы ылғалдылығы – w1, (%)
- материалдың соңғы ылғалдылығы - w2, (%)
- кептірілген материалдың жылусыймдылығы – см, (кДжкг С)
- транспорттық құрылғының массасы – mтр, (кг)
- транспорттық құрылғының жылусыйымдылығы - стр, (кДжкг С)
- материалдын кептіргішке кірердегі температурасы - 1, ( С)
- сыртқы ауаның температурасы – t0, ( С)
- калорифер алдындағы ауаның салыстырмалы ылғалдылығы - 0, (%)
- кептіруден кейін пайдаланған ауаның температурасы – t2 , ( С)
- кептіруден кейін пайдаланған ауаның салыстырмалы ылғалдылығы - 2, (%)
- кептіргіштен шыққан материалдың температурасы - 2, ( С)
- кептіргішке кірердегі транспорттық құрылғының температурасы - , ( С)
- кептіргіштен шыққан транспорттық құрылғының температурасы - , ( С)
- қоршаған ортаға жылу шығындары - qn, %.
- кептіргіш камерада ауа қыздырылмайды.
Табу керек:
1. Ауаның мөлшерін - L, кгсағ.
2. Жылу мөлшерің - Q, кДжсағ.
3. Ысытатың будың мөлшерің - D, кгсағ.
4. Теориялық және нақты кептіргіштегі процестің I – d диаграммадағы графиктерің турғызу.
№ 3 есепке беріленгендердің кестесі
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
Логиннің соңғы саны
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
ылғал материал бойынша кептіргіштің өнімділігі m1
кгсағ
1000
3000
2500
4000
1500
3500
5000
4500
2000
3000
материалдың бастапқы ылғалдылығы w1
%
38
32
30
35
31
30
35
32
30
34
материалдың соңғы ылғалдылығы w2
%
13
12
9
10
12
11
13
10
9
11
материалдын кептіргішке кірердегі температурасы 1
С
20
18
22
19
21
23
20
18
22
23
кептіргіштен шыққан материалдың температурасы 2
С
54
60
50
56
50
60
57
55
62
52
кептірілген материалдың жылусыймдылығы см
кДж(кг С)
2,20
2,14
2,25
2,18
2,14
2,25
2,14
2,18
2,22
2,37
транспорттық құрылғының массасы mтр
кг
700
2000
1800
1400
1100
1700
1850
2000
1500
1600
транспорттық құрылғының жылусыйымдылығы cтр
кДж(кг С)
0,35
0,45
0,3
0,25
0,55
0,5
0,2
0,3
0,4
0,25
кептіргішке кірердегі транспорттық құрылғының температурасы
С
20
18
22
19
21
23
20
21
20
19
кептіргіштен шыққан транспорттық құрылғының температурасы
С
54
60
50
56
50
60
57
55
62
52
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
Логиннің соңғы саны алдындағы сан
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
сыртқы ауаның температурасы t0
С
18
19
17
18
20
17
19
20
19
21
калорифер алдындағы ауаның салыстырмалы ылғалдылығы 0
%
70
68
71
69
70
70
68
71
69
72
кептіруден кейін пайдаланған ауаның температурасы t2
С
54
60
50
56
50
60
57
55
62
52
кептіруден кейін пайдаланған ауаның салыстырмалы ылғалды-лығы 2
%
58
57
60
59
62
59
60
59
58
59
қоршаған ортаға жылу шығындарыqn
%
10
12
11
14
10
12
15
13
10
12
№ 3 есепті шығару үшін әдістемелік нұсқаулар
Есепті шешпестен бұрын кептіру процес, кептіргіштерді есептеу және олардың конструкциялары бойынша теориялық материалды оқу керек (1, 291-319, 320-329, 329-361 беттер).
Кептіргіште буландырылған ылғалдың мөлшерің есептейміз:
I - d диаграмма бойынша ауаның кептіру алдындағы және кептіру ден кейін энтальпияларды I0 и I2 (кДжкг) және ылғал мөлшерлерді d0 и d2 (кгкг). Анықтау кезінде келесіні есепке алу қәжет t0 = 1, t2 = 2.
1 кг ылғалды буландыру үшін қажетті құрғақ ауаның мөлшері:
Теориялық кептіргіште 1 кг ылғалды буландыру үшін қажетті жылу мөлшері:
qк = l (I2 – I0)
Кептірілген материал бойынша кептіргіштің өнімділігі ( кгсағ):
m2 = m1 – W
Нақты кептіргіште жылу шығындалады:
а) материалды қыздыру үшін (кДжкг)
б) транспорттық құрылғыны қыздыру үшін (кДж кг):
Материалдың ылғалымен бірге кептіргішке кіретің жылу мөлшері (кДжкг):
qw = cw 1
мұнда cw = 4,19 103 – судың жылусыймдылығы, (Джкг С).
