Міністерство освіти і науки РФ
Іркутський державний технічний університет
Гідромеханічні процеси хімічної та харчової технології
Методичні вказівки з лабораторних робіт
з курсів «Процеси та апарати хімічної технології» і
«Процеси та апарати харчових виробництв»
Іркутськ 2004р.
Визначення гідравлічних опорів
трубопроводу і арматури
Мета роботи: Експериментально визначити гідравлічний опір контрольних ділянок трубопроводу і арматури. Зіставити довідкові та експериментальні значення коефіцієнтів тертя та місцевих опорів.
При русі середовища по трубопровідній мережі, внаслідок вихороутворення і тертя, енергія тиску переходить в інші її види, в результаті чого тиск по довжині мережі падає. Якщо вибрати ділянку трубопроводу і виміряти тиск на його кордонах, то різниця виміряних величин буде втратою тиску або гідравлічним опором даної ділянки.
Гідравлічний опір прямої ділянки мережі без місцевих опорів розраховується за формулою:
де ΔР тр - втрата тиску на тертя в прямій трубі, Па;
l - довжина труби, м;
d - внутрішній діаметр труби, м;
ρ - густина рідини, кг / м 3;
w - швидкість потоку, м / с.
Коефіцієнт тертя λ є безрозмірною величиною і залежить від режиму руху рідини. Формули для його розрахунку наведені в [1].
Втрата тиску на тертя в змійовику ΔР зм більше, ніж у прямій трубі ΔР тр:
ΔР зм = ΔР тр · ψ (2)
Ψ = 1 + 3,54
де d - внутрішній діаметр труби, м;
D - діаметр витка змійовика, м.
Втрата тиску в місцевих опорах розраховується за формулою:
Коефіцієнти місцевого опору
50 мм .
Зміна швидкості руху рідини в трубопроводі досягається регулюванням витрати за допомогою вентиля на лінії нагнітання насоса. Витрата води вимірюється діафрагмою 3, за свідченнями диференціального манометра 7. Втрати тиску при проходженні потоку по прямій ділянці труби, а також через арматуру, звуження і розширення вимірюються тим же дифманометрів, який працює в комплекті з вторинним приладом.
2. Відкрити вентилі на всмоктуючому і нагнітальному трубопроводі відцентрового насоса.
3. Закрити засувки 8, 12 і відкрити засувку 13.
4. Включити відцентровий насос.
5. Виміряти перепад тиску на діафрагмі 3 та визначити витрату води за графіком.
6. Виміряти по черзі перепади тиску на плавному розширенні 4, змійовику 5, різке розширення 6, прямій ділянці 14. Результати вимірювань занести в таблицю.
Малюнок 1 - Схема Установки
1 - напірний бак
2 - відцентровий насос
3 - діафрагма
4 - плавне розширення
5 - змійовик
6 - раптове розширення
7 - вентилі нормальні
7. Закрити засувку 13 і відкрити засувку 8 і виконати виміри перепаду тиску на крані 9 і вентилях 10, 11. Результати вимірювань занести в таблицю 1.
8. Далі за допомогою вентиля на нагнітальному трубопроводі змінюють витрата води і виконують всі вимірювання для другого досвіду.
Таблиця 1 - Виміряні величини
2. По рівнянню витрати V = w · S розраховують швидкість потоку на контрольних ділянках трубопровідної мережі (для випадків звуження і розширення розрахункову швидкість знаходять за найменшим перетину трубопроводу).
3. Визначають число Рейнольдса
Re
4. Виходячи з досвідчених значень втрати тиску на різних ділянках трубопроводу за допомогою рівнянь (1) і (2) розраховують експериментальні значення λ і
5. За графіком або відповідному рівнянню встановлюють величину λ при шорсткості труби е = 0,2 мм [1].
6. Знаходять величини
7. Зіставляють довідкові та експериментальні значення коефіцієнтів тертя та місцевих опорів.
Звіт повинен включати формулювання мети роботи, схему установки, опис методики вимірювань і розрахунки необхідних параметрів.
ВИВЧЕННЯ ГІДРОДИНАМІКИ ДЮБЕЛЯ
І насадок колон
Мета роботи: Експериментально визначити гідравлічний опір сухих і зрошуваних контактних елементів - тарілок і насадок. Зіставити виміряні величини з розрахованими за емпіричними залежностями.
Тарілчасті колони працюють в основному в барботажной режимі, коли пара або газ проходить через шар рідини на тарілці у вигляді міхурів або струменів.
Насадок колони працюють у більшості випадків як поверхневі апарати, коли пара або газ взаємодіють з рідиною, що стікає у вигляді плівок по насадці.
Існує велика різноманітність контактних тарілок: колпачковой, сітчатие, клапанні, струменеві і т.д. Їх пристрій і принцип роботи описані в [2].
Найбільш поширеною насадкою є кільця Рашига, які виготовляються з кераміки і металу. Крім них використовуються також кільця палячи, спіральна насадка та ін [2].
Призначення тарілок і насадки в колонних апаратах полягає в тому, щоб створити хороший контакт газу і рідини і тим самим забезпечити ефективне протікання процесів тепло-і масообміну між взаємодіючими фазами.
Для того щоб забезпечити переміщення газу через колону, необхідно затратити потужність на подолання гідравлічних опорів.
N = Δ P · V (1)
де Δ P - гідравлічний опір колони, Па;
V - об'ємна витрата газу, м 3 / с.
Для колпачковой тарілок гідравлічний опір розраховують як суму трьох складових:
Δ P т = Δ P сух. + Δ P σ + Δ P С.Т. (2)
де Δ P сухий =
Δ P σ =
поверхневого натягу рідини, Па;
Δ P ст =
рідини на тарілці, Па.
Тут: ρ ж - щільність рідини, кг / м 3;
ρ р - щільність газу, кг / м 3;
σ - поверхневий натяг рідини, Н / м;
m - висота прорізів ковпачка, м;
b - ширина прорізів ковпачка, м;
w 0 = w / ψ - швидкість газу в прорізах ковпачка, м / с;
w = V / S - швидкість газу в колоні, м / с;
V - витрата газу, м 3 / с;
S - площа перерізу колони, м 2;
ψ - частка перетину прорізів ковпачка визначається як відношення їх сумарної площі на тарілці до площі поперечного перерізу колони S, кг / м 3;
К - відношення щільності піни до щільності чистої рідини
(До ≈ 0,5);
l-відстань від верхнього краю прорізів до зливного порога, м (l = 0,01 м);
g - прискорення вільного падіння, м / с 2;
Δ h = (V ж / ПК) - підпір рідини над переливним пристроєм, м;
V ж - об'ємна витрата рідини, м 3 / с;
П - периметр зливу рідини, м.
