Процессы и аппараты пищевых производств

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Уральский Государственный Экономический университет

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

По дисциплине: «Процессы и аппараты пищевых производств»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 3 курса

Заочного факультета

Специальности ТПОП-11

Крапива Виктория

 

 

 

Екатеринбург 2013

 

1.1. Аппарат прямоугольной формы с размерами 1,5 ×0,8 ×1,0 м заполнен водой. На поверхности воды действует давление 0,15 МПа, температура воды 90°С Определить силу, действующую на дно аппарата.

Решение:

Давление на дне аппарата:

Р =Р0+ ρgh

Плотность воды при 90°С =965,3 кг/м3

Р = 15000 + 965,3 ·9.81·1 =24469,6 Па

Сила , действующая на дно аппарата:

F =P·S

F =24469,6 ·(1,5·0,8) =29, 364 кН

 

 

 

 

1.4. Определить режим течения воды в трубном пространстве кожухотрубного теплообменника. Объемный расход воды 1,5 × 103 м3/с, диаметр труб - 50 × 2,5 мм, количество труб -20 шт., температура воды - 30°С.

Решение:

Для определения режима течения используем уравнение:

Re = Ud/v

Где

U –средняя скорость потока, м/с;

d – эквивалентный внутренний диаметр трубы, м

v –коэффициент кинематической вязкости, м2/с

Найдем среднюю скорость потока:

U = W/f

Где

W - объемный расход воды, м

f - площадь поперечного сечения потока, м2

U = (4·1,5 · 10-3)/(3,14·0,0452·20) =0,047 м/с

Найдем коэффициент кинематической вязкости воды при температуре 30°С, учитывая, что коэффициенты кинематической и динамической вязкости связаны отношением: v =µ/ρ

при 30°C μВ =0,8007·10-3 Па · с, плотность ρВ = 998 кг/м3

v =0,8007·10-3/998 =8,02·10-7 м2/с

Re = 0,047·0,045/(8,02·10-7) =2637

Так как 2320 ˂Re ˂10000, то режим течения переходный.

 

 

 

 

 

 

2.3. Найти верхний предел (наибольший диаметр частиц) применимости формулы Стокса к частицам кварца плотностью 2 650 кг/м3, осаждающимся в воде при 20°С.

Решение:

Из формулы критерия Архимеда:

Ar=

где d - диаметр шарообразной частицы, м;

ρ - плотность частицы, кг/м3;

ρс - плотность среды, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2,

µ- коэффициент динамической вязкости среды, Па·с.

учитывая, что формула Стокса строго применима при Аr≤3,6, наибольшая частица кварца будет иметь диаметр:

d= =60·10-6м = 60 мкм

 

2.8. Во время опытного  фильтрования водной суспензии  с содержанием карбоната кальция 13,9%, при 20°С и избыточном давлении 3,43·104 Па, на лабораторном фильтр-прессе c F = 0,1 м2 и толщиной осадка 50 мм были получены следующие результаты: собрано фильтрата 2,92 дм3 через 146 с и 7,80 дм3 через 888 с. Определить константы фильтрования: К(м2/ч) и С(м3 /м2).

Решение:

Изобразим схему лабораторного фильтр-пресса:

Численные значения  констант фильтрования найдем из уравнения:

V2+2VC=Kτ

V1= 2,92/(1000·0,1) = 2,92·10-2м3/м2

V2= 7,8/(1000·0,1) = 7,8·10-2м3/м2

τ1= 146/3600 = 0,0405 ч

τ2= 888/3600 = 0,246 ч

Подставим полученные значения в уравнение и решим систему уравнений:

(2,92·10-2)2+2·2,92·10-2С =К·0,0405

(7,8·10-2)2+2·7,8·10-2С =К·0,246

---------------------------------------

6,650592·10-5+4,5552·10-3С =3,159·10-3К

-

1,776528·10-4+4,5552·10-3С =7,1832·10-3К

---------------------------------------

-1,11469·10-4=-4,0242·10-3К

К= 276·10-4м2/ч

С= 4,5·10-3м3/м2

 

3.4. Аппарат прямоугольной  формы с размерами 5 ×3 × 2,5 м покрыт слоем теплоизоляции из стекловаты толщиной 40 мм. Температура стенки аппарата - 100°С, температура наружной поверхности изоляции - 55°С. Определить потери теплоты (тепловой поток) через слой теплоизоляции. Коэффициент теплопроводности стекловаты λ= 0,05 Вт/(м К).

 

Решение:

Определяем среднюю площадь, через которую проходит теплота, учитывая наличие у аппарата дна и крышки:

Fср = 2·(5,08·3,08)+2·(2,5+0,08)·5,08 +2·(2,5+0,08)·3,08=73,4 м

Определим потери теплоты через изоляцию:

q =λ/δ·(tг-tх) = 0,05/0,040(100-55) = 56,25 Вт

Потери теплоты составят:

Q= 56,25·73,4 = 4128,75 Вт

3.9. Определить температуру  наружной поверхности теплоизоляции аппарата. Толщина изоляции δст = 50 мм, коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху α 2= 10,4 Вт/(м2К). Коэффициент теплопроводности изоляции λ=  0,12 Вт/(м * К).

Остальные необходимые для расчета данные взять из задачи № 8:

Температура жидкости в теплообменнике tж=80°С, температура наружного воздуха tвозд=10°С, коэффициент теплоотдачи от жидкости α1=232 Вт/(м2К)

Решение:

Определим коэффициент теплопередачи по формуле:

Удельные потери теплоты:

q= К·(tг-tх)

q=1,934·(80-10) = 135,38 Вт/м2

Температура внутренней поверхности:

t1= tж – q(1/α1) = 80 – 135,38(1/232) =79,4°С

Температура наружной поверхности теплоизоляции аппарата:

t2= t1 – q(δ /λ) =79,4 – 135,38(0,05/0,12) =23°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Стабников В.Н. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Пищевая промышленность, 1976. – 663 с.
2. Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с.
3. Иванец В.Н. Процессы и аппараты пищевых производств. Гидромеханические и тепловые процессы: Конспект лекций. - Кемерово: КемТИПП, 1995. - 128 с.