Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТ ФИЛЬТРОВАНИЯ НА БАРАБАННОМ ВАКУУМ-ФИЛЬТРЕ

В химической и в родственных ей отраслях промышленности широко распространены процессы фильтрования при разделении суспензий. Их значение еще более возрастает сегодня в связи с общим развитием промышленности и увеличением масштабов отдельных производств. Фильтрование обеспечивает почти полное освобождение жидкости от взвешенных частиц.

Для осуществления этого процесса в промышленности применяют многочисленные, весьма разнообразные и часто довольно сложные по конструкции фильтры. Одним из наиболее распространенных видов фильтров являются барабанные вакуум-фильтры.

При проектировании новых фильтровальных установок для расчетов по определению удельной производительности или удельной поверхности фильтрования выбранного фильтра (в том числе барабанного вакуум-фильтра) используют основные уравнения фильтрования, предварительно определив экспериментально некоторые постоянные, входящие в эти уравнения, в частности, удельное сопротивление осадка и сопротивление фильтровальной перегородки. Существует большое число методов определения этих постоянных в уравнениях фильтрования. Наиболее надежным из них является метод, основанный на проведении опытов по фильтрованию в условиях постоянно увеличивающейся толщины слоя осадка.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Закрепить теоретические знания по вопросам разделения суспензий методом фильтрования.

2. Практически ознакомиться с процессом разделения суспензий фильтрованием и с одним из видов фильтровального оборудования - барабанным вакуум-фильтром.

3. Экспериментальным путем определить константы фильтрования: удельное объемное сопротивление осадка и сопротивление фильтровальной перегородки.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (рис.)

Установка смонтирована на базе серийно выпускаемого промышленностью барабанного вакуум-фильтра БОУ 0,25х0,5.

Характеристика фильтра:

- общая поверхность фильтрования Sф, м2………………0,25;

- диаметр барабана, м…………………………………….0,5;

- ширина поверхности фильтрования, м………………..0,16;

- доля общей поверхности фильтрования,

погруженной в суспензию ц…………………………..0,272;

- изменение скоростей вращения барабана…..ступенчатое,

4 скорости.

Устройство барабанного вакуум-фильтра описано в [1, с. 205-207] и с ним необходимо ознакомиться при подготовке к выполнению лабораторной работы. Лабораторный фильтр имеет некоторые индивидуальные отличия от описанного в [1], что становится очевидным при практическом знакомстве с ним. В частности, вакуум создается лишь в ячейках барабана, погруженных в данный момент в суспензию, и в ячейках зоны первого обезвоживания. Остальные ячейки барабана находятся под атмосферным давлением. Разрыхление осадка и регенерация фильтровальной ткани продувкой сжатым воздухом не производятся.

Разделяемая суспензия приготовлена в баке 3 размешиванием мела в воде (твердая фаза суспензии может быть и другой, что следует уточнить у преподавателя или учебного мастера, лаборанта). Подача ее в корыто 2 фильтра осуществляется центробежным насосом 5, производительность которого регулируется краном 6. Уровень суспензии в корыте 2 фильтра поддерживается постоянным с помощью переливной трубы (рис.).

Ячейки фильтра в зонах фильтрования и первого обезвоживания через распределительную головку с помощью резинового шланга соединены со сборником фильтрата (ресивером) 7, находящимся под вакуумом. Вакуум в сборнике фильтрата (ресивере) 7 создается с помощью вакуум-насоса 10, отсасывающего воздух через каплеотделитель 9. Регулировка вакуума производится с помощью вентиля 8, соединяющего ресивер с атмосферой. При полном его закрытии создается максимальный вакуум. Величина вакуума определяется по вакуумметру 11, установленному на вакуум-насосе 10.

Количество фильтрата в ресивере 7 определяется по шкале указателя 13 в литрах. Слив фильтрата из ресивера осуществляется путем открытия крана 12.

Привод барабана состоит из электродвигателя, двух редукторов, соединенных цепными передачами, и коробки передач. Коробка передач дает возможность проводить работы при четырех различных скоростях вращения барабана. Схема переключения скоростей помещена непосредственно на коробке передач. Для нейтрального положения рукоятки переключения скоростей характерно существенное перемещение в вертикальном направлении.



Рис. Принципиальная схема лабораторной установки:

1 - барабан; 2 - корыто для суспензии; 3 - бак для суспензии с мешалкой; 4 - привод мешалки; 5 - центробежный насос; 6 - вентиль для регулировки подачи суспензии в корыто фильтра; 7 - сборник фильтрата (ресивер); 8 - вентиль для регулировки вакуума в барабане; 9 - каплеуловитель; 10 - вакуум-насос; 11 - вакуумметр; 12 - кран для слива фильтрата из ресивера; 13 - указатель объема фильтрата в ресивере (водомерное стекло); 14 - кран для слива суспензии из корыта в бак

Установка необходимой скорости вращения барабана производится поднятием рукоятки коробки передач из нейтрального положения вверх (или опусканием вниз) и последующим передвижением вправо (или влево). Установка соответствующей скорости обеспечивается зацеплением пары шестерен, поэтому затруднения, возникающие иногда при переключении скоростей, объясняются тем, что зубья одной шестерни не попадают между зубьями другой. В этом случае необходимо сдвинуть одну шестерню относительно другой, для чего достаточно немного провернуть вручную барабан. Переключение скоростей надо производить при выключенном приводе барабана фильтра.

Привод качающейся мешалки в корыте фильтра состоит из электродвигателя и редуктора, соединенных цепной передачей. Включение мешалки производится вместе с барабаном одним выключателем.

ПОРЯДОК РАБОТЫ

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

Проверив наличие суспензии в баке 3 (должно быть около 2/3 объема), включить мешалку бака. Установить объем жидкости в ресивере 7 на уровне первых делений указателя 13. Если жидкости нет совсем, то ее следует налить через воздушник при полном открытии вентиля 8 с помощью имеющегося на установке резинового шланга для промывки фильтра (в присутствии преподавателя или учебного мастера). Если жидкости в ресивере много, то слить ее, открыв кран 12. Следует иметь в виду, что при переполнении ресивера фильтрат попадает в вакуум-насос и выводит его из строя.