Зі збільшенням швидкості газу зростає гідравлічний опір тарілок, і при деяких значеннях W витрати енергії можуть виявитися занадто великими. Однак частіше граничне значення швидкості газу в тарілчастих колонах визначається величиною бризгоуноса, який визначається як відношення кількості рідини, яка відноситься одним кілограмом газу з нижележащей на вищележачому тарілку. Величину бризгоуноса е (кг рідини / кг газу) для колпачковой тарілок можна визначити за формулою:
е = (11,5 · 10 -6 / σ) · (W / Н С) 3,2 (3)
де Н С - висота сепарації простору, що представляє собою відстань від верхньої кромки піни до вищерозміщеної тарілки, м.
Допустима величина бризгоуноса становить 0,1 кг / кг. Якщо значення більше 0,1, то необхідно зменшити швидкість газу в колоні.
Максимальна витрата рідини в колоні визначається перетином переливного пристрою, що забезпечує перетікання рідини з вищерозміщеної тарілки на нижнього. При цьому допустима швидкість рідини в переливній пристрої можна розрахувати як
Опір зрошуваної насадок колони можна розрахувати виходячи з величини гідравлічного опору сухий насадки
Δ P н = Δ P сух. · [1 +8,4 (L / G) 0,4 (ρ г / ρ ж) 0,23] (5)
Опір сухий насадки залежить від висоти шару Н і визначається як
де a - питома поверхня насадки, м 2 / м 3
a = 300
ε - частка вільного об'єму насадки, м 3 / м 3
ε = 0,7
Обидві ці величини залежать від виду насадки і беруться з довідкових таблиць [2].
Коефіцієнт опору λ залежить від числа Рейнольдса для газу
Re р
При Re р <40 λ г = 140/Re р
При Re р> 40 λ г = 16/Re г 0,2
Залежно від швидкості газу виникають різні режими роботи насадок колони: плівковий, підвисання, захлебиванія, емульгування.
При досягненні певної швидкості газу, званої «точкою інверсії фаз» відбувається різка зміна в характері гідродинамічної обстановки. У цей момент насадка повністю заповнюється рідиною, а газ починає барботіровать через неї у вигляді бульбашок і струмків. Подальше збільшення швидкості може призвести до захлинання колони, при якому порушується противоток газу і рідини і рідина викидається з верхньої частини колони. Очевидно, що робоча швидкість повинна бути менше, ніж швидкість захлебиванія W з, яку можна знайти з рівняння:
Коефіцієнт А = 0,022 для процесів абсорбції, при яких рідина взаємодіє з газами А = - 0,125 для систем пар - рідина.
Для визначення витрат повітря і води є ротаметри, забезпечені калібрувальними графіками.
Тарілчаста колона має 4 одноколпачкових тарілки. Відстань між тарілками Н мт = 0,182 м . Внутрішній діаметр парового патрубка
d п = 0,06 м. Діаметр ковпачка, d к = 0,1 м, а його висота h к = 0,075 м. Ковпачок має трикутні прорізи заввишки 0,013 м і завширшки в основі також 0,015 м. Число прорізів по периметру одно 19. Відстань від нижньої кромки ковпачка до тарілки 0,01 м. Діаметр зливного патрубка складає 0,021 м, висота його над тарілкою 0,045 м.
Насадок колон має шар насадки з кілець Рашига. Висоту верств насадки необхідно виміряти в дослідах.
Далі досліджується вплив щільності зрошення на опір тарілки (насадки).
Для цього при постійній швидкості газу вимірюють гідравлічний опір зрошуваної тарілки (насадки) при трьох плотностях зрошення.
Виміряні дані зводять у таблицю 1.
Таблиця 1 - Досвідчені дані по опору колон
Іркутський державний технічний університет
Гідромеханічні процеси хімічної та харчової технології
Методичні вказівки з лабораторних робіт
з курсів «Процеси та апарати хімічної технології» і
«Процеси та апарати харчових виробництв»
Іркутськ 2004р.
Визначення гідравлічних опорів
трубопроводу і арматури
Мета роботи: Експериментально визначити гідравлічний опір контрольних ділянок трубопроводу і арматури. Зіставити довідкові та експериментальні значення коефіцієнтів тертя та місцевих опорів.
Основні визначення і теорія процесу
Трубопровідна мережа включає в себе прямі ділянки труб і місцеві опори, у яких потік рідини (газу) змінює свою швидкість за величиною і напрямком. До місцевих опорів відносяться вентилі, крани, засувки, діафрагми, повороти труб, раптові та плавні розширення або звуження і т.д.При русі середовища по трубопровідній мережі, внаслідок вихороутворення і тертя, енергія тиску переходить в інші її види, в результаті чого тиск по довжині мережі падає. Якщо вибрати ділянку трубопроводу і виміряти тиск на його кордонах, то різниця виміряних величин буде втратою тиску або гідравлічним опором даної ділянки.
Гідравлічний опір прямої ділянки мережі без місцевих опорів розраховується за формулою:
де ΔР тр - втрата тиску на тертя в прямій трубі, Па;
l - довжина труби, м;
d - внутрішній діаметр труби, м;
ρ - густина рідини, кг / м 3;
w - швидкість потоку, м / с.
Коефіцієнт тертя λ є безрозмірною величиною і залежить від режиму руху рідини. Формули для його розрахунку наведені в [1].
Втрата тиску на тертя в змійовику ΔР зм більше, ніж у прямій трубі ΔР тр:
ΔР зм = ΔР тр · ψ (2)
Безрозмірний поправочний коефіцієнт ψ> 1 обчислюють за формулою:
Ψ = 1 + 3,54 
де d - внутрішній діаметр труби, м; D - діаметр витка змійовика, м.
Втрата тиску в місцевих опорах розраховується за формулою:
Коефіцієнти місцевого опору
Опис установки
Вода з напірного бака 1 за допомогою відцентрового насоса 2 подається через систему різних гідравлічних опорів і поступає назад в бак. Бак встановлений вище насоса і живиться від загального колектора холодної води. Поступивши в першу лінію, потік проходить спочатку діафрагму 3, потім плавне розширення і плавне звуження 4. Далі надходить в четирехвінтовой горизонтально розташований змійовик 5 діаметром 480мм. Потім проходить раптове розширення і раптове звуження потоку 6. Діаметр основних труб складає 55х2, 5 мм. Діаметр великої труби - 100х2, 5 мм.
На розгалуженні потоку встановлений колектор, з якого рідина з допомогою засувок 8, 12, 13 може бути надіслана за другою, третьою або четвертою лінії. На другій лінії встановлено додатково кран 9 і вентилі 10, 11. На четвертій лінії є пряма ділянка труби 14 довжиною 5м, призначений для дослідження опору тертя. Запірна арматура має умовний прохідЗміна швидкості руху рідини в трубопроводі досягається регулюванням витрати за допомогою вентиля на лінії нагнітання насоса. Витрата води вимірюється діафрагмою 3, за свідченнями диференціального манометра 7. Втрати тиску при проходженні потоку по прямій ділянці труби, а також через арматуру, звуження і розширення вимірюються тим же дифманометрів, який працює в комплекті з вторинним приладом.
