Химия. Примеры решения задач контрольной работы

Метод концентрических сфер. Начертательная геометрия

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

Пример решения задачи № 3

Методические указания

Задача 3 посвящена теме «Разделение жидких и газовых неоднородных систем».

Перед решением этой задачи необходимо дать краткую характеристику газовых неоднородных систем и их классификацию; перечислить способы и раскрыть физическую сущность каждого способа разделения (очистки газовых неоднородных систем).

При ориентировочном расчете отстойной (пылеосадительной) аппаратуры вводятся следующие допущения:

Расчет проводится на осаждение самых маленьких частиц.

Время пребывания элемента потока в аппарате должно быть больше или равно времени осаждения частиц, т. е.

Предварительно принять, что осаждение частиц происходит в ламинарном режиме, т. е.  и их действительная скорость осаждения  составляет половине теоретической скорости . В последствии режим осаждения проверить.

Одним из геометрических размеров пылеосадительной камеры (высотой Н, длиной L или ее шириной В) необходимо задаться.

Условие задачи

Требуется определить размеры пылеосадительной камеры, схема которой представлена на рис. 3.1, для очистки запыленного газа от твердых частиц по данным, приведенным в табл. 3.1.

Рис. 3.1 Принципиальная схема
полочной пылеосадительной камеры

Характеристика камеры и процесса разделения:

Н – высота камеры, м;

L – длина камеры, м;

В – ширина камеры, м;

h – расстояние между полками равно 0,1 м.

Таблица 3.1

Исходные данные к задаче 3

Запыленный газ

Vо,

м3/ч

t,

°C

Р,

атм

Характеристика
твердых частиц

природа

dТ, мкм

Диоксид углерода (СО2)

3600

200

1,4

Уголь

10

Условные обозначения:

Vо – объемный расход запыленного газа, приведенный к нормальным условиям;

t – температура газа;

Р – давление газа;

dТ – диаметр твердых частиц.

Примем, что длина пылеосадительной камеры L = 10 м.

Поверхность осаждения F пылеосадительной камеры представляет собой произведение:

,  (3.1а)

где  – площадь осаждения одной полки;

  – число пылеосадительных полок.

Высота камеры

.  (3.2)

Площадь осаждения вычисляют через действительную скорость осаждения  (м/с) из формулы

,  (3.3)

где  – действительный объемный расход запыленного газа, , м3/с.

В соответствии с допущениями, уместными при ориентировочном расчете, действительная скорость осаждения составляет половину от теоретической :

.  (3.4)

Расчет объемного расхода газа

Пересчитаем приведенный к нормальным условиям объемный расход Vо на реальные (действительные) условия, используя закон состояния идеального газа:

.  (3.5)

Учитывая, что единицы измерения  [м3/ч], а требующиеся для действительного объемного расхода запыленного газа  [м3/с], получим

=1,2376 м3/с  1,238 м3/с.

Расчет действительной скорости и площади осаждения

Предварительно рассчитаем теоретическую скорость осаждения. Для того чтобы воспользоваться формулой Стокса (3.6), используем допущение, что режим осаждения частиц ламинарный, т. е. :

,  (3.6)

где – плотность твердых частиц, кг/м3;

 – плотность среды (газа), кг/м3;

– динамический коэффициент вязкости среды (углекислого газа), Па·с; находим  по номограмме [4, c. 557] (или по рис. 1 приложения) = 0,023·10–3 Па·с.

Согласно табл. 1 приложения (угля) = 1350 кг/м3.

Плотность газа рассчитаем по уравнению Менделеева – Клапейрона (1.2):

== 1,587 кг/м3.

Таким образом, согласно (3.6)

 = 0,003196 м/с.

Поскольку для расчета теоретической скорости использована формула Стокса, которая может применяться только в случае, если режим движения частиц ламинарный, проверим, соответствует ли рассчитанная скорость этому режиму:

== 0,22·10–2.

Очевидно, что , т. е. формула Стокса использована уместно. Действительная скорость осаждения рассчитывается по (3.4):

=1,598 ·10–3 м/с.

Рассчитаем площадь осаждения. Из (33) находим

== 775 м2.

Определение элементарных размеров аппарата

В аппарате поток неоднородной системы движется через аппарат с линейной скоростью , которая может быть рассчитана из уравнения расхода в виде:

.  (3.7)

Здесь  – площадь «живого сечения» аппарата. Ориентировочное значение  можно найти как площадь прямоугольника, пренебрегая толщиной полок аппарата, поскольку сумма их толщин ничтожно мала по сравнению с его высотой и шириной:

,  (3.8а)

где  – число полок;

 – расстояние между полками (по условию задачи  = 0,1 м);

.  (3.9)

Воспользуемся допущением:  и рассчитаем по формуле (3.10):

;  (3.10)

= 62,6 с.

Ранее было принято, что длина =10 м; согласно (3.7) линейная скорость =0,1597 м/с. Из (3.7) =7,75 м2 7,8 м2. Из (3.8а) следует, что

, (3.8б)

а также из (3.1а):

.  (3.1б).

Приравняв правые части равенств (3.8б) и (3.1б), получим

. (3.11)

После того, как будут найдены ориентировочные размеры аппарата, они будут уточнены по равенству (3.11).

Допустим, что высота помещения, в котором находится пылеосадительная камера, 4 м. Примем число полок . Камера, содержащая 31 полку при расстоянии 0,1 м между полками, поместится в помещении высотой 4м, потому что ее высота согласно (3.12) составляет 3,1 м. (3,1 м < 4 м)

Н = n . h. (3.12)

Поскольку , то оценим ее ширину:

а) по формуле (3.8б) == 2,51 м;

б) по формуле (3.1б) =2,5 м.

Очевидно, что условие равенства (3.11) выполняется.

Таким образом, пылеосадительная камера должна иметь следующие размеры: длина =10 м; ширина B = 2,5 м; расстояние между полками h = 0,1 м; общее количество полок ; высота камеры Н =3,1 м.

Примечание: на основе установленных ориентировочных размеров можно корректировать габариты аппарата. В частности, можно уменьшить длину полки, например, при = 6 м ширина камеры тогда должна быть 4,2 м. Поскольку при прочих принятых параметрах камеры, согласно (3.1а), при =25 м2 ее ширина составит = = 4,16 м  4,2 м.

Химия. Примеры решения задач контрольной работы