Величина вакуума в системе определяется по согласованию с преподавателем. Полностью закрытый вентиль 8 обеспечивает максимальный вакуум - максимальную движущую силу процесса фильтрования. Для снижения вакуума следует приоткрыть вентиль 8.

Минут через 10-15 после включения мешалки бака суспензии включить центробежный насос 5 (при закрытом кране 6) и установить некоторый расход суспензии, открывая кран 6. Отобрать из бака 3 пробу суспензии и определить ее плотность (объемно-весовым методом). Температуру суспензии tс считать равной температуре воздуха в лаборатории.

Включить привод барабана 1 вакуумного фильтра. Включить вакуум-насос 10, отметив время включения и объем жидкости в ресивере 7. Этот момент считать началом процесса фильтрования. Дальнейшая работа заключается в измерении объема фильтрата через определенные промежутки времени без съема осадка (при постоянном вакууме). Количество замеров (рекомендуется не менее 10), а также интервалы по времени (или по объему фильтрата) согласовать с преподавателем. Результаты эксперимента фиксировать в таблице нарастающим итогом.

После окончания замеров выключить вакуум-насос 10, центробежный насос 5 и смыть осадок с фильтрующей поверхности барабана с помощью щетки и воды, подаваемой через резиновый шланг, имеющийся на установке.

Замерить скорость вращения барабана, определив время одного или нескольких оборотов.

После этого по указанию преподавателя можно провести работу еще раз при другой скорости вращения барабана или при другом вакууме.

По окончании работы, смыв осадок с фильтрующей поверхности, выключить привод барабана, мешалку бака, поставить переключатель скоростей в нейтральное положение, слить излишки фильтрата из ресивера и произвести необходимую уборку рабочего места. Установку сдать учебному мастеру.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

Фильтрование с помощью барабанного вакуум-фильтра в условиях опыта происходит при постоянной движущей силе - разности давлений до и после фильтрующей перегородки, определяемой величиной вакуума. Подтверждением этого и должны стать периодические замеры вакуума в ходе эксперимента.

Теория фильтрования при постоянной движущей силе изложена в

[1, c. 191-193]. Уравнение фильтрования имеет вид

V2 + 2Rф.п.SV/r0x0 = 2ДpS2ф/мr0x0 ,

где V - объем фильтрата, полученный за время ф , м3; ф - время фильтрования, сек; Rф.п. - сопротивление фильтрующей перегородки, м-1;

S - поверхность фильтрования, м2,

S = ц?Sф ;

r0 - удельное объемное сопротивление осадка, м2; x0 - отношение объема осадка к объему фильтрата (относительная объемная доля твердой фазы в суспензии при полном разделении суспензии на фильтре), м/м3; Дp - движущая сила процесса фильтрования (в условиях данного эксперимента-вакуум, создаваемый вакуум-насосом), Н/м2; м - вязкость жидкой фазы суспензии (воды), н?сек/м2.

Данное уравнение легко приводится [1, c. 195-197] к виду

ф/V = AV + B ,

где А = мr0x0/2ДpS2 и B = м Rф.п./ДpS в условиях эксперимента - постоянные величины (константы уравнения фильтрования).

Константы фильтрации r0 и Rф.п. могут быть вычислены следующим образом.

1. Экспериментальные значения фi и Vi , занесенные в таблицу, выразить в сек и м3 соответственно.

2. Определить отношение ф/Vi .

3. Из выражения для определения плотности суспензии ссусп по известным плотностям твердой ств и жидкой сж фаз

ссусп = ств ц0 + сж (1 - ц0)

найти объемную концентрацию ц0 [м3(тв)/м3(тв+ж)] твердой фазы в суспензии. Плотность дисперсного материала (мела или др.) и плотность воды определить по справочникам в кг/м3.

4. Перевести объемную концентрацию ц0 суспензии в относительную объемную x0 [м3(тв)/м3(ж.)] по формуле

x0 = ц0/1 - ц0 .

5. Методом наименьших квадратов [2, с. 665] найти константы уравнения фильтрования А и В, решая систему двух нормальных уравнений:

1) ? Vi2 + ? Vi B = ? фi

2) ? Vi A + n B = ?(ф/V)I ,

где n - число экспериментов ( I = 1, 2, 3… ).

Рекомендуется исключить из обработки результаты одного - двух первых замеров, чтобы хоть как-то учесть сложные начальные условия реального процесса фильтрования.

6. Путем решения системы уравнений

i. A = м r0 x0 / 2Дp S2

ii. B = м Rф.п. / Дp S

найти константы фильтрования r0 и Rф.п.. Вязкость воды определить по справочнику при температуре воздуха в лаборатории (в Па?с). Величину Дp определить как среднее значение вакуума pвак,I за время опыта.

7. Построить график в координатах (ф/V)I - Vi по результатам обработки экспериментальных данных и установить возможность графического определения констант уравнения фильтрования А и В.

8. Рассчитать скорость вращения барабана n во время эксперимента

(1/мин):

n = N/фб ,

где N - количество оборотов барабана, отмеченных во время замера скорости; фб - время замера, мин.

9. Результаты представить в виде таблицы:

№ замера	Время фi, сек	Объем фильтрата Vi ? 103, м3	(ф/V)I х 10-3, с/м3	pвак.,I, Па	Другие экспериментальные и справочные данные
0. 1. 2. 3.					N =………, об; фб =………, мин; ств. =……, кг/м3; сж. =….., кг/м3; tc =………..0С;

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата II

(297 х 210 мм). 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:

b. описание цели работы;

c. схема лабораторной установки;

d. описание работы установки;

e. методика проведения работы;

f. полученные экспериментальные данные;

g. результаты обработки опытных данных;

h. выводы.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы:

i. убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

j. проверить наличие сухого резинового коврика на полу перед установкой;

k. проверить наличие суспензии в баке 3;

l. определить уровень фильтрата в ресивере 7.