Порядок виконання роботи
1. Заповнити напірний бак водою.2. Відкрити вентилі на всмоктуючому і нагнітальному трубопроводі відцентрового насоса.
3. Закрити засувки 8, 12 і відкрити засувку 13.
4. Включити відцентровий насос.
5. Виміряти перепад тиску на діафрагмі 3 та визначити витрату води за графіком.
6. Виміряти по черзі перепади тиску на плавному розширенні 4, змійовику 5, різке розширення 6, прямій ділянці 14. Результати вимірювань занести в таблицю.
Малюнок 1 - Схема Установки
2 - відцентровий насос
3 - діафрагма
4 - плавне розширення
5 - змійовик
6 - раптове розширення
7 - вентилі нормальні
7. Закрити засувку 13 і відкрити засувку 8 і виконати виміри перепаду тиску на крані 9 і вентилях 10, 11. Результати вимірювань занести в таблицю 1.
8. Далі за допомогою вентиля на нагнітальному трубопроводі змінюють витрата води і виконують всі вимірювання для другого досвіду.
Таблиця 1 - Виміряні величини
| Найменування величин | Позначення | Розмірність | Значення |
| Витрата води по діафрагмі | V | м 3 / с | |
Втрати тиску- На прямій ділянці- На плавному розширенні - На змійовику - На різке розширення - На різкому звуженні - На крані - На вентилі - На діафрагмі | ΔР тр. ΔР пл.р. ΔР зм. ΔР р.р. ΔР р.с. ΔР кр. ΔР вн ΔР д. | Па Па Па Па Па Па Па Па |
Обробка результатів вимірювання та зміст звіту
1. На основі перепаду тиску на діафрагмі за градуювальним графіком визначають витрата води V, м 3 / с.2. По рівнянню витрати V = w · S розраховують швидкість потоку на контрольних ділянках трубопровідної мережі (для випадків звуження і розширення розрахункову швидкість знаходять за найменшим перетину трубопроводу).
3. Визначають число Рейнольдса
Re
4. Виходячи з досвідчених значень втрати тиску на різних ділянках трубопроводу за допомогою рівнянь (1) і (2) розраховують експериментальні значення λ і
5. За графіком або відповідному рівнянню встановлюють величину λ при шорсткості труби е =
6. Знаходять величини
7. Зіставляють довідкові та експериментальні значення коефіцієнтів тертя та місцевих опорів.
Звіт повинен включати формулювання мети роботи, схему установки, опис методики вимірювань і розрахунки необхідних параметрів.
Таблиця 2 - Розраховані величини
| Найменування величин | Позначення | Розмірність | Значення | Довідкові дані |
| Швидкість потоку | W | м / с | ||
| Число Рейнольдса | Re | |||
Коефіцієнт тертя:- Прямий труби- Змійовика | λ тр. λ зм. | |||
| Коефіцієнт місцевих опорів: - Плавного розширення - Різкого розширення - Різкого звуження - Крана - Вентиля - Діафрагми |
ВИВЧЕННЯ ГІДРОДИНАМІКИ ДЮБЕЛЯ
І насадок колон
Мета роботи: Експериментально визначити гідравлічний опір сухих і зрошуваних контактних елементів - тарілок і насадок. Зіставити виміряні величини з розрахованими за емпіричними залежностями.
Основні визначення і теорія процесу
Тарілчасті і насадочні колони є широко поширеними апаратами в хімічній та інших суміжних галузях промисловості. У них здійснюється взаємодія висхідних потоків газу або пари з рідиною, що стікає по колоні вниз (абсорбція, ректифікація).Тарілчасті колони працюють в основному в барботажной режимі, коли пара або газ проходить через шар рідини на тарілці у вигляді міхурів або струменів.
Насадок колони працюють у більшості випадків як поверхневі апарати, коли пара або газ взаємодіють з рідиною, що стікає у вигляді плівок по насадці.
Існує велика різноманітність контактних тарілок: колпачковой, сітчатие, клапанні, струменеві і т.д. Їх пристрій і принцип роботи описані в [2].
Найбільш поширеною насадкою є кільця Рашига, які виготовляються з кераміки і металу. Крім них використовуються також кільця палячи, спіральна насадка та ін [2].
Призначення тарілок і насадки в колонних апаратах полягає в тому, щоб створити хороший контакт газу і рідини і тим самим забезпечити ефективне протікання процесів тепло-і масообміну між взаємодіючими фазами.
Для того щоб забезпечити переміщення газу через колону, необхідно затратити потужність на подолання гідравлічних опорів.
N = Δ P · V (1)
де Δ P - гідравлічний опір колони, Па;
V - об'ємна витрата газу, м 3 / с.
Для колпачковой тарілок гідравлічний опір розраховують як суму трьох складових:
Δ P т = Δ P сух. + Δ P σ + Δ P С.Т. (2)
де Δ P сухий =
Δ P σ =
поверхневого натягу рідини, Па;
Δ P ст =
рідини на тарілці, Па.
Тут: ρ ж - щільність рідини, кг / м 3;
ρ р - щільність газу, кг / м 3;
σ - поверхневий натяг рідини, Н / м;
m - висота прорізів ковпачка, м;
b - ширина прорізів ковпачка, м;
w 0 = w / ψ - швидкість газу в прорізах ковпачка, м / с;
w = V / S - швидкість газу в колоні, м / с;
V - витрата газу, м 3 / с;
S - площа перерізу колони, м 2;
ψ - частка перетину прорізів ковпачка визначається як відношення їх сумарної площі на тарілці до площі поперечного перерізу колони S, кг / м 3;
К - відношення щільності піни до щільності чистої рідини
(До ≈ 0,5);
l-відстань від верхнього краю прорізів до зливного порога, м (l = 0,01 м);
g - прискорення вільного падіння, м / с 2;
Δ h = (V ж / ПК) - підпір рідини над переливним пристроєм, м;
V ж - об'ємна витрата рідини, м 3 / с;
П - периметр зливу рідини, м.
Зі збільшенням швидкості газу зростає гідравлічний опір тарілок, і при деяких значеннях W витрати енергії можуть виявитися занадто великими. Однак частіше граничне значення швидкості газу в тарілчастих колонах визначається величиною бризгоуноса, який визначається як відношення кількості рідини, яка відноситься одним кілограмом газу з нижележащей на вищележачому тарілку. Величину бризгоуноса е (кг рідини / кг газу) для колпачковой тарілок можна визначити за формулою:
е = (11,5 · 10 -6 / σ) · (W / Н С) 3,2 (3)
де Н С - висота сепарації простору, що представляє собою відстань від верхньої кромки піни до вищерозміщеної тарілки, м.
