- поддерживать чистоту на рабочем месте.

3. По окончании работы:

- выключить вентилятор и насос,

- привести в порядок рабочее место и сдать установку дежурному учебному мастеру (лаборанту).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель предстоящей работы?

2. Из каких элементов состоит лабораторная установка и каково назначение каждого из них?

3. Какие контактные устройства - тарелки имеются на установке?

Их устройство и принцип действия.

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении лабораторной работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕРЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какие гидродинамические режимы возможны в барботажных (тарельчатых) колонных аппаратах с организованным переливом и без организованного перелива? Охарактеризовать каждый.

2. Чем определяется оптимальный гидродинамический режим работы тарелки?

3. Из чего складывается гидравлическое сопротивление тарелки?

4. Из каких соображений устанавливаются пределы скоростей газа (пара) в колонном аппарате с тарельчатыми контактными устройствами с организованным и без организованного перелива?

5. Что называется свободным (живым) сечением тарелки?

6. Основные типы тарельчатых контактных устройств, применяемых в химической промышленности (иметь представление о конструкции, принципе работы, достоинствах и недостатках, уметь изобразить графически принципиальную схему).

7. Как выбрать тип и конструкцию тарелки для конкретного случая, пользуясь балльной шкалой оценок?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии - М.: Химия, 1973.

2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Ч.2. - М.: Химия, 1995.

3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - М.; Л.: Химия, 1987.

4. Рамм В.С. Абсорбция газов. - М.: Химия, 1966.

Работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ В ЦЕНТРИФУГЕ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Одним из наиболее эффективных способов разделения жидких неоднородных систем, применяемых в различных отраслях промышленности, является центрифугирование, осуществляемое на специальных машинах, называемых центрифугами. В этих машинах отстаивание, фильтрация протекают в поле центробежных сил.

По принципу действия и технологическому назначению центрифуги делятся на отстойные и фильтрующие. Фильтрующие центрифуги применяются для разделения грубодисперсных сред и для отделения влаги от волокнистых, сыпучих нерастворяющихся материалов и продуктов.

Фильтрующая центрифуга имеет перфорированный барабан, покрытый изнутри сеткой и фильтрующей тканью.

Отстойные центрифуги имеют барабан со сплошными стенками и применяются для суспензий с диаметром частиц от 5 до 100 мкм.

В отстойных центрифугах поступающая суспензия разделяется на два продукта: слив, включающий в себя основную массу жидкости и небольшое количество наиболее мелких и легких частиц твердой фазы, и осадок, содержащий основную массу твердого вещества, увлажненного некоторым количеством жидкости.

В сливе преимущественно находятся частицы, размеры которых будут меньше некоторой определенной величины, называемой крупностью разделения. В осадке же остаются в основном частицы с размерами больше крупности разделения. Величина крупности разделения (граничного диаметра частиц) зависит от размеров центрифуги и от режима ее работы.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы - практическое ознакомление с работой осадительной шнековой центрифуги непрерывного действия НОТШ-325 и установление режима работы, обеспечивающего классификацию по крупности или разделение суспензии. При этом должны быть сделаны расчеты фактора разделения, крупности разделения, производительности центрифуги по суспензии и коэффициента эффективности осаждения твердых частиц.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Центрифуга НОТШ представляет собой (рис.1) глухой барабан 1 конической формы, вращающийся на полых цапфах. Внутри барабана более быстро вращается шнек 2 с полым валом, цапфы которого находятся внутри цапф конического барабана.

Суспензия для разделения подается по трубе 3 в полый вал шнека 2 и через отверстия вала поступает в наружный барабан.

Твердые частицы как более тяжелые осаждаются под действием центробежных сил на внутренней поверхности конического барабана. Вывод «чистой» жидкости осуществляется через окна 4 конического барабана с поверхности «сливного цилиндра» жидкости (Дсл.).

Осадок медленно перемещается шнеком 2 по внутренней поверхности конического барабана 1 к разгрузочным окнам 5, расположенным в узкой части барабана.

Осадок перемещается в результате того, что шнек делает большее на 2% число оборотов в единицу времени, чем конический барабан, вращаясь с ним в одном и том же направлении от редуктора 6.

При транспортировании влажного осадка на участке Lос. осуществляется его центробежное отжатие (сушка). Чем больше длина этого участка, тем более сухой осадок выгружается из центрифуги.

С увеличением Lос. уменьшается Lсл. и, следовательно, понижается полезная емкость ротора, то есть зона разделения суспензии. Это приводит к снижению производительности центрифуги. Поэтому возможность получения более обезвоженного осадка связана с уменьшением производительности центрифуги.

Конструкция центрифуги предусматривает изменение соотношения Lос. и Lсл. за счет изменения Дсл. специальными сменными кольцами, устанавливаемыми на окнах 4.

Центрифуга НОТШ вращается электродвигателем постоянного тока 3 (рис.2), скорость которого регулируется ручкой автотрансформатора. Потребляемая мощность центрифуги определяется по показаниям амперметра и вольтметра, установленным на щите управления.

Суспензия приготавливается в баке 7, взмучивается мешалкой и насосом 6 подается в распределительную емкость 8, состоящую из двух воронок, откуда в зависимости от положения поворотного отвода 9 может быть направлена в центрифугу по трубе 2 или в мерный бачок 1.

Мерный бачок на водомерном стекле имеет указатель уровня жидкости, шкала которого проградуирована в единицах объема. При опорожнении мерного бачка суспензия через открытый кран К-1 сливается в бак 7. Промывка центрифуги после окончания работы производится водой, поступающей по трубопроводу с краном К-2.

