PROCESNÍ INŽENÝRSTVÍ cvičení 5

UNIVERZITA TOMÁŠE BATI VE ZLÍNĚ FAKULTA APLIKOVANÉ INFORMATIKY

PROCESNÍ INŽENÝRSTVÍ cvičení 5 Usazování – usazovací plocha, výkonnost usazováku

Hana Charvátová, Dagmar Janáčová Zlín 2013

Tento studijní materiál vznikl za finanční podpory Evropského sociálního fondu (ESF) a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu: CZ.1.07/2.2.00/15.0463, MODERNIZACE VÝUKOVÝCH

MATERIÁLŮ A DIDAKTICKÝCH METOD

2 Usazování – usazovací plocha, výkonnost usazováku

Obsah Usazování – usazovací plocha, výkonnost usazováku ............................................................... 3 Řešené příklady ...................................................................................................................... 3 Příklady k procvičení ............................................................................................................. 5 Použitá literatura .................................................................................................................... 6 Seznam symbolů .................................................................................................................... 7

MODERNIZACE VÝUKOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDAKTICKÝCH METOD CZ.1.07/2.2.00/15.0463,


Usazování – usazovací plocha, výkonnost usazováku STRUČNÝ OBSAH CVIČENÍ: Výpočet usazovací plochy. Výpočet výkonnosti usazováku.

MOTIVACE: V tomto cvičení budeme řešit úlohy týkajcích se separační operace usazování. Bez znalosti tohoto procesu může být separace heterogenní směsi v závislosti na jejich velmi obtížná. Tato problematika je v technické praxi velmi důležitá pro správné zvládnutí.

CÍL: Studenti se naučí provádět výpočty usazovací plochy a výkonnosti usazováků.

Řešené příklady Příklad 1 V nepřetržitě pracujícím usazováku tvaru stojatého válce se zpracovává 105 m3/h vodné suspenze obsahující 6,5 hm. % písku o průměru 40 m a hustotě 2800 kg/m3. V usazenině je 69 hm. % vody. Únos částic je zanedbatelný. Hustota přiváděné suspenze je 1042 kg.m-3. Teplota suspenze je 20 °C. Vypočítejte usazovací plochu.

Řešení: Ze zadání úlohy známe tyto hodnoty: Objemový průtok přiváděné suspenze Vs  105 m3 .h -1 , obsah písku v přiváděné suspenzi wST  0,065 , obsah vody v usazenině wUK  0,69 , obsah vody v usazenině wHK  0 , průměr částic písku d  40  m , hustota písku T  2800 kg.m-3 , hustota suspenze přiváděné do usazováku S  1042 kg.m-3 , teplota přiváděné suspenze t  20 °C .


4 Usazování – usazovací plocha, výkonnost usazováku Vlastnosti vody při 20 °C: Hustota vody K  998,2 kg.m-3 , kinematická viskozita vody K  1,007 106 m2 .s-1 . Pro výpočet plochy usazováku použijeme rovnici: A

VL , vu

(1)

kde A je plocha usazováku, VL je objemový průtok vyčiřené kapaliny, vu je rychlost usazování částic. Výpočet objemového průtoku vyčiřené kapaliny provedeme z látkové bilance usazováku:

Obr. 1 Bilanční schéma usazováku

Celková bilanční rovnice usazováku: mS  mU  mL

(2)

Bilance tuhé fáze v usazováku: mS wST  mU wUT

(3)

Dosazením rovnice (2) do rovnice (3) a následnou úpravou obdržíme: m  w  wST  mL  S UT wUT mL 

105 1042  0,31  0,065 3600  0,31

 24,01 kg.s-1

(4)

(5)

Objemový průtok vyčiřené kapaliny QVH : VL 

mL

VL 

24,01  0,024 m3 .s-1 998, 2

(6)

K

(7)



Výpočet rychlosti usazování částic provedeme pomocí kriteriálních rovnic – Archimedova kritéria a Reynoldsova kritéria. Archimedovo kritérium:

