Projekt z kinetyki procesowej dla studiów podyplomowych z zakresu inżynierii chemicznej

Zadanie 1

W wieży natryskowej prowadzony jest proces schładzania wody. Proces prowadzony jest w taki sposób, że opadanie kropel można rozpatrywać jako opadanie niezakłócone pojedynczej kropli. Obliczyć chwilową prędkość kropli [mm/s] oraz chwilową szybkość parowania tej kropli W [kg/s] w momencie gdy jej średnica równa jest δ0 [mm] a temperatura wynosi 60 C. Kropla opada w suchym powietrzu o temperaturze 20 C. Jeżeli proces opadania odbywa się w zakresie prawa Stokesa (laminarnym) to jej prędkość można wyrazić następującym wzorem:

u=δ2∙ (ρw−ρp) ∙ g

18 ∙ μp

Średnica kropli δ wyrażona jest w milimetrach, natomiast indeksy w i p odnoszą się odpowiednio do wody i do powietrza suchego pod ciśnieniem 101325Pa. Dodatkowo zakładamy, że opory wnikania masy po stronie cieczy można zaniedbać a współczynnik wnikania masy po stronie powietrza można wyznaczyć z równania Frosslinga:

Sh=k p ∙R ∙T sr ∙ δ

D=2+0.6 ∙ℜ0.5 ∙ Sc0.333

Parametry fizykochemiczne wody i powietrza przyjąć jako stałe w średniej temperaturze procesu.

Wytyczne do projektu:

1. Projekt musi być rozwiązany samodzielnie w pliku Word lub Acrobat Reader.2. W pliku należy umieścić kompletnie rozwiązany projekt. Wyprowadzenia, wzory, wyniki,

wykresy. Należy używać jednostek SI.3. Nazwa projektu musi zawierać imię i nazwisko autora np.

JanKowalski.doc/Jan.Kowalski.docx/JanKowalski.pdf4. Projekt należy wysłać w terminie do 16.12.20135. Odczytać z danych fizykochemicznych własności wody i powietrza w średniej arytmetycznej

temperaturze procesu oraz odczytać współczynnik dyfuzji D [m2/s] dla pary wodnej w powietrzu.

6. Znaleźć równanie Antoine’a dla prężności pary nasyconej pn(T) wody i policzyć wartość prężności pary wodnej dla średniej arytmetycznej temperatury procesu.

7. Znaleźć współczynnik dyfuzji pary wodnej w powietrzu.8. Obliczyć prędkość u [m/s] opadania kropli z wzoru podanego powyżej.9. Obliczyć z korelacji Frosslinga współczynnik wnikania masy kp [mol/(N s)].10. Obliczyć szybkość parowania kropli w powietrzu suchym o ciśnieniu 101325 Pa.

Warianty projektowe

Imię i Nazwisko δ0 [mm]

0.0858

Zadanie 2

W przeciwprądowym wymienniku ciepła typu rura w rurze (patrz Rysunek 1) o wymiarach dw=0.1m, dz=0.12m, Dw=0.2m prowadzony jest proces ogrzewania wody zimnej wodą gorącą z innego segmentu instalacji. Woda gorąca na wlocie ma temperaturę równą 80 C a jej wartość na wylocie wynosi 60 C. Woda zimna ma na wlocie 20C. Jeżeli prędkości obu czynników są równe i wynoszą u a długość wymiennika wynosi 5 m obliczyć temperaturę cieczy zimnej na wylocie Tzwyl oraz strumień cieplny wymieniony w tym procesie Q. Woda zimna przepływa przez rurę wewnętrzną. Parametry fizykochemiczne przyjąć jako stałe w temperaturze wlotowej czynnika.

Rysunek1. Schemat wymiennika przeciwprądowego

Korelacje na współczynnik wnikania ciepła:

Nu=α ∙dh

λ=0.023ℜ0.8 ∙Pr0.33

Przy czym dh oznacza średnicę hydrauliczną:

dh=4 FO∙ =

4 ∙ Pole przekrojuObwód zwilżany

Policzyć średnice hydrauliczne dla cieczy gorącej znajdującej się w przestrzeni międzyrurowej oraz dla wody zimnej przepływającą w rurce wewnętrznej.

Warianty projektowe

Imię i Nazwisko u [m/s]

1.858