3. Определить величину удельного теплового потока

qi = сi Vi ci (t2, i - t1, i)/ F.

Здесь qi - удельный тепловой поток, Вт/м2; сi, ci - плотность и теплоемкость воды при ее средней температуре ti, кг/м3 и Дж/кг?К (соответственно);

ti = tк - Д ti;

Vi - объемный расход воды, м3/с; Vi = (50 + 2,91 Ni)? 10-6 или по тарировочному графику; Ni - число делений ротаметра; F - поверхность теплопередачи, м2;

F = р? d1? l? n,

Рис. Схема лабораторной установки для исследования процесса теплопередачи в кожухотрубчатом теплообменнике:

1 - кожухотрубчатый теплообменник с Э - образными трубами;2 - кран для продувки межтрубного пространства; 3 - вентиль для быстрого слива конденсата; 4 - регулирующий вентиль на линии греющего пара; 5 - манометр; 6 - запорный вентиль (нормально открыт); 7, 8 - точки замера температуры воды (термометры); 9 - ротаметр; 10 - регулирующий вентиль на линии холодной воды; 11 - конденсатоотводчик (шайба).

d1 - внутренний диаметр трубы , м; l - полная длина одной трубы, м; n - число труб в теплообменнике.

4. Определить коэффициент теплоотдачи б1, i от конденсирующегося пара к наружной стенке трубы по эмпирической зависимости для одиночной горизонтальной трубы [3, с. 163]:

б1,i = 0,645 л (с2r g/м d2)1/3? q-1/3,

где с, л, м - плотность, коэффициенты теплопроводности и вязкости конденсата (взять при температуре конденсации), соответственно кг/м3; Вт/м?К; Н?с/м2; g - ускорение свободного падения, м/с2; r - удельная теплота конденсации (парообразования), Дж/кг; d2 - наружный диаметр трубы, м.

5. Определить среднюю температуру внутренней стенки трубы tст.i, исходя из условия постоянства величины теплового потока в установившемся режиме работы и заменяя действительную цилиндрическую стенку условной плоской:

tст.i = tк - qi (1/б1,i + д/лст + 1/1/rзагр),

где д - толщина стенки трубы, м; лст - коэффициент теплопроводности материала стенки трубы (стали), Вт/м? К; 1/rзагр - тепловая проводимость загрязнений внутренней стенки трубы, Вт/м2?К (принять для воды по [3]).

6. Для каждого опыта определить значение коэффициента теплоотдачи б2,I от внутренней стенки трубы к воде (холодному теплоносителю):

б2,i = qi / tст,i - ti .

7. По результатам эксперимента построить график зависимости коэффициента теплоотдачи б2,i от скорости движения воды щi в трубах теплообменника. Скорость воды определить предварительно по уравнению расхода:

щi = Vi / S,

где S - площадь поперечного сечения потока воды, м2;

S = р d12/4? n.

8. Рассчитать значения коэффициентов теплоотдачи от стенки к воде б2,i,расч. с помощью эмпирических уравнений для теплоотдачи при вынужденном движении теплоносителей в прямых трубах. Расчетные формулы подобрать самостоятельно из рекомендованных литературных источников [1-3] в зависимости от гидродинамического режима течения воды в трубах теплообменника.

9. Проиллюстрировать сходимость экспериментальных результатов б2,i с расчетными б2,i, расч., построив корреляционный график в координатах б2,i - б2,i,расч..

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.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы:

- убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

- убедиться в наличии греющего пара и воды.

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными указаниями;

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

- внимательно следить за величиной давления греющего пара, не допуская его повышения сверх максимально установленного;

- не оставлять работающую установку без наблюдения;

- докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру.

3.По окончании работы:

- закрыть вентиль 4 на линии подачи пара в теплообменник;

- по истечении некоторого времени (примерно 5 мин) закрыть вентиль 10 на линии подачи воды в теплообменник;

- сдать установку дежурному учебному мастеру (лаборанту).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель данной лабораторной работы?

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

3. Тип теплообменника и его устройство.

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какая разница между процессами теплоотдачи и теплопередачи?

2. В каком случае реальную цилиндрическую стенку можно считать условно плоской?

3. Какой критерий подобия является определяемым для теплообмена при вынужденной конвекции?

4. Зависит ли вид критериального уравнения для теплоотдачи без изменения агрегатного состояния при движении жидкости по прямым трубам от гидродинамического режима потока?

5. Каковы основные достоинства и недостатки водяного пара и воды как теплоносителей?

6. Основные типы теплообменников (иметь представление о конструкции, принципе работы, основных достоинствах и недостатках, уметь изобразить принципиальную схему).

7. Из каких отдельных элементов состоит кожухотрубчатый теплообменник?

8. Какие устройства для компенсации температурных удлинений используются в кожухотрубчатых теплообменниках?

9. В каких случаях могут применяться теплообменники без компенсации разности температурных удлинений?

10. Как крепятся трубы в трубной решетке теплообменника?

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.1. - М.: Химия, 1995.

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

Работа № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ДВУХШНЕКОВЫХ ДОЗАТОРАХ

Развитие промышленного производства и перевод его на непрерывные технологические процессы требуют новых технических решений при дозировании материалов.

Процесс непрерывного дозирования представляет собой выдачу непрерывным потоком заданного количества материала или отдельных его компонентов с отклонениями не больше допустимых в элементах потока, соответствующих установленным промежуткам времени.

Устройства для реализации процесса непрерывного дозирования называются дозаторами непрерывного действия.

К настоящему времени разработано значительное количество дозаторов [1, 4] и непрерывное дозирование широко применяется для подачи: угля в мельницы и угольной пыли в топки [4], компонентов бетона [1], в углеподготовках коксохимических производств [3], в производстве удобрений, рудной массы и флотоагентов при водоподготовке [2] и т.д.