Для более полного удаления частиц осадка из центрифуги перед промывкой необходимо открыть сливное отверстие, расположенное на периферии большой крышки конического барабана.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Приготовить в баке рабочую жидкость, представляющую собой суспензию из твердых частиц обожженной глины и воды. Концентрация твердой фазы берется 10% весовых (т : ж = 1 : 9). Включить электродвигатель мешалки на баке 7 - суспензия взмучивается 10 минут. Переведя рукоятку в положение, соответствующее надписи «Мерный бак», насосом 6 и вентилем В-1 установить ориентировочный расход суспензии. Затем, закрыв кран К-1, по секундомеру определить время частичного заполнения мерного бака 1, в результате чего определить расход суспензии. Необходимо по уровню суспензии в водомерном стекле следить за наполнением мерного бака 1 и не допускать подъема уровня в нем выше ограничивающей черты, чтобы избежать перелив суспензии через верхний край мерного бачка. После определения расхода суспензии открыть кран К-1 и выключить насос 6. Закрыть сливное отверстие на крышке конического барабана и ограждение ротора центрифуги, включить электродвигатель центрифуги, регулируя автотрансформатор, установить заданное число оборотов ротора центрифуги по показанию тахогенератора, установленного на валу двигателя. Рекомендуемое число оборотов выбирается в пределах 1500…2500 об/мин.

После вывода центрифуги на заданное число оборотов включить насос 6, перевести рукоятку поворотного отвода 9 в положение, соответствующее надписи «центрифуга», то есть перевести подачу суспензии по трубе 2 в центрифугу.

Пусковой режим работы центрифуги обусловлен временем заполнения рабочего объема суспензией и заканчивается за 5-10 с, о чем можно судить по установившимся показаниям амперметра и вольтметра.

Во время работы центрифуги осадок и фугат собираются в отдельные емкости 5,4.

Рабочее время работы центрифуги целесообразно выбирать в пределах 45-60 с. За это время необходимо взять из потока пробы осадка и фугата массой 0,5 г для их микроскопического исследования. После этого времени работы выключить насос 6 - прекратить подачу суспензии в центрифугу и спустя 10-20 с выключить центрифугу. За последний промежуток работы центрифуги обеспечивается более полная очистка ротора центрифуги от оставшегося осадка. Из емкостей 5,4 осадок и фугат возвращаются в бак 7. При этом необходимо замерить вес осадка и объем собираемого фугата. Открыть кожух центрифуги и сливное отверстие на коническом барабане центрифуги, промыть центрифугу водой, открывая кран К-2 и медленно проворачивая ротор вручную. Объем воды, используемой для промывки,

3-5 л. Вода после промывки из емкости для фугата сливается на сброс.

Все данные замеров сводятся в таблицу, которую студент должен составить самостоятельно, после чего производится обработка опытных данных.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

Анализ осадка и слива на крупность разделения твердых частиц производится под микроскопом. Перед анализом осадок предварительно разбавляют водой до концентрации, примерно равной концентрации слива.

При анализе пробы осадка в поле зрения микроскопа выбирается несколько наиболее мелких частиц и находится их средний приведенный диаметр:

dср. осадка = d1 + d2 + …. + dn / n частиц, м(1)

При анализе пробы слива определяется средний приведенный диаметр такого же количества наиболее крупных частиц:

dслива = d1м + d2м + …. + dnм / nм частиц, м.(2)

Среднее из двух средних приведенных диаметров можно принять за крупность разделения :

dкр. разд. = dср.осадка + d ср. слива / 2, м(3)

При обработке опытных данных вязкость жидкости и плотности твердой фазы и жидкости определяются по справочным таблицам.

Производительность центрифуги рассчитывается по уравнению

Q факт. = V м / 1000 ф, м3/с,(4)

где Vм - объем суспензии, заполнившей мерный бачок, в литрах за время замера; ф - время заполнения, с.

Определяется фактор разделения

Frц = щ2 R/g = щ2/ Rg = 5,58?10 -4? n2? Dсл.(5)

где n - число оборотов ротора центрифуги, об/мин;

n = nэл.двигателя ? 1,165,(6)

где nэл.двигателя - число оборотов электродвигателя, об/мин;

1,165 - передаточное число ременной передачи; Dсл. - внутренний диаметр слоя жидкости, м.

Порозность суспензии в роторе центрифуги, исходя из весового соотношения твердой и жидкой фаз (т : ж = 1 : 9), определяют по формуле

Е = 9/сж / 9/сж + 1/с тв.,(7)

где ств. и сж - плотность твердой и жидкой фазы, кг/м3, - по таблицам.

Скорость центробежного осаждения твердых частиц с размером крупности разделения в суспензии:

Vос. = н Ar? Frц е4,75/ d кр. разд. (18 + 0,6 v Ar•Fr•е4,75),(8)

где н - кинематическая вязкость жидкости, м2/с; dкр.разд. - крупность разделения, м;

Ar = g d3кр.разд. (ств. - сж) / н2?сж - критерий Архимеда.(9)

Теоретическая производительность центрифуги

Q теор. = Vос.? 2р? rср.Lср., м3/с,(10)

где rср. = Dн/2 + Dсл/2 / 2 , м; Lср. = Lсл./2, м.(11, 12)

Коэффициент эффективности осаждения

з = Qфакт. / Qтеор(13)

Производительность центрифуги по количеству переработанной суспензии:

Qфакт. = Gс? 60/ ф, л/ч(14)

или

Qфакт. = Gс?сс ? 60/ ф, кг/ч,(15)

где Gс - количество переработанной за время опыта суспензии,

Gс = Vф?сф + Gос., кг,(16)

где Vф - объем собранного фугата, м3; сф - плотность собранного фугата, кг/м3; Gос. - вес влажного осадка, кг.

Производительность центрифуги по влажному осадку

Qос. = Gос.? 60/ ф, кг/ч.(17)

Производительность центрифуги по сухому осадку

Qос.сух. = Gос.сух.? 60/ф, кг/ч.(18)

Вес сухого осадка определяем по формуле

Gос.сух. = Gос. (100 - W)/100, кг,(19)

Где W = gвл. - gсух.?100% / gвл. - влажность осадка;(20)

gвл., gсух. - вес пробы влажного осадка и вес этой пробы в сухом состоянии, г.

