Химия. Примеры решения задач контрольной работы

Геометрические приложения криволинейных интегралов

Начертательная геометрия
Инженерная графика
Машиностроительное черчение
Химия
Современная теория строения атомов и молекул
Закон эквивалентов
Рассчитайте мольную массу
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
ИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОБМЕНА
ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Окислительно-восстановительные реакции
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ЭЛЕКТРОЛИЗ
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Полимеры
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Пример решения задачи № 2
Гидромеханические методы
Теплопередача
Расчет коэффициента теплопередачи
Классы неорганических соединений
Элементы химической термодинамики
Электролитическая диссоциация
Электролитическая диссоциация
Дисперсные системы
Растворы неэлектролитов
Степень окисления
Электрохимические процессы

Контрольная работа № 1

В контрольной работе № 1 необходимо решить три задачи по темам «Основы гидравлики», «Перемещение капельных жидкостей», «Гидромеханические методы разделения неоднородных систем»,

1.1. Пример решения задачи № 1

В задаче № 1 требуется определить по законам гидравлики основные параметры движущихся потоков жидкостей в двух разных пространствах аппарата.

Условие задачи

В кожухотрубном теплообменнике (рис. 1.1) в трубном пространстве движется поток 1, а в межтрубном – поток 2.

Рис. 1.1. Принципиальная схема кожухотрубного теплообменника

В соответствии с данными табл. 1.1 требуется определить характеристики потоков.

Таблица 1.1

Dк,
м

N,
шт.

Трубное пространство

Межтрубное пространство

Поток 1

G1,
кг/ч

Р1,
атм

t1,
оС

Поток 2

w,
м/с

Р2,
атм

t2,
оС

0,6

261

N2(г)

2×103

3

60

Н2О(ж)

1

1

20

Определяемые параметры
потоков

V1 – м3/ч; w1 – м/с;

dЭ1 – м; Re1; VО(Г) – м3/ч

G2 – кг/ч; V2 – м3/ч;

dЭ2 – м; Re2; w2 – м/с

Индексы: 1 – для параметров трубного пространства; 2 – для параметров межтрубного пространства.

Здесь:

Dк – внутренний диаметр кожуха, м;

N – общее число труб, шт.;

G – массовый расход, кг/ч (массовый расход газа – G1; жидкости – G2);

V – объемный расход, м3/ч (объемный расход газа – V1; жидкости – V2);

w – скорость движения потока, м/с (газа – w1; жидкости – w2);

dЭ – эквивалентный диаметр трубного (dЭ1) и межтрубного (dЭ2) пространства;

Re – число Рейнольдса, характеризующее гидродинамический режим движения потока;

VО – объемный расход газа, приведенный к нормальным условиям, м3/ч;

Р1 – давление в трубном пространстве, атм;

Р2 – давление в межтрубном пространстве, атм;

Расчет параметров потока,
движущегося в трубном пространстве («трубного потока»)

Трубное пространство представлено пучком труб, общее число труб в пучке – 261 шт. Согласно ГОСТ 15119–79 диаметр труб 25×2 мм, т. е. наружный диаметр трубы dН = 25·10–3 м, внутренний диаметр dВ = 21·10–3 м.

Расчет объемного расхода. Объемный расход V1 рассчитывают из уравнения (1.1):

G = V · , (1.1)

где  – плотность газа при давлении в трубном пространстве (3 атм) и температуре 60 оС.

Плотность газа при данных условиях рассчитывают по уравнению состояния идеального газа:

, (1.2)

где   – плотность газа при нормальных условиях:  =273 К, =1 атм;

,  (1.3)

где  – молекулярная масса азота; 22,4 м3 – объем по Авагадро.

Тогда

.

Из (1.1) = = 0,181 м3/с.

После замены (м3/с)  (м3/ч):  = 0,181·3600 = 650,618 м3/ч.

Объемный расход газа при нормальных условиях  рассчитывают по уравнению:  м3/ч.

Определение числа Рейнольдса. Число Рейнольдса рассчитывается по формуле

, (1.4)

где  – эквивалентный диаметр трубного сечения канала, м;

  – динамический коэффициент вязкости газа при t = 60 оС, Па·с;

  – скорость движения газа, м/с, ее высчитывают из уравнения объемного расхода газа (жидкости):

, (1.5)

где S – площадь «живого» сечения труб, м2

S = ;  (1.6)

. (1.6а)

Из (1.5)   = 2,0033 м/с.

Динамический коэффициент вязкости азота  находим по рис. 6 [4] или по рис. 1 приложения): = 0,019·10–3 Па·с.

Эквивалентный диаметр рассчитывают по уравнению (1.7а) через смоченный периметр П, м:

. (1.7а)

Таким образом,

= (1.7б)

и = 0,021 м.

Тогда   по (1.4)

 = 6795.

Режим движения газа N2 по трубному пространству неустойчивый турбулентный (переходный), т. к. 10000 > Re > 2300.

Таблица 1.2

Значения параметров потока 1

Поток

, м3/ч

, м3/ч

, м/с

, м

Re1

650,62

1,6.103

2

0,021

6795

Расчет параметров потока, движущегося в межтрубном пространстве («межтрубного» потока)

Рис. 1.2. Схема расположения труб по сечению аппарата

Расчет массового и объемного расходов воды. Уравнение для расчета массового расхода:

, (1.8а)

или

.  (1.8б)

Для расчета массового расхода межтрубного пространства представим (1.8а) в следующем виде:

,  (1.8в)

где S2 – площадь «живого» сечения межтрубного пространства, м2:

S2 = ; (1.9)

S2 = 0,155 м2.

Для расчета массового расхода в межтрубном пространстве требуется знать  – плотность находящегося в нем потока (воды). Плотность воды при 20 оС находим по справочнику [4] (или табл. 8 приложения)  = 998 кг/м3. В соответствии с исходными данными = 1 м/с, следовательно, по (1.8в)

 = 1  0,155998 = 154,69 (кг/с) =

= 154,69 · 3600  556,88 · 103 кг/ч.

Объемный расход воды рассчитаем из выражения (1.8б):

=  558 м3/ч  558/3600  0,155 м3/с.

Расчет значения критерия Рейнольдса. Для потока, который движется в межтрубном пространстве, эквивалентный диаметр, требующийся согласно формуле (1.4), находим на основании формулы (1.7а):

== 0,0277 м.

Значение вязкости воды (табл. 8 приложения) при 20 оС: =1·10–3 Па·с.

Таким образом, . Поскольку > 10000, режим течения воды в межтрубной зоне турбулентный.

Таблица 1.3

Значения параметров потока 2

Поток

, кг/ч

, м3/с

, м3/ч

, м

Re2

Н2О(ж)

556,88 ·103

0,155

558

0,0277

27645

В результате решения задачи согласно ее условию получены параметры потоков, представленные в табл. 1.2 и 1.3.

Химия. Примеры решения задач контрольной работы