При использовании влажных и плохо «текучих» материалов шнековые дозаторы обеспечивают высокую работоспособность, в то время как ленточные и вибрационные дозаторы для такого типа материалов не применяются.

В общем случае сдозированный поток материала при входе в реактор должен иметь наиболее развитую внешнюю поверхность для фазового контакта, которая может быть увеличена за счет действия разбрызгивателя, устанавливаемого после дозатора, или за счет увеличения скорости ввода в реактор дозируемого компонента при заданной производительности.

Перечисленные условия успешно выполняются на установке шнековых дозаторов, но их ускоренному внедрению препятствует отсутствие обоснованных данных о точности дозирования в сопоставимых с традиционным порционным дозированием величинах.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с процессом дозирования сыпучих материалов, с конструкцией и работой двухшнековых дозаторов непрерывного действия, исследование кинетики процесса дозирования и основных рабочих характеристик дозаторов: производительности, стабильности дозирования, расхода мощности.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Исследовательская работа выполняется на двухшнековых дозаторах трех типоразмеров (диаметр винтов-шнеков: 52, 40, 25 мм), принципиальная схема установки которых представлена на рисунке.

Принципиальная электрическая схема включения двигателя дозатора (а) и тахогенератора (б).

Рис. Схема установки дозаторов.

В корпусе 1 размещено два двухзаходных шнека 2, 3 на валах 4, 5, закрепленных в подшипниках 6; шестерни 7 обеспечивают синхронное вращение шнеков. Исходный материал загружается в бункер 8.

На одношнековом дозаторе работу также можно выполнить, если тангенциальная сила трения между материалом и корпусом больше, чем тангенциальная сила трения между материалом и шнеком. Эти ограничивающие условия устраняются при компоновке в одном корпусе двух шнеков, оси которых параллельны и спираль одного шнека входит во впадину другого.

Профиль нитки спирали шнека в виде трапеции с треугольником при вершине обеспечивает более полное заполнение полости шнека и устраняет захватывание и истирание частиц материала в зазоре между корпусом и спиралью шнека.

У двухзаходного шнека на его забирающей части одна спираль частично срезана, что обеспечивает подпрессовывание материала в полость корпуса, и заполнение материалом рабочей зоны стабилизируется независимо от высоты материала в бункере.

Такие конструктивные формы исполнения обеспечивают условия работы дозаторов, при которых производительность изменяется пропорционально скорости шнеков в широком интервале скоростей, что наблюдалось при испытаниях с суперфосфатом, речным песком, гипсом, древесным углем, порошком пластмасс.

Характер пропорциональной зависимости производительности от скорости вращения шнеков позволяет наиболее просто автоматизировать привод дозатора.

Ведущий вал шнека соединяется с валом червячного редуктора, который приводится во вращение электродвигателем постоянного тока (II-22, 1 кВт, 1500 об/мин), предусмотрен также привод шнеков через центральный привод, т.е. непосредственно от электродвигателя постоянного тока, выполненного в виде мотор-весов.

Число оборотов электродвигателя регистрируется вольтметром тахогенератора.

Регулирование числа оборотов шнеков дозатора осуществляется изменением числа оборотов электродвигателя путем введения сопротивления в обмотку якоря, а также регулированием напряжения, подаваемого с автотрансформатора на выпрямитель.

На выходной части корпуса дозатора установлена перекидная заслонка, передвижением которой изменяют направление потока материала, что необходимо при отборе проб.

Для проведения процесса дозирования выбираются сыпучие тонкодисперсные материалы.

Физико-механические свойства компонентов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование компонента	Насыпная плотность, кг/м3	Средний диаметр частиц, мм	Примечание
Крахмал Отруби Пшено Крупа и т.д.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

С преподавателем согласовать выбор размера дозатора и схему его привода.

Включить выпрямитель и регулировочным реостатом обеспечить холостой ход шнеков дозатора. При работе с центральным приводом снять зависимость окружного усилия от скорости вращения шнеков. Окружное усилие замеряется по показаниям динамометра, прикрепляемого к диску мотор-весов и раме установки. Отключить привод дозатора и загрузить материал в бункер дозатора (выбор материала согласовать с преподавателем). Включить привод дозатора и установить соответствующую скорость вращения шнеков, которая регистрируется по показаниям вольтметра тахогенератора или счетчику оборотов. Рекомендуемые примерные интервалы скоростей шнеков: 15, 30, 60, 120, 240, 480 об/мин.

При каждой скорости отобрать по 10 проб сдозированного материала. Экспозиция отбора пробы 15…60 с при непрерывной работе дозатора.

Каждую пробу взвесить с точностью 0,1 г, используя весы ВНЦ-02 типа ВНЦ ГОСТ 1327-55.

Для каждой скорости дозатора в табл. 2 занести величины сил, регистрируемых на динамометре, подсоединенном к мотор-весам, если последние введены в работу.

По окончании работы необходимо освободить дозатор от материала и ссыпать его в соответствующие емкости для хранения.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. Для каждой скорости дозатора рассчитать коэффициент неоднородности работы дозатора по формуле

V = 100/Gср. v? (G i - G ср.)2/n - 1, %,(1)

где Gi и Gср. - массы отдельной пробы и среднеарифметическая масса пробы из n проб.

2. Рассчитать производительность дозатора для каждой скорости шнеков [5]

Q = р/4 (D2 - d2)?S?гнасц?C?n?60, кг/час,(2)

где D - наружный диаметр шнека, мм (52, 40, 25); d - внутренний диаметр шнека, мм (28, 20, 12); S - шаг спирали шнека, мм (56, 40, 25); гнас - насыпная плотность материала, кг/м3; ц - коэффициент заполнения, ц = 0,8; C - коэффициент, зависящий от угла перекрытия спиралей шнеков, их числа и геометрических параметров спиралей,

при D = 52 мм коэффициент C =1,91;

при D = 40 мм -“- C = 1,82;

при D = 25 мм -“- C = 1,79;

n - число оборотов шнеков, об/мин.

