Основні складові процесів і апаратів хімічних виробництв

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки України

Черкаський державний технологічний університет

кафедра хімічної технології неорганічних речовин

Лабораторний практикум із дисципліни:

«Процеси і апарати хімічних виробництв»

для студентів спеціальності 6.051301 - Хімічна технологія,

денної та заочної форми навчання

2010

1. Залежність в'язкості рідин від температури

Мета роботи: Практичне ознайомлення в лабораторних умовах з впливом температури на в'язкість.

1. Теоретичні основи.

При русі реальної рідини у неї виникають сили внутрішнього тертя, які чинять опір переміщенню. Ці сили діють між сусідніми шарами рідини, які переміщуються відносно один від одного. Властивість рідини чинити опір силам, які викликають відносне переміщення її часток, називають в'язкістю.

В'язкість зменшується з підвищенням температури і збільшується при зниженні. Зміна в'язкості під дією температури характеризується індексом в'язкості. Чим менша залежність в'язкості від температури, тим вищий індекс.

Відношення в'язкості до густини рідини називається кінематичним коефіцієнтом в'язкості.

де: м - в'язкість динамічна нМсек/мІ; с - густина кг/мі.

Динамічну в'язкість обчислюємо за формулою:

м=гМс (нМсек/мІ)

Динамічну в'язкість також можна знайти з закону Ньютона:

(н/мІ)

де: ф -напруга внутрішнього тертя;

- градієнт швидкості;

м - коефіцієнт пропорційності, який залежить від фізичних якостей рідини.

Він називається динамічним коефіцієнтом в'язкості, або в'язкістю.

Розмірність динамічної в'язкості у системі СІ:

Розмірність кінематичної в'язкості у системі СІ:

Зміна в'язкості в залежності від тиску незначна і як правило не враховується.

Кінематична в'язкість визначається скляним віскозиметром типу ВПЖ-2. Це капілярний прилад, обчислення ґрунтується на визначенні часу витоку через капіляр певного об'єму рідини із вимірного резервуару. В'язкість обчислюється за формулою:

де: К - постійна віскозиметра (значення брати з паспорту) мІ /сІ;

Т - час витоку рідини, величина, яка визначається під час досліду, с;

L - прискорення вільного падіння в місці виміру, м/сІ;

г - кінематична в'язкість, мІ/с.

Внутрішній діаметр капіляра мм.

2. Хімічні реактиви, посуд та прилади.

Прилади та посуд:

1. Пікнометр

2. Віскозиметр

3. Аналітичні ваги

4. Термостат (вод. баня)

5. Секундомір

б. Термометр

7. Склянки для зливу

Хімічні реактиви:

1. Нафта.

2. Технічне масло.

3. Вода.

3.Опис приладів.

Для виконання роботи використовується скляний капілярний віскозиметр типу ВПЖ - 2 та скляні пікнометри.

Пікнометр - прилад необхідний для визначення густини. Він представляє собою скляний посуд, типу мірної колби з вузьким, довгим горлом та кільцевою міткою на шийці.

Рисунок 1.1. Пікнометр: 1 - пікнометр; 2 - мітка; 3 - пробка

Віскозиметр - це скляний капілярний прилад, який представляє собою U - подібну трубку, в коліно якої впаяний капіляр. Визначення в'язкості ґрунтується на визначенні часу витоку через капіляр певного об'єму досліджуваної рідини з вимірного резервуару

Рисунок 1.2. Віскозиметр: 1-коліно; 2-резервуар; 3-резервуар 4-капіляр; 5-коліно; 6-відвідна трубка. M1, M2 - мітки

4. Послідовність виконання роботи.

1. Визначення густини

Для визначення густини досліджуваного матеріалу за допомогою пікнометра необхідно знайти його водяне число. Для цього пікнометр старанно миють, сушать і зважують на аналітичних вагах з точністю до 0,0002г.

Потім заповнюють його дистильованою водою трохи вище мітки помі-щують в термостат, в якому видержують при 20°С протягом 20-30 хвилин. Коли рівень води перестане змінюватися, надлишок її (вище мітки на шийці пікнометра) забирають за допомогою фільтрувального паперу, внутрішню частину шийки витирають. Пікнометр закривають, витирають зовнішню поверхню і зважують на аналітичних вагах з точністю до 0,0002 г.

Водяне число пікнометра М визначають, як різницю між масою пікнометра з водою М2 і масою порожнього пікнометра М1, г.

Щоб визначити густину дослідного матеріалу, в чистий, висушений пікнометр наливають рідину, закривають пробкою і поміщають в термостат на 20 хв., при температурі 20°С. Потім за допомогою піпетки продукт переносять в чистий, сухий, виважений пікнометр і виконують ті ж операції, як і при визначенні водяного числа. При точних вимірах робиться поправка на втрачену масу. Дійсну густину визначають за формулою:

де: сдійсн - відповідно дійсна густина;

с1 - відносна густина, яка дорівнює:

;

998,23- густина води при 20?С ;

1,2 - густина повітря в умовах досліду (середня величина).

де: М3- маса пікнометра з продуктом;

М1 - мaca пустого пікнометра;

М - водяне число пікнометра.

2. Визначення в'язкості.

Перед визначенням в'язкості рідини, віскозиметр потрібно помити і висушити. Спочатку для вимірювання часу витоку досліджуваної рідини на відвідну трубку 6, готового до роботи віскозиметра надівають резинову трубку. Далі затискають пальцем коліно 5, перевертають віскозиметр, опускають коліно 1 в посудину з досліджуваною рідиною і засмоктують її за допомогою груші або іншим способом до відмітки М резервуара 3, слідкуючи за тим, щоб рідина була без бульбашок повітря. В момент, коли рівень рідини досягне мітки М резервуара 3, віскозиметр виймають із посудини і швидко перевертають в нормальне положення. Знімають з зовнішнього боку кінця коліна 1 надлишок рідини і надівають на нього резинову трубку.

Віскозиметр встановлюють в термостат (водяну баню) так, щоб резервуар 2 був нижче рівня рідини в термостаті. Після витримування в термостаті не менше 15 хв. при заданій температурі, засмоктують рідину в коліно 1, приблизно до 1/З висоти резервуара. 3єднують коліна 1 з атмосферою і визначають час спуску меніска рідини від мітки М1 до мітки М2.

Дослід повторюємо кілька разів при різних температурах.

5. Опрацювання результатів.

В результаті проведеної роботи одержали практичні навики визначення густини та в'язкості речовин, залежності в'язкості від температури.

За отриманими результатами роблять відповідні розрахунки, заповнюють таблицю, будують графік залежності в'язкості від температури.

Таблиця 1.1

№ пп	Назва рідини	Температура ?С	Густина кг/мі	В'язкість
				г, мІ/с	м , нМс/мІ
1
2
3

6. Вимоги до звіту.

1. Звіт повинен мати короткі, вичерпуючі теоретичні відомості, опис лабораторної установки, приладів, хід виконання роботи.