Берілгендер шарттар бойынша қоршаған ортаға жылу шығындары анықталады:
Нақты кептіру процеске түзету келесі формула бойынша аныөталады:
= (qк + qw) - (qм + qт + q n)
шамасың = l (I2 – I1) теңдеуден есептеп, ауаның энтальпиясынкептіргіш алдында (калорифердан кейін)
I1 = I2 – ( l)
I1 (кДжкг) и d0 (кгкг) мәндері бойынша I-d диаграммадан калорифердан кейін ауаның температурасын t1 анықтаймыз.
Кептіруге қажетті ауаның жалпы мөлшерің L (кг құрғақ ауасағ) анықтаймыз:
L = l W
Кептіруге қажетті жылудың жалпы мөлшерің Qк (кДжс, кВт) анықтаймыз:
Qк = L (I1 - I0)
Ысытатың будың және калорифердан шыққан ауаның температуралар айырмасын t = 10 С деп қабылдаймыз.
Онда ысытатын будың температурасы
tгр.п = t1 + t
Ылғал қаныққан будың кестесі бойынша ысытатың будың температурасы tгр.п ысытатың будың қысымын p (бар) және конденсация жылулығын r (кДжкг) анықтаймыз.
Кептіру процесің өткізуге қажетті ысытатың будың мөлшерің (кгсағ):
D = Qr
Есептің сонында теориялық және нақты кептіргіштер үшін I-d диаграммада кептіру процестің графиктерің турғызу керек.
ЕСЕП № 4
Ауадан ацетонды сініріп алатын насадкалы абсорберды есептеу керек. Абсорбердегі сініргіш сұйық (абсорбент) – су.
Берілгендері:
- берілетін ауанын мөлшері - L, (кгсағ);
- аудағы ацетон буының құрамы - Ун, (кгсағ);
- абсорберге берілетін судың мөлшері - W, (кгсағ);
- аудан сініріліп алынатын ацетон буының мөлшері- dвес, (%).
Табу керек:
1. Массаалмасу бетің - F, (м2)
2. Абсорбердің диаметрің - D, (м)
3. Насадканың жалпы биіктігін - Н, (м)
4. Бір теориялық тәрелкеге эквивалентті насадканың биіктігі - hэ, (м) Сур.4 Абсорбер
5. Жұмыс және тепе-тендік сызықтарының графиктерің турғызу.
№ 4 есепке беріленгендердің кестесі
Шамалардың аталуы
Өлшем бірлігі
Логиннің соңғы саны
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
берілетін ауанын мөлшері L
кгсағ
1600
800
1200
1100
900
700
1000
850
750
1450
аудағы ацетон буының құрамы Ун
кгкг
0,06
0,14
0,1
0,12
0,13
0,10
0,12
0,08
0,15
0,07
Шамалардың аталуы
Өлшем бірлігі
Логиннің соңғы саны алдындағы сан
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
абсорберге берілетін судың мөлшері W
кгсағ
3600
2500
3250
2200
2800
2900
3000
2700
2300
2400
аудан сініріліп алынатын ацетон буының мөлшері dвес
%
98
90
95
88
93
89
94
97
88
96
№ 4 есепті шығару үшін әдістемелік нұсқаулар
Есепті шешпестен бұрын процестер негіздері, аппараттарды есептеу және олардың конструкциялары бойынша теориялық материалды оқу керек. (1, 291-320 бет, 361-374 бет).
Абсорбцияланған ацетондын мөлшерің (кгсағ) келесі формула бойынша анықталады:
М = L Ун dвес
Хн = 0 деп қабылдап, материалдық баланс теңдеуінен абсорбцияланған заттың соңғы концентрациясын газды фазада Ук және сұйықты фазада Хк анықтаймыз:
L (Ун - Ук) = W (Xк - Xн) = M
Хк = МW; Ук = Ун – (МL)
А (Хк,Ун) нүктесінің және В (Хн,Ук) нүктесінің координаталары бойынша жұмыс және тепе-тендік сызықтарының турғызамыз 2 см = 0,01 масштабта .
Судағы ацетонның ерудің тепе-тендік сызығының теңдеуі У=1,04 Х (кгкг) арақатынаспен беріледі. Оны турғызу үшін Х-ің (мысалы: 0,02; 0,05; 0,09) үш мәндерін алу керек.
Абсорбцияның қозғаушы күші келесі теңдеу бойынша анықталады:
У1 = Ун - Уравн У2 = Ук - Уравн
Массаалмасу беті (м2) массаөтудің жалпы теңдеуінен анықталады:
мұнда Км – массаөту коэффициенті (Км = 11,6 кгкг м2 ч деп қабылдаймыз)
Колоннаның диаметрі мөлшер теңдеуінен анықталады:
Мұнда газдың жылдамдығын wс=0,3 мс, газдың тығыздығын =1,2 кгм3 деп аламыз.
