Inżynieria chemiczna bio. Lista zadań 1

Z.1.

Proszę wyznaczyć ciśnienie absolutne na poziomie A-A aparatu, gdzie umieszczony jest rtęciowy manometr (rys.1). Wysokość słupa rtęci wynosi 180 mm Hg. Wysokość warstwy cieczy o gęstości 870 kg/m³ wynosi h1=2,0 m, a wysokość cieczy w lewym ramieniu manometru od poziomu rtęci do poziomu A-A wynosi 0,4 m. Jakie jest ciśnienie absolutne nad powierzchnią cieczy, jeśli ciśnienie atmosferyczne wynosi 746 mm hg ? Odp. P_A-A=120000Pa, P_abs=103000Pa

Z.2

W kolumnie rektyfikacyjnej o działaniu ciągłym rektyfikuje się układ dwuskładnikowy: alkohol etylowy-woda. Do kotła kolumny (rys.2) dołączony jest manometr, który wskazuje, że ciśnienie wewnątrz kotła jest o 1,6 m słupa wody wyższe od ciśnienia atmosferycznego (752 mm Hg). Przyjmując, że ciecz wyczerpana w kotle jest - praktycznie biorąc - wodą, proszę wyznaczyć temperaturę wrzenia wody. Odp. T_wrz.=~104^OC

Z.3.

Manometr dwucieczowy, w którym zastosowano jako ciecz cięższą czterochlorek węgla (CCl₄) o gęstości 1596 kg/m³, a jako ciecz lżejszą - wodę o gęstości 998 kg/m³, podłączono do dwóch punktów przewodu o średnicy wewnętrznej 35 mm (rys.3), odległych o 3 metry. Przewodem tym płynie powietrze o temperaturze 20 ^oC i pod ciśnieniem 160 kPa. Zanotowano różnicę poziomów cieczy cięższej równą 45 mm. Obliczyć jaką różnicę ciśnień wyrażoną w Pa zmierzył manometr cieczowy.

Odp. Δp=264 Pa

Z.4.

Gorącą parę wodną doprowadza się do akumulatora ciepła wypełnionego wodą (rys.4), perforowaną rurą zanurzoną w wodzie na głębokość 1 metra. Proszę obliczyć minimalne ciśnienie gorącej pary, jeśli ciśnienie pary wtórnej, opuszczającej zbiornik akumulatora ciepła wynosi 0,2 MPa.

Odp. P_min.=0,21 MPa

Z.5

Proszę obliczyć poziom oleju w zbiorniku (rys.5), jeśli manometr w kształcie litery „S” wskazuje różnicę poziomów słupa rtęci hm =250 mm Hg a wysokość h1=0,2 m. Gęstość oleju wynosi 860 kg/m³. Odp. H_oleju= 3,8 m

Rys.1. Rys.2. Rys.3.

Rys.4. Rys.5.

Inżynieria chemiczna bio. Lista zadań 2

Z.1

Proszę obliczyć ciśnienie absolutne wody w rurociągu, jeśli U-rurkowy manometr rtęciowy przyłączony do rurociągu (rys.1) pokazuje różnicę poziomów słupa rtęci Δh=500 mm. Ciśnienie barometryczne wynosi p_b=760 mm Hg. Odp. P_abs.=370mm Hg

Z.2.

Oblicz „ciąg” w kominie (tzn różnicę ciśnienia pomiędzy wnętrzem komina u jego podstawy i atmosferą wokół komina u jego podstawy) o wysokości 50 metrów, jeśli średnia temperatura gazów w kominie wynosi 227 ^oC a temperatura otoczenia 27 ^oC. Gęstości gazu i powietrza w temperaturze 0 ^oC i przy ciśnieniu 760 mm Hg (warunki normalne) wynoszą odpowiednio: ρ_g=1,27 kg/m³, ρ_pow.=1,29 kg/m³. Odp. Δp=234,95 Pa

Z.3

Prostopadłościenny zbiornik przewiduje się do magazynowania 30 m³ wody. Znajdź siły ciśnienia oddziałujące na ściany i dno zbiornika, jeśli szerokość dna wynosi 3 metry a długość 5metrów. Odp. F_dno= 294300N, F_Sc1=60860N, F_Sc2=98100N

Z4.

Dzwon mokrego zbiornika gazowego (rys.2) do przechowywania azotu ma średnicę 6m i z uzupełniającym obciążeniem waży 2900 kG. Pomijając straty ciężaru części dzwonu zanurzonej w wodzie, proszę obliczyć nadciśnienie gazu w napełnionym zbiorniku.