2. Звіт оформлюється на форматних листах.

3. Робота повинна закінчуватися висновком про проведену роботу.

7. Контрольні запитання.

1. Прилади для вимірювання густини та в'язкості.

2. Визначення густини. Одиниці вимірювання густини.

3. Визначення в'язкості. Одиниці вимірювання в'язкості.

4. Вплив температури на в'язкість

2. Вивчення кінетики гравітаційного осадження

в'язкість дисперсний теплообмінник парагазовий

Мета роботи: Практичне ознайомлення з кінетикою гравітаційного осадження.

1. Основні положення.

В природі і ряді виробництв часто зустрічаємося з неоднорідними (гетерогенними) системами. Одні виникають природним шляхом, інші в результаті тих або інших процесів.

В техніці неоднорідні системи часто доводиться розділяти на їх складові частини.

Методи розділення вибираються залежно від характеру складових частин системи. Неоднорідні системи класифікуються за агрегатним станом тіл, з яких ці системи складаються.

Кожна неоднорідна система складається з двох фаз (середовищ) - дрібнодисперсної (зважених частинок) і дисперсійної (суцільний).

Характеристика методів розділення неоднорідних систем.

В неоднорідній системі дисперсна фаза звичайно рівномірно розподілена в дисперсійному середовищі. Для концентрування компоненту, що знаходиться в стані дисперсної фази, необхідне відносне переміщення фаз. Залежно від того, яка фаза переважно рухається щодо іншої, розрізняють два основні методи розділення:

1) осадження;

2) фільтрація.

В процесі осадження частинки дисперсної фази рухаються щодо дисперсного середовища. Необхідною умовою відносного переміщення фаз в неоднорідній системі є дія на них силового поля (гравітаційного, відцентрового, електричного і ін.) за наявності різниці густини фаз.

Осадження під дією сили тяжіння твердих частинок, що знаходяться в зваженому стані в рідкому або газовому середовищі, називають відстоюванням.

Швидкість руху

Швидкість осадження зважених частинок залежить як від їх густини, так і від ступеня дисперсності, причому осадження протікатиме тим повільніше, ніж меншими розмірами володіють частинки дисперсної фази і чим менше різниця густини обох фаз.

Практично методом відстоювання користуються, головним чином, для розділення грубих суспензій.

Осадження відбувається за законами падіння тіл в середовищі, що чинить опір їх руху. Осідаюча частинка рухається спочатку з прискоренням, але через деякий проміжок часу, коли опір тертя урівноважить дію сили тяжіння, вона набуває постійної швидкості і падає рівномірно.

Процес відстоювання описується критеріальним рівнянням:

Re =B(Ar)n

де В і n - є дослідними величинами і залежать від режиму осадження твердої частинки; значення їх для кулястої частинки приведені в табл. 1

Критерій Архімеда (Ar) дозволяє визначати режим осадження твердої частинки. При ламінарному режимі осадження, коли критерії мають значення А-3,6; Re-0,2.

Таблиця 2.1. Значення дослідних величин В і n для різних режимів

Режими	Ar	B	n
Ламінарний	3,6	1/18	1
Перехідний	3,6-8400	1/13,9	0,714
Турбулентний	8400	1/0,33	0,5

Стоксом теоретично отримана наступна формула для визначення швидкості осадження кулястої частинки:

, м/сек

Визначення швидкості осадження кулястих одиночних частинок в нерухомому неорганічному середовищі за узагальненим методом, придатним при будь-якому режимі осадження, проводять таким чином.

1. Визначення критерію Архімеда (Ar):

де d - діаметр частинки, м;

с - густина частинки, кг/м3;

сс - густина рідини, кг/м3;

µ - динамічний коефіцієнт в'язкості середовища, Н· сек/м2;

g - прискорення сили тяжіння, м/сек2.

2. За знайденим значенням критерію Архімеда визначають критерії Re або критерії Ly (рис. 2.1); далі режим осадження:

а) ламінарний режим:

б) перехідний режим:

;

в) турбулентний режим:

3. Обчислюють швидкість осадження частинок:

Для частинки неправильної форми швидкість осадження визначають тим або іншим шляхом з критерію Лященко, але з підстановкою в критерій Архімеда замість d величини dэ.

Еквівалентний діаметр dэ частинки неправильної форми обчислюють як діаметр умовної кулі, об'єм якого V рівний об'єму тіла неправильної форми:

де М - маса частинки, кг.

Після відповідних перетворень маємо пряму лінію що відсікає вісь ординат на величину lg В tg=n (рис. 2).

2. Опис експериментального стенду.

Експериментальний стенд (рис. 3) для вивчення кінетики гравітаційного осадження складається з прозорих циліндрів, заповнених рідинами з різними фізичними параметрами. На циліндрах є відмітки для визначення шляху, пройденого дисперсною частинкою за час осадження. Дисперсні частинки - кулястої і іншої форми, різного розміру і густини.

2. Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з порядком проведення роботи і журналом спостережень.

2. Опускаючи дисперсні частинки кулястої форми різних розмірів і густини в кожний з циліндрів з рідинами, на мірній ділянці секундоміром заміряти час їх осадження.

3. Розрахувати швидкість осадження:

а) виходячи з пройденої довжини шляху і заміряного часу.

б) аналітичним шляхом за узагальненим методом (1-3), порівняти.



Рисунок 2.1. Залежність критеріїв Re і Ly від критерію Ar для осадження одиночної частинки в нерухомому середовищі: 1 і 6 - кулясті частинки; 2 - закруглені; 3 - неправильної форми; 4 - довгасті; 5 - пластинчаті

Рисунок 2.2. Логарифмічна залежність Re від Ar



Рисунок 2.3. Схема експериментального стенду: 1 - мірний циліндр; 2 - помилкове дно; 3 -трос; 4 - підйомний механізм; 5 - електромагніт; 6 - секундомір; 7 - кнопка пуску секундоміра і скидання кульок

4. Обчислити значення критеріїв Ar і Re для кожної пари поєднання частинка - рідина.

5. За даними дослідів і розрахунків побудувати графічну залежність Re = f(Ar) в координатах lg Re - lg Ar і визначити константи n і в для різних режимів осадження.

Таблиця 2.2. Журнал роботи

№ п..п	Тверда частка	Дисперсна фаза	Час осадження, секунд	Швидкість осадження, м/с	Критерії	Константи
	d, м	с, кг/м3	сc, кг/м3	м, Па?с			Ar	Re	n	в

3. Обробка дослідних даних

1. Визначення швидкості осадження

, м/с

2. Визначення критерію Архімеда

3. Визначення критерію Рейнольдса за знайденим значеням критерію Архімеда, використовуючи рис. 2.1.

4. Визначення еквівалентного діаметра частинок неправильної форми.

5. Визначення дослідних величин n і в для рівняння (1)

4. Контрольні питання

1. Теоретичні основи процесів осадження.