Производительность по фугату

Qф. = Vф.? 60/ ф, м3/ч.(21)

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата II (297х210). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работам с указанием кафедры, названия работы, ее номера, фамилии, и.о. студента, группы, специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчете должны быть представлены:

- описание цели работы,

- схема лабораторной установки,

- описание работы установки,

- методика проведения работы,

- полученные экспериментальные данные,

- результаты обработки опытных данных,

- выводы.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

1. До начала работы:

- получить разрешение у преподавателя или учебного мастера на включение установки;

- проверить наличие сухого резинового коврика на полу перед установкой;

- проверить наличие суспензии в баке 7.

2. Во время работы:

- руководствоваться данными методическими указаниями;

- не включать центрифугу при открытом ограждении ее корпуса;

- не прикасаться руками к вращающимся и двигающимся элементам установки;

- внимательно поворачивать отвод 9 к линии ввода суспензии при работе центрифуги;

- не оставлять работающую установку без присмотра;

- докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру.

3. По окончании работы:

- выключить насос подачи суспензии, мешалку, центрифугу;

- удалить осадки с ротора центрифуги, из бака 4, фугат из бака 5;

- сдать установку дежурному учебному мастеру (лаборанту).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель предстоящей работы?

2. Из каких элементов состоит лабораторная установка и каково назначение каждого из них?

3. Объяснить устройство и принцип действия центрифуги со шнековой выгрузкой осадка.

4. Каков порядок выполнения работы?

5. Какие данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Основные типы центрифуг.

2. Методы съема осадков в центрифугах.

3. Основные характеристики суспензий.

4. Каков физический смысл фактора разделения, индекса производительности?

5. С какой целью производится экспериментальное определение крупности разделения, эффективности осаждения?

6. Устройство и принцип действия основных элементов центрифуги со шнековой выгрузкой осадка.

7. Как регулируется длина участка Lос. - центробежного обезвоживания осадка?

8. Основное оборудование, необходимое для включения в схему работы центрифуги (иметь представление о конструкции, принципе работы, основных достоинствах и недостатках, уметь изобразить принципиальную схему).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Руководство к практическим занятиям в лаборатории процессов и аппаратов химической технологии / Под ред. П.Г.Романкова. - Л.: Химия, 1975.

2. Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги. - М.: Машиностроение, 1967. - 523 с.

3. Финкельштейн Г.А. Шнековые осадительные центрифуги. - Л.; М.: Госхимиздат, 1952. - 143 с.

4. Плановский А.Н., Рамм В.М., Коган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: Госхимиздат, 1962.

Работа № 5

ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Измельчением называется процесс уменьшения размеров кусков (зерен) твердого материала путем разрушения их под действием внешних сил.

Измельчение служит для повышения интенсивности и эффективности большинства химических, тепловых, диффузионных процессов, идущих при участии твердой фазы, путем увеличения ее поверхности.

Химическая промышленность не имеет себе равных по многообразию измельчаемых материалов, степени измельчения, типам и размерам измельчительного оборудования.

В химической промышленности применяют все виды измельчения, начиная от самого крупного (размер кусков материала - 200-300 мм) и кончая коллоидным (размеры частиц составляют доли микрона). В широком диапазоне изменяются производительность и размеры измельчителей. В зависимости от крупности исходного сырья и требований к конечному продукту измельчение производят в один или несколько приемов по открытому или закрытому циклу. В первом случае перерабатываемое сырье не возвращается в измельчитель для дальнейшей обработки.

О результатах процессов измельчения принято судить по величине степени измельчения i, равной отношению размера D куска материала до измельчения к размеру d куска после измельчения, т.е.

i = D/d.

В зависимости от размеров кусков исходного сырья и конечного продукта различают следующие виды измельчения (табл.1).

Таблица 1

Вид измельчения	Размер кусков материала, мм	Степень измельчения	Рекомендуемые способы измельчения
	до	после
Дробление:
крупное	1500-300	300-100	3-5	Раздавливание, раскалывание
среднее	300-100	50-10	5-10	Раздавливание, раскалывание, удар
мелкое	50-10	10-2	10-50	Раздавливание, удар
Измельчение: (помол)
тонкое	10-2	2-75х10 -3	100	Раздавливание, удар, истирание
сверхтонкое	2…75?10 -3	75?10 3-1?10 -4	до1000 и более	Истирание, вибрация высокой частоты, удар частиц друг о друга

Обычно перерабатываемый сыпучий материал не является однородным по размерам частиц, а представляет собой смесь нескольких (m) фракций с размером зерен dx 1, dx2, dx3…dxi…dxm, причем весовые доли этих фракций соответственно составляют a1, a2, a3, a4…ai,…am. В этом случае за средний размер частиц принимают эквивалентный диаметр, определяемый по формуле:

dэ = 1/У di/dxi.

Твердый материал можно измельчать раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, истиранием, ударом, резанием, распиливанием и различными комбинациями этих способов (рис.1).

Машины для измельчения классифицируются по двум принципам:

1) по крупности получаемого продукта; 2) по способу измельчения.

По первому принципу различают дробилки и мельницы. По способу

измельчения машины бывают: а) раскалывающего действия; б) раздавливающего действия; в) истирающе-раздавливающего действия и т.д.

Основные измельчающие машины подразделяются на следующие виды: 1) щековые дробилки; 2) тирационные дробилки; 3) молотковые дробилки (мельницы); 4) валковые мельницы (дробилки); 5) бегуны;

6) ударные мельницы: а) дезинтеграторы; б) дисмембраторы; 7) шаровые и стержневые мельницы; 8) кольцевые мельницы; 9) вибрационные мельницы; 10) коллоидные мельницы и т.п.

Крупное и среднее дробление производят, как правило, сухим способом, мелкое дробление и помол - сухим и мокрым способами (обычно в водной среде).

При сухом измельчении потребление энергии в 1,3 раза выше, чем при мокром. Кроме того, большое количество энергии затрачивается на работу сепарационной системы.

При мокром измельчении уменьшается пылеобразование, частицы получаемого продукта имеют более равномерную крупность, значительно облегчается загрузка материала. Однако износ металла при мокром измельчении больше, чем при сухом.

