Fragment notatki:
ZADANIA Z INŻYNIERII CHEMICZNEJ - część 1
Opory ruchu, problemy hydrauliczne
Zadanie 1
W rurze o średnicy d = 2 ‘’ zachodzi mieszanie W1 = 500 kg/h roztworu o temperaturze
t 1 = 80 °C, stężeniu c1 = 10 g/dm3 NaCl, gęstości ρ 1 = 992.1 g/dm3 oraz W 2 = 1500 kg/h
roztworu o temperaturze t 2 = 40 °C, stężeniu c 2 = 130.3 g/dm3 NaCl, gęstości
ρ 2 = 1077.9 g/dm3. Ciepło właściwe roztworów wynosi kolejno cW 1 = 4.41 J/g·K,
cW 2 = 5.22 J/g·K. Obliczyć stężenie molowe, temperaturę roztworu i liczbę Reynoldsa w
rurociągu ( µ = 9.098 ⋅ 10 − 4 Pa·s, ρ = 1056.5 kg/m3).
Zadanie 2
Do otwartego, pionowego zbiornika w kształcie walca o średnicy D = 2 m i wysokości
H = 10 m dopływa woda o temperaturze 20 °C ze stałym natężeniem przepływu W = 30
kg/s. W dnie zbiornika znajduje się króciec o średnicy d = 50 mm, przez który wypływa
woda w trakcie napełniania zbiornika. Współczynnik wypływu wynosi φ = 0.61. Oblicz czas
napełnienia tego zbiornika.
Zadanie 3
Stalowym rurociągiem o średnicy d = 70 mm należy przetłoczyć V = 21 m3/h czterochlorku
węgla. Długość rurociągu wynosi 120 m, a jego punkt końcowy znajduje się o 18 m wyżej od
początkowego. W rurociągu zamontowane są dwa zawory kątowe i pięć kolanek 90 °.
Znaleźć potrzebną moc pompy zakładając, że jej sprawność wynosi 0.6. Temperatura
.
przepływającej cieczy wynosi 17 °C, gęstość ρ = 1600 kg/m3, a lepkość µ = 107 cP (dla
zaworu kątowego
Lz
Lz
= 170 , natomiast dla kolanka
= 31).
d
d
Zadanie 4
W rurze o średnicy D = 300 mm umieszczone są cztery rurki o średnicy zewnętrznej
d = 46 mm. W przestrzeni międzyrurkowej płynie ciecz o natężeniu przepływu W = 80 kg/
s. Ciecz ma gęstość ρ = 998 kg/m3 i lepkość µ = 1⋅ 10 − 3 Pa.s. Obliczyć opory przepływu na
1mb. Jakie byłyby opory gdyby ciecz płynęła z takim samym natężeniem przez pustą rurę?
Zadanie 5
Proszę porównać opory ruchu, jakie powstają przy przetłaczaniu 800 kg/h wodnego roztworu
czegoś tam o gęstości 1111 kg/m3 i lepkości 1,11·10-3 Pa·s, gdy to coś jest przetłaczane:
a)
b)
c)
rurą o profilu kwadratowym o długości 111 m i wewnętrznej krawędzi a = 2 cm
rurą okrągłą o średnicy 1” i długości 111 m,
rurą okrągłą o średnicy 1” i długości 99,9 m, na której zamontowano 11 kolanek o
Lz/d = 33,33.
Zadanie 6
Proszę obliczyć, na jaką wysokość wpompuje ciecz pompa o mocy 50 [kW], jeżeli:
Pompuje ciecz pobierając ją ze zbiornika, w którym panuje nadciśnienie 0,7 bara, sprawność
pompy wynosi 0.8, pompa pompuje ciecz przewodem o średnicy 2” w ilości 30 [ton] na
godzinę, gęstość cieczy to 1200 [kg/m3], lepkość to 1,3·10-3 [Pa·s]. Początkowa część odcinka
przewodu tłoczącego biegnie poziomo na dystansie 6 [m] i na tej części zainstalowany jest
zawór o Lz/d = 120, a na przejściu z poziomu w pion jest kolanko o Lz/d = 40, dalej rura
biegnie pionowo do góry.