2. З яких фаз складається неоднорідна система і як здійснюється класифікація неоднорідних систем за агрегатним станом і розміром частинок?

3. Методи розділення неоднорідних систем; суть і рушійна сила цих методів.

4. Критеріальне рівняння процесу відстоювання.

5. Порядок визначення швидкості осадження за критерієм Архімеда (Ar).

3. Вивчення закономірностей переміщення рідин у трубопроводах

Мета роботи: вивчення закономірностей переміщення рідин у трубопроводах.

Установка дозволяє проводити такі лабораторні роботи:

Визначення режиму протікання рідини.

Визначення витрат тиску на тертя.

Визначення витрат тиску при звуженні та розширенні трубопроводу.

1. Теоретичні основи процесу.

Режим протікання рідини визначається величиною критерію Рейнольдса:

де: щ - середня швидкість протікання рідини, м/с;

d - внутрішній діаметр труби, м;

м - динамічна в'язкість рідини; ПаМс;

с - густина рідини, кг/м3.

Середня швидкість протікання рідини визначається за формулою:

де: Vc - витрата рідини, мі/с;

F - площа поперечного перерізу трубопроводу, м2.

В залежності від значень числа Re визначається режим протікання рідини та коефіцієнт тертя (л):

Таблиця 3.1

Re <2300	Ламінарний	л=64/Re (3)
2300<Re<10000	Перехідний Турбулентний	л=0,316Re0-25 (4)

Витрати тиску на подолання тертя:

де: L - довжина трубопроводу, м.

Витрати тиску на створення швидкості потоку:

Витрати тиску на подолання місцевого опору (вентилів, вигинів, звуження, розширення) складаються з суми місцевих опорів:

де: о - коефіцієнт місцевого опору.

Повний гідравлічний опір:

?Р = ?Ртер +?Р шв+ ?Рм.о.

або:

Тиск, що створюється стовпом рідини висотою Н:

p = сgH,

де: g - прискорення вільного падіння, 9,81 м/с2;

Н - висота стовпа рідини, м.

Теоретичний час спустошення натискного баку:

,

де: Fб - площа перерізу натискного баку, м2;

f0 - площа перерізу труби (d=0,21 м);

Н - рівень' води в натискному баку, м;

б - коефіцієнт витрати, що являє собою добуток коефіцієнту швидкості ц та коефіцієнту стиснення струменю е.

Рівняння Бернулі для ідеальної, не стисненої рідини:

,

де: Z1 та Z2 - геометричний (висотний) натиск, м; P1/сg та P2/сg - п'єзометричний (статичний) натиск, м (Р1 та Р2 - тиск відповідно у натискному та приймальному баках);

та - швидкісний (динамічний) натиск, м (щ1 та щ2 - відповідно швидкості протікання рідини у натискному баку та на кінцях трубопроводу, що виходить у приймальний бак);

Нстр - витрати напору на подолання місцевого опору, м.

Для сталого потоку рідини при Р1=Р2 та щ2>> щ1:

,

тобто тиск витрачається на подолання усього гідравлічного опору трубопроводу.

При зміненому перерізі трубопроводу, відповідно рівняння нерозривності струменю:

де: щ1d1 - швидкість протікання рідини та діаметр трубопроводу у першому перерізі;

щ2d2 - швидкість протікання рідини та діаметр трубопроводу у другому перерізі.

Продуктивність насосу для перекачування рідини:

де: ф - час перекачування, с

Потужність двигуна насосу:

, Вт

де: H - повний натиск, м;

з - коефіцієнт корисної дії.

Повний натиск, розвинутий насосом (м):

H=hшв +hтep+hт.с.+Hz

де: HZ - геометрична висота підйоми рідини, м.

2. Опис установки.

Установка для проведення лабораторних робіт складається з натискного баку (А), приймального баку (Б), насосу для перекачування рідини (Н), витратоміра (Р) та системи трубопроводів з запірними вентилями (В1 -В10) та U- подібними манометрами (М1 - М3).

Схема установки наведена на рис. 3.1. На досліджуваних ділянках трубопроводів у спеціальних фіксаторах встановлені скляні трубки, що дозволяють спостерігати протікання рідини.

Вода з напірного баку А при відкритому вентилі В1 подається через витратомір Р за яким визначається витрата рідини, що протікає V за час ф та спрямовується у залежності від положення вентилів «відкрито» або «закрито», у відповідні скляні трубки.

Трубка між вентилями В5 та В8 служить для визначення режиму протікання рідини.

Трубка між вентилями В4 та B7 служить для визначення витрат тиску на тертя на прямій ділянці трубопроводу.

Трубка між вентилями В3-B6 служить для визначення витрат тиску при звуженні та розширенні трубопроводу.

Для визначення місцевого гідравлічного опору рідина подається складним маршрутом, що включає в себе коліна, вентилі, розширення і звуження. Зворотне перекачування рідини з баку Б у бак А здійснюється насосом Н.

3. Методика проведення лабораторних робіт та обробка результатів.

3.1. Визначення режиму протікання рідини.

При проведенні роботи відкриваються вентилі В1 В2, В5, В8 та В10. У першому досліді вентилі відкриті повністю, що відповідає максимальним витратам. Решта вентилів знаходяться в положенні «закрито». Рідина з напірного баку А поступає у скляну трубку між вентилями В5 та B8 та стікає у приймальний бак Б. Після встановлення стаціонарного режиму протікання на витратомірі Р визначається витрата рідини, розраховується швидкість її протікання, величина критерію Рейнольдса та коефіцієнту тертя. Вимірювання проводиться при трьох витратах рідини у залежності від ступеню відкриття крану В5. Результати вимірювань заносяться у таблицю.

3.2. Визначення витрат тиску на тертя.

При проведенні роботи відкрито вентилі В1, В2, В4, B7, та В10 (у досліді №1 усі вентилі відкриті повністю, що відповідає максимальним витратам). Решта вентилів у положенні «закрито». Визначаються експериментально витрати рідини, довжина та діаметр скляної трубки, показники манометру М3. Розраховується: швидкість протікання рідини у скляній трубці та коефіцієнт тертя (?Pм0=0) Вимірювання проводяться при трьох різних швидкостях протікання рідини. Отримані результати заносяться у таблицю.

3.3. Визначення витрат тиску при звуженні та розширенні трубопроводів.

При проведенні роботи відкрито вентилі В1, В3, B6, B9 та B10 (у досліді №1 усі вентилі відкриті повністю, що відповідає максимальним витратам). Решта вентилів у положенні «закрито». Рідина протікає у просторі між вентилями В3 та B6. Експериментально визначаються показники манометрів М1 та М2. При заданих діаметрах трубки розраховуються швидкості руху рідини у трубці та розширенні та величина місцевого опору при звуженні та розширенні трубки. Величиною витрат на тертя знехтуємо, тобто L<d. Вимірювання проводяться при трьох різних швидкостях протікання рідини. Отримані результати заносяться в таблицю.