3. Построить график зависимости массы пробы от порядкового номера пробы - времени отбора пробы.

4. Построить график зависимости коэффициента неоднородности работы дозатора от скоростей дозирования (чисел оборотов шнеков).

5. Построить графики практической и теоретической производительностей вычисленных по формуле 2, при различных скоростях дозирования.

6. Рассчитать поправочный коэффициент для формулы 2 из условия, чтобы Qпракт./Qтеор. = 1 для соответствующих скоростей шнеков.

7. Построить график потребляемой дозатором мощности для различных скоростей шнеков, используя формулу:

Mкр. = P? r = 100000 N/n,

где P - усилие на динамометре, Н; r - радиус шкива мотор-весов, см; N - мощность, потребляемая дозатором, кВт; n - скорость вращения шнеков, об/мин.

8. Данные опытов и расчетов свести в табл. 2, оформить отчет с основными выводами по работе.

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.

Таблица 2

Данные по определению производительности, нестабильности работы дозаторов и усилий на динамометре мотор-весов (пример заполнения таблицы на один диапазон скорости)

№ пр.	Скорость шнеков, об/мин	Масса пробы, г, за время 30с	Qпракт., кг/ч	Qтеор., кг/ч	Gi - Gср.	(Gi - Gср.)2	V, %	Сила на моторвесах P, H
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	24 - “ - - “ - - “ - - “ - - “ - - “ - - “ - - “ - - “ -	400 402 401 400,5 403 404 400 401 402 403			1,65 0,35 0,65 1,1 1,35 2,35 1,65 0,65 0,35 1,35	2,72 0,12 0,42 1,21 1,82 5,52 2,72 0,42 0,12 1,82
		ср. 401,65	48,198	45			0,01

Материал - крахмал, влажность Wотн. = 10%, дозатор D = 52 мм.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Электродвигатель установки дозаторов, их электрооборудование и электроразводящие элементы должны быть заземлены.

2. Муфты привода и вращающиеся открытые элементы установки должны иметь защитные ограждения.

3. Не применять при исследовании процесса дозирования токсичные материалы.

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. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

4. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какие типы дозаторов используются для различных материалов: жидких, влажных, сухих, пастообразных?

2. Как оценивается качество дозирования продуктов?

3. Какие дозаторы (по принципу действия) применяются для аппаратов типа идеального вытеснения и идеального смешения?

4. Каково должно быть распределение частиц компонента, вводимого в тот или иной тип аппарата?

5. Какие существуют методы борьбы со сводообразованием материалов в бункерах при подаче их в дозаторы?

6. С какой целью в корпусах дозаторов устанавливают несколько шнеков?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Виденеев Ю.Д. Дозаторы непрерывного действия. - М.: Энергия, 1978.

2. Волчек И.С., Гуревич А.Л., Лютков Ю.М. Схемы автоматизации материальных потоков в химических производствах // Механизация и автоматизация производства. - 1971. - № 8.

3. Гегешидзе М.В., Карпин Е.В., Сигуа Р.И., Тавзаде Р.А. Автоматическое весовое дозирование на аглофабриках черной металлургии с применением средств вычислительной техники. - М.: ЦНИИТЭИ - приборостроения, 1970.

4. Орлов С.П. Автоматические весовые дозаторы непрерывного действия. - М.: Машиностроение, 1967.

5. Кантарович З.Б. Машины химической промышленности. - М.: Машиностроение, 1965.

Грузнов Г.Ф. Машины для переработки пластических масс. - М.; Л.: Машиностроение, 1966.

Работа № 9

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАТРАТ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МЕХАНИЧЕСКИМИ МЕШАЛКАМИ

Механические мешалки широко применяются в химической и родственных ей областях промышленности для перемешивания жидкостей, растворения различных суспензий, паст и т.д.

Достоинство мешалок заключается в простоте конструкций и в удобстве обслуживания.

Важнейшей характеристикой работы мешалки является расход энергии, который может быть определен экспериментально.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы - практическое ознакомление с работой механического перемешивающего устройства, закрепление теоретических основ гидромеханических процессов, исследование влияния конструкции мешалки и скорости ее вращения на затраты потребляемой мощности, приобретение навыков в обработке экспериментального материала.

ПОРЯДОК РАБОТЫ

1. Ознакомиться с конструкцией мешалки и ее приводом.

2. Установить лопасть на вал, замерить размеры лопасти и корпуса (рис.).

3. Залить жидкость в емкость, замерить ее температуру и определить вязкость, используя таблицы и формулы работы [3].

4. Включить кнопку «пуск», замерить показания динамометра при пуске и рабочем режиме мешалки. Регулировка скорости вращения вала мешалки ведется вручную регулировкой автотрансформатора.

5. Замерить число оборотов вала мешалки.

6. Повторить эксперимент по п.п. 4 и 5 при различных интервалах скорости вращения вала мешалки (рекомендуется 10 скоростей).

7. Все результаты измерений свести в таблицу. Опытные данные расхода мощности, полученные при различных скоростях вращения мешалки и вычисленные по формуле (9), сравниваются с расходом мощности, вычисленной по формулам (2), (3) и (7). Расхождение выразить в %. Все результаты расчетов свести в таблицу.

Таблица

Тип мешалки, ее размеры, мм	Плотность среды	Вязкость среды	Число оборотов мешалки	Крит. Рейнольдса	Усилие при пуске и работе на динамометре	Крутящий момент при пуске и работе	Расход мощности при пуске и работе (опытный)	Коэф. полезного действия	Расход мощности при пуске и раб. (расчёт)
			n	Re	Pn;Pp	M кр n; M кр p	Nn0; Np0		Nn; Np
Лопастная d=315 D=400 H=330 H0=230 y=40 h=20

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

Теоретический анализ вопроса и результаты опытов показывают, что мощность зависит от вязкости и плотности перемешиваемой жидкости, ускорения свободного падения, числа оборотов мешалки, от размеров аппарата и мешалки [1-3].

