Центрифуганың өнімділігі

Әдістемелік нұсқаулар және бақылау тапсырмалары (№1 СӨЖ)

Бұл материал «Химия-технологиялық өндірістерінің негізгі процестері мен аппараттары» пәні бойынша студенттердің өздік жұмысына арналған. Тапсырмалар 5В072000 «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығы студенттеріне бағытталған.

Құрастырушы: ТӨМА кафедрасының аға оқытушысы Тусипов Н.О.
Қала / жыл: Семей, 2016
Құрылым: 5 есеп + 2 қосымша анықтамалық кесте

Есеп №1. Шарлы диірмен

Мақсат: шарлы диірменнің өнімділігін M (т/сағ) және тұтынатын қуатын N (кВт) анықтау.

Берілгендер

Барабан диаметрі D (мм)
Барабан ұзындығы L (мм)
Ұсақтау алдындағы өлшем d_б (мм)
Ұсақталған өлшем d_с (мкм)
Болат шарлардың үйінді тығыздығы ρ (кг/м³)

Әдістемелік нұсқаулар (қысқаша)

Дайындық: ұсақтау процестері, ұсақтағыштардың құрылысы және есептеулер бойынша материалды қайталау.
Есептік қадамдар: ұсақтау дәрежесін, диірменнің айналу жиілігін, барабан көлемін анықтау.
Шарлар жүктемесі: толтыру коэффициенті φ = 0,4 болғанда жүктелген шарлар массасын есептеу.
Өнімділік: эмпирикалық коэффициент k = 1,57 қолдану.
Қуат: тұтынатын қуатты N анықтау.

Берілгендердің кестесі (логиннің соңғы саны бойынша)

Шама	Өлшем бірлігі	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Барабан диаметрі D	мм	2000	1800	2100	1850	1700	1950	1600	1400	2100	2300
Ұсақтау алдындағы өлшем d_б	мм	40	38	35	25	42	32	45	37	22	30
Шарлардың үйінді тығыздығы ρ	кг/м³	4000	5800	4100	4850	4700	5950	4600	5400	4100	5300
Барабан ұзындығы L	мм	6000	5500	5000	3500	6200	4200	6400	5200	3900	4100
Ұсақталған өлшем d_с	мкм	450	530	700	740	510	720	750	420	410	540

Есеп №2. Тұндырғыш центрифуга

Мақсат: тұндырғыш центрифуганың өнімділігін V_сағ (м³/сағ) анықтау. Есептеу кезінде тұну жылдамдығы Стокс формуласы бойынша бағаланады және ортадан тепкіш өрістегі режим тексеріледі.

Берілгендер

Ең кіші бөлшек диаметрі d (мкм)
Бөлшек тығыздығы ρ_тв (кг/м³)
Суспензия температурасы t (°C)

Центрифуга сипаттамалары

Барабан диаметрі D
Барабан ұзындығы L
Борт диаметрі D_б
Айналу жиілігі n (айн/мин)

Жұмыс циклі

Цикл ұзақтығы τ = 22 мин, оның ішінде: τ_п = 20 мин — суспензия беру, τ_р = 2 мин — тұнбаны шығару.

Берілгендердің кестелері

Шама	Өлшем бірлігі	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Ең кіші бөлшек диаметрі d	мкм	5	3	2	6	7	4	3	5	2	4
Бөлшек тығыздығы ρ_тв	кг/м³	2000	1800	2100	1850	1700	1950	1600	1400	2100	2300
Суспензия температурасы t	°C	30	25	15	35	40	30	45	50	20	15

Параметр	Өлшем	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Барабан диаметрі D	мм	950	800	700	500	850	650	900	750	550	600
Барабан ұзындығы L	мм	400	380	350	250	425	325	450	375	225	300
Борт диаметрі D_б	мм	600	550	500	350	620	420	640	520	390	410
Айналу жиілігі n	айн/мин	1200	1400	1000	750	1750	2000	1800	950	800	1450

Әдістемелік нұсқаулар (қысқаша)

Дайындық: центрифугалау процестері, центрифуга құрылысы және есептеу тәсілдері бойынша материалды қайталау.
Стокс бойынша: тұну жылдамдығын анықтау (судың тығыздығы ρ_ж = 1000 кг/м³ және тұтқырлық коэффициенттері қолданылады).
Ортадан тепкіш өріс: тұну жылдамдығын қайта есептеу және режимді тексеру.
Пайдалы уақыт: цикл ішіндегі тиімді жұмыс уақытын анықтау.
Өнімділік: ПӘК = 0,50 деп алып V_сағ есептеу.

