По манометру 8 устанавливают заданное преподавателем давление греющего пара в межтрубном пространстве теплообменника. В дальнейшем в течение всей работы установки это давление необходимо тщательно поддерживать постоянным непрерывно регулируя его с помощью вентиля В2.

По истечении ~ 10 минут включают вентиляторы аппарата воздушного охлаждения и устанавливают с помощью заслонки 9 максимальный расход воздуха. Выждав 3-5 минут, записывают показания термометров T1, T2, t1, t2, а также расход воды, воздуха. Данные заносят в таблицу 1. Устанавливают с помощью заслонки следующий (меньший) расход воздуха. Работая с новым расходом воздуха, снова записывают температуры воздуха, воды. Таким путем получают данные для 5 расходов воздуха. После этой серии опытов переходят к другой, оставляя для нее расход воздуха постоянным, а меняя расход воды (данные получают для пяти значений расходов воды). Очень важно в этой работе показания термометров снимать только при достижении установившегося теплового режима.

Таблица 1

№ п.п.	Расход воздуха, м3/ч	Расход воды, м3/ч	Температура воздуха воды	Давление греющего пара P, н/м2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

Для обработки опытных данных составляют таблицу (табл. 2).

После определения логарифмов критерия Нуссельта и критерия Рейнольдса строят на миллиметровой бумаге график зависимости lg Nu от lg Re. Через экспериментальные точки проводят прямую линию, уравнение которой в соответствии с (18):

Lg Nu = n lg Re + lg C.

Далее определяют по этому графику величину n - угловой коэффициент прямой, после чего, взяв любую точку на прямой, находят для нее

lg C = lg Nu - n lg Re и затем - значение С.

Отчет о выполненной работе должен включать:

а) схему установки;

б) таблицу обработки опытных данных;

в) график зависимости lg Nu от lg Re с определением значения n и C.

Примечание. Все расчеты с использованием тех или иных формул должны быть выполнены в отчете.

Таблица 2

Обработка опытных данных

№ п.п.	Наименование и размерность величин	Номера опытов
		1 2 3 4 5 6
1	Расход воздуха V, м3/ч
2	Температура воздуха до теплообменника t1, 0C
3	Температура воздуха после теплообменника t2, 0С
4	Плотность воздуха при tср = t1 + t2/2 с, кг/м3
5	Теплоемкость воздуха Cp, Дж/кг?0С
6	Вязкость воздуха м, н?сек/м2
7	Теплопроводность воздуха л, Вт/м?град
8	Массовый расход воздуха Gв = Vс/3600, кг/сек
9	Скорость воздуха в свободном сечении щ = V/3600F, м/сек
10	Критерий Рейнольдса Re = щ?dн?с/м
11	Расход тепла на нагрев воздуха Qв = Gв?Св (t2 - t1), Вт
12	Средняя разность температур в теплообменнике по формуле (9) или (6)
13	Коэффициент теплопередачи K =Qв/Fп?иср, Вт/м2?град
14	Расход продукта (воды) W, м3/ч
15	Температура воды до теплообменника Т1, 0С
16	Температура воды после теплообменника Т2, 0С
17	Средняя температура воды Тср = Т + Т/2, 0C
18	Плотность воды при Тср, с, кг/м3
19	Теплоемкость воды при Тср, Cp, Дж/кг?0С
20	Теплоемкость воды при средней температуре стенки Тст, Cp, Дж/кг?0С
21	Теплопроводность воды при Тср, лn, Вт/м2?град
22	Теплопроводность воды при Тст, лґn, Вт/м2?град
23	Вязкость воды при Тср, мn, н?сек/м3
24	Вязкость воды при Тср, мn, н?сек/м3
25	Массовый расход воды Gn = W?сn/3600, кг/сек
26	Скорость воды в трубке теплообменника щ = W/3600?0,785?d2в?Н, м/сек
27	Количество теплоты, отдаваемое водой Qпр = G?Cp? (T1 - T2), Вт
28	Коэффициент теплопередачи K = Qпр/Fn?иср, Вт/м2?град
29	Критерий Рейнольдса Ref = щn?dв/н
30	Критерий Прандтля Prf = нn?Cp?с/лn
31	Критерий Прандтля, при температуре стенки, Prw = нґn?Cp?с/лґn
32	Критерий Грасгофа Grf = в?gd3вДt/нn2
33	Средняя разность температур продукта и стенки Дt = Tср - Тст (11,14)
34	Коэффициент теплоотдачи при охлаждении продукта (воды) бв (определяется по уравнениям 15, 16, 17 в зависимости от режима движения)
35	По уравнению (5) определяется величина коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха бнn
36	Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха бн = Qв/Fn (tст.н - t1), Вт/м2?град
37	Критерий Нуссельта Nu = бн?dн/л
38	lg Nu
39	lg Re

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.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы необходимо:

- убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

- проверить исправность запорной арматуры и трубопроводов;

- проверить наличие резиновых ковриков перед щитом управления;

- убедиться в отсутствии подтеканий и течи теплообменника, арматуры и трубопровода.