Следует различать: 1 - мощность, потребляемую в пусковой период; 2 - мощность, потребляемую в рабочий период.

Мощность, потребляемая в пусковой период, - Nп затрачивается на преодоление инерционных сил жидкости: чтобы вывести жидкость из состояния покоя - N1 и на преодоление сил трения жидкости - N2, т.е. Nп = N1 + N2.

Энергия живых сил, сообщаемая элементарной массе жидкости элементом лопасти,

dN = dm щ2/2,(1)

где dm - масса жидкости, захватываемая элементом лопасти в единицу времени; щ - окружная скорость элемента.

После интегрирования уравнения (1) для всей лопасти с диаметром d получим [1]:

N1 = 3,87?h?d4?n3?с,(2)

где с - плотность жидкости; h - высота лопасти.

Обозначая далее h/d = K и 3,87 K = a, получим:

N1 = a?d5?n3?с(2а)

Энергия, затрачиваемая на преодоление сил трения, может быть определена из критерия мощности (коэффициента сопротивления), разрешенного относительно N2:

N2 = о?d5?n3?с.(3)

Полная пусковая мощность будет равна:

Nп = N1 + N2 = (a + о) d5?n3?с.(4)

Следовательно, задача расчета как пусковой, так и рабочей мощности сводится к определению коэффициента сопротивления (критерия мощности) из зависимости [3, рис. 7]:

о = ѓ (Re) или о = Nр/d5?n3?с = ѓ(n?d2?с/м).(5)

При значениях n, d, с, м вычисляется критерий Рейнольдса и для заданного типа мешалки по графику [3, рис. 7] находят значение о, откуда и определяется рабочая расчетная мощность Nр.

Пусковая расчетная мощность определяется из соотношения

Nп/Nр = (a + о) d5?n3с/о?d5?n3?с = a + о/о = a/о + 1,(6)

откуда

Nп = (a/о + 1) Nр,(7)

где Nр = N2.

Опытные данные для расчета пусковой и рабочей мощностей определяются отдельно по данным, полученным из показаний динамометра и тахометра, который замеряет частоту вращения вала мешалки.

По этим данным рассчитывается крутящий момент:

Mкр. = g?P?Rш, Дж,(8)

где g - ускорение свободного падения, м/с2; P - усилие на динамометре, кг; Rш - радиус натяжного шкива, м.

По величине крутящего момента рассчитывают опытную пусковую и рабочую мощности по формуле:

N = Mкр?2р?n,(9)

где n - частота вращения вала мешалки, 1/с.

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.

Рис. Схема перемешивающей установки с мешалкой: 1 - корпус; 2 - вал червячного колеса и лопасти; 3 - редуктор червячный и эл. двигатель, свободно закрепленные на корпусе; 4 - динамометр; 5 - шкив натяжного устройства.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы:

- убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

- проверить наличие сухого резинового коврика на полу перед установкой.

2. Во время работы:

- руководствоваться методическими указаниями;

- не прикасаться руками к вращающимся элементам установки;

- не оставлять работающую установку без присмотра;

- поддерживать чистоту на рабочем месте.

3.По окончании работы:

- выключить электропитание автотрансформатора;

- сдать установку дежурному учебному мастеру (лаборанту).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель предстоящей работы?

2. Объяснить устройство и принцип действия элементов установки.

3. Каков порядок выполнения работы?

4. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Назначение процесса перемешивания.

2. Типы мешалок, область их применения.

3. Вид и значение общего критериального уравнения.

4. Порядок проведения работы и анализ опытных данных.

5. Выбор размеров мешалок: диаметра, ширины лопасти, числа лопастей.

6. Действующие нагрузки на конструктивные элементы мешалки и их расчет на прочность.

7. Конструкции мешалок с экранированным приводом.

8. Какие переменные влияют на величину мощности? Как именно?

9. Как видоизменяются критерии Эйлера, Рейнольдса и Фруда в случаях перемешивания в жидкой среде механическими мешалками?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-е.- М.: Химия, 1973.- 750 с.

2. Щтербачек З.В. Перемешивание в химической промышленности. - М.: Госхимиздат. 1963.

3. Павлов К.Ф., Романков А.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1970.

4. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. - Л.: Химия, 1975.

Работа № 10

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВИБРАЦИОННОГО ГРОХОТА

В процессах химической технологии твердые материалы обычно применяют и получают в виде пудры, порошков, мелкой крупки или кусков определенного состава. В то же время при добыче и измельчении твердых материалов не удается сразу получить продукт требуемого состава. Обычно он состоит из частиц различных размеров и формы и из него приходится выделять нужные фракции (классы).

В соответствии с производственными требованиями и свойствами перерабатываемых материалов применяют различные способы классификации сыпучих материалов на классы по крупности: разделение просеиванием или грохочением через сита и решетки, разделение под действием гравитационно-центробежных сил.

Процесс разделения сыпучих материалов на классы по крупности путем просеивания через одно или несколько сит (решет) называется грохочением, а машины, предназначенные для осуществления этой операции, называются грохотами. Суть этого метода состоит в том, что материал пропускают через сито с определенным размером отверстий д. Частицы, размер которых меньше размера отверстия в сите, проходят через него (фракция - д), а более крупные задерживаются (фракция + д).

Применяя сита с различными отверстиями, можно разделить зернистый материал практически на любое число фракций.

СИТА И СИТОВОЙ АНАЛИЗ

Основной частью грохота является рабочая поверхность, изготовляемая в виде проволочных сеток (сит), стальных перфорированных листов (решет) или параллельных стержней (колосников). Наибольшее распространение в химической и смежных с ней отраслях промышленности получили грохота с проволочными ситами. Проволочные сита изготовляют из металлических сеток с квадратными или прямоугольными отверстиями размером от 100 до 0,04 мм.