Таблиця 3.2

№ досліду	Внутрішній Діаметр трубки, м.	Витрати рідини,м3	Час витікання, с	Vc, м3/с	щ, м/с	С кг/м3	М ПаМс	Re	л

Таблиця 3.3

Потужність насосу, Вт	Об'єм перекачаної рідини, мі	Час пере-качування, с	Швидкість протікання рідини, м/с	Повний натиск що розвиває насос, Па	Q, мі/с	N, Вт

Рисунок 3.1. Схема установки для проведення лабораторних робіт з гідравліки А, Б - натискний та приймальний баки, Н - насос, Р - витратомір, М1 та М3 - манометри, В1 -В10 - запірні вентилі, К1 -К5 - коліна, Т1 -Т2 - трійники.

Контрольні запитання.

1. Головні фізичні властивості рідин.

2. Які рідини називають ньютонівськими та у чому їх відмінність від неньютонівських?

3. Чим визначається та у яких одиницях виражається густина?

4. Співвідношення між динамічними та кінетичними коефіцієнтами густини?

5. Як залежить густина від температури та тиску?

6. Як визначається густина сумішей неасоційованих рідин та газів?

7. Як визначається зв'язок між витратами рідини та швидкістю її руху?

8. Що таке еквівалентний діаметр та гідравлічний радіус?

9. На подолання яких витрат витрачається енергія при протіканні рідин трубопроводами ?

10. Як визначається шерохуватість труб?

11.Які існують види місцевих опорів?

12. Яка загальна форма залежності коефіцієнту тертя від критерію Рейнольдса?

13. Як записується і що визначає рівняння Бернулі?

14. Що визначає рівняння нерозривності потоку?

15. Яке визначення головного рівняння гідростатики?

16. Як визначити тиск у будь-якій точці об'єму рідини?

17. Від яких параметрів залежить величина критерію Рейнольдса?

4. Визначення витрати енергії при механічному переміШуванні в рідкому середовищі

Мета роботи:

1. Визначити витрати енергії на перемішування при різних режимах роботи мішалки.

2. Визначити залежність інтенсивності перемішування від числа обертів мішалки.

3. Вибрати оптимальний режим і конструкцію мішалки.

1. Теоретичні основи

Перемішуванням називають процес взаємопроникнення і розподілу частинок однієї речовини в іншій у результаті їх вільного і вимушеного відносного руху. Вільне перемішування може відбуватися внаслідок молекулярної дифузії, різниці густин або температур у різних шарах рідини або під впливом кількох з цих факторів одночасно.

На практиці доцільніше застосовувати перемішування за рахунок перенесення елементарних частинок однієї рідини в іншу у процесі турбулентної дифузії під час вимушеного руху компонентів, що перемішуються.

Для збільшення швидкості процесу треба створити велику поверхню взаємодії реагуючих тіл і турбулізацію потоків, чого досягають застосуванням механічного перемішування в рідкій фазі (наприклад, при утворенні розчинів, суспензій, а також для інтенсифікації процесів тепло- і масообміну).

Одним з головних питань техніки перемішування є визначення витрати енергії на обертання мішалки при відомих розмірах її і конструкції, частоті обертання і фізичних властивостях рідини. Процес перемішування при встановленому режимі подають загальним критеріальним рівнянням:

Г1, Г2 - симплекси геометричної подібності.

В разі геометричної подібності перемішуючих пристроїв і посудин узагальнена залежність для визначення витрати енергії при переміщуванні матиме вигляд:

де:

- критерій Ейлера, або критерій потужності для перемішування;

- критерій Рейнольдса для перемішування;

- критерій Фруда для перемішування.

N - потужність на валу мішалки, Вт;

с - густина рідини, кг/мі;

м - в'язкість рідини, нМсек/мІ;

n - частота обертання мішалки, с;

d - визначальний лінійний розмір (діаметр мішалки)

g - прискорення вільного падіння, м/секІ;

Г1-Г2 - симплекси геометричної подібності.

Якщо на поверхні однорідної рідини не утворюється воронка (наприклад, коли встановлені вибивні перегородки), дія сили ваги є такою малою, що нею можна знехтувати, і рівняння (2) спроститься.

У цьому рівнянні коефіцієнт С і показник степеня m визначають дослідним шляхом.

Значення сталих величин С і m в узагальненому критеріальному рівнянні для геометрично подібних апаратів з різними мішалками наведені в табл. XXI [4], а залежність для тих же мішалок на рис. VII [4].

Експериментальні значення K як функції від Reдля мішалок різних типів наведені при визначених відношеннях діаметра D посудини, висоти Н рівня рідини в ній, ширини b лопаті і діаметра d лопаті мішалки а також (для пропелерних мішалок) при відношення шагу гвинта до діаметра посудини , що дорівнює 1 або 2.

Однак, значення К, визначені за довідковими даними, точні тільки для мішалок, геометрично подібних тим, до яких відносяться відповідні дослідні дані. При відхиленні від цієї умови витрата енергії змінюється. Тому у випадку відсутності геометричної подібності значення знайдену за довідковими даними (2) необхідно помножити на відповідні поправочні коефіцієнти:

де: Ь - відношення для модельної мішалки (2);

в - відношення для модельної мішалки (2);

b і l - ширина і довжина лопаті ;

B - ширина відбивної перегородки;

Z - кількість відбивних перегородок.

Значення показників степенів у випадках поправочних коефіцієнтів можна приймати за табл.1.

Найбільш важливими характеристиками перемішувальних пристроїв, які можуть бути покладені в основу їх порівняльної оцінки, є інтенсивність переміщування і ефективність перемішувального пристрою.

Таблиця 4.1. Значення показників степенів у формулах

Конструкція мішалок	d	h	K	m	P	r	n
Лопатеві без перегородок	1.1	0.6	0.3	-	-	-	-
Пропелерні і турбінні без перегородок	0.93	0.6	-	1.5	-	-	-
Пропелерні з перегородками	0	0	-	-	1.7	0.3	0.4
Трубінні з перегородками	0	0	-	1.5	-	0.3	0.4

Інтенсивність переміщування визначається часом досягнення заданого технологічного результату або числом обертів n мішалки при фіксованій тривалості процесу (для механічних мішалок). Чим вище інтенсивність перемішування, тим менше часу вимагається для досягнення заданого ефекту перемішування.

Інтенсивність виражається як:

Ефективність перемішувальних пристроїв характеризує якість проведення процесу перемішування і може бути виражена по-різному в залежності від мети перемішування.

Так ефективність Е роботи мішалок для процесів змішування рідин і розчи-нення твердих тіл звичайно оцінюють порівнянням витрат енергії для різних міша-лок на одиницю перемішуваного об'єму при однаковому показнику інтенсивності процесу,що відбувається під час перемішування.

де: Nпит=N/V - питома витратна потужність мішалки,Вт/м3;

V - переміщуваний об'єм рідини, м3.

Для економічного проведення процесу перемішування бажано, щоб потрібний ефект перемішування досягався за найменший час. При оцінці витрати енергії перемішувальним пристроєм треба враховувати витрату енергії за час, необхідний для забезпечення заданого результату перемішування.