Ar 

Ar 

gd 3  T   K 

(8)

 K2  K

   2800  998, 2  1,118 1,007 10   998, 2

9,81  40 106

3

6 2

(9)

Pro Ar > 3,6 určíme hodnotu Reynoldsova kritéria podle rovnice (10):

Re 

Ar 18

(10)

Re 

1,118  0,062 18

(11)

Rychlost usazování:

vu 

Re   d

(12)

vu 

0,062 1,007 106  0,002 m.s-1 6 40 10

(13)

Dosazením vypočítaných hodnot objemového průtoku vyčiřené kapaliny a rychlosti usazování dopočítáme usazovací plochu podle rovnice (1): A

0,024  12 m2 0,002

(14)

Příklady k procvičení Příklad 2 Určete průměr usazováku tvaru stojatého válce pro nepřetržité usazování pisku ve vodě. V usazováku se má zpracovávat 90 t/h suspenze, která obsahuje 10 hm.% pisku. Průměr částic je 35 mikrometrů a hustota 2650 kg/m3 V usazenině je 55 hm.% vody. Teplota suspenze je 20 °C. Skutečný průměr usazováku se navrhuje o 1/4 větší, než průměr vypočtený. Únos částic z usazováku je zanedbatelný. [Výsledek: 5,945 m] MODERNIZACE VÝUKOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDAKTICKÝCH METOD CZ.1.07/2.2.00/15.0463,

6 Usazování – usazovací plocha, výkonnost usazováku Příklad 3 Určete výkonnost usazováku tvaru stojatého válce v m3/h přiváděné suspenze, jestliže se v něm usadí 6 m3/hod usazeniny o vlhkosti 42 hm. %. Vodná suspenze obsahuje 10 obj. % částic. Částice jsou kulovitého tvaru o průměru 0,075 mm. a mají hustotu 2300 kg/m3.Určete také usazovací plochu usazováku. Usazování probíhá při teplotě 20 °C. Rychlost usazování částic je 2x vyšší než rychlost proudění vyčeřené vody. [Výsledek: množstvi přiváděné suspenze je 25,3 m3/h; plocha usazováku je 2,034 m2]

Úlohy se vztahují k této otázce: Princip funkce různých usazováků. Gravitační usazovák průtočný a neprůtočný. Vliv koncentrace částic na rychlost sedimentace.

Použitá literatura [1]

Kolomazník, K.: Teorie technologických procesů I, VUT Brno, FT Zlín, 1975

[2]

Míka, V. a kol: Chemickoinženýrské výpočty I, II, VŠCHT Praha, III. vydání, 1996

[3]

Mikel, J: Usazování, odstřeďování, bakalářská práce, FT UTB, 2005

[4]

Janáčová, D. a kol. Procesní inženýrství. Fyzikální, transportní a termodynamická data, UTB AC, Zlín, 2011, ISBN 978-80-7318-997-6



Seznam symbolů A Ar d D g h Ly m m V Re S t v V vu w   

  zdr 

- usazovací plocha, - Archimedovo kritérium - průměr částic, - plocha usazováku, - gravitační zrychlení, - výška, - Lyaščenkovo kritérium, - hmotnost, - hmotnostní průtok, - objemový průtok, - Reynoldsovo kritérium, - průřez, - teplota, - rychlost, - objem, - rychlost usazování, - hmotnostní zlomek, - objemový zlomek, - dynamická viskozita, - hustota, - čas, - doba zdržení, - kinematická viskozita,

[m2] [1] [m] [m] [m.s-2] [m] [1] [kg] [kg.s-1] [m3.s-1] [1] [m2] [°C] [m.s-1] [m3] [m.s-1] [1] [1] [Pa.s] [kg.m-3] [s] [s] [m2.s-1]

Význam indexů: S L U T K

- suspenze - vyčiřená kapalina - usazenina - tuhá fáze - kapalina


PROCESNÍ INŽENÝRSTVÍ cvičení 5

Recommend Documents