Согласно ГОСТ 3584-73, сита обозначаются номерами, соответствующими размеру стороны отверстия сетки в свету, выраженному в миллиметрах. Так, сито № 4 имеет размер отверстия в свету 4 мм, а сито № 04 - 0,4 мм (сита с квадратными отверстиями).

Чтобы охарактеризовать дисперсность сыпучей смеси, применяют ситовой анализ. Ситовой анализ заключается в том, что навеску исследуемой смеси зёрен пропускают через набор сит с постоянным отношением (модулем) размера отверстий каждого сита к последующему, равным v2 (или 2 по шкале Риттенгера). После просеивания взвешивают остатки материала на каждом из сит, а также зёрна, прошедшие через самое тонкое (нижнее) сито. Отношение количеств полученных остатков на ситах к навеске исходного материала показывает содержание различных классов зёрен в материале, т.е. зёрен, размеры которых ограничены верхним и нижним пределами, соответствующими размерам отверстий верхнего и нижнего смежных (соседних) сит.

На основании данных ситового анализа могут быть построены функции распределения массы частиц по их размерам R(д) и D(д).

В общем случае для оценки дисперсности сыпучего материала используют следующие характеристики:

- максимальный дmax, минимальный дmin, средний дср. размеры частиц;

- удельная площадь поверхности Fуд., м2/м3, представляющая отношение поверхности частиц материала к их объему;

- функции распределения массы частиц по их размерам R (д) и D (д). R (д) равна отношению массы частиц, размер которых больше д, к общей массе частиц. D (д) равна отношению массы частиц, размер которых меньше д, к общей массе частиц.

Для данных функций справедливо соотношение:

R (д) + D (д) = 1.(1)

Зная функцию R (д), можно найти средний размер частиц дср. и их удельную поверхность Fуд.. Для частиц шаровой формы:

дср. = ? д?dR(д),(2)

Fуд. = ? 6/д?dR(д).(3)

Количество получаемых фракций материала определяется количеством сит в грохоте +1. Так, в двухситовом грохоте количество получаемых фракций будет 3.

Материал, задержавшийся на сите, называют верхним классом (+), а прошедший через сито - нижним классом (-).

В производственных условиях трудно достичь полного разделения полидисперсного материала на соответствующие классы: в материале верхнего класса всегда содержится некоторое количество зёрен нижнего класса. Степень отделения нижнего класса от верхнего характеризуется эффективностью грохочения. Эффективность грохочения подсчитывается по формуле:

E = б - г / б (100 - г) ? 104, %,

где б - содержание нижнего класса в исходном материале, %; г - содержание нижнего класса в надрешёточном продукте, т.е. в материале, не прошедшем сквозь данное сито, %.

Величины б и г определяют по данным ситового анализа. Работа грохота оценивается эффективностью грохочения, а также его производительностью, которую определяют количеством материала, прошедшего по поверхности сита в единицу времени. В данном случае грохот рассматривается как транспортирующее устройство с одновременным разделением материала на классы.

Масса материала (кг/ч), проходящего через грохот, пропорциональна относительной скорости движения материала W , ширине грохота B и толщине слоя материала d:

G = k?B?W?d?с?м? 3600, кг/ч,(4)

где B - ширина верхнего сита грохота, м; W - относительная скорость движения материала, м/сек; d - размер наиболее крупных кусков материала, м; с - насыпная плотность материала, кг/м3; м = 0,6 - 0,7 - коэффициент разрыхления движущегося материала; k - опытный коэффициент, больше единицы.

Скорость продвижения материала вдоль сита - W зависит от частоты вращения эксцентрика n, его радиуса, угла наклона и выражается формулой:

W = 2r?n?tgб/60, м/с.(5)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Практическое ознакомление с устройством и работой вибрационного грохота.

2. Проведение ситового анализа и определение дисперсных характеристик сыпучего материала.

3. Определение качества грохочения и производительности грохота.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Экспериментальная установка (рис.1) для исследования процесса разделения твердых зернистых материалов на классы по крупности состоит из двухситового вибрационного грохота 1, бункера 2, снабженного шиберным затвором 3.

Грохот смонтирован в боксе из органического стекла с целью исключения попадания пыли в помещение лаборатории. Относ пыли из бокса осуществляется с помощью осевого вентилятора.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГРОХОТА

1. Размеры сита: ширина - 400 мм, длина - 800 мм.

2. Количество сит - 2.

3. Размеры отверстий сита: верхнее - 3,5х3,5 мм,

нижнее - 1,6х1,6 мм.

4. Полезная площадь верхнего сита - 0,3 м2.

5. Возможные углы наклона сита - 5…250.

6. Число оборотов эксцентрикового вала - n = 1450 об/мин.

7. Амплитуда колебаний r = 3 мм.

8. Вес грохота без электродвигателя - 107 кг.

9. Ориентировочная производительность грохота - G = 7 м3/ч.



Рис. 1. Схема установки:

1 - грохот; 2 - бункер; 3 - шибер; 4 - пружинные подвески; 5 - короб с ситами; 6 - маховик с балансирующим грузом; 7 - приводные шкивы; 8 - эксцентриковый вал; 9 - подшипники; 10 - верхнее сито; 11 - нижнее сито.