Допустима величина бризгоуноса становить 0,1 кг / кг. Якщо значення більше 0,1, то необхідно зменшити швидкість газу в колоні.
Максимальна витрата рідини в колоні визначається перетином переливного пристрою, що забезпечує перетікання рідини з вищерозміщеної тарілки на нижнього. При цьому допустима швидкість рідини в переливній пристрої можна розрахувати як
Опір зрошуваної насадок колони можна розрахувати виходячи з величини гідравлічного опору сухий насадки
Δ P н = Δ P сух. · [1 +8,4 (L / G) 0,4 (ρ г / ρ ж) 0,23] (5)
Опір сухий насадки залежить від висоти шару Н і визначається як
де a - питома поверхня насадки, м 2 / м 3
a = 300
ε - частка вільного об'єму насадки, м 3 / м 3
ε = 0,7
Обидві ці величини залежать від виду насадки і беруться з довідкових таблиць [2].
Коефіцієнт опору λ залежить від числа Рейнольдса для газу
Re р
При Re р <40 λ г = 140/Re р
При Re р> 40 λ г = 16/Re г 0,2
Залежно від швидкості газу виникають різні режими роботи насадок колони: плівковий, підвисання, захлебиванія, емульгування.
При досягненні певної швидкості газу, званої «точкою інверсії фаз» відбувається різка зміна в характері гідродинамічної обстановки. У цей момент насадка повністю заповнюється рідиною, а газ починає барботіровать через неї у вигляді бульбашок і струмків. Подальше збільшення швидкості може призвести до захлинання колони, при якому порушується противоток газу і рідини і рідина викидається з верхньої частини колони. Очевидно, що робоча швидкість повинна бути менше, ніж швидкість захлебиванія W з, яку можна знайти з рівняння:
Коефіцієнт А = 0,022 для процесів абсорбції, при яких рідина взаємодіє з газами А = - 0,125 для систем пар - рідина.
Опис установки
Установка складається з двох прозорих колон з внутрішнім діаметром 200мм і висотою 1380мм. Колони виготовлені з царг, які за допомогою гумових трубок з'єднані з U-подібним дифманометрів.
Повітря подається в нижню частину колони, а вода надходить у верхню.Для визначення витрат повітря і води є ротаметри, забезпечені калібрувальними графіками.
Тарілчаста колона має 4 одноколпачкових тарілки. Відстань між тарілками Н мт =
d п = 0,06 м. Діаметр ковпачка, d к = 0,1 м, а його висота h к = 0,075 м. Ковпачок має трикутні прорізи заввишки 0,013 м і завширшки в основі також 0,015 м. Число прорізів по периметру одно 19. Відстань від нижньої кромки ковпачка до тарілки 0,01 м. Діаметр зливного патрубка складає 0,021 м, висота його над тарілкою 0,045 м.
Насадок колон має шар насадки з кілець Рашига. Висоту верств насадки необхідно виміряти в дослідах.
Порядок виконання роботи
Для дослідження впливу швидкості газу на опір сухої тарілки (насадки) необхідно виміряти їх опір при трьох різних витратах газу. Потім при цих витратах газу виміряти опір зрошуваної тарілки (насадки). Витрата рідини на зрошення в цьому випадку залишається незмінним.Далі досліджується вплив щільності зрошення на опір тарілки (насадки).
Для цього при постійній швидкості газу вимірюють гідравлічний опір зрошуваної тарілки (насадки) при трьох плотностях зрошення.
Виміряні дані зводять у таблицю 1.
Таблиця 1 - Досвідчені дані по опору колон
| № п / п | Витрата, м 3 / с | Опір, мм вод. стовпа | Примітки | ||||
| газу | рідини | Сухий | Зрошуваної | ||||
| тарілки | насадки | тарілки | насадки | ||||
У графі «Примітки» записуються візуальні спостереження.
Крім того, для насадок колони при одній з густин зрошення необхідно розрахувати швидкість захлебиванія по (7) і порівняти її з дійсною швидкістю в колоні.
Звіт повинен містити схему установки, ескіз тарілки із зазначенням розмірів та напрямку руху газу і рідини, таблиці виміряних і розрахованих величин.
ВИВЧЕННЯ ГІДРАВЛІКА зваженого шару
Мета роботи: Експериментально визначити швидкості початку псевдорідинному і винесення частинок при обмежених умовах в потоці повітря і зіставити їх з розрахованими значеннями. Простежити умови переходу зернистого шару з нерухомого стану у зважений і в режим пневмотранспорту.
Зі збільшенням швидкості шар стає більш пухким, тобто збільшується його порозность ε, що представляє собою частку обсягу, зайнятого Будуть агентом
де V сл - загальний обсяг шару, м 3;
V ч - обсяг твердих частинок, м 3.
Для нерухомого шару часток ε ≈ 0,4; для псевдоожиженного - 0,4 <ε <1,0; для пневмотранспорту ε ≈ 1,0.
Багато процесів, наприклад сушіння, протікають набагато швидше в псевдозріджених шарах порівняно з нерухомими.
При досягненні другого критичної швидкості, званої швидкістю виносу, частки набувають односпрямоване рух і несуться потоком газу з апарату. На практиці це використовують для пневмотранспорту сипкого матеріалу.
Швидкість псевдорідинному визначається з рівності гідравлічного опору шару вазі частинок, що припадають на одиницю площі перерізу апарату
Δ P = G / S (2)
Значення порозности шару ε, швидкості газу W і діаметра частинок d знаходяться із залежності Ly = f (Ar, ε) [1] ..
Критерій Лященко та Архімеда визначаються за формулами:
L y = Re 3 / Ar = w 3 ρ 2 г / μ г (ρ ч-ρ г) g (3)
Верхня межа псевдоожиженного стану (ε ≈ 1) відповідає швидкості вільного витання одиночних часток.
Очевидно, що при швидкості потоку більшою, ніж швидкість витання почнеться винесення часток з шару.
В інженерній практиці важливо визначити обидві критичні швидкості. Для цього можна, зокрема, скористатися формулами Тодеса:
Значення W за і W ун знаходять з критичних значень критерію Рейнольдса.
До кожної з колонок приєднано по два дифманометра, заповнені водою. Дифманометри 2 і 9 вимірюють гідравлічний опір сіток, а манометри 1 і 10 гідравлічний опір сіток і верств зернистого матеріалу
9. Обережно відкривають вентиль 5 (6), збільшують витрату повітря в колонці через 2 - 5 поділок ротаметра 4 (7), спостерігають при цьому за станом шару, одночасно записуючи свідчення дифманометрів.
10. Визначають витрата газу відповідний швидкості початку псевдорідинному.
11. Отримані дані заносять у табл. 1 і будують графік залежності гідравлічного опору шару від швидкості W.