2. Во время работы:

m. строго руководствоваться данными методическими указаниями;

n. не прикасаться руками к вращающимся и двигающимся элементам установки (халат и рукава халата должны быть застегнуты, длинные волосы подвязаны косынкой);

o. пробу суспензии из бака 3 брать при выключенной на короткое время мешалке;

p. не снимать осадок с вращающегося барабана скребком вручную;

q. внимательно следить за уровнем фильтрата в ресивере 7, не допуская его переполнения;

r. не оставлять работающую установку без присмотра;

s. докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру;

t. поддерживать чистоту на рабочем месте.

3. По окончании работы:

u. выключить вакуум-насос, насос подачи суспензии, мешалку бака 3;

v. открыть кран 14 слива суспензии из корыта в бак 3;

w. удалить осадок с фильтровальной поверхности барабана щеткой, подавая воду из шланга (на 1-ой скорости при не слишком обильной подаче воды);

x. выключить привод барабана фильтра;

y. поставить рукоятку коробки скоростей в нейтральное положение;

z. слить фильтрат из ресивера, открыв кран 12 (не полностью);

aa. 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 барабанного вакуум-фильтра.

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какие виды фильтрования принято выделять?

2. Какие фильтровальные перегородки используются в практике?

3. Основные характеристики осадков.

4. Каков физический смысл констант фильтрования?

5. С какой целью производится экспериментальное определение констант фильтрования?

6. Графический метод определения констант уравнения фильтрования.

7. Какой вид фильтрования реализован на лабораторной установке?

8. Устройство и принцип действия барабанного вакуум-фильтра.

9. Принцип действия распределительной головки барабанного вакуум-фильтра.

10. Основные типы фильтров, применяемые в химической промышленности (иметь представление о конструкции, принципе работы, основных достоинствах и недостатках, уметь изобразить принципиальную схему).

Для углубленного ознакомления с процессом фильтрования и оборудованием для его осуществления можно воспользоваться монографией В.А. Жужикова [3] .

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

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

2. Батунер Л.М., Позин М.Е. Математические методы в химической технике. - Л.: Химия, 1968.

3. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. - М.: Химия, 1971.

Работа № 2

ИСПЫТАНИЕ ДВУХКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Выпаривание - это процесс концентрирования растворов практически нелетучих веществ в жидких летучих растворителях, заключающийся в удалении растворителя путем испарения его при кипении.

Концентрирование растворов при выпаривании используют с целью получения либо высококонцентрированных продуктов (например, водных растворов щелочей, солей, некоторых минеральных и органических кислот, многоатомных спиртов и т.п.), либо растворителя в чистом виде (например, питьевой воды при опреснении морской воды выпариванием).

Процессы выпаривания проводят в выпарных аппаратах под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара. При выпаривании под вакуумом в аппарате создается вакуум в результате конденсации вторичного пара в специальном конденсаторе. Неконденсирующие газы удаляют из конденсатора вакуум-насосом.

Выпаривание под вакуумом имеет определенные преимущества. При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах, а также увеличить разность температур между греющим агентом и кипящим раствором. При выпаривании под повышенным давлением вторичный пар может быть использован как греющий агент.

Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Чаще всего в качестве теплоносителя при выпаривании используют насыщенный водяной пар. Его называют греющим или первичным паром. В промышленности наиболее широко распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. Это позволяет значительно уменьшить количество потребляемого свежего пара, т.е. повысить технико-экономические показатели установки.

В зависимости от характера циркуляции раствора в выпарном аппарате различают: 1) выпарные аппараты с неорганизованной, свободной циркуляцией раствора; 2) выпарные аппараты с направленной естественной циркуляцией раствора; 3) выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора. Организованная циркуляция (как естественная, так и принудительная) необходима для увеличения коэффициента теплоотдачи к кипящему раствору, уменьшения скорости отложения твердых веществ на теплообменных поверхностях выпарного аппарата. Выпарные аппараты трех указанных групп выпускают в различном конструктивном исполнении.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Закрепление теоретических знаний в области выпаривания.

2. Практическое ознакомление с процессом выпаривания и работой двухкорпусной выпарной установки непрерывного действия.

3. Экспериментальное определение количества выпариваемой воды.

4. Определение коэффициентов теплопередачи по корпусам выпарной установки.

5. Определение удельного расхода греющего пара.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Установка (рис.1) состоит из двух выпарных аппаратов (корпусов) 1, барометрического конденсатора 5, вспомогательного оборудования и контрольно-измерительных приборов. В каждом выпарном аппарате следует различать две основные части:

1) греющую камеру, в которой происходит кипение раствора;

2) сепаратор, в котором вторичный пар отделяется от раствора;

Корпус 1 - выпарной аппарат с внутренней греющей камерой и центральной циркуляционной трубой (естественная циркуляция р-ра). Аналогично устройство и корпуса II.

Рис.1. Схема двухкорпусной вакуум-выпарной установки:

1 - выпарной аппарат; 2 - бак-хранилище; 3 - сборник;

4 - брызгоулавливатель; 5 - барометрический конденсатор;

6 - барометрический ящик; 7 - барометрическая труба; 8 - вакуумный насос; 9 - конденсатоотводчик; 10 - смотровой фонарь; 11 - водоотделитель;

12 - ротаметр; 13 - сливной бак; 14 - насос.

Выпаривание в 1 корпусе происходит под повышенным давлением около 20 кПа (Ризб. = 0,2-0,4 атм.). Вторичный пар первого корпуса используется как греющий агент для подогревателя II корпуса.

Над раствором во втором корпусе создается пониженное давление (вакуум 350-550 мм.рт.ст.). Поверхность теплообмена в каждом корпусе 1 м2. Установка работает на разбавленных растворах соды (от 3-х до 10% масс), т.к. в этом случае исключается возможность кристаллизации при охлаждении упаренного раствора после второго корпуса. Упариванию подвергается раствор Na2CO3.

Обогрев корпуса 1 осуществляется свежим паром постоянного давления (Ризб. = 2-3 атм.). Вторичный пар из корпуса 1 проходит брызгоотделитель 4 и поступает в греющую камеру корпуса II. Раствор, упаренный до постоянной концентрации (при установившемся режиме) в корпусе 1, под действием разности давлений по трубе гидрозатвора (петля 6м) перетекает в корпус II, где выпаривается до конечной концентрации. Концентрированный раствор отводится в вакуум-сборники 3, работающие попеременно. Опорожнение вакуум-сборников производится по окончании работы (чтобы не изменять начальной концентрации исходного раствора) в бак-хранилище 2 исходного раствора.