2. Контрольно - вимірювальні прилади, реактиви:

Таблиця 4.2

І.Ваги технічні	1шт.
2.Секундомір	1шт.
3.Набір ареометрів	1комплект.
4.Віскозиметр	1шт.
5.Термометр /0-100 ?С/	1шт.
Реактиви:
І.Натрій хлористий

Перемішувальне устаткування (рис. 1) складається із закріпленого на штативі (1) рушія (2) , до якого за допомогою патрона (3) закріплюється вал (4).На кінець вала нагвинчена мішалка (5), яка занурюється у посудину (6) з рідиною. Регулювання частоти обертання вала мішалки здійснюється регулятором (7) за шкалою (8), що знаходиться на корпусі рушія.

Рисунок 4.1. Схема установки для вивчення перемішування рідини. 1 - штатив; 2 - рушій мішалки; 3- затискач патрону; 4- вал ; 5-мішалка; 6-посудина; 7- регулятор числа обертів; 8. - шкала частоти обертання

4. Послідовність виконання роботи

Перед початком роботи відповідно до рис.2 вимірюють і записують у таблицю спостережень усі розміри мішалки і посудини, які впливають на витрату енергії під час перемішування.

Рисунок 4.2. Основні геометричні характеристики мішалки і посуди

Потім встановлюють на валу мішалку досліджуваного типу, встановлюють задане число обертів мішалки (150,200,300,400,500) наливають у посудину певну кількість розчинника (на 1см нижче від потрібного рівня розчину), задають необхідну наважку розчинної речовини і доливають розчинник до потрібного рівня Н в посудині, після чого вмикається рушій мішалки.

Наважку розчинної речовини розраховують відповідно до заданої концентрації розчину (кг/мі) .Разом з увімкненням рушія мішалки вмикається секундомір, яким вимірюють час повного розчинення речовини. Після кожного розчинення рушій вимикається, знімається вал з мішалкою, одержаний розчин виливається і дослід повторюється із іншим числом обертів мішалки. Після останнього досліду вимірюють температуру, густину і в'язкість розчину. Усі покази приладів записують у таблицю спостережень.

5.Опрацювання результатів роботи.

Знайдені експериментальні дані опрацьовують відповідно до табл.2. Для узагальнення табличних даних у вигляді залежності будують графік залежності I від n у напівлогарифмічній системі координат (рис. З). Для ділянки прямолінійної залежності можна записати:

ln I = a + bn

Нахил прямої лінії показує значення сталої b= tgЬ. Оскільки кут міститься в другій чверті, то величина b буде від'ємною.

Для будь-якої точки прямої лінії, проведеної на графіку, стану а визначають з рівняння:

a=ln I-bn

Таблиця 4.3. Виміряні і обчислені величини дослідження процесу перемішування

Виміряні і обчислені величини	Розрахункові рівняння і розмірність	Числові значення
		Досліди
		1	2	3	4	5
Тип мішалки	-
Діаметр мішалки	d, м
Ширина лопаті мішалки	b, м
Довжина лопаті мішалки	l, м
Крок пропелерної мішалки	S, м
Діаметр посудини	D, м
Висота шару рідини	Н, м
Кількість відбивних перегородок	Z, шт
Висота відбивної перегородки	L, м
Ширина відбивної перегородки	B, м
Висота розміщення мішалки над дном	h, м
Концентрація розчину	С, кг/мі
Наважка розчинної речовини	m, кг
Об'єм розчину	V, мі
Температура розчину	t, ?С
Густина розчину	с, кг/мі
В'язкість розчину	г, мІ/с м, ПаМс
Частота обертання вала	n, с
Інтенсивність (час) перемішування	I, с
Критерій Рейнольдса
Критерій потужності за довідковими даними	KN=f(ReM)
Поправочні коефіцієнти
Критерій потужності за дослідними даними	?fn, KN=KN'М?fn
Витрата енергії на пе- ремішування	N= KNсnіd, Вт
Коефіцієнти залеж-ності	a=lnI-bn b=-tgЬ= =
Питома витрата на потужність мішалки	NПИТ=N/V, Вт/мі
Ефективність роботи мішалки	Е,

Для вибору оптимального режиму роботи мішалки за табличними даними будують графіки залежності ефективності Е роботи мішалки від частоти обертання n вала мішалки і від інтенсивності і перемішування.

У звіті про виконане дослідження повинні бути надані:

1. Завдання і мета дослідження;

2. схема устаткування із специфікацією і основними геометричними розмірами мішалки і посудини;

3. розрахункові формули;

4. таблиця із виміряними і обчисленими величинами;

5. графік залежності lnI = ц(n);

6. розрахункові значення коефіцієнтів рівняння (8);

7. графіки залежності E=f(n); E=f(I);

8. оптимальний режим роботи мішалки.

6. Контрольні запитання:

1. Значення процесу перемішування у промисловості.

2. У чому полягає вплив перемішування на хід технологічних процесів?

З. Класифікація та конструкція апаратів з мішалками.

4. Типи промислових мішалок та їх призначення.

5. Способи перемішування, їх вибір в залежності від призначення.

6. Поняття ефективності та інтенсивності перемішування.

7. Як впливає на потужність рушія мішалки наявність внутрішніх пристроїв в апараті?

8. Що таке кратність циркуляції?

9. Як впливає густина рідини на ефективність її перемішування та конструкцію мішалки?

10. Які критерії використовуються для опису процесу перемішування?

5. Визначення коефіцієнту теплопередачі в теплообміннику «труба у тpУБi»

Мета роботи - експериментальне визначення коефіцієнту теплопередачі в теплообміннику «труба у тpyбi».

1. Теоретичні основи.

Апарати, в яких відбувається процес передачі теплоти між двома теплоносіями, які мають piзнi температури, називаються теплообмінними. В природі існують три способи переносу теплової енергії, це - теплопровідність, конвекція та теплове випромінювання.

Зв'язок між кількістю переданого тепла та поверхнею теплообмінника визначається з основного рівняння теплопередачі:

Q = KМF М?tcep, Вт

де:

K - коефіцієнт теплопередачі;

F - поверхня теплопередачі;

?tcep - середня різниця температур теплоносія

3 основного рівняння теплопередачі визначається коефіцієнт теплопередачі:

Витрати тепла визначаються з рівняння теплового балансу:

)

де: G - витрати теплоносія;

с - теплоємність;

t2, t1 - початкова та кінцева температура теплоносія.

Середня властивість температур розраховується за формулою:

де: ?tб - більша різниця температур між теплоносіями на кінцях теплообмінника, К;

?tм - менша різниця температур між теплоносіями на кінцях теплообмінника, К.

Якщо О,5??2, то можна використовувати наступну формулу:

Поверхня теплопередачі розраховується за формулою:

де: dсер - середній діаметр внутрішньої труби, м;

L - загальна робоча лінія труби, м (для трьохсекційного теплообмінника L=3l).