12. Знаючи швидкість псевдорідинному розраховують критичне значення критерію Лященко Ly по і з графіка [1] .. визначають значення критерію Архімеда при ε = 0,4. З критерію Ar знаходять діаметр частинок.
13. Режими псевдорідинному і початок виносу встановлюють візуально, повторюючи досвід 3 - 4 рази і одночасно вимірюючи перепад тиску в шарі і витрата повітря.
14. Після усереднення витрати повітря, відповідного початку винесення частинок, на рівняння витрати визначають експериментальне значення швидкості виносу. Отримане таким чином значення (W ун) е порівнюють з розрахованим з критерію Рейнольдса за рівнянням (6). Отримані дані заносять у табл. 2.
Таблиця 1.
У графі «Примітка» записуються візуальні спостереження.
Таблиця 2.
Звіт про роботу повинен містити мету і завдання роботи, схему установки, приклад розрахунку швидкостей W за, W ун, таблиці та графіки експериментальних і розрахованих величин.
ВИПРОБУВАННЯ РАМН ФІЛЬТР-ПРЕСА
Мета роботи: Визначити константи в рівнянні фільтрування і продуктивність рамного фільтр-преса.
Інтенсивність цього процесу і продуктивність фільтруючої апаратури визначаються швидкістю фільтрування, тобто кількістю фільтрату, що пройшов через 1м поверхні фільтруючої перегородки за одиницю часу. Для нестискуваних опадів її можна визначити за рівнянням:
де W - швидкість фільтрування, м 3 / (м 2 с);
dV - об'єм фільтрату, м 3;
F - поверхня фільтрування, м 2;
ΔР - перепад тисків, Па;
μ - в'язкість фільтрату, Па · с;
R oc, R фп - опір шару осаду та фільтрувального перегород-ки, відповідно, м -1;
dτ - час фільтрування, с.
У процесі фільтрування змінюється опір шару осаду, якщо припустити, що структура осаду однорідна, то опір шару осаду можна виразити наступною залежністю [2].
де r o - питомий опір осаду, м -2;
x o - відносна об'ємна частка твердої фази в суспензії,
м 3 осаду / м 3 рідини.
Питомий опір осаду залежить від структури осаду, форми та розміру частинок і визначається експериментально. Для нестискуваних опадів воно постійно. Опір фільтрувальної перегородки R фп приймається постійним.
Підставивши значення R oc в рівняння (1), отримаємо рівняння фільтрування в диференційній формі
Якщо фільтрування відбувається при постійній різниці тисків (ΔP = const), то інтегрування рівняння (3) в межах від 0 до V і від 0 до τ дає:
Розділивши праву і ліву частини рівняння (4) на F 2 будемо мати
і ввівши позначення
отримаємо рівняння, яке виражає залежність обсягу фільтрату, що проходить через одиницю поверхні фільтрувальної перегородки від тривалості фільтрування
Щоб визначити константи С і К графічним способом рівняння (7) слід представити у вигляді: (Після диференціювання рівняння 7):
Малюнок 1. - Схема установки
1 - бак для суспензії
6 - рамний фільтр-прес
9, 13, 14 - манометри
2 - пневматична мішалка
7 - затискний пристрій
16 - мірну посудину
3 - насос
5, 8, 10, 11,12, 15 - вентилі запірні
4 - ванна
У координатах
Суспензія готується в баку ємністю 0,75 м 3 з пневматичним перемішуванням. Стиснене повітря для перемішування подається з повітропроводу.
Суспензія у фільтр - прес подається діафрагмовим насосом. Вона вступає у нижній канал фільтр - преса і з нього через отвори в нижніх стінках рам в камери, утворені плитами і рамами. Фільтрат проходить через тканину, піднімається по жолобах плит у верхній збірний канал і видаляється назовні. Осад залишається на перегородках усередині камер. Його промивають водою, сушать повітрям і вивантажують.
Порядок виконання роботи та обробка результатів вимірювання
1. Приготувати суспензію з полістиролу та води.
2. Подати стиснене повітря в бак (1) для перемішування суспензії.
3. Підготувати фільтр - прес до роботи:
- Покрити плити з двох сторін фільтрувальної тканиною так, щоб отвори в рамах і плитах збігалися з отворами в тканини;
- Плити та рами зрушити до опорній плиті і затиснути затискним пристроєм.
4. Відкрити вентиль (8) на трубопроводі подачі суспензії у фільтр-прес і закрити вентиль на трубопроводі подачі суспензії до барабанного вакуум-фільтру.
5. Включити електродвигун діафрагмового насоса на подачі суспензії і момент отримання фільтрату вважати початком досвіду.
6. За допомогою мірника (16) наголошується декілька значень обсягу фільтрату V 1, V 2, V 3, і за секундоміром - час τ 1, τ 2, τ 3 ... .., за яке зазначені обсяги фільтрату збираються в мірну посудину (16).
7. далі розраховуються величини V F = V / F, Δτ, ΔV F і Δτ / ΔV F в яких будується графік для визначення констант фільтрації.
Досвідчені і розраховані дані зводяться в таблицю.
Для визначення питомого опору осаду по (6) необхідно знати рушійну силу процесу DР, яка визначається як показання манометра (9) на лінії подачі суспензії. (Манометр показує надлишковий тиск по відношенню до атмосферного, Р хат = Р абс - Р атм
а це буде різниця тисків над шаром осаду і за фільтрувальної перегородкою). Значення ΔР представляється у співвідношення (6) у паскалях.
Встановлено, що вологість осаду становить приблизно 16%. Тому зваживши осад і врахувавши його вологість можна знайти масу полістиролу, а розділивши її на щільність визначити обсяг частинок
V ч = G oc (100-ω) / 100ρ полістів.
Знаючи обсяг частинок і обсяг отриманого фільтрату V год можна розрахувати концентрацію частинок полістиролу в суспензії
Х о = V ч / V
яка необхідна для розрахунку R фп за рівнянням (6).
Продуктивність фільтра за час τ можна визначити за формулою:
V ф = F ּ V F / τ
Визначення ВИТРАТ ПОТУЖНОСТІ НА ПЕРЕМІШУВАННЯ У апаратів з мішалками
Мета роботи: Експериментально визначити витрати потужності на перемішування в апараті з мішалкою. Встановити залежність критерію потужності від числа Рейнольдса.
Основними характеристиками процесів перемішування є інтенсивність і ефективність перемішування. Інтенсивність перемішування визначається кількістю енергії, що підводиться до одиниці об'єму або до одиниці маси перемішуваної середовища в одиницю часу.
Під ефективністю перемішування розуміють технологічний ефект, що характеризує якість проведення процесу.
Потужність, що витрачається на перемішування, залежить від цілого ряду чинників: конструкції мішалки, апарату і його внутрішніх пристроїв, фізичних властивостей середовища і числа оборотів валу мішалки.
