Thema 2 der Prüfung für qualifizierte Chemieingenieure: Trennung von heterogenen Systemen, Fluidisierung von Feststoffen
Thread Content
Dieser Beitrag wurde zuletzt von zhanghp30 am 19.10.2018 um 13:37 bearbeitet. 1. Fachwissen: (1) Sättigungsgeschwindigkeit der Partikel: ut = d²*(ps – p)*g/18μi (Stokes-Bereich, Rep)
(4) Die Filtration einer bestimmten Suspension unter konstantem Druck mit einem Plattenfilter. Die Filterzeit beträgt 20 Minuten; dabei entstehen 20 m³ Filtrat. Der Filterkuchen wird nicht gewaschen. Die Zeit für das Zusammen- und Auseinanderbauen beträgt 15 Minuten. Der Filterkuchen ist nicht kompressibel, und der Widerstand des Mediums kann vernachlässigt werden. Bestimmen Sie die Produktionskapazität dieser Maschine ； Wenn der Filterdruck um 20 % erhöht wird, bleibt die Montage- und Demontierzeit unverändert – wie hoch ist dann die Produktionskapazität? **Analyse:**
tw = 0, t = 1/3 h, td = 1/4 h. Daraus ergibt sich:
Q = V/tw + t + td = 20/(1/3 + 1/4) = 34,3 m³/h.
Der Widerstand des Mediums wird vernachlässigt. Somit gilt:
V² = KA²·T.
KA² = 400/(1/3) = 1200 m⁶/h.
K hängt proportional vom Druckunterschied ab. Da S = 0 und k konstant ist, gilt: K’ = 1,2·K.
Daher gilt: V² = K’A²·T’. Mit T’ = 0,2778 h ergibt sich:
Q’ = 20/(0,2778 + 0,25) = 37,89 m³/h.
(5) Ein Filterprozess mit 3 % fester Phase im Filtermedium erfolgt unter konstantem Druck mit einem kleinen Plattenfilter. Die Abmessungen des Filters sind 200 mm × 200 mm × 20 mm. Es gibt insgesamt 10 Filterelemente. Die Zeit, die benötigt wird, um das Filtermaterial zu füllen, beträgt 2 Stunden. Der Anteil der festen Phase im Filterkuchen beträgt 60 %. Der Filterkuchen ist nicht kompressibel. Der Widerstand des Mediums wird vernachlässigt. Die Viskosität des Spülwassers sowie der Druckunterschied während des Filtervorgangs entsprechen denen des Filtermediums. Das Volumen des Spülwassers beträgt 10 % des Volumens des Filtermediums. Die Zeit, die für das Entfernen des Filtermaterials benötigt wird, beträgt 0,5 Stunden. Es sollen die Filterkonstanten sowie die Produktionskapazität des Filters ermittelt werden. **Analyse:**
Der Volumenanteil des Filterprodukts pro Einheit Flüssigkeit ist:
$r = \frac{LA}{V} = \frac{Q}{1 - S - Q} = \frac{0,03}{0,6 - 0,03} = 0,053$.
Die Filterfläche beträgt:
$A = 0,2 \cdot 0,2 \cdot 10 \cdot 2 = 0,8\ \text{m}^3$.
Das Volumen des Filterrests ist:
$V = \frac{V_{\text{Rest}}}{r} = \frac{0,2 \cdot 0,2 \cdot 0,02 \cdot 10}{0,053} = 0,15\ \text{m}^3$.
Der Widerstand des Mediums kann vernachlässigt werden.
$V_2 = KA_2T$, wobei $K = \frac{V_2}{A_2T} = \frac{0,15^2}{0,8^2/2} = 0,01758\ \text{m}^2/\text{h}$.
$\frac{dV}{dT} = \frac{KA_2}{2(V + V_e)} = \frac{KA_2}{2V} = \frac{0,01758 \cdot 0,8^2}{2 \cdot 0,15} = 0,0375\ \text{m}^3/\text{h}$.
$(\frac{dV}{dT})_w = \frac{1}{4}(\frac{dV}{dT})e = \frac{0,0375}{4} = 9,38 \cdot 10^{-3}\ \text{m}^3/\text{h}$.
$t_w = \frac{V_w}{(\frac{dV}{dT})_w} = \frac{0,1 \cdot 0,15}{9,38 \cdot 10^{-3}} = 1,6\ \text{h}$.
Die Produktionskapazität beträgt somit:
$Q = \frac{V}{t + t_w + t_d} = \frac{0,15}{2 + 1,6 + 0,5} = 0,0366\ \text{m}^3/\text{h}$
tw = 0, t = 1/3 h, td = 1/4 h. Daraus ergibt sich:
Q = V/tw + t + td = 20/(1/3 + 1/4) = 34,3 m³/h.
Der Widerstand des Mediums wird vernachlässigt. Somit gilt:
V² = KA²·T.
KA² = 400/(1/3) = 1200 m⁶/h.
K hängt proportional vom Druckunterschied ab. Da S = 0 und k konstant ist, gilt: K’ = 1,2·K.
Daher gilt: V² = K’A²·T’. Mit T’ = 0,2778 h ergibt sich:
Q’ = 20/(0,2778 + 0,25) = 37,89 m³/h.