Odp. Δp=~0,01at

Z5.

Próżniomierz umiejscowiony na skraplaczu barometrycznym (rys.3) wskazuje podciśnienie równe 600 mm Hg. Ciśnienie atmosferyczne wynosi 748 mm Hg. Proszę obliczyć: a/ ciśnienie absolutne w skraplaczu b/ na jaką wysokość podniesie się woda w rurze barometrycznej. Odp. P_abs.=19700Pa, H=8,16 m

Z.6

Zbiornik napełniony wodą ma w płaskim poziomym dnie okrągły otwór zamykany za pomocą zaworu. Zawór połączony jest poprzez pręt (rys.4) z pływakiem. Podniesienie zaworu następuje w momencie, gdy poziom cieczy w zbiorniku osiągnie wysokość „h”. Przyjmując masę pływaka, pręta i grzybka równą -„m”, poziomy przekrój pływaka- „S1”, przekrój otworu -„S2” i długość pręta -l wyznacz zależność h=f (m , l, S1, S2). Proszę obliczyć poziom cieczy dla następujących danych: m=20 kg, D=0,5 m (średnica pływaka), d=0,1 m (średnica grzybka) i l=1m. Odp. H=1.15 m

Inżynieria chemiczna bio. Lista zadań 3

Z.1.

Proszę obliczyć średnice zastępcze d_z dla przypadków rurociągów, kanału i przepływów cieczy przedstawionych na rys.1.

Z.2.

Proszę obliczyć spadek ciśnienia cieczy na prostym odcinku rury gładkiej o długości 100 metrów. Rurą płynie a/ woda, b/ gliceryna o temperaturze 20^oC. Średnica wewnętrzna rurociągu 50 mm. Prędkość cieczy : a/ 0,5 m/s, b/ 1 m/s , c/ 2,5 m/s.

Z.3.

Proszę obliczyć spadek ciśnienia wody o temperaturze 30^oC, na prostym odcinku rury wykonanej z: a/ aluminium, b/ stali bez szwu, nieznacznie skorodowanej c/ stali zardzewiałej d/ miedzi. Średnica wewnętrzna rury 50 mm, jej długość 150 m. Prędkość cieczy 2 m/s.

Z.4.

Proszę obliczyć spadek ciśnienia cieczy na poziomym, gładkim rurociągu o średnicy wewnętrznej 40 mm i długości a/20 m, b/100 m, c/400 m. Rurą płynie woda o temperaturze 10^oC z prędkością 1m/s. Na rurociągu znajduje się: a/ kolano o kącie wygięcia 90^oC, b/1 zawór skośny, c/ kurek, d/ klapa, e/ zasuwa f/ nic.

Z.5.

Proszę obliczyć stratę ciśnienia cieczy w wyniku tarcia, podczas przepływu wody przez wężownicę z prędkością liniową 1,5 m/s. Wężownica wykonana jest z rury stalowej o średnicy 25x5 mm. Temperatura wody 20^oC. Średnica zwoju wężownicy wynosi 0,6 m., skok między zwojami 35 mm a liczba zwojów 23. Obliczenia proszę wykonać dla wężownicy: a/ nowej , b/ silnie skorodowanej od wewnątrz. Odp. Δp_węż.gł=91806Pa, Δp_węż.skor=100633Pa

Z.6.

Stalowym rurociągiem o średnicy 76x3 mm należy przetłaczać 21 m³/godz. czterochlorku węgla. Długość rurociągu wynosi 120 m. Temperatura przepływającej cieczy t=17^oC (gęstość cieczy ρ_C=1600 kg/m³, lepkość cieczy η_C=1,07 10^-3 Pa s). W rurociągu zamocowane są 2 zawory skośne i 5 kolanek o kącie wygięcia 90^o (r_w/d=1). Oblicz straty ciśnienia na rurociągu.

Odp. Δp_strat=56121Pa

a/ b/ c/ d/ e/

Rys.1.

Inżynieria chemiczna bio. Lista zadań 5.

Z.1.

Kwas siarkowy (gęstość ρ= 1850 kg/m³ )przetłacza się pompą ze zbiornika, w którym nad cieczą panuje ciśnienie atmosferyczne, do aparatu pracującego pod nadciśnieniem p.=2,45 bar. Pompa tłoczy kwas w ilości V^•= 150 m³/godz.. Proszę obliczyć moc silnika elektrycznego, przyłączonego do pompy, jeśli sprawność pompy wynosi η= 65%. Geometryczna wysokość podnoszenia kwasu H_g=15 m, opór hydrauliczny rurociągu ssawnego h_SS= 1,0 m słupa kwasu, opór hydrauliczny rurociągu tłocznego h_tł= 4m słupa kwasu. Odp. P=49kW

Z.2.