Для опису процесів перемішування широко використовуються критеріальні залежності. Так, узагальнене рівняння гідродинаміки для процесів перемішування має вигляд [2]:
K N = f (Re м, Fr м, Г 1, Г 2 ...)
або
де
Fr м = n · d м / g - модифіковане число Фруда;
Г 1, Г 2 - симплекси геометричної подоби;
N - потужність на валу мішалки, Вт;
n - число обертів мішалки в секунду, с -1;
d м - діаметр мішалки (діаметр кола, що описується мішалкою), м.
Якщо при перемішуванні на поверхні рідини не виникає воронка, то вплив сили тяжіння на протікання процесу буде невелике і за умови геометричної подоби рівняння (1) приймає вигляд:
K N = С · Re
Значення коефіцієнтів А, С і показників m, n, p, q визначається експериментально, а значення критерію потужності, як правило наводяться у вигляді графічних залежностей [1].
16. Заповнити посудину 5 водою до мітки на циліндричній царге.
17. Встановити важіль регулювання швидкості обертання мішалки на мінімальне число обертів.
18. Включити електродвигун 2 приводи мішалки.
19. Зняти показання тахометра 4.
20. Визначити показання пристрою 8.
Далі проводять вимірювання при інших числах оборотів мішалки. Після проведення однієї серії замірів двигун вимикають, змінюють мішалку, і всі операції повторюють у тій же послідовності. Результати вимірювань заносять у таблицю.
N n = M кр · n, (3)
де n - Швидкість обертання мішалки, с -1;
M кр - крутний момент, Н м;
N n - потужність, що витрачається на перемішування, Вт.
Для вимірювання крутного моменту на установці використана оригінальна методика, заснована на використанні трубок Піто. Одна з цих трубок уварені рівно в корпус апарату, а інша спрямована назустріч потоку рідини і враховує динамічний напір. Чим інтенсивніше обертання, тим більше різниця рівнів у зазначених трубках. Для того щоб встановити зв'язок Δ h з обертовим моментом, була виконана калібрування трубок і отримано рівняння
M кр = 0,127 · Δ h 0,42, Н · м (4)
У цьому рівнянні Δ h слід підставляти в міліметрах.
Таблиця 1 - Виміряні і розраховані величини
Для кожного типу мішалок будується графік залежності lg K N від lg Re м і визначають показник ступеня m і коефіцієнт С в рівнянні (2).
За отриманим рівнянням розраховують критерій потужності, з якого визначають потужність, і порівнюють її з досвідченою.
Звіт повинен включати схему установки, розрахункові формули, таблицю виміряних і розрахованих величин, графіки залежності lg K N від lg Re м, обчислені значення констант m та С.
ЛІТЕРАТУРА
1. Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології. Навчальний посібник для вузів / Під ред.чл-корр.АН СРСР П.Г.Романкова.-10-е изд., Перераб. і доп.-Л.: Хімія, 1987.-576с., іл.
2. Дитнерскій Ю.І. Процеси та апарати хімічної технології: Підручник для вузов.Ізд.2-е. У 2-х кн.-М.: Хімія, 1995.-кн.1.-400с.: Іл.
Обробка результатів вимірювання та зміст звіту
Виміряні величини дозволяють розрахувати швидкість газу в колоні і щільність зрошення. А це, у свою чергу, спільно з відомостями про геометричні характеристики колон і фізико-хімічні властивості газу і рідини дозволяє розрахувати гідравлічні опору тарілок і насадок за формулами (2 - 6). Порівняння досвідчених і розрахованих величин зводиться в таблицю 2.Таблиця 2 - Порівняння досвідчених і розрахованих величин
| № п / п | Швидкість газу W, м / с | Щільність зрошення U, м 3 / м 2 з | Опір, Па | (Для тарілок) | |||
| Сухий тарілки (насадки) | Зрошуваноїтарілки (насадки) | e, кг / кг | |||||
| досвід | розрахунок | досвід | розрахунок | ||||
Звіт повинен містити схему установки, ескіз тарілки із зазначенням розмірів та напрямку руху газу і рідини, таблиці виміряних і розрахованих величин.
ВИВЧЕННЯ ГІДРАВЛІКА зваженого шару
Мета роботи: Експериментально визначити швидкості початку псевдорідинному і винесення частинок при обмежених умовах в потоці повітря і зіставити їх з розрахованими значеннями. Простежити умови переходу зернистого шару з нерухомого стану у зважений і в режим пневмотранспорту.
Основні визначення і теорія процесу
Якщо через нерухомий шар зернистого матеріалу на гратах пропускати газ, поступово збільшуючи його витрати, то при деякій швидкості газу, званої швидкістю псевдорідинному W за, шар переходить з нерухомого у завислий стан. У такому шарі тверді частинки інтенсивно рухаються і шар нагадує киплячу рідину. Як і рідина, він може текти, володіє в'язкістю.Зі збільшенням швидкості шар стає більш пухким, тобто збільшується його порозность ε, що представляє собою частку обсягу, зайнятого Будуть агентом
де V сл - загальний обсяг шару, м 3;
V ч - обсяг твердих частинок, м 3.
Для нерухомого шару часток ε ≈ 0,4; для псевдоожиженного - 0,4 <ε <1,0; для пневмотранспорту ε ≈ 1,0.
Багато процесів, наприклад сушіння, протікають набагато швидше в псевдозріджених шарах порівняно з нерухомими.
При досягненні другого критичної швидкості, званої швидкістю виносу, частки набувають односпрямоване рух і несуться потоком газу з апарату. На практиці це використовують для пневмотранспорту сипкого матеріалу.
Швидкість псевдорідинному визначається з рівності гідравлічного опору шару вазі частинок, що припадають на одиницю площі перерізу апарату
Δ P = G / S (2)
Значення порозности шару ε, швидкості газу W і діаметра частинок d знаходяться із залежності Ly = f (Ar, ε) [1] ..
Критерій Лященко та Архімеда визначаються за формулами:
L y = Re 3 / Ar = w 3 ρ 2 г / μ г (ρ ч-ρ г) g (3)
Верхня межа псевдоожиженного стану (ε ≈ 1) відповідає швидкості вільного витання одиночних часток.
Очевидно, що при швидкості потоку більшою, ніж швидкість витання почнеться винесення часток з шару.
В інженерній практиці важливо визначити обидві критичні швидкості. Для цього можна, зокрема, скористатися формулами Тодеса:
Значення W за і W ун знаходять з критичних значень критерію Рейнольдса.
Опис установки
Схема установки представлена на рис. 1. Вона включає в себе дві прозорі колонки 3 і 8 діаметром 5см. В колонках встановлені сітки, на деяких з них поміщений зернистий матеріал.