Zadanie 7
Woda spływa rurami z położonego wysoko zbiornika w dół do innego zbiornika położonego
znacznie niżej – w wyniku działania siły grawitacji woda na wylocie z rury ma ciśnienie 3
[bar]. W początkowym odcinku, woda spływa przewodem o średnicy 2” nachylonym do
poziomu pod kątem 30 stopni, przy czym różnica wysokości między początkiem i końcem
tego odcinka przewodu to 12 [m]. Następnie woda spływa pionowo w dół przewodem o
średnicy 5”, w którym umieszczona jest osiowo rura o średnicy zewnętrznej 4cm. Woda
płynie przestrzenią międzyrurową. Proszę obliczyć wysokość (długość) pionowego odcinka
rury. Przejście między dwoma przewodami generuje pewien opór o Lz/d = 60, który to opór
należy zaliczyć do pierwszego, pochyłego odcinka rury. Prędkość wypływu cieczy z górnego
zbiornika na jego wylocie to u = 0,8 [m/s], zaś przepływ objętościowy który w wyniku tego
wypływu powstaje z założenia utrzymuje się na stałym poziomie przez cały czas spływu.
Zadanie 8
Musimy przetłoczyć pewną ciecz (gęstość ρ =1100 kg/m3, lepkość µ =1,2·10-3Pa·s) w ilości
90 kg/min na odległość 1500m. Mamy do wyboru 4 rury: a) o średnicy wewnętrznej 10cm b)
rurę o przekroju pierścieniowym o średnicach dla obszaru przepływu 8 na 5 cm c) o średnicy
wewnętrznej 6cm d) o średnicy wewnętrznej 3cm. Proszę podać, którą z rur należy
zrealizować planowany przepływ aby uzyskać najmniejsze opory, orz proszę obliczyć ile
wyniesie spadek ciśnienia dla każdej z nich. Proszę policzyć na jaką wysokość będzie można
podnieść do góry wylot każdego z w.w. przewodów, przy założeniu że nie spowoduje to
dodatkowych oporów lokalnych przepływu na przewodzie, jeżeli zastosujemy do
przetłaczania wspomnianej cieczy pompę o mocy 5kW i sprawności 0,8.
Zadanie 9
W zbiorniku, w którym panuje ciśnienie o 4bary wyższe niż ciśnienie atmosferyczne,
zrobiony jest otwór, z którego wypływa ciecz (gęstość ρ=1100 kg/m3, lepkość µ=1,2·10-3Pa·s)
w stałej ilości 190 kg/min. Mamy do wyboru 4 rury, którymi możemy zrealizować ten
przepływ: a) o średnicy wewnętrznej 10cm b) rurę o przekroju pierścieniowym o średnicach
dla obszaru przepływu 8 na 5 cm c) o średnicy wewnętrznej 6cm d) o średnicy wewnętrznej
3cm. Proszę podać, którą z rur należy wybrać, aby zrealizować ten przepływ na jak
największą odległość: a) w pionie, b) w poziomie. Proszę podać długości tych odległości.
Zadanie 10
Proszę obliczyć potrzebną moc pompy, jeżeli spadek ciśnienia ze względu na opory
przepływu wynosi 60000 [Pa], a oprócz tego pompa musi pokonać różnicę poziomów 25[m].
Sprawność pompy to 80%, a przepływ cieczy 2500 [kg/h], a jej gęstość to 1600 [kg/m3].