Вторичный пар из корпуса II проходит брызгоотделитель 4 и поступает в барометрический конденсатор смешения 5. Охлаждающую воду в барометрический конденсатор подают из городской водопроводной сети. Удаление смеси воды из конденсатора производится самотеком через барометрическую трубу 7 в барометрический ящик 6.

Концентрацию исходного и упаренного растворов после 1 и II корпусов определяют по плотности с помощью табл.2. Плотность растворов измеряют ареометром при 200С. Давления измеряют манометрами и вакуумметрами через отборные устройства Д-1, Д-2, Д-3, Д-4. Измерение температур производят с помощью потенциометра через переключатель по точкам замера (Т-1, Т-2, Т-3, Т-4, Т-5, Т-6).

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Перед началом работы необходимо:

а) закрыть все краны и вентили на линии вакуума В-3, В-4, паровой линии В-2 и линиях раствора В-7, В-6, В-5, В-1, К-3.

б) проверить наличие разбавленного раствора в баке-хранилище 2 (не менее 2/3 объема бака);

в) проверить, опорожнены ли вакуум-сборники 3;

г) закрыть краны на пробоотборниках П-1, П-2, П-3;

д) проверить наличие воды в барометрическом ящике 6.

2. При пуске установки:

а) открыть вентиль В-1, включить насос 14 и подать раствор в корпус 1 до верхней отметки указателя уровня, вентиль В-1 закрыть, насос выключить;

б) открыть вентиль на линии свежего пара В-2 и установить давление в паропроводе Pизб. = 2-3 атм.;

в) продуть через конденсационный горшок 9 и воздушную линию межтрубное пространство корпуса 1, для этого открыть вентиль на конденсационном горшке В-9 и кран на воздушной линии В-8, после 2-3 мин продувки вентиль и кран В-8 закрыть;

г) подогреть раствор в корпусе 1 до 80-90оС, затем давление свежего пара регулировать краном В-2, чтобы держать постоянное давление (Pизб. = 0,2-0,3 атм.) над раствором в корпусе 1.

Уровень раствора в корпусе постоянно держать между рисками на указателе уровня, для чего производить периодическую подачу раствора небольшими дозами - насосом 14.

д) подогретый до 80-90оС раствор в 1-ом корпусе подать во 2-ой корпус, для чего включить вакуум-насос 8, открыть кран В-5, кран подачи раствора во 2-й корпус (уровень раствора во 2-ом корпусе должен быть на уровне риски на водомерном стекле);

е) приоткрыть вентиль В-3 на линии подачи воды в барометрический конденсатор;

ж) как только закипит раствор в 1-ом корпусе, необходимо открыть кран для продувки межтрубного пространства во 2-ом корпусе В-8, через 2-3 мин кран закрыть;

з) как только установится необходимый уровень в 1 и 2 корпусах и раствор закипит во 2-ом корпусе, подключить к корпусу II вакуум-сборники 3, увеличить подачу воды в барометрический конденсатор.

Вакуум над раствором во II-ом корпусе держать 0,45-0,72 атм. - 350-550 мм рт.ст., регулировать краном сброса вакуума В-4 и количеством воды, подаваемой в барометрический конденсатор 5 (вентиль В-3).

Во избежание нарушений нормальной работы установки (попадания холодной воды из барометрического конденсатора во II-ой корпус, срыва вакуума и т.д.) необходимо температуру воды в барометрической трубе держать на уровне 35 + 5оС.

Пустив таким образом всю установку, дать ей работать 30-40 мин обязательно при непрерывной подаче раствора из корпуса 1 во II-ой, регулировать расход подачи раствора во II-ой корпус краном В-5. Через 10 мин брать пробы после 1 и II корпусов (II-2, II-3). Следить за постоянством уровня жидкости в корпусе 1.

Когда установится постоянный режим работы установки (раствор и в 1 и во II корпусах кипит и концентрация растворов по корпусам не изменяется), необходимо снять результаты наблюдений (записать средние показания с контрольно-измерительных приборов). Определить концентрации растворов после 1-го и II-го корпусов (2-3 замера через 10 мин). Определить количество упаренного раствора после II-го корпуса в течение 10-15 мин. Результаты наблюдений свести в таблицу 1.

Таблица 1

Наименование параметров	Время замера
Температура свежего раствора tнач.,оС Температура греющего пара tгр., оС Давление в корпусе PI, атм. Температура кипения раствора tкип.I, оС Температура теплоизоляции tст.I, оС Температура вторичного пара tвт., оС Давление в корпусе PII, атм. Температура кипения раствора tкип. II, оС Температура теплоизоляции tст. II Концентрация разбавленного (исходного раствора) xн Концентрация раствора в корпусе 1 xк1 Концентрация раствора в корпусе II xкII Кол-во упаренного р-ра за 10-15 мин

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. Количество воды, выпаренной в корпусе II:

W2 = Gк (xк2/xн2 - 1),

где Gк - количество упаренного раствора после 2-го корпуса, кг/с;

xк2 - концентрация сухого вещества в концентрированном р-ре после 2-го корпуса, % (масс); xн2 - концентрация сухого вещества в концентрированном р-ре, поступающем во 2-й корпус, % (масс) (табл.2).

Количество воды, выпаренной в корпусе 1:

W1 = Gк1(xк1 / xн1 - 1),

где Gк1 - количество раствора, поступившего во 2-ой корпус, кг/с,

Gк1 = Gк + W2 ;

Xк1 - концентрация раствора после 1-го корпуса, % (масс); xн1 - концентрация раствора, поступающего в 1-й корпус (исходный р-р), % (масс) (табл.2).

2. Расход тепла (Вт) на выпаривание в корпусе I

Q1 = Qподогр. + Qисп. + Qпот. ,

тепло на подогрев исходного р-ра до т-ры кипения в 1-ом корпусе.