Есеп №3. Рамалы сүзгі-пресс

Мақсат: суспензияны сүзуге арналған рамалы сүзгі-престі есептеу және негізгі сипаттамаларды анықтау.

Берілгендер

Y — суспензиядағы ажыратылатын зат мөлшері (%)

F — сүзу беті (м²)

Δp — қысымдар айырмасы (Н/м²)

τ — сүзу уақыты (с)

Q — алынған сүзіндінің көлемі (м³)

W — тұнбаның ылғалдылығы (%)

B_р — құрғақ зат концентрациясы (%)

μ — сүзіндінің тұтқырлығы (Н·с/м²)

G — тұнбаның сығылу модулі (Н/м²)

Табу керек

Сүзіндінің көлем бірлігіне келетін тұнба көлемін (м³/м³) анықтау.
Қалыпты тұнбаның құрылымдық кедергісін α₀ (1/м²) анықтау.

Берілгендердің кестелері

Шама	Өлшем бірлігі	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Сүзу беті F	м²	42	35	30	40	45	43	32	41	40	44
Ажыратылатын зат мөлшері Y	%	8	9	9,5	8,5	7,5	8	9	8,5	9	8,5
Қысымдар айырмасы Δp	10^-5 Н/м²	2,94	2,70	2,45	2,22	1,96	2,45	2,21	2,70	2,94	1,72
Сүзу уақыты τ	с	60	90	30	90	60	60	30	90	30	90
Сүзіндінің көлемі Q	м³	0,7	0,8	0,5	0,8	0,6	0,7	0,55	0,8	0,5	0,6
Тұнба ылғалдылығы W	%	45	43	40	42	40	41	44	45	42	43
Құрғақ зат концентрациясы B_р	%	17	15	18	16	17	15	19	16	18	17

Шама	Өлшем бірлігі	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Сүзіндінің тұтқырлығы μ	10⁸ Н·с/м²	0,63	0,55	0,65	0,57	0,59	0,60	0,49	0,53	0,47	0,51
Сығылу модулі G	10^-3 Н/м²	673	632	594	554	512	594	554	632	673	477

Әдістемелік нұсқаулар (қысқаша)

Әртекті жүйелерді ажырату процестерін (сүзу негіздері) және сүзгі аппараттарының құрылысын қайталау.
Көлемдік үлестерді анықтау: ажыратылатын заттың үлесі, «ылғалды тұнба/құрғақ тұнба» көлемдік қатынасы, сүзіндінің суспензиядағы үлесі.
Сүзу нәтижесінде алынған тұнба көлемін және әрі қарай қажетті екі шаманы есептеу: тұнба көлемі (м³/м³) және α₀ (1/м²).

Есеп №4. Циклон (шаңұстағыш)

Мақсат: тозаңдатқыш кептіргіштен шыққан құрғақ материал бөлшектерін бөлуге арналған циклонды есептеу.

Берілгендер

G — ауаның шығыны (кг/сағ)

ζ — циклонның кедергі коэффициенті

t — ауаның температурасы (°C)

d — бөлшектің ең кіші диаметрі (мкм)

қатынас — есептік қатынастық параметр

Табу керек

Цилиндрлік бөліктегі газдың шартты жылдамдығы w_ц (м/с).
Циклон диаметрі D (м).
Гидравликалық кедергі Δp (Н/м²).
Геометриялық параметрлер: H, h₁, h₂, h₃, h₄, D₁, b (м).

Берілгендердің кестелері

Шама	Өлшем бірлігі	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Ауаның мөлшері G	кг/сағ	200	250	240	270	300	280	210	270	290	260
Ең кіші бөлшек өлшемі d	мкм	80	70	100	90	80	70	100	90	80	70

Шама	Өлшем бірлігі	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Кедергі коэффициенті ζ	—	100	150	80	70	160	170	60	105	110	180
Қатынас	—	750	730	700	740	710	720	750	720	710	740
Ауа температурасы t	°C	120	110	100	130	120	130	100	120	110	130

Өлшемдік тәуелділіктер (берілген қатынастар)

D₁ = 0,6D
b = 0,3D
h₁ = 0,78D
h₂ = 1,96D
h₃ = 2,15D
h₄ = 1,8D
H = 4,32D

Ескерту: ауа тығыздығын анықтауда абсолют температура қолданылады (T = 273 K базалық деңгей ретінде берілген). Табылған w_ц және ρ мәндері циклондын D диаметрін есептеуге пайдаланылады.

Есеп №5. Суспензияны араластыруға арналған араластырғыш

Мақсат: суспензияны араластыру аппараты үшін негізгі есептік параметрлерді анықтау: тығыздық, тұтқырлық, Рейнольдс критерийі, араластырғыш диаметрі және тұтынатын қуат.