(5) Ein Filterprozess mit 3 % fester Phase im Filtermedium erfolgt unter konstantem Druck mit einem kleinen Plattenfilter. Die Abmessungen des Filters sind 200 mm × 200 mm × 20 mm. Es gibt insgesamt 10 Filterelemente. Die Zeit, die benötigt wird, um das Filtermaterial zu füllen, beträgt 2 Stunden. Der Anteil der festen Phase im Filterkuchen beträgt 60 %. Der Filterkuchen ist nicht kompressibel. Der Widerstand des Mediums wird vernachlässigt. Die Viskosität des Spülwassers sowie der Druckunterschied während des Filtervorgangs entsprechen denen des Filtermediums. Das Volumen des Spülwassers beträgt 10 % des Volumens des Filtermediums. Die Zeit, die für das Entfernen des Filtermaterials benötigt wird, beträgt 0,5 Stunden. Es sollen die Filterkonstanten sowie die Produktionskapazität des Filters ermittelt werden. **Analyse:**
Der Volumenanteil des Filterprodukts pro Einheit Flüssigkeit ist:
$r = \frac{LA}{V} = \frac{Q}{1 - S - Q} = \frac{0,03}{0,6 - 0,03} = 0,053$.
Die Filterfläche beträgt:
$A = 0,2 \cdot 0,2 \cdot 10 \cdot 2 = 0,8\ \text{m}^3$.
Das Volumen des Filterrests ist:
$V = \frac{V_{\text{Rest}}}{r} = \frac{0,2 \cdot 0,2 \cdot 0,02 \cdot 10}{0,053} = 0,15\ \text{m}^3$.
Der Widerstand des Mediums kann vernachlässigt werden.
$V_2 = KA_2T$, wobei $K = \frac{V_2}{A_2T} = \frac{0,15^2}{0,8^2/2} = 0,01758\ \text{m}^2/\text{h}$.
$\frac{dV}{dT} = \frac{KA_2}{2(V + V_e)} = \frac{KA_2}{2V} = \frac{0,01758 \cdot 0,8^2}{2 \cdot 0,15} = 0,0375\ \text{m}^3/\text{h}$.
$(\frac{dV}{dT})_w = \frac{1}{4}(\frac{dV}{dT})e = \frac{0,0375}{4} = 9,38 \cdot 10^{-3}\ \text{m}^3/\text{h}$.
$t_w = \frac{V_w}{(\frac{dV}{dT})_w} = \frac{0,1 \cdot 0,15}{9,38 \cdot 10^{-3}} = 1,6\ \text{h}$.
Die Produktionskapazität beträgt somit:
$Q = \frac{V}{t + t_w + t_d} = \frac{0,15}{2 + 1,6 + 0,5} = 0,0366\ \text{m}^3/\text{h}$
Dieser Beitrag wurde zuletzt von zhanghp30 am 16.1.2020 um 10:37 bearbeitet (6). In einem bestimmten Schwebstoffgemisch sind 20 % (massebezogen) feste Stoffe und 80 % (massebezogen) Wasser enthalten. Nach dem Filtern bei 4°C besteht der Filterkuchen zu 50 % (massebezogen) aus festen Stoffen, der Rest ist Wasser. Das gefilterte Wasser (der Filterkonzentrat) enthält keine Feststoffe; alle Feststoffe bleiben im Filterkuchen zurück. Wenn das Volumen des Filterkonzentrats 1 m³ beträgt, dann beträgt die Masse der Feststoffe ( ). A 333,3 kg B 500 kg C 200 kg D 666,6 kg [Lösung] Angenommen, bei jeder Filterung entsteht 1 m³ Filterkonzentrat. Die Masse der Feststoffe im Filterkuchen sei M. Dann gilt: M/0,2 = 1·P_wasser + M/0,5 = 1000 + 2M = 5M. Somit ergibt sich M = 333,3 kg. (7) In einem Fluidisierbett mit einem Innendurchmesser von 1,5 m wird der durch Trockendestillation von Kohlepulver gewonnene Halbkohle direkt mit Gas gekühlt. Es ist bekannt, dass die Behandlungsleistung des Halbzuckers 4200 kg/h beträgt, die Dichte 1120 kg/m³ und der Porenanteil im Bett 0,6 ist. Die Verweildauer der Halbzuckerpartikel im Bett beträgt 10 Minuten. Wie groß ist daher der Druckabfall im Bett? 【Analyse】 Sei das Volumen der Schicht V und der Durchmesser D. Dann gilt: Lmf = V / 0,785·D². Da V = 4000·10/60/1120·(1–0,6) = 1,49 m³ ist, ergibt sich Lmf = 1,49 / 0,785 / 1,5² = 0,844 m. Der Druckabfall DetaP beträgt: DetaP = Lmf · (1–s) · (ps – p) · g = 0,844 · 0,4 · 1120 · 9,81 = 3709 Pa. [Zusammenfassung] Die Aufgaben in diesem Teil des Tests sind von mittlerer Schwierigkeit. Der Anteil der Fragen zu diesen Themen am Gesamtumfang der Prüfung ist nicht groß. Dennoch gibt es schwierige Fragen. Zu den häufig gestellten Themen gehören der Druckabfall in Festbettfiltern, feste Partikel, Plattenfilter sowie das Filtern bei konstantem Druck. Für die Lösung von Aufgaben im komplexen Fall ist es notwendig, die grundlegendsten Konzepte, Formeln sowie Lösungsansätze und -methoden zu beherrschen.
In diesem Kapitel werden die Formeln immer durcheinandergebracht! Gibt es irgendwelche guten Methoden?
Es werden hauptsächlich die Stokes-Formel und die Formel für das Filtern bei konstantem Druck untersucht, sowie die Formel zur Reinigung des Filterkuchens – merken Sie sich diese grundlegendsten Formeln! Die anderen müssen nur wissen, wo sie nachschauen können!