Рис. 1. Способы измельчения:

а - раздавливание; б - раскалывание; в - разламывание; г - резание; д - распиливание; е - истирание; ж - стесненный удар; з - свободный удар

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Ознакомление с процессом измельчения твердых материалов.

2. Практическое ознакомление с устройством и работой щековой дробилки, молотковой дробилки и бегунов.

3. Экспериментальная проверка теоретической формулы измельчения материалов по величине затраты энергии на измельчение материала в щековой дробилке со сложным качанием щеки.

4. Проведение ситового анализа.

5. Определение величины удельной поверхности материала после измельчения на щековой и молотковой дробилках и бегунах.

6. Построение графика зерновой характеристики измельчаемого материала.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Учебное дробильное оборудование состоит из щековой дробилки со сложным движением щеки, молотковой дробилки и бегунов, схемы которых представлены на рис.2-4.

В щековой дробилке со сложным качанием щеки (рис.2) имеется возможность изменять угол наклона подвижной щеки 2, т.е. угол захвата и ширину выгрузочного отверстия от 6 мм при крайнем нижнем положении рукоятки до 20 мм при крайнем верхнем ее положении. Размеры загрузочного отверстия (60х90 мм) при этом практически не изменяются.

Длина щеки L = 210 мм.

Ход подвижной щеки S = 12 мм.

Эксцентриситет вала r = 6 мм.

Число оборотов приводного вала - 280 об/мин.

Рабочая высота щеки H = 65 мм.

Мощность установленного электродвигателя - N = 0,55 кВт;

n = 1410 об/мин.

Рис.2. Схема щековой дробилки:

1 - неподвижная щека; 2 - подвижная щека; 3 - броневые плиты; 4 - эксцентриковый вал привода; 5 - механизм для регулирования угла захвата.

Рис.3. Схема молотковой дробилки:

1 - корпус; 2 - броневые плиты; 3 - вал; 4 - диск; 5 - молоток;

6 - разгрузочная (колосниковая) решетка.

Лабораторная молотковая дробилка (рис.3) имеет ротор с пятью рядами шарнирно насаженных бил (по 2-3 била в ряду).

Всего на роторе 13 бил. Диаметр ротора 140 мм, его длина 120 мм. Число оборотов ротора - 700 об/мин.

Ширина разгрузочных щелей колосниковой решетки - 6,0 мм.

Максимальная крупность кускового загружаемого материала 25-30 мм.

Мощность электродвигателя - N = 0,35 кВт,

n = 1410 об/мин.

Рис. 4. Схема бегунов с неподвижной чашей: 1 - каток; 2 - чаша; 3 - привод; 4 - скребки.

Бегуны (рис.4) имеют неподвижную чашу 2 и нижний привод. Выгрузка измельченного материала производится через специальное отверстие, закрываемое заслонкой. Диаметр чаши D = 500 мм, диаметр катка d = 260 мм, ширина катка b = 68 мм.

Скорость вращения катков вокруг вертикальной оси n1 = 34 об/мин. Мощность установленного электродвигателя N = 0,35 кВт, n = 1390 об/мин.

В лабораторной работе для измельчения используется белый или красный строительный кирпич

Определение гранулометрического состава материала после щековой и молотковой дробилок и бегунов производится методом ситового анализа. Определение среднего размера кусков материала, подаваемого в щековую дробилку, производится по результатам прямых изменений штангенциркулем.

Набор сит по ГОСТ 3584-58 с поддоном для ситового анализа.

Киловаттметры 0-2 кВт, которые включены в сеть электродвигателей щековой и молотковой дробилок для определения потребляемой мощности.

Весы РН-10Ц13М, 0,1-10 кг, штангенциркуль.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Перед проведением работы необходимо ознакомиться с устройством лабораторного измельчающего оборудования. Подготовить исходный материал. Общая масса материала должна быть около 1 кг (5 кусков по 200г каждый).

Каждый кусок замерить штангенциркулем по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Результаты измерений для каждого из n кусков (размеры ai, bi, ci, i от 1 до n, где n - количество кусков материала в исходной смеси) записать.

Установить с помощью зажимного устройства и регулировочной рукоятки необходимую ширину выгрузочного отверстия (по своему желанию или по заданию преподавателя). Включив дробилку, вручную осторожно загружать куски исходного материала в щековую дробилку. Через каждую минуту рабочего периода дробилки отмечать показания киловаттметра. Результаты занести в таблицу № 3. Загруженный материал раздробить полностью, по завершении дробления вновь отметить показания киловаттметра при работе дробилки на холостом ходу. По окончании измельчения дробилку выключить. Из собранного в приемник измельченного продукта взять пробу массой 0,2-0,3 кг для определения гранулометрического состава.

Пробу поместить на верхнее сито ситового набора, состоящего из 8-10 сит соответствующих номеров (верхним можно поставить сито с размером 10 мм).

Ситовой набор помещается на столик установки для механической классификации и закрепляется на нем с помощью двух зажимных винтов. Сверху на крышку опускается рычаг - встряхиватель.

Установка включается на 5-10 мин. После включения электродвигателя набор сит снимается с установки. Ситовой набор разбирается, и материал, находящийся на каждом сите (начиная с верхнего) и в поддоне, взвешивается на весах с точностью до 0,1 г.

Результаты взвешиваний записывают в форме таблицы в той последовательности, в какой были установлены сита в наборе (табл.4).

Материал, измельченный в щековой дробилке (отобранную для ситового анализа фракцию присовокупить), направить далее на измельчение в молотковую дробилку.

Для этого включить дробилку, открыть верхнюю крышку и, придерживая противовес загрузочного устройства, высыпать материал в бункер. После чего закрыть крышку бункера и, медленно поднимая противовес питателя вверх, подать материал в рабочее пространство дробилки. Произвести измельчение. Во время работы дробилки записать показания ваттметра через каждые 30-60 секунд. После завершения дробления снять показания ваттметра на холостом ходу дробилки.

По окончании работы выключить дробилку и вынуть приемник готового продукта. Измельченный на молотковой дробилке материал собрать, взвесить и вновь провести ситовой анализ, аналогично описанному выше. Результаты анализа также записать в таблицу 4.