У нижні частини колонок із загального колектора надходить стиснене повітря, витрата якого вимірюється ротаметром 4 і 7 і регулюється вентилями 5 і 6.До кожної з колонок приєднано по два дифманометра, заповнені водою. Дифманометри 2 і 9 вимірюють гідравлічний опір сіток, а манометри 1 і 10 гідравлічний опір сіток і верств зернистого матеріалу
Порядок виконання роботи, обробка результатів вимірювання та зміст звіту
Роботу проводять на одній з двох колонок.9. Обережно відкривають вентиль 5 (6), збільшують витрату повітря в колонці через 2 - 5 поділок ротаметра 4 (7), спостерігають при цьому за станом шару, одночасно записуючи свідчення дифманометрів.
10. Визначають витрата газу відповідний швидкості початку псевдорідинному.
11. Отримані дані заносять у табл. 1 і будують графік залежності гідравлічного опору шару від швидкості W.
12. Знаючи швидкість псевдорідинному розраховують критичне значення критерію Лященко Ly по і з графіка [1] .. визначають значення критерію Архімеда при ε = 0,4. З критерію Ar знаходять діаметр частинок.
13. Режими псевдорідинному і початок виносу встановлюють візуально, повторюючи досвід 3 - 4 рази і одночасно вимірюючи перепад тиску в шарі і витрата повітря.
14. Після усереднення витрати повітря, відповідного початку винесення частинок, на рівняння витрати визначають експериментальне значення швидкості виносу. Отримане таким чином значення (W ун) е порівнюють з розрахованим з критерію Рейнольдса за рівнянням (6). Отримані дані заносять у табл. 2.
Таблиця 1.
| Показання ротаметра | Витрата повітря V, м 3 / с | Швидкість повітря W, м / с | Опір шару | Опір сітки | Примітка | ||
| мм. водячи. стовпа | Па | мм. водячи. стовпа | Па | ||||
У графі «Примітка» записуються візуальні спостереження.
Таблиця 2.
| Витрата повітря V, м 3 / с | Швидкість псевдорідинному W за, м / с | Швидкість винесення W ун, м / с | Примітка | |
| Експеримент. | Розрахований. | |||
ВИПРОБУВАННЯ РАМН ФІЛЬТР-ПРЕСА
Мета роботи: Визначити константи в рівнянні фільтрування і продуктивність рамного фільтр-преса.
Основні визначення і теорія процесу
Фільтруванням називають процес поділу суспензій за допомогою пористої перегородки, пропускає рідину (фільтрат) і затримує тверду фазу. У початковий момент фільтрування тверді частинки проникають в пори фільтрувальної перегородки, потім накопичуються на ній і утворюють шар осаду, який грає роль основної фільтруючого середовища. Рушійною силою процесу є різниця тисків над шаром осаду і під фільтрувальної перегородкою. За способом створення рушійної сили фільтри діляться на вакуум-фільтри і фільтри, що працюють під надлишковим тиском, а за режимом роботи - на фільтри періодичної і безперервної дії. Пристрій фільтрів та принцип їх роботи описані в [2].Інтенсивність цього процесу і продуктивність фільтруючої апаратури визначаються швидкістю фільтрування, тобто кількістю фільтрату, що пройшов через 1м поверхні фільтруючої перегородки за одиницю часу. Для нестискуваних опадів її можна визначити за рівнянням:
де W - швидкість фільтрування, м 3 / (м 2 с);
dV - об'єм фільтрату, м 3;
F - поверхня фільтрування, м 2;
ΔР - перепад тисків, Па;
μ - в'язкість фільтрату, Па · с;
R oc, R фп - опір шару осаду та фільтрувального перегород-ки, відповідно, м -1;
dτ - час фільтрування, с.
У процесі фільтрування змінюється опір шару осаду, якщо припустити, що структура осаду однорідна, то опір шару осаду можна виразити наступною залежністю [2].
де r o - питомий опір осаду, м -2;
x o - відносна об'ємна частка твердої фази в суспензії,
м 3 осаду / м 3 рідини.
Питомий опір осаду залежить від структури осаду, форми та розміру частинок і визначається експериментально. Для нестискуваних опадів воно постійно. Опір фільтрувальної перегородки R фп приймається постійним.
Підставивши значення R oc в рівняння (1), отримаємо рівняння фільтрування в диференційній формі
Якщо фільтрування відбувається при постійній різниці тисків (ΔP = const), то інтегрування рівняння (3) в межах від 0 до V і від 0 до τ дає:
Розділивши праву і ліву частини рівняння (4) на F 2 будемо мати
і ввівши позначення
отримаємо рівняння, яке виражає залежність обсягу фільтрату, що проходить через одиницю поверхні фільтрувальної перегородки від тривалості фільтрування
Щоб визначити константи С і К графічним способом рівняння (7) слід представити у вигляді: (Після диференціювання рівняння 7):
Малюнок 1. - Схема установки
1 - бак для суспензії
6 - рамний фільтр-прес
9, 13, 14 - манометри
2 - пневматична мішалка
7 - затискний пристрій
16 - мірну посудину
3 - насос
5, 8, 10, 11,12, 15 - вентилі запірні
4 - ванна
У координатах
Опис установки
Основним елементом установки є плиткової-рамний фільтр прес, який складається з черга у ющіхся рам і плит рис. 1 Розміри рам у світлі 315х315. Плити і рами спираються ручками на бруси. Між плитами і рамами поміщаються тканіевие фільтрувальні перегородки. Загальна поверхня фільтрування залежить від числа фільтрувальних перегородок і може бути змінена від досвіду до досвіду. Плити і рами притискаються до нерухомої плиті за допомогою притискного пристрою.Суспензія готується в баку ємністю
Суспензія у фільтр - прес подається діафрагмовим насосом. Вона вступає у нижній канал фільтр - преса і з нього через отвори в нижніх стінках рам в камери, утворені плитами і рамами. Фільтрат проходить через тканину, піднімається по жолобах плит у верхній збірний канал і видаляється назовні. Осад залишається на перегородках усередині камер. Його промивають водою, сушать повітрям і вивантажують.
Порядок виконання роботи та обробка результатів вимірювання
1. Приготувати суспензію з полістиролу та води.
2. Подати стиснене повітря в бак (1) для перемішування суспензії.
3. Підготувати фільтр - прес до роботи:
- Покрити плити з двох сторін фільтрувальної тканиною так, щоб отвори в рамах і плитах збігалися з отворами в тканини;
- Плити та рами зрушити до опорній плиті і затиснути затискним пристроєм.
4. Відкрити вентиль (8) на трубопроводі подачі суспензії у фільтр-прес і закрити вентиль на трубопроводі подачі суспензії до барабанного вакуум-фільтру.
5. Включити електродвигун діафрагмового насоса на подачі суспензії і момент отримання фільтрату вважати початком досвіду.