2. Опис установки.

Установка складається з трьох розташованих один над одним, елементів. Кожний елемент складається з двох труб: зовнішньої та внутрішньої. Труби з'єднуються між собою послідовно. Гаряча вода із термостату надходить у зовнішню трубу i підігріває холодну воду, яка проходить через внутрішню трубу. Температура холодної води до i після теплообмінника вимірюється термометрами; гарячої води термометрами.

3. Виконання роботи.

Перед початком роботи необхідно включити термостат кнопками «перемішування» та «циркуляція», пoтiм встановити задану температуру гарячої води в термостаті (2). Після нагрівання рідини в термостаті до заданої температури проводять вимірювання при pyci рідини прямотечією та протитечією.

3.1. Рух рідин прямотечією.

При pyci рідин прямотечією приєднують шланг живлення холодної води у відповідне на cxeмi положения вентилів 2 та 3 відчинено («О»), а вентелів 4 та 5 - закрито («3»). При повністю відчиненому кpaнi холодної води (1), який встановлює максимальні витрати, визначають секундні витрати за кількістю води, що зливається (6) із трубного простору теплообмінника.

Після встановлення стаціонарного режиму вимірюють температуру теплоносіїв на вході ( t1, t3) та виході (t2, t4) теплообмінника. Отриманні дані заносять у таблицю вимірювань та роблять розрахунок коефіцієнту теплопередачі (К).

Потім зменшують подачу холодної води, зачиняючи кран (1) та проводять аналогічні вимірювання ще при двох значеннях її витрат також після встановлення стаціонарного режиму.

3.2. Pyx рідин протитечією.

При русі рідин протитечією змінюють положення приєднання до крану (1) шлангу живлення холодною водою згідно положенню на cxeмi вентилів 4 та 5 - відкрито («О»), а вентилів 2 та 3 - закрито («3»). Наступні вимірювання проводять аналогічно тому, як це вказано у oпиci проведення poбiт при русі рідин прямотечією.

Таблиця 5.1

Cпoci6 теплообміну

Об'єм води, мл

Час запов-нення об'єму, с

Вит-рати води, кг/с

Температура, °С

?tcp

Q, Вт

К Вт/мІМК

У термо -cтaтi, t

tl

t2

t3

t4

Прямотечія V1 V2 V3

Протитечія V4 V5 V6

-

4. Обробка експериментальних даних.

За експериментальними даними розраховують теплове навантаження Q i середню різницю температур ?tcep. За результатами замірів d та l розраховують теплопередаючу поверхню F.

Із основного рівняння теплопередачі виражають коефіцієнт теплопередачі К при прямотечії та протитечії.

5. Контрольні запитання.

Із яких основних частин складається кожухотрубний теплообмінник?

Із чого складається загальний термічний опір ?

У чому різниця між коефіцієнтами тепловіддачі i теплопередачі ?

Як зв'язані критерій Нуссельта i коефіцієнт тепловіддачі ?

Як зв'язаний коефіцієнт теплопередачі з коефіцієнтами тепловіддачі?

Які способи передачі тепла вам відомі ?

Які види теплообмінників застосовуються у xiмічній промисловості?

У чому різниця між стаціонарними i нестаціонарними процесами ?

6. Вивчення середнього температурного натиску теплообміну

Мета роботи:

1. Вивчення процесу теплообміну на діючих апаратах.

2. Визначення середнього температурного натиску при прямотечії, протитечії і виявлення переваги того або іншого потоку.

3. Визначення втрат тиску на подолання гідравлічних опорів в апаратах і виявлення залежності їх від швидкості руху рідини і числа ходів.

1. Основні положення.

В безперервному процесі теплообміну при русі теплоносіїв вздовж поверхні нагріву, температура обох або одного з них змінюється. Характер її зміни залежить в основному від агрегатного стану і взаємного напряму руху теплоносіїв (рис. 6.1).

Так, при прямотоці без зміни агрегатного стану теплоносіїв температура гарячого теплоносія знижується від t1н до t1к, а температура холодного теплоносія підвищується від t2н до t2к. При цьому різниця температур теплоносіїв уздовж поверхні нагріву змінюється від Дt/ до Дt//; на одному кінці поверхні велика різниця, на іншому менша;



Рисунок 6.1. Графіки зміни температури теплоносіїв в процесі теплообміну в одноходових апаратах а і б - прямотечія і протитечія без зміни агрегатного стану теплоносіїв; в - паровий обігрів при Qконд=tn; г і д - паровий обігрів при Qконд<tn ( г - прямотечія, д - протитечія)

Отже, необхідно визначити середню різницю температур теплоносіїв Дtсер між більшою Дtб і меншої Дtм різницями за формулою:

При лінійному характері зміни температури теплоносіїв і при Дtб/Дtм<2 з достатнім ступенем точності можна розрахувати середнє арифметичне значення Дtсер:

За формулою визначають середню різницю температур теплоносіїв у разі теплообміну без зміни агрегатного стану теплоносіїв при прямотечії (рис. 6.1, а), протитечії (рис. 6.1, б) і паровому обігріві (рис. 6.1, в, г, д) в одноходових теплообмінних апаратах.

Середню різницю температур можна визначити також по номограмі (рис. 6.2).

Рисунок 6.2. Номограма для визначення Дtсер

В багатоходових апаратах теплоносії рухаються уздовж якоїсь частини поверхні нагріву прямотечією, уздовж іншої частини - протитечією, тобто має місце змішаний (змінний) струм теплоносіїв. Умовні схеми зміни температур теплоносіїв в двоходових апаратах показані на рис. 6.3. Гарячий теплоносій, параметри якого з індексом 1 9 рідина, газ - див. рис. 6.3, а, чи, пара, що конденсується, - рис. 6.3, в,г), робить в міжтрубному просторі апарату один хід із зміною температури від tн1 до tк2. При цьому можливі два випадки: в першому ходу - протитечія, в другому - прямотечія (рис. 6.3, б,г). При змішаному струмі, середня різниця температур теплоносіїв дещо менше ніж при протитечії; рекомендується визначати її за формулою:

де еДt - поправочний коефіцієнт, залежний від взаємного напряму руху теплоносіїв і їх початкових і кінцевих температур; визначається графічно залежно від значення величин R і P;

Дtсрпотр- середня різниця температур теплоносіїв при протитечії.

Рисунок 6.3. Графіки зміни температури теплоносіїв в процесі теплообміну в двоходових апаратах

На рис. 6.4 приведений графік залежності еДt=f(P, R) для двоходового апарату. Середня різниця температур теплоносіїв є рушійною силою процесу теплопередачі і називається середнім температурним напором.

Гідравлічний опір апарату. На інтенсивність теплообміну істотно впливає швидкість руху теплоносіїв в апараті. Підвищення швидкості збільшує турбулентність потоку, знижує утворення накипу, як наслідок збільшується коефіцієнт теплопередачі. Проте значне підвищення швидкості теплоносія призводить до збільшення втрати тиску теплоносія на подолання опорів при проходженні його через апарат.