Qподогр. = Gм cн1 (tкип.1 - tнач.),

где Gм - количество р-ра, поступающего в 1-й корпус;

cн1 - теплоемкость исходного раствора Дж/(кг?К) (рис.2);

tкип.1 - температура кипения раствора в корпусе 1, оС; tнач. - температура разбавленного (исходного) раствора, оС.

Теплоемкость раствора в зависимости от концентрации его определяют по рис.2.

Тепло на испарение воды из раствора в 1-м корпусе:

Qисп.1 = W1 (i ? в1 - i ?в1),

где i? в1 - энтальпия вторичного пара при давлении в сепараторе корпуса I, Дж/кг; i?в1 - энтальпия воды при tкип.1 , Дж/кг.

Потери тепла в окружающую среду можно вычислить по формуле:

Qпот.1 = б1Fн1(tст1 - tвозд.).

Здесь б1 - коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к воздуху, Вт/(м2?К); Fн1 - наружная поверхность аппарата определяется замером, м2; tст.1 - температура наружной стенки аппарата, оС; tвозд. - температура воздуха в помещении, оC.

При вычислении потерь тепла в окружающую среду суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением от стенки аппарата к воздуху вычисляют по формуле: б1 = 9,74 + 0,07?Дt1,

где Дt1 - разность температур поверхности стенки аппарата и окружающего воздуха, оC.

Расход тепла на выпаривание в корпусе II

Q2 = - Qсамоисп. + Qисп. + Qпот,

Теплота самоиспарения

Qсамоисп. = Gн2 сн2 (tкип1 - tкип2),

где Gн2 - количество раствора, поступающего в корпус II из корпуса I, кг/с; cн2 - теплоемкость раствора, упаренного в корпусе I, Дж/(кг? К);

tкип1 - температура кипения раствора в I корпусе, оC; tкип2 - температура кипения раствора в корпусе II, оC.

Тепло на испарение воды из раствора во 2-м корпусе

Qисп2 = W2 (i?в2 - i?в2),

где i?в - энтальпия вторичного пара при давлении в сепараторе корпуса II, Дж/кг; i?в - энтальпия воды при tкип2 , Дж/кг.

Потери тепла в окружающую среду для корпуса II выпарной установки можно определить по формуле:

QпотII = б2 Fн2 (tст2 - tвозд.).

3. Коэффициент теплопередачи определяют из основного уравнения теплопередачи:

К1 = Q1/F Дtср1 ;

К2 = Q2/FДtср2 ,

где К1,2 - коэффициент теплопередачи по корпусам, Вт/(м2?К); F - поверхность теплообмена, F = 1 м3; Дtср1,2 - разность температур конденсации греющего пара и кипения раствора (для 1-го и 2-го корпусов), 0С.

4. Расход греющего пара находят по формуле

Gгп = Q1/rx,

где Q1 - расход тепла на выпаривание в корпусе I, Вт; r - теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; x - паросодержание (степень сухости) греющего пара (принимаем влажность пара 5%).

Расход греющего пара на 1 кг выпаренной воды определяют по формуле:

d = Gгп/W1 + W2 .

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата А4 (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.

Таблица 2

Зависимость относительной плотности раствора Na2CO3от его концентрации Д = с20р-ра/сH2O = с20р-ра? 10-3

Д	масс. %	Д	масс. %
1,0086 1,0190 1,0294 1,0398 1,0502 1,0606 1,0711 1,0816 1,0922 1,1029 1,1136 1,1244 1,1354 1,1468	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14	1,1468 1,1526 1,1636 1,1747 1,1859 1,1972 1,2086 1,2201 1,2317 1,2434 1,2552 1,2671 1,2790 1,2910 1,3031 1,3152 1,3274	15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31



ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы необходимо:

- убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

- проверить наличие резиновых ковриков перед щитом управления;

- убедиться в отсутствии утечки греющего пара;

- убедиться в отсутствии подтеканий и течи рабочих емкостей, арматуры и в трубопроводах;

- проверить наличие греющего пара и воды.

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными методическими указаниями;

- не прикасаться голыми руками к неизолированным металлическим поверхностям, особенно к паропроводу;

- регулировать подачу исходного раствора, предупреждая переполнение выпарных аппаратов;

- следить за своевременным переключением сборников упаренного раствора;

- при отборе проб соблюдать установленную последовательность открытия и закрытия кранов пробоотборников;

- не оставлять работающую установку без наблюдения;

- докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру.

3. По окончании работы:

- закрыть вентиль на линии подачи пара в выпарной аппарат;

- через некоторое время закрыть вентиль на линии подачи воды на установку;

- слить раствор в емкость слабого раствора из сборников упаренного раствора и выпарных аппаратов;

- 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 выпарных аппаратов, барометрического конденсатора.

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. В чем суть процесса выпаривания и в каких условиях его проводят?

2. Что является движущей силой процесса выпаривания?

3. В чем суть и основное преимущество многокорпусного выпаривания?

4. Чем отличается процесс выпаривания под атмосферным давлением и под вакуумом?

5. Чем отличается процесс выпаривания под атмосферным давлением и под избыточным давлением?

6. Каков физический смысл коэффициента теплопередачи?

7. Почему наличие неконденсирующихся газов в паровом пространстве уменьшает интенсивность теплоотдачи между конденсирующимся паром и греющими трубками?

8. Почему увеличение скорости движения раствора должно приводить к возрастанию коэффициента теплопередачи?

9. Какие слагаемые входят в уравнение теплового баланса выпарного аппарата?

10. На что расходуется тепло, переданное от первичного пара к раствору?

11. Рассказать все о растворных линиях двухкорпусной выпарной установки (используя схему рис.1).

12. Рассказать все о паровых линиях установки (используя схему рис.1).

13. Что является причиной естественной циркуляции раствора?

14. Что такое самоиспарение раствора?

15. При каких условиях возможно это явление?

16. Когда и как надо учитывать самоиспарение при расчетах?

17. Назначение, устройство и принцип действия барометрического конденсатора.

18. Назначение вакуум-насоса на выпарной установке.

19. Назначение, устройство и принцип действия конденсатоотводчика.

20. Основные типы выпарных аппаратов, применяемые в химической промышленности (иметь представление о конструкции, принципе работы, основных достоинствах и недостатках, уметь изобразить принципиальную схему).