Вибрационный грохот 1 состоит из короба с закрепленными на нем ситами 10 и 11 и приводным эксцентриковым валом 8, помещенным в центре тяжести движущихся масс. Посредством пружинных подвесок 4 грохот вывешен на перекрытиях бокса. Приводной вал вращается в подшипниках 9, которые насажены на эксцентрично обкатые шейки вала. Подшипники защищены от пыли лабиринтным уплотнением и защитной гильзой. На эксцентриковом валу закреплены с обеих сторон вала приводные шкивы 7. Электродвигатель устанавливается отдельно от грохота. При установившейся работе короб грохота с закрепленными в нем ситами движется по круговой траектории, совершая колебания с амплитудой, равной двойному эксцентриситету вала. В зависимости от свойств материала и предъявляемых требований к продуктам грохочения грохот устанавливается с наклоном в пределах 5…250. Нормальным условиям работы грохота соответствует угол наклона, равный 20 - 220. Направление вращения вала по ходу движения материала принимается в тех случаях, когда требуется высокая производительность по питанию, а эффективность грохочения не является особо важной, и наоборот, когда требуется высокая эффективность грохочения, а производительность не особо важна, применяется вращение вала против потока материала.

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Набор сит по ГОСТ 3584-73 с поддоном для ситового анализа. Весы лабораторные.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Перед проведением работы необходимо ознакомиться с устройством грохота, осмотреть его и, если необходимо, подтянуть крепежные детали. Проверить натяжение сит и в случае ослабления их произвести натяг, причём натягивать сито нужно равномерно, не допуская перекоса. В условиях лабораторного эксперимента в качестве исходного материала, разделяемого по крупности, используется кирпичный щебень или гравий.

2. Для проведения эксперимента необходимо приготовить 10 кг щебня с максимальным размером зёрен не более 10 мм. Из приготовленного щебня взять с разных мест не менее 3-х проб по 200 г и каждую из них подвергнуть ситовому анализу в наборе сит. Сита в наборе должны быть расположены в порядке уменьшения размеров отверстий сит сверху вниз. Верхнее сито должно быть закрыто крышкой, а под нижнее (самое мелкое) подставлено донышко. Приготовленная проба пересыпается в контрольное сито с наиболее крупными отверстиями (верхнее), и весь набор сит устанавливается на механическом встряхивателе. Встряхивание набора сит производят в течение 3…5 минут (в производственных условиях рассев проб продолжают до 30 минут).

По окончании рассева взвешивают остаток на каждом сите, включая также и материал, попавший в донышко.

Результаты взвешивания заносят в таблицу.

Таблица

Отверстия сит д, м (номера сит) дх103	Исходный материал Масса остатка на сите, кг min, где i- номер пробы, n - номер сита, (i = 1, 2, 3)	Материал с верхнего сита Масса остатка на сите min, где i = 1	Материал с нижнего сита Масса остатка на сите min, где i = 1
	1 2 3 среднее
10 7 5,5 5 4,5 3,5 2 1,6 1 Донышко
ВСЕГО

3. При закрытом шибере весь приготовленный щебень загрузить в бункер грохота. Установив переключателем направление вращения приводного вала по ходу материала, включают грохот в работу и открывают шибер, пропускают материал через сита грохота. По секундомеру замерить время грохочения материала, взяв за точку отсчета время начала поступления материала в приемник с верхнего сита. Опыт заканчивают, как только прекратилось массовое (стесненное) движение материала по верхнему ситу. Полученные фракции материала +3,5 и -3,5 + 1,6 подвергают рассеву в наборе сит, данные ситовых анализов заносят в таблицу.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. Построение дисперсионных характеристик материала в виде функций R (д), D(д).

гидродинамика теплопередача суспензия установка

По таблице, где занесены данные ситовых анализов, требуется построить функции распределения массы частиц по их размерам R (д) и D (д) для исходного материала, а также фракций +3,5 и -3,5 + 1,6.

Следуя определению и считая диаметр отверстий сита граничным размерам частиц, находим значения функции R (д) для каждого граничного размера:

R (д1) = m1 / M, R (д2) = m2 + m1 / M, R (д3) = m3 + m2 + m1 / M и т.д.,

где M - масса навески зернистого материала, взятая для проведения ситового анализа.

По расчетным величинам R ( д ) строят график функции R (д) (рис. 2)

Используя соотношение (1) D (д) = 1 - R (д), вычисляем значения D (д) и по расчетным величинам строим график функции D (д) (рис. 3).

2. Определение коэффициента качества грохочения (например, верхнего сита) воспользуемся формулой (4):

E = б - г / б (100 - г) ? 10.

Содержание нижнего класса в исходном материале (б, %) определим следующим образом. Из графика функции распределения массы частиц по размерам R (д) для исходного материала определим долю частиц (A) с размером больше 3,5 мм, R (0,0035) = A. Используя уравнение (1), находим долю частиц (B) с размером, меньшим 3,5 мм. D (0,0035) = 1 - R (0,0035) = B. Величина B, помноженная на 100, и есть искомое содержание нижнего класса в исходном материале - d, %.

Аналогичным образом, воспользовавшись функцией распределения массы частиц по размерам R (д), построенной для фракции +3,5 (фракция верхнего сита), находим содержание нижнего класса в надрешетчатом продукте (г, %).

3. Определение средних размеров частиц.

Средний размер частицы дср. полидисперсного материала определяют на основании гранулометрического состава, т.е. количественного разделения зёрен по крупности, используя формулу:

дср. = д1x1 + д2x2 + д3x3 + … / x1 + x2 + x3 + … = У (дx)/100,

где д1, д2, д3 … - средние размеры зёрен отдельных фракций ситового анализа, определяемые как полусумма размеров отверстий двух сит, - ближайшего верхнего, через которое прошли все зёрна фракции, и сита, на котором зёрна этой фракции задержались, не просеявшись через него; x1, x2, x3 … - массовые проценты каждой фракции.

Уx = 100, %.

Средний размер частиц полидисперсного материала можно найти, также используя дисперсную характеристику материала в виде функции R (д). Для этого кривую R (д) разбивают на отдельные прямые участки и, измеряя для каждого отрезка Д Ri и дi , рассчитывают по уравнению (2):

дср. = Д R1д1 + Д R2д2 + Д R3д3 + … = ? д?dR (д).