Онда:
Насадка алатын көлемді келесі теңдеу бойынша анықталады
v = F
мұнда F – насадканың массаалмасубеті (25 25 3 мм өлшемі сақиналар үшін = 204 м2м3).
Насадканың биіктігі
Бір теориялық тәрелкеге эквивалентті насадканың биіктігін (hэкв) анықтау үшін графикта тарелкалардын саның h анықтау керек.
Онда
hэкв = Hh
Қанығу сызығындағы құрғақ қаныққан будың параметрлері
қосымша № 1
Қысым, р
(бар)
Температура
tн ( С)
Меншікті
көлем,
v (м3кг)
Тығыздық,
(кгм3)
Энтальпия в кДжкг
Конденсация жылулығы,
r (кДжкг)
конденсат i
бу
i
0,05
32,89
28,24
0,03541
137,79
2560,9
2423,1
0,10
45,82
14,70
0,6805
191,84
2583,9
2392,1
0,14
52,57
10,69
0,09358
220,05
2596,1
2376,0
0,16
55,34
9,437
0,1060
231,63
2601,1
2369,5
0,18
57,82
8,448
0,1184
242,03
2605,4
2363,3
0,20
60,08
7,652
0,1307
251,48
2609,2
2357,7
0,25
64,99
6,201
0,1613
272,03
2617,6
2345,5
0.30
69,12
5,232
0,1911
269,30
2624,6
2335,3
0,4
75,87
3,999
0,2501
317,62
2636,3
2318,7
0.5
81,33
3,243
0,3083
340,53
2645,2
2304,7
0,6
85,94
2,734
0,3558
359,90
2653,1
2293,2
0,7
89,95
2,367
0,4224
376,79
2659,8
2283,1
0.8
93,50
2,089
0,4707
391,75
2665,3
2273,5
0,9
96,71
1,871
0,5345
405,19
2670,2
2265,1
1,0
99,62
1,696
0,5896
417,47
2674,9
2257,5
1,2
104,80
1,430
0,6992
439,34
2683,0
2243,6
1,4
109,31
1,237
0,8083
458,42
2690,1
2231,7
1,6
113,31
1,092
0,9160
475,41
2696,3
2220,8
1,8
116,93
0,9782
1,022
490,68
2701,8
2211,1
2,0
120,23
0,8860
1,129
504,74
2706,8
2202,0
2,2
123,27
0,3103
1,234
517,7
2711,0
2193,3
2,4
126,09
0,7469
1,338
529,9
2714,9
2185,0
2,6
128,73
0,6929
1,443
541,2
2713,9
2177,7
2,8
131,20
0,6463
1,547
551,7
2722,3
2170,7
3,5
138,87
0,5241
1,908
584,4
2732,3
2147,9
4,0
143,62
0,4623
2,163
604,6
2738,7
2134,1
4,5
147,92
0,4139
2,416
623,0
2743,9
2120,9
5,0
151,84
0,3749
2,667
640,1
2748,8
2108,7
6,0
158,84
0,3156
3,169
670,6
2756,9
2086,3
қосымша №2
Судың физикалық қасиеттері
t,
( С)
, (кгм3)
cp, (кДж(кг С)
103, (Вт(м С)
106, (Па с)
106, (м2с)
р 105,
(Па)
Pr
1
2
3
4
5
6
7
8
0
999,9
4,212
55,1
1788
1,789
1,013
13,67
10
999,7
4,191
57,4
1306
1,306
1,013
9,52
20
998,2
4,183
59,9
1004
1,006
1,013
7,02
30
995,7
4,174
61,8
801,5
0,805
1,013
5,42
40
992,2
4,174
63,5
658,3
0,659
1,013
4,31
50
988,1
4,174
64,8
549,4
0,556
1,013
3,54
60
983,2
4,179
65,9
469,9
0,478
1,013
3,98
70
977,8
4,187
66,8
406,1
0,415
1,013
2,55
80
971,8
4,195
67,4
355,1
0,365
1,013
2,21
90
965,3
4,208
68,0
314,9
0,326
1,013
1,95
100
958,4
4,220
68,3
282,5
0,292
1,013
1,75
110
951,0
4,233
68,5
259,0
0,272
1,013
1,60
120
943,1
4,250
68,6
287,4
0,252
1,98
1,47
130
934,8
4,266
68,6
217,8
0,238
2,70
1,36
140
926,1
4,287
68,5
201,1
0,217
3,61
1,26
150
917,0
4,313
68,5
186,4
0,208
4,76
1,17
160
907,4
4,346
68,8
173,6
0,191
6,18
1,10
170
897,3
4,380
67,9
162,8
1,181
7,92
1,05
180
886,9
4,417
67,4
153,0
1,173
10,03
1,00
190
876,0
4,459
67,0
144,2
0,165
12,55
0,96
200
863,0
4,505
66,8
186,4
0,158
15,55
0,93