21. Из каких основных частей состоит выпарной аппарат?

22. Устройство и принцип действия сепаратора выпарного аппарата.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

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

2. Павлов П.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» - М.; Л.: Химия, 1981.

3. Справочник химика. Том 5. - М.; Л.: Химия, 1966.

4. Романков П.Г. Руководство к лабораторным работам по процессам и аппаратам химической технологии - Л.: Химия, 1969.

Работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ НА ТАРЕЛКАХ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

В химической и в родственных с ней отраслях промышленности для осуществления массообменных процессов в системах жидкость-жидкость, жидкость-газ (пар) наибольшее распространение получили колонные аппараты с тарельчатыми контактными устройствами (тарелками). Достоинствами тарельчатых колонн являются, в частности, меньший (по сравнению с насадочными) вес при одинаковой производительности, устойчивая работа при изменении нагрузок и др.

В массообменных колоннах применяются тарелки различных конструкций, существенно различающиеся по своим рабочим характеристикам и технико-экономическим данным. В настоящее время известны сотни различных конструкций тарелок, однако универсальной нет.

Сведения о них приведены в [1, с. 475-480; 2, с.69-79]. Ориентировочные сравнительные данные по наиболее распространенным тарелкам приведены в таблице балльных оценок, помещенной в конце работы № 3 (табл.3).

Основное требование к контактным устройствам заключается в том, чтобы привести в тесное взаимодействие рабочие среды и создать непрерывное и интенсивное обновление поверхности фазового контакта на них. Это осуществляется различными способами для тарелок разных типов.

Однако во всех случаях увеличение относительной скорости взаимодействующих фаз приводит к увеличению турбулентности двухфазного порока и, следовательно, к увеличению скорости обновления поверхности. Но, с другой стороны, возрастание брызгоуноса, неизбежно сопровождающее рост скорости газового (парового) потока, приводит к ухудшению эффективности работы тарелок.

Таким образом, эффективность массообмена в значительной мере определяется гидродинамическими условиями на тарелке. В зависимости от величины и соотношения нагрузок по газовой (паровой) и жидкой фазам наблюдаются различные гидродинамические режимы [1, с. 449-450, 2, с. 71-78]. Нормальный режим работы тарелок с организованным переливом соответствует таким нагрузкам, при которых газ (пар) равномерно проходит через все свободное сечение тарелки, а жидкость сливается с нее через переливное устройство.

Рабочие характеристики тарелок и их возможности при реализации того или иного массообменного процесса в значительной мере определяются сопротивлением тарелок потоку газа (пара), рассчитать которое предварительно не всегда возможно. В связи с этим часто возникает необходимость в экспериментальном исследовании гидродинамического сопротивления тарелок, его зависимости от геометрических характеристик их и нагрузок по фазам, чему и посвящается данная лабораторная работа.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Закрепить теоретические знания по гидродинамике тарельчатых контактных устройств колонных массообменных аппаратов.

2. Практически ознакомиться с некоторыми конструкциями тарелок и их работой. Приобрести навыки визуального определения различных гидродинамических режимов.

3. Экспериментально определить зависимость гидравлического сопротивления сухой тарелки от скорости газа (воздуха), коэффициент сопротивления ее.

4. Экспериментально определить зависимость гидравлического сопротивления тарельчатых контактных устройств от скорости газа (воздуха), расхода жидкости (воды) и высоты сливного порога.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (рис.1)

Установка предназначена для исследования гидродинамических режимов работы контактных устройств колонных массообменных аппаратов в системе газ (воздух) - жидкость (вода), для визуального наблюдения за гидродинамикой газожидкостного слоя и определения характера гидродинамического режима.

Она оборудована измерительными приборами и устройствами, необходимыми для достижения сформулированных в п. 1 целей. Ниже дается подробное ее описание.

Установка состоит из колонны, выполненной из двух царг 1, 2. Нижняя царга 2 является продолжением бака-хранилища жидкости. В днище бака введены шесть распределительных труб 5, через которые воздух поступает в колонну. Сверху трубы покрыты колпачками. Бак имеет указатель уровня жидкости 8 и штуцер для залива и слива жидкости (воды). Верхняя царга 1 - подъемная. Для облегчения подъема она уравновешена двумя противовесами (на схеме не показаны). Уплотнение между неподвижной крышкой колонны 6 и верхней царгой 1 выполнено в виде гидравлического затвора 7. В царгах имеются окна для наблюдения за процессом на тарелке и сливом воды, кроме того через окно в верхней царге устанавливаются сливные перегородки (пороги) 4. Исследуемые тарелки 3 зажимаются между фланцами верхней и нижней царг колонны. Воздух в колонну подается центробежным вентилятором 10 (марка Ц 4-70 № 3), присоединенным всасывающим патрубком через трубопровод к патрубку на крышке 6. Регулирование расхода воздуха производится заслонкой 16. Для измерения расхода воздуха на трубопроводе установлена мерная диаграмма 11, подключенная к дифманометру 12. Потери напора воздуха, проходящего через тарелку (гидродинамическое сопротивление), замеряются дифманометром 13. Вода из бака-хранилища 2 на тарелки подается насосом 9 через ротаметры 14. Расход воды в соответствии с показаниями ротаметра определяется по тарировочному графику, помещенному на приборном щите. Изменение и регулировка его осуществляются с помощью вентилей 17.

Для подъема верхней царги аппарата предусмотрен гибкий участок трубопровода 15. 18-21 - запорная арматура.

Для исследований в ходе лабораторной работы предлагаются следующие пять контактных устройств - тарелок.

Ситчатая тарелка [1, с. 451; 2, с. 72] представляет собой перфорированную пластину. Диаметр отверстий - 2,5 мм, шаг отверстий - 11 мм. Свободное (живое) сечение тарелки - отношение площади отверстий к площади тарелки - 3,9%.