В работе требуется определить средний размер частиц, используя оба метода ситовых анализов, занесенных в таблицу.

4. Определение производительности грохота при грохочении от крупного к мелкому определяется производительностью верхнего слоя. По опытным данным производительность грохота определяют из выражения

Gоп = G/ф?3600, кг/ч,

где G - количество материала в кг, полученного с верхнего сита (фракция +3,5) за время рассева материала ф, сек.

В общем случае производительность вибрационного грохота зависит от физических свойств материала (плотности, формы и размера частиц, наличия в смеси «трудных» зёрен, т.е. частиц, размер которых соизмерим с размером отверстий в сите грохота, влажности), размеров сита, относительной скорости движения материала, способа его подачи, толщине слоя материала на сите и других факторов. Точному расчету производительность вибрационных грохотов не поддаётся. Ориентировочно её можно определить по формуле (4).

Для сдачи проделанной работы необходимо представить отчёт, состоящий из схемы установки, таблицы ситовых анализов, графиков дисперсионных характеристик, расчётные значения дср., E, G. В отчёте обязательно представить все расчёты по использованным формулам.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

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

В отчёте должны быть представлены:

- описание цели работы;

- схема лабораторной установки;

- описание работы установки;

- методика проведения работы;

- полученные экспериментальные данные;

- результаты обработки опытных данных с представлением всех расчетов по приведенным формулам;

- выводы.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы необходимо:

- убедиться путем внешнего осмотра в исправности лабораторной установки;

- убедиться в наличии и правильной установке приемников фракций зернистого материала;

- убедиться, что шибер бункера находится в положении «закрыто».

2. Во время работы:

- строго руководствоваться предписаниями данного указания;

- во время работы грохота не открывать дверь бокса и не заходить внутрь него;

- при грохочении пылящих материалов включить вентилятор отсоса пылевоздушного потока из бокса;

- не оставлять работающую установку без присмотра;

- докладывать о всех замеченных неполадках в работе установки преподавателю или учебному мастеру.

3. По окончании работы:

- выключить двигатель привода грохота;

- закрыть шиберную заслонку бункера;

- очистить сита грохота от остатков зернистого материала;

- сдать установку 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 вибрационного грохота.

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Какие экспериментальные данные снимаются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Назовите основные способы классификации зернистых материалов.

Дайте сравнительную характеристику каждого из них.

2. Назовите основные типы рабочей поверхности грохотов.

3. Что такое ситовой анализ? Как он проводится? Как обрабатывают данные ситовых анализов?

4. Какими показателями оценивается работа грохота?

5. Назовите основные типы промышленных грохотов и дайте их сравнительную характеристику.

6. Можно ли по дисперсионной характеристике R (б) найти средний размер частиц? Удельную площадь поверхности частиц?

7. Чем отличаются функции распределения массы частиц по их размерам D (б) и R (б)?

8. Назовите основные характеристики для оценки дисперсности полидисперсной системы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. - М.: Химия, 1977.

2. Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи/ Под общей редакцией В.Н. Соколова. - Л.: Машиностроение, 1982.

Работа № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В БАРАБАННОМ СМЕСИТЕЛЕ

Смешение сыпучих материалов с целью получения однородных по составу смесей в химической промышленности используется очень широко, например, в производствах: наполненных полимерных материалов, сложных удобрений, красителей, резин и т.д. В большинстве случаев качество готовых изделий, приготавливаемых из смесей, зависит от однородности состава этих смесей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является ознакомление с процессом смешения сыпучих материалов, с конструкцией и работой двухбарабанного механического смесителя типа «пьяная бочка», исследование кинетики процесса смешения, определение оптимального времени смешения.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Лабораторная работа выполняется на барабанном смесителе БЛ-2, принципиальная схема установки которого представлена на рис.1.

Два одинаковых цилиндрических барабана 1 ёмкостью 0,01 м3, образующие корпус смесителя, вращаются на валу 2, составляющем с осями симметрии барабанов некоторый угол. Барабаны закрываются съёмными крышками 3. Привод барабанов осуществляется от электродвигателя 4 мощностью 0,6 кВт через червячный редуктор 5. Всё оборудование смонтировано на общей раме 6.



Рис. 1. Барабанный смеситель БЛ-2:

1 - ёмкость; 2 - вал; 3 - крышка; 4 - электродвигатель; 5 - редуктор; 6 - рама.

Для проведения процесса смешивания выбираются сыпучие материалы, различающиеся по крупности частиц. Физико-механические свойства компонентов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование компонента	Насыпная плотность, кг/м3	Средний диаметр частиц, мм	Примечание
Крошка полиэтилена Силикагель молотый Сферы стеклянные Пшено Крупа

ПОРЯДОК РАБОТЫ

По заданному преподавателем массовому соотношению (1:1; 1:2; 1:4; 1:8; 1:10; 1:20) смешиваемых компонентов взвесить с точностью - 5 г порции первого (А) - ключевого и второго (Б) компонентов, выбирая общую массу их из условия, что заполнение барабана материалом должно быть на 50…70 % по объёму.

Открыть крышку 3 одного из барабанов смесителя и засыпать поочередно внутрь его смешиваемые компоненты, закрыть крышку барабана. Массовое количество компонентов и порядок их засыпки записать в таблицу 2.

Для проведения процесса смешивания включить электродвигатель смесителя на промежуток времени, соответствующий 1-2 оборотам вращения барабана, после этого выключить электродвигатель. Таким образом, время от момента включения электродвигателя до момента полной остановки барабана будет соответствовать времени смешивания на данном этапе эксперимента. Время этого этапа эксперимента замеряется секундомером.

Открыв крышку барабана, пробоотборником взять с поверхности слоя до 10 проб смеси. Масса каждой пробы 30-40 г. Поместив пробу на сито, рассеять её вручную на две фракции: первый компонент - А, второй - Б. Каждую фракцию взвесить с точностью 0,1 г, используя весы ВНЦ-0,2 типа ВНЦ ГОСТ 1327-55. Определить процентное содержание ключевого компонента в каждой пробе (каждого компонента).