Материал, измельченный в молотковой дробилке, подать на измельчение в бегуны, высыпав его в чашу 2 (см. рис. 4) и включив электродвигатель.

Время измельчения в бегунах устанавливается преподавателем. По истечении этого времени отбирается проба («на ходу») для определения гранулометрического состава. Для этого открывается заслонка выгрузочного отверстия. После отбора пробы бегуны выключаются.

Рассев производится на наборе сит более мелких, чем в предыдущих случаях (верхнее сито с размером отверстий 4 мм).

Результаты записать в таблицу 4.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. Определение наибольшего общего усилия, передаваемого щеке дробилки со стороны материала (усилия дробления).

Усилие дробления можно рассчитать по формуле

Pmax = q L H = 27 LH,

где q - максимальное расчетное давление на 1 см2 площади щеки.

По опытным данным q = 1,2 Хвр. f0 = 1,2?90 ? 0,25 = 27 кг/см2,

где Хвр - предел прочности материала на растяжение, кг/см2;

f0 - коэффициент использования площади контакта; L - длина щеки (неподвижной), см; H - высота неподвижной щеки, см.

Расчет всех звеньев щековой дробилки на прочность ведут по расчетному усилию:

Pрасч. = 1,5 Pmax, кГ.

С другой стороны, величину максимального усилия можно определить, зная мощность, расходуемую на дробление материала, по формуле:

N = m в P мmax / 102 з ? 2rn / 60, кВт,

где N = N1 - N2 - соответственно потребляемая дробилкой мощность при рабочем и холостом ходах дробилки; r - эксцентриситет вала; n - число оборотов эксцентрикового вала в минуту, об/мин; m - коэффициент (конструктивный) для дробилки со сложным качанием щеки, m = 0,5; з - коэффициент полезного действия дробилки (з = 0,65-0,85); в = Pэф. / Pmax - коэффициент, равный отношению эффективного усилия дробления к максимальному усилию дробления (по опытным данным для дробилок со сложным качанием щеки в = 0,2).

Результаты сопоставления расчетных данных усилия дробления с экспериментальными заносим в табл. 2.

Таблица 2

Показатели	Численные Значения
Длина щеки, L, м Рабочая высота неподвижной щеки, H, м Эксцентриситет вала, r, м Число оборотов вала, n, об/мин Расчетное максимальное усилие дробления Pmax = 27 LH, кГ Мощность, потребляемая дробилкой при рабочем ходе (среднее значение по показателям киловаттметра) N1, кВт Мощность, потребляемая дробилкой при холостом ходе (среднее значение по показателям киловаттметра), N2, кВт Мощность, расходуемая на дробление материала, N = N1 - N2, кВт Максимальное усилие дробления по экспериментальным данным, P мmax = 2250 N / m в r n, кГ Расхождение е = Pmax - P мmax / Pmax ? 100%

2. Определить средний (из ai, bi, ci) размер di каждого из n кусков исходного материала, подаваемого в щековую дробилку, как

di = ai + bi + ci / 3, мм.

3. Определить средний размер d куска материала, подаваемого в щековую дробилку, как

d = У di / n, мм.

Результаты занести в табл. 3

Таблица 3

№ п.п.	Размеры кусков	di	d = У di / n
	ai	bi	ci
1 2 3 4 5 6

4. Результаты ситовых анализов, расчетные значения величины удельной поверхности измельченного материала (расчет произвести, принимая шаровую форму частиц) свести в табл. 4.

5. По данным ситовых анализов материала после щековой, молотковой дробилок и бегунов построить кумулятивные кривые гранулометрического состава для каждого случая.

Графической экстраполяцией определить максимальный размер частиц в верхнем сите и минимальный - в поддоне.

Для всех трех случаев ситового анализа определить средний размер частиц на каждом сите как среднее арифметическое из размеров отверстий проходного и непроходного сит, т.е. dj = dпр. + dнепр. / 2.

При определении среднего размера частиц на верхнем сите и в поддоне ситового набора соответственно за величины dнепр. j и dпр.j взять экстраполированные значения по кривой гранулометрического состава.

6. Определить средний размер частиц материала после измельчения на щековой дробилке d щ , на молотковой дробилке d м и на бегунах d б как среднее арифметическое взвешенное из соответствующих значений средних размеров частиц по фракциям:

d щ (м, б) = У d j a j / У a j.



7. Определить степень измельчения iщ в щековой дробилке:

iщ = d / dщ.

8. Определить степень измельчения iм в молотковой дробилке:

iм = d щ / dм.

9. Определить степень измельчения i б в бегунах:

iб = dм / dб.

10. Определить общую степень измельчения i материала:

i = d / dб.

11. Результаты ситового анализа продуктов измельчения представить также графически в координатах:

содержание данной фракции % - номер сит (диаметр отверстий в ситах, мм).

12. По специальному заданию преподавателя произвести:

а) на щековой дробилке исследование зависимости степени измельчения от размера выпускной щели;

б) на бегунах динамику процесса измельчения по изменению фракционного состава измельченного материала во времени.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата II (297х210). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работам с указанием кафедры, названия работы, ее номера, фамилии, и.о. студента, группы, специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчете должны быть представлены:

- описание цели работы,

- схема лабораторной установки,

- описание работы установки,

- методика проведения работы,

- полученные экспериментальные данные,

- результаты обработки опытных данных,

- выводы.

-

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы:

- убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторных установок;

- проверить наличие сухого резинового коврика на полу перед установкой;

- перед пуском в работу дробилок убедиться в отсутствии остатков материала от предыдущей работы в рабочем пространстве;

- подтянуть все крепежные детали (гайки, болты).

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными методическими указаниями;

- запрещается чистить машины на ходу;

- запрещается производить какие-либо ремонтные работы;

- категорически воспрещается поправлять на ходу щековой дробилки положение крупных кусков руды в приемной части или вынимать из нее крупные куски;

- приводные ремни, шкивы дробилок обязательно должны иметь ограждения;

- не оставлять работающее оборудование без присмотра;

- докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру;

- поддерживать чистоту на рабочем месте.