Клапанная тарелка с круглыми (дисковыми) клапанами (типа «флекситрей») [1, с. 453; 2, с. 73] представляет собой тарелку с переменным проходным сечением для газа (пара), обеспечиваемым различной высотой поднятия круглых клапанов (крышек, закрывающих под действием силы тяжести отверстия в перфорированной пластине) с верхними ограничителями при изменении нагрузки по газовой (паровой) фазе. Диаметр отверстий - 8 мм, шаг отверстий - 40х50 мм, диаметр клапана - 31 мм, максимальный подъем клапана - 3 мм, свободное сечение тарелки - 2%.

Клапанная тарелка с пластинчатыми клапанами [1, с. 453; 2, с. 74]. Так же, как и предыдущая, это тарелка с переменным проходным сечением по газу (пару). Пластина тарелки имеет прорези прямоугольной формы, которые перекрываются L -образными пластинчатыми клапанами.

В нерабочих условиях клапан под действием собственного веса закрывает прорезь, в рабочих условиях поток газа (пара) поднимает более легкую часть клапана (широкую его полку), проходя в образовавшуюся щель под углом к плоскости тарелки в сторону движения жидкости по ней. При дальнейшем возрастании нагрузки по газовой (паровой) фазе клапан поднимается полностью, удерживаемый в этом положении верхними ограничителями.

Ширина прорезей - 12 мм, длина прорезей - 120 мм, расстояние между ними - 24 мм, свободное сечение тарелки - 16%.

Тарелка из S -образных элементов («Юнифлюкс») [4, с. 509].

Штампованные S -образные элементы, из которых собирается тарелка, образуют колпаки с односторонним выходом, открытые таким образом, что газ (пар) выходит в том же направлении, что и текущая на тарелке жидкость. Это содействует движению последней в сторону перетока, уменьшает разность уровней жидкости на тарелке и снижает сопротивление движению газа (пара). Свободное сечение тарелки - 55%.

Тарелка многократного массообмена или рециркулярная (рис.2).

Эта тарелка используется в процессах абсорбции и ректификации при повышенных давлениях порядка 6 Мпа, т.е. в условиях высокой плотности паров. Принцип работы тарелки в следующем. Газ (пар), поднимаясь по колонне, проходит через круглые отверстия нижней ступени и контактирует с жидкостью, находящейся на тарелке, образуя барботажно-пенный слой. Этот слой течет над открытыми ящиками, попадает в них и успокаивается, благодаря чему образуется перепад давлений, из-за чего жидкость вытекает из ящика через отверстия в нем и снова попадает на то место тарелки, которое она уже прошла.

Свободное сечение тарелки -4,3%.

Рис. 2. Схема тарелки многократного массообмена

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

После внимательного ознакомления с лабораторной установкой (см. рис.1) и получения допуска к работе приступить к ее выполнению.

При отсутствии или малом количестве воды в баке-хранилище (устанавливается по водомерному стеклу 8) заполнить его водой до контрольной отметки на водомерном стекле (допустимо незначительное отклонение). Заполнение бака водой, в силу особенностей данной лабораторной установки, производится через гидрозатвор 7, для чего следует открыть вентиль 19. Заполнив гидрозатвор, тем самым обеспечив требуемую герметичность установки, вода будет поступать в бак-хранилище, что фиксируется визуально через смотровые окна. После заполнения бака-хранилища вентиль 19 закрыть.

Установка (смена) переливного порога 4 производится через прямоугольный люк на верхней царге 1 в следующей последовательности. Отвернуть гайки на болтах, удерживающих крышку, снять ее, вынуть металлическую пластинку - переливной порог 4 из пазов, в которые он вставлен, и установить на его место другой. После этого плотно закрыть крышку люка.

Для смены контактного устройства необходимо:

- освободить от болтов фланцы, соединяющие царги колонны 1 и 2;

- поднять верхнюю царгу до упора в штыри;

- тщательно установить исследуемую тарелку 3 в углубление фланца нижней царги колонны;

- опустить верхнюю царгу колонны и затянуть фланцы болтами.

Установив в колонну, по согласованию с преподавателем, нужную тарелку, приступить к гидродинамическим исследованиям. Сопротивление при прохождении газа (пара) через тарелку складывается из сопротивления сухой тарелки Дpс.т. , сопротивления слоя газожидкостной эмульсии Дpсл. на ней и сопротивления, обусловленного силами поверхностного натяжения жидкости Дpу. Величиной последнего для данных контактных устройств в условиях опыта можно пренебречь.

1. Гидравлическое сопротивление сухой тарелки.

Установив заслонку 16 (рис.1) на линии выхода воздуха из колонны в положение «закрыто», включить вентилятор 10, после чего установить некоторый расход воздуха, фиксируя рукоятку заслонки 16 в одном из рабочих положений. Для определения величины расхода воздуха снять показания дифманометра 12, соединенного с диафрагмой 11. Сопротивление сухой тарелки определить по показаниям дифманометра 13.

Повторить этот эксперимент еще пять-шесть раз, устанавливая в каждом случае новый расход воздуха (фиксируя рукоятку заслонки 16 в новом положении). Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1

Номер опыта, i	Сопротивление сухой тарелки	Сопротивление диафрагмы Дpдиаф. мм вод.ст	Скорость воздуха	Температура воздуха t, oС
	ДHс.т., мм вод.ст	Дpс.т., Па		w, м/с	w0, м/с

2. Гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки Дpор..

В соответствии с целью лабораторной работы решается задача экспериментального исследования гидравлического сопротивления орошаемой тарелки выбранной конструкции от скорости газа (воздуха) w, объемного расхода жидкости (воды) L и от высоты газожидкостного слоя на тарелке (от высоты сливного порога - h). Для этого, как и в предыдущем эксперименте, включив вентилятор, установить некоторый произвольный расход воздуха. Предварительно зафиксировать величину высоты сливного порога, установленного на тарелке к началу работы.

При закрытых вентилях 17 (рис.1) на линии подачи воды включить насос 9. Плавно открывая один из вентилей 17, подать воду на тарелку с некоторым расходом, ориентируясь по числу делений ротаметра. Для обеспечения больших расходов воды открыть второй вентиль 17, пустив воду двумя параллельными потоками. Общий расход определить как сумму расходов по показаниям обоих ротаметров.