После анализа проб их компоненты ссыпать в барабан смесителя, закрыть крышку барабана.

Для дальнейшего проведения процесса смешивания компонентов необходимо операции пуска, остановки смесителя, отбора проб, определения концентрации ключевого компонента в каждой пробе смеси повторить многократно до тех пор, пока пробы смеси последующих этапов смешивания не перестанут значительно отличаться друг от друга по составу (по концентрации ключевого компонента). Рекомендуемая периодичность этапов смешивания согласовывается с преподавателем. Например, ряд этапов смешивания, соответствующий 2, 4, 8, 16, 30, 60, 120, 240 оборотам барабана смесителя. Процессу смешивания сопутствует процесс расслоения сыпучих компонентов - сегрегации их частиц, особенно при смешивании компонентов, различающихся размером частиц, плотностью. Поэтому в случае, когда процесс расслоения преобладает над смешиванием, место отбора проб смеси играет существенную роль при оценке процесса смешивания.

По окончании работы смесителя необходимо освободить барабан от смеси. Смесь компонентов рассеять и фракции ссыпать в соответствующие ёмкости для хранения.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. Определить содержание CА ключевого компонента А в готовом продукте:

CА = MА/(MА + MБ)? 100, %,

где MА и MБ - соответственно массы компонентов А и Б, взятые для смешивания, кг.

2. Определить содержание Ci ключевого компонента в каждой пробе:

Ci = mА/(mА + mБ)? 100, %,

где mА и mБ - соответственно массы компонентов А и Б в пробе, г.

3. Рассчитать для каждого этапа смешивания меру качества смешивания, за которую в ряде случаев принимают среднее относительное квадратическое отклонение содержания ключевого компонента в пробах, взятых из смеси, и по данным опытов подсчитывают по формуле

S = 1/CА v? (Ci - CА)2 /n,

где n - число проб, взятых из смеси в данный этап смешивания.

Величина S не учитывает частоту появления в пробе концентрации Ci, близкой к CА, следовательно, ?C зависит от CА и использование S для сравнительной оценки смесей с различным содержанием в них ключевого компонента не представляется возможным. Поэтому величину S делят на некоторую величину среднего отклонения S0, в которую многие авторы вкладывают различный смысл [1].

Среднее отклонение S0 можно вычислить исходя из начальных условий смешивания компонентов при ф = 0. При смешивании компонентов в отношении 1 : m число проб (при полной выборке смеси) будет кратно m + 1, а концентрация ключевого компонента в смеси

CА = 1/m + 1,

тогда

S0 = v1 (1 - CА)2 + m (0 - CА)2/(m + 1) (1/m + 1)2 = vm =v1 - CА/CА.

С учетом последнего коэффициент неоднородности смешивания для каждого этапа смешивания рассчитывается:

VС = S • 100/S0, %,

или коэффициент смешивания

J = 100 - VС, %.

4. Данные опытов и расчетов MА, MБ, mА, mБ, CА, Ci, VС, J, ф занести в таблицу 2.

5. Построить график зависимости меры качества смешивания в смесителе от времени смешивания.

6. Определить по графику оптимальное время смешивания ф, т.е. соответствующее наиболее качественному смешиванию.

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, её 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.



J,%

Студент _________________ Преподаватель___________________

VС, %

Концентрация ключевого компонента в пробе смеси: Ci = mА/(mА + mБ)? 100, %

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Время смешивания, сек, число оборотов

Исходные данные

Смеситель ______________

________________________

Компонент А _______, Ма=

Компонент Б _______, Мб=

CА = MА/(MА + MБ)

So=v1 - CА/CА

Обозначения:

Ci = mА/(mА + mБ)

S = 1/CА v? (Ci - CА)2 /n

J = 100 - VС

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Электродвигатель смесителя, его пускатель и электропроводящие элементы должны быть заземлены.

2. Муфты привода и вращающийся корпус барабана должны иметь защитные ограждения.

3. Не применять в исследовании процесса смешения токсичные сыпучие материалы.

4. Во время работы смесителей не прикасаться руками к вращающимся и двигающимся элементам установки (полы и рукава халатов должны быть застегнуты).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА И ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель предстоящей работы?

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

3. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

4. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какие процессы принято выделять при приготовлении смесей из сыпучих материалов?

2. Как оценивается качество смеси?

3. Как влияет время экспозиции при отборе пробы на определение качества смеси?

4. Как влияет количество частиц в пробе на оценку качества смеси?

5. Основные типы емкостных смесителей, применяемых в химической промышленности.

6. Техника безопасности при смешивании пылевидных сыпучих компонентов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. - М.: Машиностроение, 1973.

2. Штербачек З., Туаск К. Перемешивание в химической промышленности. - Л.: Госхимиздат, 1963.

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

Работа № 12

ИСПЫТАНИЕ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

Перегонка и ректификация как методы разделения жидких смесей на практически чистые компоненты или фракции различного состава - широко распространенные процессы не только в химической, но и в других отраслях промышленности: в нефтепереработке, в пищевой, фармацевтической, микробиологической и т.п. Так, например, на долю ректификационных установок в производстве синтетического каучука приходится около 30% от всего установленного оборудования.

Основными элементами ректификационного аппарата являются контактные устройства, служащие для организации двухстороннего тепло- и массообмена между неравновесными потоками пара и жидкости, в результате чего пар обогащается низкокипящим компонентом, а жидкость - высококипящим. Массообменная эффективность этих устройств определяется гидродинамической обстановкой на них. При определенных скоростях паровой фазы контактные устройства достигают наибольшей эффективности. Анализ достоинств и недостатков контактных устройств колонных массообменных аппаратов достаточно подробно изложен в [1].