Гідравлічний опір апарату складається з опору тертя по довжині прямолінійних труб (каналів) і місцевих опорів.

Місцеві опори виникають в місцях зміни конфігурацій потоку теплоносія в результаті конструктивних особливостей апарату (розширення, зміна напряму трубопроводу, наявність вентилів, кранів, заслінок, діафрагм і т.п.).

Рисунок 6.4. Графік залежності еДt=f(P, R)

Втрати тиску на подолання опору в прямих каналах (в Па):

де лтр - коефіцієнт гідравлічного опору тертя: залежить від режиму руху рідини і ступеня шорсткості труб

при

при

де n - коефіцієнт шорсткості, dэкв=dтр

Втрати тиску на подолання місцевих опорів:



де Уо- сума коефіцієнтів місцевих опорів; визначається за таблицею залежно від особливостей конструкції апарату, що викликають зміну умов руху теплоносія.

Таким чином, втрати тиску (Па) на подолання гідравлічних опорів при русі теплоносія в апаратах можна визначити за формулою:

Величина втрат тиску визначає витрату енергії на переміщення теплоносія в апараті і, отже, є важливим показником економічності роботи апарату. У зв'язку з цим швидкість руху теплоносія повинна вибиратися в оптимальних межах, які визначаються інтенсивністю теплообміну і витратою енергії при роботі апарату (для рідини в прямих трубках w 1-2 м/с).

2. Методика проведення випробування.

Випробування проводять на експериментальній установці теплообмінника типу "труба в трубі".

Знімають значення температури на лінії гарячої води (t1н і t1к) при різних режимах руху рідини і напрямах потоку.

2. Знімають значення температури на лінії холодної води при різних режимах руху рідини (t2н до t2к).

3. Експериментальні дані заносять в протокол спостережень.

Таблиця 6.1

Напрямок руху потоку	V,м3	ф,с	u, м/с	Re	режим	tн1, °С	t1, °С	tн2, °С	tк2, °С
прямотечія
протитечія

3. Обробка експериментальних даних

1. Визначення середньої рушійної сили теплообміну.

Для визначення значень Дtб і Дtм використовуємо графік зміни температури на рис.1, а і б - прямотечія і протитечія без зміни агрегатного стану теплоносіїв.

2. Оцінка переваги середньої рушійної сили теплообміну між прямотечією і протитечією згідно обробки експериментальних даних за п.1.

3. Визначення втрати енергії на подолання опору тертя в прямих каналах.

4. Визначення втрати енергії на подолання місцевих опорів.

5. Визначення загальної втрати енергії при русі потоків в апараті.

4. Контрольні питання

1. Середня рушійна сила теплових процесів.

2. В яких випадках приймають протитечію і прямотечію в процесі теплообміну?

3. Графіки зміни температури потоків в процесі теплообміну.

4. Втрати енергії за довжиною трубопроводу і на місцеві опори.

7. Визначення температурних втрат і температури кипіння розчину

Мета роботи: Визначення температурних втрат і температури кипіння розчину для оцінки рушійної сили процесу випаровування.

1. Загальні положення.

У випарному апараті виникають температурні втрати, загальна величина яких складається з температурної депресії Д/, гідростатичної депресії Д" і гідравлічної депресії Д'".

Температурна депресія Д/ рівна різниці між температурою кипіння розчину і температурою кипіння чистого розчинника при однаковому тиску.

Розглянемо, як приклад, розрахунок Д/ за допомогою емпіричного правила Бабо, згідно якому відношення тиску пари (р1/р2) над розбавленим розчином даної концентрації є величина постійна, не залежно від температури кипіння розчину, тобто.

де р1 і р2 - тиск пари відповідно розчинника і розчину.

Знаючи температуру кипіння t2 розчину при деякому довільно узятому тиску р2 знаходять (за таблицями насиченої водяної пари) тиск пари чистого розчинника (води) р2 при тій же температурі і розраховують константу К користуючись залежністю (1).

За тим же рівнянням визначають для заданого тиску р2/ над розчином (у випарному апараті) тиск пари р1 чистого розчинника і знаходять за таблицями відповідну йому температуру t2/, яка і буде температурою кипіння розчину при заданому тиску.

Оскільки температура чистого розчинника при цьому тиску відома, то температурна депресія складає:

Довідникові значення температурної депресії звичайно приводяться при атмосферному тиску. Величину Д/ при будь-кому тиску можна отримати, користуючись рівнянням И.Л. Тищенко:

де Датм/ - температурна депресія при атмосферному тиску С;

Т, r- температура кипіння чистого розчинника (в К) і його теплота випаровування (в кДж/кг) при даному тиску.

Рівняння застосовується тільки до розбавлених розчинів.

Депресія Д/ обумовлена тим, що деяка частина висоти кип'ятильних труб випарного апарату заповнена рідиною, над якою знаходиться паро-рідинна емульсія; вміст пари в ній різко зростає у напрямку до верхньої кромки труб.

В першому наближенні розрахунок Д/ можливий на основі визначення температури кипіння в середньому поперечному перетині кип'ятильної труби. Для цього знаходять тиск р в даному перетині, рівний сумі тиску вторинної пари рвт.п. та гідростатичного тиску Дрср стовпа рідини на середині висоти Н труби:

де с - середня густина рідини, що заповнює трубку.

Допускаючи, що величина р рівна половині густини чистого розчину (без присутності бульбашкив пари), тобто с = сж/2, отримують:

За тиском р за допомогою таблиць насиченої водяної пари знаходять температуру води tв, відповідну даному тиску. Різниця між температурою tв і температурою вторинної пари Т/ визначає величину гідростатичної депресії:

Для вертикальних апаратів з циркуляцією випаровуваного розчину величина Д/ може бути прийнята в межах 1 - 30С.

Гідравлічна депресія обумовлена гідравлічними опорами (тертя і місцевими опорами), які повинна подолати вторинна пара при його русі головним чином через пристрої сепарацій і паропроводи. Викликане цим зменшення тиску вторинної пари приводить до деякого зниження його температури насичення.

Підвищення температури кипіння розчину, обумовлене гідравлічною депресією, звичайно коливається в межах 0,5 - 1,5 0С.

Температура кипіння розчину з урахуванням температурних втрат, обумовлених температурній Д/ і гідростатичній Д// депресіями, складає:

де Т - температура вторинної пари 0С

Випаровуванням називається концентрація розчинів практично нелетких речовин або слабколетких речовин в рідких летючих розчинниках.

Отримання висококонцентрованих розчинів, практично сухих і кристалічних продуктів, полегшує і здешевлює їх перевезення і зберігання.

Тепло для випаровування можна підводити будь-якими теплоносіями, вживаними при нагрівання. Проте в переважній більшості випадків як гріючий агент при випаровуванні використовують водяну пару, яку називають гріючою, або первинною.