6. За допомогою мірника (16) наголошується декілька значень обсягу фільтрату V 1, V 2, V 3, і за секундоміром - час τ 1, τ 2, τ 3 ... .., за яке зазначені обсяги фільтрату збираються в мірну посудину (16).
7. далі розраховуються величини V F = V / F, Δτ, ΔV F і Δτ / ΔV F в яких будується графік для визначення констант фільтрації.
Досвідчені і розраховані дані зводяться в таблицю.
Таблиця - Досвідчені і розраховані дані
| № п / п | Обсяг фільтрату V, м 3 | Час фільтрації τ, з | V F = V / F м 3 / м 2 | Δτ, з | ΔV F м 3 / м 2 | Δτ / ΔV F |
а це буде різниця тисків над шаром осаду і за фільтрувальної перегородкою). Значення ΔР представляється у співвідношення (6) у паскалях.
Встановлено, що вологість осаду становить приблизно 16%. Тому зваживши осад і врахувавши його вологість можна знайти масу полістиролу, а розділивши її на щільність визначити обсяг частинок
V ч = G oc (100-ω) / 100ρ полістів.
Знаючи обсяг частинок і обсяг отриманого фільтрату V год можна розрахувати концентрацію частинок полістиролу в суспензії
Х о = V ч / V
яка необхідна для розрахунку R фп за рівнянням (6).
Продуктивність фільтра за час τ можна визначити за формулою:
V ф = F ּ V F / τ
Визначення ВИТРАТ ПОТУЖНОСТІ НА ПЕРЕМІШУВАННЯ У апаратів з мішалками
Мета роботи: Експериментально визначити витрати потужності на перемішування в апараті з мішалкою. Встановити залежність критерію потужності від числа Рейнольдса.
Основні визначення і теорія процесу
Перемішування - це процес багаторазового переміщення частинок текучого середовища відносно один одного у всьому обсязі апарата, що протікає за рахунок імпульсу, що передається середовищі механічною мішалкою, струменем рідини чи газу. Процеси перемішування широко застосовуються в хімічній і харчовій промисловості для приготування суспензій, емульсій і розчинів, а також для прискорення теплових, масообмінних і хімічних процесів. На практиці найбільш поширеним способом перемішування є механічний, який здійснюється за допомогою обертових механічних мішалок. Пристрій мішалок описано в [2].Основними характеристиками процесів перемішування є інтенсивність і ефективність перемішування. Інтенсивність перемішування визначається кількістю енергії, що підводиться до одиниці об'єму або до одиниці маси перемішуваної середовища в одиницю часу.
Під ефективністю перемішування розуміють технологічний ефект, що характеризує якість проведення процесу.
Потужність, що витрачається на перемішування, залежить від цілого ряду чинників: конструкції мішалки, апарату і його внутрішніх пристроїв, фізичних властивостей середовища і числа оборотів валу мішалки.
Для опису процесів перемішування широко використовуються критеріальні залежності. Так, узагальнене рівняння гідродинаміки для процесів перемішування має вигляд [2]:
K N = f (Re м, Fr м, Г 1, Г 2 ...)
або
де
Fr м = n · d м / g - модифіковане число Фруда;
Г 1, Г 2 - симплекси геометричної подоби;
N - потужність на валу мішалки, Вт;
n - число обертів мішалки в секунду, с -1;
d м - діаметр мішалки (діаметр кола, що описується мішалкою), м.
Якщо при перемішуванні на поверхні рідини не виникає воронка, то вплив сили тяжіння на протікання процесу буде невелике і за умови геометричної подоби рівняння (1) приймає вигляд:
K N = С · Re
Значення коефіцієнтів А, С і показників m, n, p, q визначається експериментально, а значення критерію потужності, як правило наводяться у вигляді графічних залежностей [1].
Опис установки
Робота виконується на установці, загальний вид якої представлений на рис. 1. Основним елементом установки є апарат для перемішування рідких середовищ, що включає щоперемішує пристрій 7 і корпус 5. Привід складається з електродвигуна постійного струму 2, редуктора 3, пускового пристрою 1. Частоту обертання вимірюють тахометром 4 і перераховують з урахуванням передавального числа редуктора. Підйомний столик 6 служить для зміни положення мішалки по висоті апарату. Верхня кришка апарату відсутня. Таке виконання корпусу забезпечує можливість спостереження за процесом перемішування в апараті та забезпечує легку зміну мішалок.
Величину крутного моменту визначають за допомогою спеціального пристрою 8, заснованого на використанні трубок Піто.Порядок виконання роботи
15. Встановити мішалку 7 на вертикальний вал, попередньо заміривши розмір лопатей.16. Заповнити посудину 5 водою до мітки на циліндричній царге.
17. Встановити важіль регулювання швидкості обертання мішалки на мінімальне число обертів.
18. Включити електродвигун 2 приводи мішалки.
19. Зняти показання тахометра 4.
20. Визначити показання пристрою 8.
Далі проводять вимірювання при інших числах оборотів мішалки. Після проведення однієї серії замірів двигун вимикають, змінюють мішалку, і всі операції повторюють у тій же послідовності. Результати вимірювань заносять у таблицю.
Обробка результатів вимірювання та зміст звіту
Для сталого режиму споживану потужність на перемішування визначають за формулою:N n = M кр · n, (3)
де n - Швидкість обертання мішалки, с -1;
M кр - крутний момент, Н м;
N n - потужність, що витрачається на перемішування, Вт.
Для вимірювання крутного моменту на установці використана оригінальна методика, заснована на використанні трубок Піто. Одна з цих трубок уварені рівно в корпус апарату, а інша спрямована назустріч потоку рідини і враховує динамічний напір. Чим інтенсивніше обертання, тим більше різниця рівнів у зазначених трубках. Для того щоб встановити зв'язок Δ h з обертовим моментом, була виконана калібрування трубок і отримано рівняння
M кр = 0,127 · Δ h 0,42, Н · м (4)
У цьому рівнянні Δ h слід підставляти в міліметрах.
Таблиця 1 - Виміряні і розраховані величини
| Тип мішалки | d м м | N об / с | Δ h мм | M кр Н · м | N n Вт | Re м | K N | N р. Вт |
За отриманим рівнянням розраховують критерій потужності, з якого визначають потужність, і порівнюють її з досвідченою.
Звіт повинен включати схему установки, розрахункові формули, таблицю виміряних і розрахованих величин, графіки залежності lg K N від lg Re м, обчислені значення констант m та С.
ЛІТЕРАТУРА
1. Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології. Навчальний посібник для вузів / Під ред.чл-корр.АН СРСР П.Г.Романкова.-10-е изд., Перераб. і доп.-Л.: Хімія, 1987.-576с., іл.
2. Дитнерскій Ю.І. Процеси та апарати хімічної технології: Підручник для вузов.Ізд.2-е. У 2-х кн.-М.: Хімія, 1995.-кн.1.-400с.: Іл.