Zadanie 11
Proszę obliczyć spadek ciśnienia w przewodzie o długości 300[m] i średnicy 2[cm], przez
który płynie ciecz w ilości 10[m3/h] o gęstości 2000[kg/m3] i lepkości 9·10-4[Pa·s]
Zadanie 12
W otwartym, pionowym zbiorniku wody wypełnionym do wysokości 10 m zrobiła się w dnie
dziurka o średnicy 1 cm. Proszę podać ile litrów wody ubędzie po 5 minutach przy założeniu,
że prędkość wypływu wody ze zbiornika przez ten czas się nie zmieni, a współczynnik
wypływu wynosi 0,6
Zadanie 13
Proszę obliczyć, jaką moc musi mieć pompa, aby przepompowywać wodę o gęstości 998kg/
m3 i lepkości 0,001 Pa·s z wydajnością 5 m3/h na wysokość 25 m przewodem o średnicy 2 cm
o długości również 25 m, jeżeli sprawność tej pompy wynosi 0,8
Zadanie 14
Pompa o mocy 2 [kW] pompuje ciecz pobierając ją ze zbiornika otwartego w ilości 3900 [kg]
na godzinę, zasysając ją przewodem o przekroju kwadratowym o wewnętrznej długości boku
4 [cm] i długości 20 [m], sprawność pompy wynosi 0,8. Pompa pompuje dalej tę ciecz
przewodem o średnicy 2”, gęstość cieczy to 1200 [kg/m3], lepkość to 1,3·10-3 [Pa·s]. Przewód
tłoczący ma całkowitą długość 300 [m] i wznosi się na wysokość 100 [m] do góry, gdzie
ciecz wpada do zbiornika, w którym panuje nadciśnienie 1 [bar] w stosunku do
atmosferycznego. Ile zaworów o Lz/d = 120 można by hipotetycznie zamontować na
rurociągu tłoczącym, aby ciecz stanęła, – tj. aby opory ruchu stały się tak duże, że moc
pompy okazała by się za mała do przetłoczenia cieczy. Zaniedbujemy istnienie innych
oporów lokalnych w układzie.
Zadanie 15
Proszę policzyć niezbędną moc pompy, która musi przepompować 1111 kg/h wodnego
roztworu czegoś tam o gęstości 1111 kg/m3 i lepkości 1,11·10-3 Pa·s, rurą o średnicy 1” i
następującym przebiegu: rura za pompą biegnie poziomo 10 m, a następnie po wyjściu ze
stacji pomp biegnie pionowo w dół na głębokość 2 m i dalej zasypana pod ziemią biegnie
poziomo 1000m, po czym ma przebieg 12 m pionowo do góry. Istnienie kolanek i zaworów
należy pominąć. Ciecz jest podawana do zbiornika zamkniętego, w którym panuje
nadciśnienie 50 kPa. Sprawność pompy, to 80%.
Zadanie 16
Obliczyć jaka powinna być średnica otworu spustowego w cysternie o średnicy równej 2m i
długości 3,5m, aby można było opróżnić ją całkowicie w ciągu 30 minut. Współczynnik
wypływu przyjąć równy 0,62. W celu wyrównania ciśnień zbiornik jest połaczony z
atmosferą małym otworem odpowietrzającym.
Filtracja zawiesin
Zadanie 17
Obliczyć powierzchnię filtru, przy której uzyska się 2 m3 przesączu w ciągu 30 minut podczas
filtracji pewnej zawiesiny. Filtrację prowadzi się przy różnicy ciśnień ∆ P = 150 kPa. Stałe
filtracji odniesione do 1 m2 powierzchni filtracyjnej można wyrazić następującymi
zależnościami:
K = 1.5 ⋅ 10 − 8 ⋅ ( ∆ P )
C = 0.13 ⋅ ( ∆ P )
− 0.35
0.65
[ m6 / m4.s ]
[ m3 / m2 ]
Zadanie 18
Prowadzono próby filtrowania izobarycznego zawiesiny na prasie filtracyjnej zawierającej 35
ram i płyt o wymiarach 0.45 x 0.45 m i dla ∆ P = 3 ⋅ 10 5 Pa. Otrzymano 2.5 ⋅ 10 − 3 m3
przesączu w czasie 147 s, a 6 ⋅ 10 − 3 m3 przesączu w czasie 570 s w przeliczeniu na 1 m2
powierzchni filtracyjnej. Obliczyć czas filtracji 0.4 m3 przesączu oraz czas przemywania, jeśli
stwierdzono, że wystarczające przemycie osadu uzyskuje się przy 20 % ilości wody
przemywającej do przechodzącego filtratu. Filtrację i przemywanie prowadzi się pod
ciśnieniem ∆ P = 3 ⋅ 10 5 Pa.