Пара, що утворюється при випаровування киплячого розчину, називається вторинною.

Процеси випаровування проводять під вакуумом - при надлишковому і атмосферному тиску. Вибір тиску пов'язаний з властивостями розчину, що випаровують і можливістю використовування тепла вторинної пари.

Випаровування під вакуумом має певні переваги перед випаровуванням при атмосферному тиску, оскільки проводиться процес при більш низьких температурах.

Кипіння рідин

При нагріванні до температури кипіння прикордонний шар рідини біля стінки порушується - на найдрібніших нерівностях стінки, що передає тепло, утворюються бульбашки пари. Величина, форма і число бульбашок залежать від кількості тепла, шорсткості і чистоти поверхні нагріву, а також від здатності рідини змочувати цю поверхню.

Досягнувши певної величини, бульбашки підіймаються до поверхні киплячої рідини. Під час підйому вони збільшуються в об'ємі внаслідок випаровування рідини всередину бульбашки. Таким чином, процес перенесення тепла при кипіння складається з віддачі тепла рідини стінкою і передачі тепла внутрішньої поверхні пухирця у вигляді теплоти випаровування. При цьому необхідно подолати термічний опір тонкого прикордонного шару рідини на межі пухирець - рідина, тобто мати температуру вище за температуру пухирця. В результаті рідина дещо перегрівається щодо температури насичення пари над поверхнею киплячої рідини.

Вогнища утворення дрібних бульбашок в дрібніючі горбики на твердій поверхні, частинки забруднення і т.п. носять назву центрів паротворення. Інтенсивність утворення бульбашок зростає до деякої межі із збільшенням різниці температур між стінкою і киплячою рідиною (Дt=tст-tкип). Із зростанням Дt збільшується густина теплового потоку q, тобто кількість тепла, що передається рідині в одиницю часу одиницею поверхні стінки. Виникаюче при цьому перемішування рідини, обумовлене зростанням, відривом і спливанням бульбашок, призводить до збільшення коефіцієнта тепловіддачі б (рис. 7.1)

Цій області на рис. 7.1 відповідає режим пузирчастого, або ядерного кипіння, що характеризується відносно високою інтенсивністю тепловіддачі.

Проте при подальшому збільшення Дt число центрів паротворення зростає настільки, що відбувається злиття бульбашок пари і поверхня нагріву покривається плівкою перегрітої пари, яка погано проводить тепло. Не дивлячись на те що, ця плівка не стабільна, її утворення, приводить до значного падіння величини. Відповідний режим, що зображається на рис.1 правою низхідною гілкою кривої d=f(?t), носить назву плівкового кипіння.

2. Методика проведення роботи

Прилад складається з скляної колби з пробкою, в яку вставлено два термометри (один занурений в розчин, інший - в пару) і трубка з краном, сполучена з скляним конденсатором. Колба встановлена на електронагрівальній плитці, яка через електролічильник приєднується до електричної мережі. Всі відліки починаються з моменту кипіння розчину.

Рисунок 7.1. Залежність бі q від ?t для киплячої води при p=1 ат (10,1·104)

1. Ознайомитися з пристроєм, роботою апарату і методикою проведення експерименту.

2. Приготувати розчин з концентрацією солі NaCl (10-15)%.

3. Включити електроплиту.

4. Приготований розчин залити в колбу в такій кількості, щоб він на (10-20) мм не доходив до парового термометра.

5. Час закипання розчину записати і проводити всі виміри з інтервалом 2-5 хв., конденсат вторинної пари збирати в мензурку і записувати об`єм.

6. Вимкнути електрострум і воду, вимити прилади, прибрати робоче місце.

3. Обробка експериментальних даних

1. Покази лічильника до початку роботи.

2. Покази лічильника після закінчення роботи.

3. Кількість витраченої енергій в кДж.

де Е - витрата енергії в кВт-год.

4. Вага розчину після упарювання G1, кг

5. Вага розчину до упарювання G2, кг

6. Вага вторинної пари, Gw, кг.

Таблиця 7.1

Час, с	Температура, °С	Питома вага, н/м3	Концентрація, %	Тиск, Па	Молекулярна концентрація, кг/кмоль	Теплота випарювання, Дж
	Розчину	Пари

Дослідне визначення температурної депресії

Розрахункове визначення температурної депресії і порівняння з дослідною.

Таблиця 7.2

Температура вторинної пари	f	Температура вторинної пари	f	Температура вторинної пари	f
40	0,66	80	0,88	120	1,14
50	0,71	90	0,94	130	1,18
60	0,76	100	1	140	1,22
70	0,82	110	1,07	150	1,25

Графічна залежність температурної депресії від концентрації розчиненої речовини, Д/=f(с).

Витрати енергій.

Визначення корисної різниці температур

8. Визначення опору насадкової колони

Мета роботи: експериментальне визначення опору насадочної колони та порівняння його з розрахунковими даними опору колони.

1. Теоретичні основи.

Гідравлічний опір колони визначається за формулою:



де: л - коефіцієнт опору;

LK - довжина каналів, м;

de - еквівалентний діаметр каналів, м;

с - густина середовища, кг/м3;

щ - фактична швидкість середовища у каналах, м/с.

Коефіцієнт опору зв'язаний з критерієм Рейнольда такою залежністю:

При Re<40, л=140/Re

при Re>40, л=16/Re0,2

Критерій Рейнольдса визначається таким чином:

де: щф - фіктивна швидкість середовища, м/с; с - густина середовища, кг/м3; б - питома поверхня шару насадки, м2/м3;

м - в'язкість середовища, ПаМс.

Фактична швидкість середовища у каналах визначається за формулою:

де: щф - фіктивна швидкість середовища, м/с;

е - порозність шару насадки.

Фіктивна швидкість середовища знаходиться таким чином:



де: Vc - секундні витрати повітря, м3/с;

F - поперечний перетин апарату, м2;

Поперечний перетин апарату знаходять за формулою :

F = 0,785d2, м2

де: d - внутрішній діаметр апарату, м.

Еквівалентний діаметр каналів визначається за формулою :

Довжина каналів визначається таким чином :

Lk=dkМH, м

де dk - коефіцієнт кривизни каналів (приймається рівним dk=1.2);

H - висота шару насадки , м.

Порізність шару насадки визначається за формулою:

де: Vш - об'єм шару насадки, м3;

УVч - сума об'ємів всіх часток, що складають шар насадки, мЗ;

Сума об'ємів всіх часток, що складають шар насадки визначається:

УVч=n?Vч, м3

де: n - кількість часток, що складають шар насадки;

Vч - об'єм однієї твердої частки, м3.

Vч=0,785Мdч2Мhч, м3

де: dч - діаметр однієї частки, м;

hч - висота однієї частки, м .

Питома поверхня шару насадки визначається за формулою:

де: F - поперечний перетин апарату, м2;

Vш - об'єм шару насадки, м3.

Поверхня всіх частин шару визначається таким чином ;

F=nМfч, м2.