3. По окончании работы:

- выключить привод всех дробилок;

- собрать измельченный материал в специальный приемник;

- сдать установку дежурному учебному мастеру.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель работы?

2. Объяснить устройство и принцип действия щековой, молотковой дробилок и бегунов.

3. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

4. Какова методика проведения ситового анализа?

5. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Составить схему промышленного измельчения, применяемую в многотоннажных производствах (измельчение апатитов, колчедана, угля для сжигания, красителей) и включающую наибольшее число типов измельчителей, сепараторов, классификаторов и другого вспомогательного оборудования и транспортных средств.

2. Каково изменение дислокаций в твердом теле при его разрушении?

3. Теоретические основы разрушения твердых тел, развиваемые В.Н. Кирпичевым, Л.Б. Левенсоном, П.А. Ребиндером.

4. Какова классификация измельчителей по крупности получаемых частиц и по схемам передачи энергии на измельчение?

5. Основные действующие нагрузки на конструктивные элементы измельчителей, их деформации, опасные сечения.

6. За счет чего при измельчении достигается эффект истирания материала?

7. Характер износа рабочих элементов дробилок, мельниц, способы их восстановления и ремонта.

8. Основные технологические параметры дробилок и особенности их расчета.

9. Назначение шкивов, устанавливаемых на рабочих валах измельчителей.

10. Статическая и динамическая балансировка ротора молотковой дробилки.

11. Особенности организации дозирования исходного материала, подаваемого на дробление и измельчение.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973.

2. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. - М.: Химия, 1968.

3. Шаповалов Ю.Н., Шеин В.С. Машины и аппараты общехимического назначения. Учебное пособие. - Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1981.

Работа № 6

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ КОМПРЕССИОННОЙ ФРЕОНОВОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Ряд физических, химических и других процессов при низких температурах протекает по-иному, чем при обычных. И поэтому получение многих современных химических продуктов без искусственного охлаждения (холода) вообще было бы невозможно. Первое место по масштабам его применения занимает химическая промышленность.

В настоящее время для получения искусственного холода преимущественно используются холодильные машины, представляющие собой комплекс устройств, с помощью которых за счет потребляемой при этом энергии происходит перенос тепла от тел с низкой температурой к телам с более высокой температурой. По виду затрачиваемой энергии холодильные машины подразделяются на компрессионные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Первые из них являются наиболее распространенными как в химической, так и в других отраслях промышленности, а также и в быту.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Закрепить теоретические знания по основам искусственного умеренного охлаждения.

2. Практически ознакомиться с работой компрессионной фреоновой холодильной установки.

3. Экспериментально в конкретных условиях определить холодопроизводительность, холодильный коэффициент, термодинамический кпд холодильной установки, затрачиваемую мощность и общий кпд компрессора.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (рис. 1)

Установка смонтирована на базе бытового компрессионного холодильного агрегата. В качестве холодильного агента в системе циркулирует фреон-12 (дифтордихлорметан CF2 Cl2).

При работе установки пары фреона засасываются из испарителя 5 в поршневой одноцилиндровый компрессор 1. Сжатые пары из компрессора поступают в конденсатор 2, где по мере прохождения по змеевику за счет естественной циркуляции окружающего воздуха охлаждаются и постепенно конденсируются. Из конденсатора жидкий фреон через фильтр-осушитель 3 поступает в капиллярную трубку 4.

Рис. 1. Схема компрессионной холодильной установки:

1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 - фильтр-осушитель;4 - капиллярная трубка; 5 - испаритель; 6 - теплообменник;7 - вентилятор (пылесос); 8 - регулирующий вентиль; 9 - Э - образный манометр.

Капиллярная трубка используется в качестве дросселирующего устройства. Высокое гидравлическое сопротивление ее обуславливает постепенное снижение давления жидкого хладоагента (от давления конденсации при его выходе из конденсатора до давления кипения при входе в испаритель).

Жидкий фреон, попадая в испаритель 5, при низком давлении интенсивно кипит, поглощая при этом тепло от охлаждаемой среды.

Капиллярная трубка 4 на большом протяжении спаяна с трубкой, по которой проходят пары холодильного агента из испарителя в компрессор, имеющие более низкую температуру, чем температура жидкого хладоагента, движущегося по капиллярной трубке из конденсатора в испаритель. Это теплообменник 6. На установке место спая двух трубок закрыто слоем тепловой изоляции для сведения к минимуму теплообмена с окружающей средой. В теплообменнике 6 достигается, с одной стороны, переохлаждение жидкого хладоагента, а с другой - перегрев его паров. Благодаря этому улучшаются не только условия работы компрессора, но и термодинамические характеристики холодильной установки.

Охлаждаемой средой служит воздух, подаваемый в установку с помощью вентилятора (пылесоса) 7. Расход воздуха регулируется вентилем 8 и определяется по потере напора на сопротивление, замеряемого Э -образным манометром 9. Тарировочный график помещен на приборном щите установки.

Для регистрации температуры паров, засасываемых в компрессор, t1, температуры конденсации t3, 4, температуры испарения t6, 7, температуры паров хладоагента t8 на входе в теплообменник 6, а также для замера начальной tн и конечной tк температур охлаждаемого воздуха в соответствующих местах установлены термопары (указаны на рис. 1 фигурными стрелками). Все термопары соединены через многопозиционный переключатель с потенциометром ПП-63 (на рис. 1 не показано).

Соответствие номера позиции переключателя определенной измеряемой температуре указано в специальной таблице, помещенной на приборном щите непосредственно под переключателем.

Цифровые индексы температур повторяют номера соответствующих точек холодильного цикла в координатах p - i , представленного на рис. 2.

ПОРЯДОК РАБОТЫ

После внимательного изучения установки и получения допуска к работе приступить к ее выполнению.

Включить компрессор 1 холодильной машины и вентилятор (пылесос) 7 для подачи воздуха в испаритель 5 (при закрытом вентиле 8). С помощью регулирующего вентиля 8 установить по своему желанию расход воздуха, ориентируясь на показании Э -образного манометра 9 и график зависимости расхода от напора его в сети.