Zadanie 19
Proces filtracji prowadzi się pod stałym ciśnieniem ∆ P = 100 kPa. Równanie Ruth’a dla
tego procesu ma postać: V 2 + 1.85 ⋅ V − 0.087 ⋅ t = 0 . Końcowa objętość filtratu wynosiła
VK = 7.5 m3. Osad następnie przemywano pod ciśnieniem ∆ Pm = 50 kPa, a ciecz myjąca
miała lepkość dwa razy mniejszą od lepkości filtratu. Obliczyć czas trwania procesu filtracji i
czas mycia, jeżeli użyto 1 m3 cieczy myjącej. Przyjąć s = 0.2 .
Zadanie 20
Filtrujemy pewną zawiesinę na prasie filtracyjnej. Przeprowadzono 2 próby. Za pierwszym
razem 10,9 m3 przefiltrowało się w czasie 12 h i 15 min a za drugim razem 11,1 m3 w czasie
12 h i 40 min. To dla naszego procesu za długo. Proszę zrobić dla dyrektora technicznego
wstępną analizę, ile potrwałby czas filtracji 10 m3, gdyby udało się powiększyć powierzchnię
filtracyjną naszej prasy dwukrotnie.
Zadanie 21
Dysponujemy prasą filtracyjną składającą się z 15 ram i płyt o wymiarach 0,6x0,6[m].
Rozdzielamy na niej pewną zawiesinę. Przed rozpoczęciem procesu ma większą skalę,
przeprowadzono wstępne próby pod stałym ciśnieniem 200 [kPa], w czasie których
stwierdzono, że 2·10-3 [m3] przesączu otrzymano w czasie 107 [s], a 5·10-3 [m3] przesączu w
czasie 423 [s] w przeliczeniu na 1 [m2] powierzchni filtracyjnej. Proszę obliczyć czas filtracji
0,4 [m3] przesączu oraz czas przemywania, jeżeli wiadomo, że przy 30% ilości wody
przemywanej do przechodzącego filtratu uzyskuje się wystarczające przemycie osadu.
Filtracja i przemywanie prowadzone jest pod stałym ciśnieniem 300 [kPa]. Współczynnik
ściśliwości s = 0,2.
Zadanie 22
Filtr laboratoryjny o powierzchni filtracyjnej 1 m2, dla filtracji pewnej tajemniczej zawiesiny
ma następujące stałe filtracyjne: K = 1,5·10-8·(ΔP)0,65 [m6/m4·s], C = 0,13·10-8·(ΔP)-0,35 [m3/m2].
Tego samego typu filtr przemysłowy o powierzchni filtracyjnej 5m2 jest używany do filtracji
tej samej zawiesiny, przy stałej różnicy ciśnień równej ΔP = 150 kPa. Należy obliczyć, w
jakim czasie przefiltrujemy 5 m3 przesączu.
Zadanie 23
Proces filtracji opisany jest równaniem: V2 + 0,2·V = 0,06·t. Proszę podać, jaki będzie czas
przefiltrowania 100 m3 zawiesiny
Zadanie 24
Proces filtracji opisany jest równaniem: V2 + 0,2·V = 0,06·t. Proszę podać, jaki będzie czas
przefiltrowania 100 m3 zawiesiny, jeśli dla tego procesu zwiększymy dwukrotnie
powierzchnię filtra
Zadanie 25
Proces filtracji opisany jest równaniem: V2 + 0,2·V = 0,06·t. Przefiltrowano 100 m3 wodnej
zawiesiny. Proszę podać, jaki będzie czas mycia filtra, jeżeli do mycia zużyto 30 m3 wody
Zadanie 26
Proces filtracji opisany jest równaniem: V2 + 0,2·V = 0,06·t. Przefiltrowano 100 m3 wodnej
zawiesiny. Proszę podać, jaki będzie czas mycia filtra, jeżeli do mycia zużyto 30 m3 wody i
zastosowano ciśnienie dwukrotnie większe niż przy filtracji, zaś współczynnik ściśliwości
wyniósł 0,3
Zadanie 27
Przeprowadzono na filtrze przemysłowym 2 filtracje. W czasie pierwszej z nich, udało się
przefiltrować 96% zawartości zbiornika, który ma objętość 100m3 w ciągu 7 godzin i 45
minut, a w czasie drugiej cały zbiornik przefiltrował się w czasie 8 godzin i 15 minut. Po
czym aparat z winy obsługi się zepsuł, więc w związku z naprawą zdecydowano go
zmodernizować, czyli: zmniejszyć powierzchnię filtra o 15%, zwiększyć ciśnienie o 65% i
dzięki dodatkom do zawiesiny obniżyć jej lepkość o 7%. Współczynnik ściśliwości jest
równy 0,3. Proszę policzyć, jaki będzie czas filtracji zbiornika zawiesiny po zmianach. Proszę
również policzyć czas mycia, jeżeli odbywa się ono pod ciśnieniem o 50% wyższym niż
filtracja, a ciecz myjąca ma lepkość o 30% niższą niż filtrowana, zaś do mycia filtra zużyto
pół zbiornika cieczy myjącej.