Pompa przetłaczająca ciecz o gęstości ρ=1100 kg/m³ ma wydajność V^•=46,5 m³/godz.. Nadciśnienie wskazywane przez manometr zainstalowany na króćcu tłocznym pompy p_m=3,34 bar, wskazania wakuometru na króćcu ssawnym p_w=340 mm Hg. Odległość w pionie, pomiędzy miejscem zainstalowania manometru i wakuometru wynosi h=300 mm, moc pobierana przez pompę, zmierzona na wale silnika elektrycznego wynosi N=7 kW. Proszę obliczyć ciśnienie wytwarzane przez pompę oraz sprawność pompy.

Odp. Ciśnienie wytwarzane przez pompę wynosi 35,3 m słupa pompowanej cieczy.

Sprawność pompy η=0,7

Z.3.

Pompa pobiera zimną wodę ze studni. Wydajność pompy wynosi V^•=180 m³/godz.. Średnica rury ssawnej wynosi d_wlot=250 mm. Oblicz maksymalną wysokość na jakiej może być oś pompy, powyżej poziomu wody w studni, jeśli dopuszczalne ciśnienie na wlocie do pompy wynosi p_wlot= 0,03 MPa. Całkowite straty ciśnienia w rurociągu ssawnym Δp_strat= 8 kPa. Gęstość wody 1000 kg/m³.

Odp. h= 6,23 m

z.4.

Wydajność pompy wirowej wynosi V₁^•=360 m³/godz. przy wysokości podnoszenia H=66 m. H₂O, obrotach wirnika n₁= 960 obr./min. Sprawność pompy uwzględniającą straty energii w pompie η_p=0,65. Proszę obliczyć moc i prędkość obrotową dla silnika elektrycznego, przy założonym zwiększeniu wydajności pompy do wartości V₂^•=520 m³/godz.. Jaka będzie wysokość podnoszenia pompy dla nowych warunków pracy ?

Odp. n=1450 obr./min., P=46 kW, H=150m

Z.5.

Wydajność pompy wirowej wynosi V^•=200 m³/godz., obroty wirnika n₁= 1450 obr./min., zapotrzebowanie mocy N₁= 135 kW, wysokość podnoszenia H₁= 140 m. H₂O. Proszę obliczyć wydajność, wysokość podnoszenia, zapotrzebowanie mocy przez pompę, jeśli obroty zostaną zredukowane do n₂= 960 obr./min..

Odp. V^•= 13,2m³/godz. P=3,92kW, H=61,4m.

Inżynieria chemiczna bio. Lista zadań 6.

Z.1.

W pompie CR-16 przy temperaturze kondensatu t=80^oC i przepływie V=16 m³/godz., zmierzono na króćcu ssawnym ciśnienie p_S=-0,1⋅10⁵ Pa, a na króćcu tłocznym p_tł.=7⋅10⁵ Pa. Jakiej pompie z typoszeregu CR-16 odpowiadają te dane. Odp. pompa CR16-60

Z.2.

Rysunek 1 przedstawia schemat myjni wysokociśnieniowej, dla której należy przewidzieć pompę tłoczącą 18 m³/godz. wody. Wysokość ssania wynosi h_S=1m., zaś wysokość tłoczenia h_tł=2 m. Ciśnienie w zbiorniku, do którego tłoczy się wodę P= 8 bar. Straty ciśnienia na opory przepływu w rurociągu ssawnym Δp_SS=0,4 bar i w rurociągu tłocznym Δp_tł=1,6 bar wyznaczono dla natężenia przepływu cieczy V=18 m³/godz. Proszę wyznaczyć charakterystykę instalacji w zakresie objętościowego natężenia przepływu cieczy V=0-20 m³/godz. i nanieść ją na wykres charakterystyk pomp CR-16. Jaką pompę z typoszeregu CR-16 należy wybrać dla projektowanej instalacji ? Odp.Wybrano pompę CR16-100

Z.3.

Dla instalacji myjni wysokociśnieniowej, opisanej w zadaniu 2 (rys.1) przewiduje się zastosowanie pompy tłoczącej wodę w ilości V=18 m³/godz. Przyjmując, że straty ciśnienia na rurociągu ssawnym wynoszą Δp_S=0,4 bar oraz to, że wyznaczone one zostały dla nominalnego objętościowego natężenia przepływu cieczy V=18 m³/godz. proszę wyznaczyć charakterystykę NPSH instalacji (w zakresie V=0-20) i nanieść ją na wykres charakterystyk pomp z typoszregu CR-16. Czy wybrana w zadaniu 2 pompa spełnia wymagania NPSH tzn. NPSH_inst.-NPSH_pompy>0,5 m. ? Odp. Wybrana pompa CR16-100, dla nominalnego natężenia przepływu cieczy V^•=18 m3/godz., spełnia warunek NPSH_inst.-NPSH_pompy>0,5 m

Z.4.