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными указаниями;

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

- 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 теплообменник;

- закрыть вентиль на линии подачи воды на установку;

- 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 теплообменного аппарата с воздушным охлаждением.

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Что является движущей силой процесса теплопередачи?

2. Объяснить необходимость оребрения поверхности труб, обдуваемой воздухом.

3. Написать расчетное уравнение для коэффициента теплопередачи.

4. Какие данные необходимы для расчета аппаратов воздушного охлаждения?

5. Как вычисляется средний температурный напор для аппаратов воздушного охлаждения?

6. Влияют ли давление охлаждаемого продукта и допускаемая потеря напора в трубах на величину коэффициента теплопередачи?

7. Составьте приблизительную схему расчета аппаратов воздушного охлаждения.

8. Что влияет на величину коэффициента теплоотдачи со стороны охлаждаемого продукта?

9. Чем вызвано широкое применение аппаратов воздушного охлаждения в химической технологии?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - М.; Л.: Химия, 1979.

2. Берман С.С. Теплообменные аппараты и конденсационные устройства турбоустановок. - М.: Машгиз, 1969.

Работа № 19

ИСПЫТАНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ СУШКИ ВОЗДУХА

Адсорбция является универсальным методом, позволяющим практически полностью извлекать те или иные примеси из газовых и жидких сред поверхностью твердого поглотителя (адсорбента). В химической и родственных с ней отраслях промышленности адсорбционные методы широко используются для глубокой очистки и сушки технологических потоков, улучшения качества сырья и продуктов, обезвреживания газовых выбросов и сточных вод.

В качестве адсорбентов (твердых поглотителей) применяются вещества, имеющие большую удельную поверхность. Наиболее распространенными среди них являются активные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты. Так, например, силикагель служит традиционным поглотителем влаги из воздуха или других газов. В промышленности применяют адсорбционные процессы с неподвижным слоем, движущимся слоем (под действием силы тяжести) и взвешенным (кипящим или псевдоожиженным) слоем адсорбента. Несмотря на прогресс техники и технологии основным типом адсорбционных установок и в настоящее время остаются установки периодического действия с неподвижным слоем адсорбента. Широкое применение автоматики позволяет исключить ручной труд при эксплуатации этих установок и делает их конкурентноспособными.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Закрепить теоретические знания по основам адсорбции как одного из массообменных процессов химической технологии.

2. Практически ознакомиться с одним из вариантов технологической и аппаратурной организации процесса адсорбционной сушки воздуха, одним из наиболее распространенных адсорбентов - силикагелем.

3. Провести эксперимент по адсорбционной сушке атмосферного воздуха с целью последующего определения степени насыщения слоя силикагеля влагой.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (рис.1)

Основной аппарат лабораторной установки - адсорбер 1 собран из 3-х цилиндрических стеклянных царг с внутренним диаметром 160 мм. На воздухораспределительной решетке его находится слой силикагеля марки КСКГ (крупный селикагель крупнопористый гранулированный) высотой 100 мм. Вес абсолютно сухого силикагеля составляет 0,941 кг. Основные геометрические и физико-химические характеристики силикагеля приведены в таблице.

Подача воздуха в аппарат осуществляется с помощью бытового пылесоса 5, работающего на нагнетание. Воздух, забираемый из помещения, проходит через увлажнитель 3, представляющий из себя одноколпачковое контактное устройство, вода в которое по мере надобности подается из емкости 4. Увлажненный воздух с относительной влажностью ц1 проходит через слой силикагеля, где осушается (полностью или частично) и выбрасывается с относительной влажностью ц2 через воздушник непосредственно в помещение лаборатории. Расход воздуха определяется с помощью нормальной диафрагмы 5, установленной на линии подачи воздуха в абсорбер, и дифманометра 6, расположенного на приборном щите. Относительная влажность воздуха на входе в адсорбер и на выходе из него определяется психометрическим способом, для чего предусмотрены специальные камеры 7 с размещенными в них сухим и мокрыми термометрами. Параметры окружающей среды контролируются по показаниям приборов, размещенных на приборном щите. Регенерация силикагеля не является целью данной лабораторной работы и производится обслуживающим персоналом.

ПОРЯДОК РАБОТЫ

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

Проверить наличие воды в увлажнителе 3 (вода должна закрывать прорези колпачка). При отсутствии воды открыть кран 9 и подать необходимое ее количество из емкости 4. Проверить наличие воды в резервуарах специальных камер 7 для увлажнения одного из термометров, уровень воды в них должен быть на 2-3 миллиметра ниже обреза трубки.

При закрытом вентиле 8 на линии подачи воздуха в адсорбер включить пылесос (выключатель на приборном щите), плавно приоткрывая вентиль 8, установить определенный расход воздуха ( по согласованию с преподавателем), ориентируясь по показаниям дифманометра 6. Время начала подачи воздуха в адсорбер зафиксировать. Периодически снижать показания сухих и мокрых термометров на входе и выходе воздушного потока, фиксируя время и их величины. Периодичность снятия показаний и длительность эксперимента согласовать с преподавателем. По окончании работы выключить подачу воздуха в адсорбер и закрыть вентиль 8. Установку сдать учебному мастеру.