Odpylanie gazów
Zadanie 28
Proszę obliczyć wymiary komory Howarda do odpylania powietrza od cząstek pyłu o
średnicy 10 µm i gęstości 2000 kg/m3. Powietrze o objętościowym natężeniu 12000 m3/h i
lepkości 1,863·10-5 Pa·s przepływa z prędkością 0,3 m/s. Zakładamy szerokość komory 2 m i
ilość półek 40 sztuk.
Zadanie 29
Proszę podać wymiary cyklonu służącego do odpylenia pewnego gazu, jeżeli pylinki mają
największy wymiar 18 µm. natężenie przepływu gazu to 32000 m3/h. Jego lepkość, to 2·10-5
Pa·s. Gęstość materiału, z którego składa się pył to 3320 kg/m3. Prędkość liniową gazu w
rurze dolotowej zakładamy jako równą 17 m/s. Zakładamy również, że stosunek szerokości
do wysokości rury dolotowej to będzie 0,4; a średnica rury wylotowej będzie równa 0,4
średnicy całego cyklonu; natomiast liczbę zwojów spirali, którą przebywa cząsteczka w
cyklonie określimy jako równą 1,7.
Zadanie 30
Jaka musi być długosć poziomego przewodu prostokątnego o wysokości 1m i szerokości 3m
służącego do odpylania powietrza z pyłu węglowego o średnicy cząstek 80µm i gęstości 1700
kg/m3 w przypadku przepływu gazu gorącego (t = 300oC) i zimnego (t = 20oC) o
objętościowym natężeniu przepływu 30000 m3/h. Parametry fizykochemiczne: współczynnik
lepkości dynamicznej powietrza w temperaturze 20oC η = 1,822·10-5 Pa·s, współczynnik
lepkości dynamicznej powietrza w temperaturze 300oC η = 2,97·10-5 Pa·s.
Zadanie 31
Obliczyć średnicę najmniejszych cząstek pyłu cementowego o gęstości ρS = 2400 kg/m3, które
opadną w cyklonie o średnicy 2R = 1,5m. Zapylone powietrze, o objętościowym natężeniu
przepływu 25000 m3/h, dopływa do cyklonu w temperaturze 40oC, rurą o wymiarach
35x90cm. Parametry fizykochemiczne: współczynnik lepkości dynamicznej powietrza w
temperaturze 40oC η = 1,922·10-5 Pa·s.
Zadanie 32
W komorze Howarda o długości 5m, szerokości 2m, posiadającej 36 półek oddalonych od
siebie na wysokość 85mm odpyla się powietrze o temperaturze 40oC i objętościowym
natężeniu przepływu 7500 m3/h od cząsteczek kwasu benzoesowego. Obliczyć zasadnicze
wymiary cyklonu, który zastąpiłby w procesie odpylania wyżej wymieniona komorę.
Prędkość liniową gazu w rurze dolotowej zakładamy jako równą 20 m/s. Zakładamy również,
że stosunek szerokości do wysokości rury dolotowej będzie równy 0,3. Parametry
fizykochemiczne: Gęstość kwasu benzoesowego ρS = 1266 kg/m3, współczynnik lepkości
dynamicznej powietrza w temperaturze 70oC η = 2,39·10-5 Pa·s.
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)