W pewnej instalacji pompowej, której charakterystyka H_inst.=f (V^•) określona jest w tabeli poniżej, znajdują się dwie pompy wirowe: pompa 1-CR16-30, pompa 2- CR16-50, połączone szeregowo, jak na rys.2. Proszę nanieść charakterystykę instalacji na kartę katalogową pomp CR16 i wyznaczyć trzy możliwe punkty pracy w rozważanym układzie pompowym (możliwe przypadki: 1/,2/ pracują pojedyncze pompy, 3/ pracuje zespół pomp).

V^•, m^3/godz.	0	6	12	18	24
Hinst., m	0	5,6	22,2	50	88,9

Z.5.

Dla charakterystyki instalacji pompowej, jak w zadaniu 4, proszę znaleźć punkt pracy układu pompowego złożonego z tej instalacji i dwóch pomp CR16-30, połączonych równolegle.

H_tł..

Δp_tł.

H_ss.

Δp_ss. Ciśnienie atmosferyczne

Rys.1. Schemat myjni wysokociśnieniowej

Pompa 1

Pompa 2 Pompa 1 Pompa 2

Rys.2. Szeregowe połączenie pomp Rys.3. Równoległe połączenie pomp wirowych

wirowych

Inżynieria chemiczna bio. Lista zadań 7.

Z.1.

Proszę obliczyć prędkość opadania w wodzie cząstki piasku kwarcowego o kształcie kulistym i średnicy 0,9 mm, jeśli gęstość piasku jest równa 2650 kg/m³, a temperatura wody t=20^oC.

Z.2.

Proszę obliczyć rozmiar największych kulistych cząstek kredy, które będą unoszone przez strumień wody płynący do góry z prędkością 0,5 m/s. Temperatura wody wynosi 10^oC, gęstość kredy 2710 kg/m³.

Z.3.

Proszę obliczyć rozmiar najmniejszych cząstek osiadających w gazociągu o przekroju kwadratowym, długości 16 m. i wysokości 2 m przy prędkości liniowej przepływającego gazu 0,5 m/s. Lepkość gazu wynosi η_śr.=0,03⋅10^-3 Pa⋅s, gęstość gazu ρ_śr.=0,8 kg/m³, gęstość cząstek ρ=4000 kg/m³.

Z.4.

Jaką wysokość należy nadać warstwie gazu między półkami komory pyłowej (rys.1), aby osiadały w niej cząstki pirytu o średnicy 8 μm. przy natężeniu przepływu gazu piecowego 0,6 m³/s ( w przeliczeniu na warunki normalne) ? Długość komory pyłowej wynosi 4,1 m. Średnia temperatura gazu w komorze wynosi 427 ^oC. Lepkość gazu w tej temperaturze η_g=0,034 ⋅10^-3 Pa⋅s, gęstość pyłu ρ_p.=4000 kg/m³, gęstość gazu ρ_g=0,5 kg/m³.

Z.5.

Proszę obliczyć średnicę odstojnika do ciągłego osadzania kredy szlamowej w wodzie. Wydajność odstojnika wynosi 80 t/godz. początkowej zawiesiny zawierającej 8% masowych CaCO₃. Średnica najmniejszych osadzających się cząstek jest równa 35 μm. Temperatura zawiesiny wynosi 15^oC, wilgotność szlamu 70%, gęstość kredy 2710 kg/m³.

Z.6.

500 kg/godz. zapylonego gazu, o temperaturze 100^oC, wpływa do cyklonu przewodem o średnicy 0,15 m. (rys.2). Proszę obliczyć najmniejszą średnicę cząstek usuwanych z powietrza w cyklonie o średnicy 0,5 m. Gęstość cząstek wynosi 1900 kg/m³ , gęstość powietrza w warunkach normalnych ρ_pow.=1,29 kg/m³, lepkość powietrza w 100^oC η_pow.=2,22⋅10^-5 Pa⋅s.

Przekrój komory z boku Przekrój komory z przodu

Rys.1 Rys.2.

Rys.2.

Rys.1.

Rys.3.

Rys.4.

h

2,8

H=4,2m

L=4,1m m

---