Изменением расхода воздуха установить на основе визуальных наблюдений через смотровые окна приемлемый гидродинамический режим работы тарелки, избегая проваливания жидкости и существенного брызгоуноса. При этих условиях определить и занести в табл.2 показания дифманометров 12 (сопротивление диафрагмы - ДHдиаф.) и 13 (сопротивление орошаемой тарелки - ДHор.), показания ротаметра - N, высоту сливной перегородки - h, определяющую высоту газожидкостного слоя на тарелке.

При той же сливной перегородке повторить опыт еще не менее двух раз. После чего выключить насос 9 и вентилятор 10, закрыть заслонку 10 и вентили 17.

Такие же эксперименты провести с тремя другими сливными перегородками. Высоты сливных перегородок, предлагаемых для исследования: 50 мм, 77 мм, 107 мм, 125 мм.

По окончании работы выключить насос 9, вентилятор 10, закрыть вентили 17 и заслонку 10. Привести в порядок рабочее место. Сдать установку учебному мастеру (лаборанту).

Таблица 2

Номер опыта,i	Сопротивление орошаемой тарелки	Показания ротаметра N, дел.	Массовый расход L, м/с	Скорость воздуха	Высотасливной перегородки h?103, м
	ДHор., мм вод.ст	Дpор., Па			ДHдиаф., мм вод ст	w, м/с

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. Определить скорость воздуха wi (м/с) в полном сечении аппарата по формуле

Wi = 0,0857 v ?Hдиаф.i ,

где ?Hдиаф. I - сопротивление диафрагмы, мм вод.ст. (табл. 1);

i - номер опыта (табл. 1).

2. Определить скорость воздуха w0i (м/с) в свободном сечении тарелки:

W0i = Wi / f.

Здесь f - свободное (живое) сечение тарелки (в долях единицы - см. п. 2).

3. Определить коэффициент сопротивления жi сухой тарелки из формулы

ДPс.т.i = жi с W0i2 / 2

Какi = 2 ДPс.т.i / с W0i2 .

Здесь ДPс.т.i - сопротивление сухой тарелки, определенное в I -том опыте, Па,

ДPс.т.i = с g ДHс.т.i ;

с - плотность воздуха, кг/м3 (определить при температуре воздуха в лаборатории); g - ускорение силы тяжести, м/с2; ДHс.т.i - сопротивление сухой тарелки, определенное экспериментально, мм вод.ст. (см. табл.1).

4. Определить среднее значение коэффициента сопротивления сухой тарелки

ж = 1/n У жi , i = (1, 2, …, n).

5. Из условия аддитивности полного гидравлического сопротивления орошаемой тарелки

Дpор. = Дpс.т. + Дpсл. + Дpх

и пренебрегая величиной Дpх сопротивления, обусловленного силами поверхностного натяжения, определить гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя на тарелке:

Дpсл.i = Дpор.i - Дpс.т.i .

6. Определить расход воды Li (м3/с) в каждом опыте по формуле

Li = (330,6 + 5,333?Ni)? 10 -6

или по тарировочному графику, помещенному на приборном щите установки.

Здесь Ni - число делений ротаметра (табл.2).

7.Определить скорость воздуха W0i в опытах с орошаемой тарелкой, как в п.п.1,2.

8. Результаты расчетов по п.п. 5-7 занести в табл. 2.

9. Аппроксимировать данные табл. 2 зависимости Дpсл. = f (W, L, h) степенным уравнением вида

Дpсл. = А W0 a L в h c .

Метод определения постоянных А, а, в, с выбрать самостоятельно.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата А4 (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.

Обозначения типов тарелок, принятые в табл. 3:

1 - колпачковая с круглыми колпачками,

2 - колпачковая с прямоугольными колпачками,

3 - из S -образных элементов («Юнифлюкс»),

4 - ситчатая с переливом,

5 - ситчатая с направляющими отбойниками,

6 - клапанная с круглыми клапанами,

7 - клапанная с прямоугольными клапанами,

8 - балластная,

9 - колпачково-ситчатая,

10 - решетчатая провальная,

11 - дырчатая провальная,

12 - трубчатая провальная,

13 - волнистая провальная,

14 - провальная с разной перфорацией,

15 - Киттеля,

16 - чешуйчатая,

17 - пластинчатая,

18 - гипронефтемаша,

19 - каскадная,

20 - Вентури.

Соответствие каждой тарелки тому или иному показателю оценено по шкале:

0 - не пригодна;

1 - сомнительно пригодна (целесообразно рассмотреть возможность замены другим типом);

2 - пригодна;

3 - вполне пригодна;

4 - хорошо пригодна;

5 - отлично пригодна.



При выборе тарелки должны учитываться лишь важнейшие для данного конкретного случая показатели. Тарелки, для которых одному из предъявляемых требований соответствует балл 0, отвергаются. Для остальных тарелок баллы суммируются по всем выдвинутым показателям. Самой пригодной можно считать тарелку, для которой сумма баллов наибольшая. Для окончательного выбора надо рассмотреть оценки по отдельным показателям, обращая внимание на баллы 1 и 5. Решение о выборе обычно является компромиссным между желательными и

нежелательными характеристиками. При этом учитывают и такие факторы, как опыт промышленной эксплуатации, возможность быстрого изготовления и т.д. Окончательный выбор конструкции тарелки делается по результатам технико-экономического сравнения.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы необходимо:

- убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки,

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

- проверить наличие и уровень воды в баке-хранилище 16 по водомерному стеклу 8.

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными методическими указаниями,

- при завинчивании и отвинчивании гаек пользоваться только исправными гаечными ключами (без забоев, трещин и т.п.), соответствующими размерам гаек,

- работы с гаечным ключом проводить в рукавицах, аккуратно, не допуская срыва ключа с гайки,

- после подъема подвижной царги 1 для смены тарелки установить в разъеме между фланцами деревянный брусок соответствующего размера для предотвращения аварийного опускания царги,

- следить за уровнем воды в баке-хранилище, не допуская его переполнения (выше контрольной отметки на водомерном стекле),

- включать насос подачи воды 9 только при закрытых вентилях 17 на ротаметрах,

- не оставлять лабораторную установку без присмотра,

- о всех замеченных неполадках докладывать преподавателю или учебному мастеру,