Путем периодического замера температуры tк воздуха на выходе из испарителя 5 определить начало установившегося режима работы холодильной установки, считая, что постоянство температуры tк охлажденного воздуха соответствует постоянству во времени всех параметров системы. При этом необходимо обеспечить неизменность расхода воздуха и следить за температурой его на входе в испаритель - tн, которая также должна быть постоянной.

В установившемся режиме работы определить температуры: паров фреона, поступающего в компрессор, t1; конденсации фреона t3, 4; испарения его t6, 7 и паров фреона t8 на входе в теплообменник 6. Измерение той или иной температуры производится с помощью потенциометра после установки позиционного переключателя на соответствующую позицию, по специальной таблице, помещенной на приборном щите непосредственно под переключателем. Порядок работы с потенциометром дан в описании, помещенном непосредственно на стенде лабораторной установки.

По показаниям Э -образного манометра с помощью тарировочного графика определить объемную производительность V воздуха при температуре tн. Для определения мощности компрессора холодильной машины снять показания амперметра и вольтметра. Все агрегаты выключить.

Результаты эксперимента должны быть точно и аккуратно зафиксированы и предъявлены преподавателю.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. По полученным в ходе эксперимента данным построить цикл холодильной установки на диаграмме p - i или T - S (по своему желанию или по согласованию с преподавателем). Пример изображения цикла холодильной компрессионной установки с перегревом паров и переохлаждением жидкого хладоагента в координатах p - i дан на рис. 2.

Цикл строят исходя из предположения, что процессы нагрева и охлаждения протекают при постоянных давлениях, кипения и конденсации - при неизменных давлениях и температурах, сжатие пара осуществляется по адиабате, а дросселирование происходит по изоэнтальпе. Это позволяет легко нанести на диаграмму точки 1, 2, 3, 4, 7, 8 (рис. 2).

Положение точки 5, характеризующей состояние переохлажденного жидкого фреона, устанавливается следующим образом. Из теплового баланса теплообменника 6 (см. рис. 1), составленного без учета тепловых потерь в окружающее пространство,

i1 - i8 = i4 - i5 , i5 = i4 - (i1 - i8)

определяется теплосодержание холодильного агента в конце его переохлаждения, то есть в точке 5 (рис. 2).

Здесь i1, 4, 5, 8 - удельные теплосодержания холодильного агента, определяемые по диаграмме в соответствующих точках холодильного цикла, Дж/кг.

После этого на диаграмме находят точку пересечения линии постоянного теплосодержания i5 с изобарой, соответствующей давлению в конденсаторе. Это и будет искомая точка 5.

2. Определить холодопроизводительность установки:

Q = б Gв C (tн - tк).

Здесь Q - холодопроизводительность установки, Вт; б - коэффициент, учитывающий тепловые потери (для установок малой холодопроизводительности можно принять 1, 2); Gв - массовый расход воздуха, кс/с;

G = V? с0? 273/273 + tн ,

где V - объемный расход воздуха, поступающего в испаритель, м3/с; с0 - плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3; tн - температура воздуха на входе в испаритель, оC; C - теплоемкость воздуха при средней температуре, равной (tн + tк)/2, Дж/кг?град.

3. Определить холодильный коэффициент:

е = g0 / gе.

Здесь е - холодильный коэффициент; g0 - удельная холодопроизводительность, Дж/кг; gе - удельная работа сжатия паров хладоагента, Дж/кг.

Величины g0 и gе определяют по диаграмме p - i (или T - S) как разность энтальпий в соответствующих точках цикла:

g0 = i7 - i6, gе = i2 - i1,

где i1, 2, 7, 6 - удельные теплосодержания холодильного агента, определяемые по диаграмме в соответствующих точках холодильного цикла, Дж/кг.

4. Определить термодинамический кпд холодильного цикла:

з = е / ек.

Здесь ек - холодильный коэффициент цикла Карно, определяемый (в принятых обозначениях) как

ек = T6, 7 / T3, 4 - T6, 7,

Рис. 2. Примерное изображение цикла исследуемой холодильной установки на термодинамической диаграмме

где T6, 7 - температура холодильного агента при восприятии тепла, К; T3, 4 - то же при отдаче тепла, К.

5. Определить мощность, расходуемую компрессором:

N = J?V?cosц.

Здесь N - действительная мощность компрессора, Вт; J - сила тока, А;

V - напряжение, В; ц - коэффициент мощности. Для данной установки принять равным 0,5.

6. Определить общий кпд компрессора:

з = Nт / N.

Здесь Nт - теоретическая мощность компрессора, Вт, определяемая как

Nт = Gф? gе,

где Gф - массовый расход хладоагента, циркулирующего в цикле (количество хладоагента, проходящее через компрессор в секунду), кг/с;

Gф = Q / g0.

Обозначения и определения остальных величин приведены ранее.

7. Результаты работы представить в виде таблицы экспериментальных данных, необходимых расчетов и изображения холодильного цикла на термодинамической диаграмме (в том или ином масштабе).

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата II (297х210). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работам с указанием кафедры, названия работы, ее номера, фамилии, и.о. студента, группы, специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчете должны быть представлены:

- описание цели работы,

- схема лабораторной установки,

- описание работы установки,

- методика проведения работы,

- полученные экспериментальные данные,

- результаты обработки опытных данных,

- выводы.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы необходимо:

- убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

- проверить наличие сухого резинового коврика на полу перед приборным щитом.

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными методическими указаниями;

- не оставлять работающую установку без присмотра;

- докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру.

3. По окончании работы:

- выключить компрессор холодильной машины и вентилятор (пылесос);

- закрыть вентиль 8 на линии подачи воздуха;

- установить в исходное положение все органы управления и регулирования потенциометра;

- сдать установку дежурному учебному мастеру (лаборанту).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель предстоящей работы?

2. Из каких элементов состоит лабораторная установка и каково назначение каждого из них?

3. Каковы основные элементы данной компрессионной холодильной машины (назвать, указать на установке, объяснить назначение и принципы действия)?