Берілгендер

n — айналыс саны (с^-1)

D — аппарат диаметрі (м)

ρ_ж — сұйық тығыздығы (кг/м³)

μ_ж — сұйық тұтқырлығы (Па·с)

φ — қатты фазаның мөлшері (үлес)

ρ_тв — қатты бөлшек тығыздығы (кг/м³)

Араластырғыш түрі — нөмірлік код

Табу керек

Суспензия тығыздығы ρ_с (кг/м³).
Суспензия тұтқырлығы μ_с (Па·с).
Араластыру режимі: Re.
Араластырғыш диаметрі d_м (м).
Тұтынатын қуат N (Вт).

Берілгендердің кестелері

Шама	Өлшем	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Айналыс саны n	с^-1	4,7	5,0	4,3	2,0	2,7	3,5	4,0	2,1	3,5	2,2
Аппарат диаметрі D	м	1,2	1,0	0,8	0,6	0,7	1,0	1,4	1,6	0,9	0,7
Қатты фазаның мөлшері φ	—	0,3	0,2	0,1	0,4	0,5	0,3	0,2	0,1	0,4	0,5

Шама	Өлшем	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Сұйық тығыздығы ρ_ж	кг/м³	1070	1010	1020	1000	1015	1030	1040	1060	1080	1025
Қатты бөлшек тығыздығы ρ_тв	кг/м³	1400	1300	1450	1500	1600	1750	1190	1120	1470	1380
Сұйық тұтқырлығы μ_ж	Па·с	0,02	0,01	0,03	0,02	0,07	0,04	0,03	0,01	0,05	0,02
Араластырғыш түрі (код)	—	10	13	2	6	14	10	13	2	6	14

Әдістемелік нұсқаулар (қысқаша)

Есептеуге дейін араластыру процесінің теориясын, араластырғыш түрлерін және есептеу әдістерін қайталау.
Суспензияның тығыздығын және тұтқырлығын берілген формулалармен анықтау.
Re арқылы режимді анықтау; Re және VII-6 графигі (1, 106-бет) бойынша Эйлер критерийін (Eu_м) табу.
Eu_м мәні бойынша араластырғыштың қуатын есептеу.

Қосымша №1. Құрғақ қаныққан будың параметрлері (қанығу сызығы)

Кесте есептеулерде қаныққан бу мен судың негізгі термодинамикалық параметрлерін таңдауға арналған.

p (бар)	t_н (°C)	v (м³/кг)	ρ (кг/м³)	i_су (кДж/кг)	i_бу (кДж/кг)	r (кДж/кг)
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
0,40	75,87	3,999	0,2501	317,62	2636,3	2318,7
0,50	81,33	3,243	0,3083	340,53	2645,2	2304,7
0,60	85,94	2,734	0,3558	359,90	2653,1	2293,2
0,70	89,95	2,367	0,4224	376,79	2659,8	2283,1
0,80	93,50	2,089	0,4707	391,75	2665,3	2273,5
0,90	96,71	1,871	0,5345	405,19	2670,2	2265,1
1,00	99,62	1,696	0,5896	417,47	2674,9	2257,5
1,20	104,80	1,430	0,6992	439,34	2683,0	2243,6
1,40	109,31	1,237	0,8083	458,42	2690,1	2231,7
1,60	113,31	1,092	0,9160	475,41	2696,3	2220,8
1,80	116,93	0,9782	1,022	490,68	2701,8	2211,1
2,00	120,23	0,8860	1,129	504,74	2706,8	2202,0
2,20	123,27	0,8103	1,234	517,7	2711,0	2193,3
2,40	126,09	0,7469	1,338	529,9	2714,9	2185,0
2,60	128,73	0,6929	1,443	541,2	2713,9	2177,7
2,80	131,20	0,6463	1,547	551,7	2722,3	2170,7
3,50	138,87	0,5241	1,908	584,4	2732,3	2147,9
4,00	143,62	0,4623	2,163	604,6	2738,7	2134,1
4,50	147,92	0,4139	2,416	623,0	2743,9	2120,9
5,00	151,84	0,3749	2,667	640,1	2748,8	2108,7
6,00	158,84	0,3156	3,169	670,6	2756,9	2086,3

Қосымша №2. Судың физикалық қасиеттері

Кесте температураға тәуелді су қасиеттерін (тығыздық, жылусыйымдылық, жылуөткізгіштік, тұтқырлық және т.б.) таңдауға арналған.

t (°C)	ρ (кг/м³)	c_p (кДж/(кг·°C))	λ·10³ (Вт/(м·°C))	μ·10⁶ (Па·с)	ν·10⁶ (м²/с)	p·10⁵ (Па)	Pr
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