Рис. 1. Схема лабораторной установки:

1 - адсорбер; 2 - камера для сухого и мокрого термометров; 3 - емкость для воды; 4 - кран подачи воздуха в увлажнитель; 5 - увлажнитель; 6 - нормальная диафрагма; 7 - вентиль регулирования расхода воздуха; 8 - пылесос; 9 - дифманометр.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

Состояние адсорбционного равновесия в системе силикагель-влага воздуха может быть описано зависимостью:

а* = 0,231ц = 0,371 Р/Рнас? x,

где а* - равновесное содержание влаги в силикагеле, кг влаги/кг сухого силикагеля; ц - относительная влажность воздуха, в долях единицы; Р - барометрическое давление в помещении лаборатории, Па; Рнас - давление насыщения водяного пара при температуре сухого термометра, Па; x - влагосодержание воздуха, кг влаги/кг сухого воздуха.

1. Определить истинные температуры мокрого термометра:

tм = tґм - Д(tс - tм) 100.

Здесь tм - истинная температура мокрого термометра, 0С; tґм - измеренная в эксперименте температура мокрого термометра, 0С. Д = f (щґ,tґм) - поправка к температуре мокрого термометра, определяемая по графику (рис.2); щґ- скорость обтекания воздухом мокрого термометра, м/с.

щґ = 3,47щ,

где щ - скорость воздуха в адсорбере, отнесенная к полному сечению аппарата, м/с;

щ = V/S,

где V - объемный расход воздуха, м3/с;

V = 0,53?10 -3? v h•?с/с,

S -площадь поперечного сечения адсорбера, м2; h - показания дифманометра, мм вод.столба; Дс = см - с,

см - плотность манометрической жидкости (воды), кг/м3; с - плотность воздуха, кг/м3.

2. Определить относительные влажности воздуха на входе в адсорбер и выходе из него.

ц = Pм/Pнас - А?Р/Pнас (tс - tм).

Здесь Pм - давление насыщенного пара при температуре мокрого термометра; А - психометрический коэффициент, А = f (щґ), при щ?0,5 м/с

А = (65 + 6,75/щґ)?10 -5.

3. Определить влагосодержание воздуха на входе в адсорбер и на выходе из него.

X = 0,622 цPнас/P - цPнас.

Рис. 2 . Зависимость величины поправки к температуре мокрого термометра от скорости обтекания воздухом.

4. Определить количество влаги W, поглощенной силикагелем из воздуха за время эксперимента, методом графического интегрирования, построив в координатах xн (xк) - ф графики изменения влагосодержания воздуха на входе в адсорбер и на выходе из него xк (ф - время процесса).

5. Определить степень насыщения влагой силикагеля за время эксперимента:

з = а/ aн*.

Здесь а = W/G; G - вес абсолютно сухого силикагеля в адсорбере, кг; а* - содержание влаги в силикагеле в состоянии равновесия с воздухом, поступающем в адсорбер, кг влаги/кг сух.адс.

6. Результаты работы представить в виде таблицы экспериментальных данных, содержащей значения величин, рассмотренных по п.п.1-3, графики xк (xн) - ф и окончательных сведений по количеству поглощаемой влаги и степени отработки силикагеля.

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,

- 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;

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

- проверить наличие воды в емкости 4, в увлажнителе 3 и в гидрозатворах камер 6.

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными методическими указаниями;

- не оставлять лабораторную установку без присмотра;

- докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру.

3. По окончании работы:

- прекратить подачу воздуха (выключить пылесос);

- закрыть вентиль 8;

- 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. Каково устройство адсорбера?

4. С какой целью производится увлажнение воздуха?

5. В чем заключается психрометрический метод определения относительной влажности воздуха?

6. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

7. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Что называется процессом адсорбции и для каких целей он применяется?

2. Что называется процессом десорбции и как он осуществляется?

3. Какие требования к адсорбентам?

4. Какие абсорбенты наиболее часто применяются в химической промышленности?

5. Что такое динамическая и статическая активности адсорбента?

6. Что называется временем защитного действия слоя адсорбента?

7. Что называется потерей времени защитного действия слоя адсорбента?

8. Как влияет температура на процесс адсорбции?

9. Что такое температура адсорбции?

10. Адсорберы периодического и непрерывного действия. Адсорберы с псевдоожиженным слоем адсорбента.

Таблица

Основные геометрические и физико-химические свойства силикагеля

Свойства, размерность	Величина	Свойства, размерность	Величина
Насыпная плотность, кг/м3 Эквивалентный диаметр частиц, м	0,45?103, кДж/кг?к 3,5?10 -3	Теплоемкость Теплота адсорбции паров воды, кДж/кг воды	0,92 2650

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

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

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

3. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1976.

Размещено на Allbest.ru