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Каков порядок работы с потенциометром?

6. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какие источники энергии могут служить основой получения искусственного холода?

2. Какой вид энергии затрачивается для получения холода в данной лабораторной установке?

3. Каков температурный диапазон области умеренного охлаждения?

4. На каком принципе основана работа компрессионной холодильной установки?

5. Какие холодильные агенты наиболее распространены в настоящее время? Оценка фреона с точки зрения экологии.

6. Каковы основные элементы компрессионной холодильной машины?

7. Каков физический смысл холодильного коэффициента?

8. Каков физический смысл термодинамического кпд холодильной машины?

9. В чем отличие холодильного цикла действительной компрессионной холодильной машины от цикла идеальной машины? Дать количественную оценку по результатам выполненной лабораторной работы.

10. Как графически изобразить цикл холодильной машины на диаграммах T - S и p - i?

(Для более углубленного ознакомления с процессами умеренного охлаждения и оборудованием для их осуществления можно воспользоваться монографией [3]).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987.

3. Вайнштейн В.Д., Канторович В.И. Низкотемпературные холодильные установки. - М.: Пищевая пром-сть, 1972.

Работа № 7

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В КОЖУХОТРУБЧАТОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ

Одним из основных потребителей тепловой энергии является химическая промышленность, в которой она применяется как для осуществления различных физических процессов - нагрева, охлаждения, сушки, выпаривания, перегонки и т.п., так и для поддержания требуемого температурного режима рабочих сред при проведении химических реакций.

Применяемая для этих целей теплообменная аппаратура чрезвычайно разнообразна и по своему функциональному назначению, и по конструктивному исполнению. Особенно широкое применение в химической технологии находят аппараты с трубчатой поверхностью теплообмена, в частности, кожухотрубчатые теплообменники.

Перенос тепла от одной среды к другой через разделяющую их стенку (теплопередача) обусловлен рядом факторов и является сложным процессом, без знания основ и особенностей которого нельзя правильно проектировать и эксплуатировать теплообменные аппараты.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Закрепить теоретические знания по теплоотдаче с изменением и без изменения агрегатного состояния теплоносителя, по теплопередаче в трубчатых теплообменных устройствах.

2. Практически ознакомиться с одним из наиболее распространенных в химической промышленности типов теплообменной аппаратуры - кожухотрубчатым теплообменником (на примере теплообменника с Э -образными трубами).

3. Ознакомиться с практическим применением для целей теплообмена насыщенного водяного пара в качестве горячего теплоносителя (греющего) и воды в качестве холодного теплоносителя (нагреваемого).

4. Экспериментально определить зависимость коэффициентов теплоотдачи от скорости движения холодного теплоносителя - воды.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (рис.)

Установка смонтирована на базе двухходового кожухотрубчатого теплообменника 1 с Э -образными трубами.

Характеристика теплообменника:

- количество труб n, шт……………………………………..2;

- диаметр труб d2хб, мм ……………………………….28 х2,5;

- полная длина Э -образной трубы l, м……………………3,4.

В теплообменнике водопроводная вода (холодный теплоноситель) нагревается за счет теплоты конденсации греющего насыщенного водяного пара (горячий теплоноситель).

Вода поступает в трубное пространство теплообменника 1 через ротаметр 9 (тип РС-5). Регулировка расхода ее осуществляется вентилем 10. Для измерения начальной и конечной температур воды на входном и выходном трубопроводах теплообменника установлены термометры 7, 8 (указаны на рис. стрелками).

Насыщенный водяной пар поступает в межтрубное пространство теплообменника. Подача его осуществляется открытием регулирующего вентиля 4. Давление пара в теплообменнике измеряется манометром 5. Конденсат отводится через шайбу II (в момент пуска - через обводную линию). Для удаления неконденсирующихся газов из межтрубного пространства теплообменника служит кран 2.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

После изучения руководства и ознакомления с установкой приступить (с разрешения преподавателя) к работе.

Открыв вентиль 10, подать воду в трубное пространство теплообменника (с любым расходом). Путем осторожного открытия вентиля подать пар в межтрубное пространство теплообменника и установить (по манометру 5) давление его около 0,4-0,5 атм, но не выше 1 атм. В течение 3-5 мин, открыв кран 2, произвести продувку межтрубного пространства - удалить из него неконденсирующиеся газы. Одновременно открыть вентиль 3 на обводной линии конденсата для быстрого вывода его из теплообменника.

По окончании продувки и после удаления избыточного конденсата закрыть кран 2 и вентиль 3. Установить некоторый расход воды по ротаметру 9. Численное определение расхода производится с помощью тарировочного графика для ротаметра РС-5, размещенного непосредственно на установке, в зависимости от числа делений, на которое поднимается поплавок ротаметра. В установившемся режиме работы (при данном расходе воды), характеризующимся постоянством температуры воды t2 на выходе из теплообменника, снять показания ротаметра 9 и термометров 7 и 8.

Изменить расход воды и все вышеописанное повторить снова. Рекомендуется провести не менее 10 опытов (при различных расходах воды от минимального до максимального). Давление греющего пара в течение всей работы следует поддерживать постоянным.

После окончания работы закрыть вентиль 4 на паровой линии, а затем через некоторое время вентиль 10 на линии подачи воды. Установку сдать учебному мастеру.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. С помощью таблиц для насыщенного водяного пара [3] по известному давлению определить температуру конденсации греющего пара (горячего теплоносителя) - tк.

2. Определить среднюю разность температур Дti теплоносителей в каждом опыте:

Дti = Д tб, i - Д tм, i / ln (Д tб, i / Д tм, i ),

Д tб, i = tк - t1, i,

Д tм, i = tк - t2, i.

Здесь i - номер опыта (i = 1, 2, 3,…); t1, i - начальная температура воды (ее возможное изменение от опыта к опыту обусловлено не зависящими от экспериментатора причинам), оC; t2, i - конечная температура воды, оC.

При ( Д tб, i / Д tм, i )‹ 2 с достаточной точностью Д ti может быть определена как среднее арифметическое из Д tб, i и Д tм, i .