Смекни!
smekni.com

Гидромеханические процессы (стр. 5 из 9)

H0, HПС - высота неподвижного и псевдоожиженого слоев, соответственно.

Для расчета аппаратов со взвешенным слоем необходимы расчетные уравнения, устанавливающие зависимость между физическими свойствами газа и твердых частиц, скоростью газа и порозностью слоя e.

Такие эмпирические уравнения удобно представлять в виде зависимостей между обобщенными безразмерными переменными, так называемыми числами подобия, которые включают все физические величины, оказывающие влияние на рассматриваемый процесс.

В гидравлике взвешенного слоя очень удобной для расчетов является графическая зависимость между числами Лященко Lyи Архимеда Ar: Ly= f (Ar, e).

Число Лященко

(3.8)

Число Архимеда

(3.9)

где: mС - динамический коэффициент вязкости среды, Па. с.

Для удобства расчетов зависимость дана в логарифмических координатах. Этот график дает возможность найти любую из трех величин: Ly, Ar, e/2, с.108/.

3.2 Описание установки

Установка состоит из смонтированной на щите колонны К1 (рис.3.2) с внутренним диаметром 50 мм. В колонне имеется четыре металлических сеток. На каждой сетке находится слой твердых частиц (силикагель).

Воздух, подаваемый компрессором, проходит под нижнюю сетку колонны. Вентиль В2 служит для выпуска воздуха в атмосферу. Гидравлическое сопротивление измеряют дифференциальным манометром Д2, который через переключатель П1 может быть подключен для измерения перепада давления либо в одной нижней секции (положение 1), либо в других секциях (положение 2 и 3), либо во всей колонне (положение 4).

Расход воздуха, проходящего через колонну, определяют по показаниям диф. манометра Д1, присоединенного к диафрагме с диаметром отверстия 9 мм.

3.3 Методика проведения работы

Приступая к работе, закрываем полностью вентиль 1 и открываем вентиль 2 на выходе в атмосферу. После этого пускают воздушный компрессор. Открывая вентиль 1, устанавливают такой начальный расход воздуха, чтобы показания диф. манометра Д1 было порядка 100 мм вод. ст. с помощью переключателя П1 при этом расходе воздуха измеряют перепад давления по диф. манометру Д2 в нижней секции колонны.

Рис.3.2 Схема установки.

К1 - колонна, Д1, Д2 - диф. манометры, П1 - переключатель, Д3 - диафрагма.

Записав результаты измерения в отчетную таблицу 3.1, проводят в той же последовательности измерения при втором расходе воздуха, затем при третьем и т.д. до максимального увеличения. Увеличение расхода воздуха производят на такую величину, чтобы показания диф. манометра воздуха нарастали приблизительно на 10 мм вод. ст. Опытные данные записывают в таблицу 3.1.

По окончании работы открывают полностью вентиль В2 и воздух выбрасывается в атмосферу, а вентиль В1 закрывают, затем выключают воздушный компрессор.

Таблица 3.1 Протокол измерений

№№пп Показания диф. манометраД1 Dh1,мм вод. ст Расход воздуха V, м3 Скорость воздуха w, м/с Показания диф. манометра Д2 (гидравл. сопротивление) Dh2, мм вод. ст.

3.4 Обработка опытных данных

1. По данным таблицы 3.1 строят для каждого слоя график зависимости от скорости воздуха w. Скорость воздуха определяется по формуле:

(3.10)

где: VСЕК - расход воздуха, рассчитанный по формуле (3.8), м3/с;

F - площадь поперечного сечения аппарата диаметром D= 50 мм, м2.

Расход воздуха определяется по формуле:

(3.11)

где: a - коэффициент расхода, a = 0,6;

f0 - площадь поперечного сечения диафрагмы диаметром d= 9 мм, м2;

Dh1 - показания диф. манометра Д1, м;

rЖ - плотность манометрической жидкости, кг/м3;

rГ - плотность воздуха, кг/м3.

2. Из графика DР = f (w) определяют критическую скорость начала псевдоожижения.

3. Вычисляют число Лященко для критической скорости:

где: rТ - плотность твердой частицы, кг/м3.

4. По рисунку /2, с.108/ Ly= f (Ar, e) при e = 0,4 находят соответствующее значение числа Архимеда, по которому определяют диаметр частицы:

(3.12)

5. По рисунку /2, с.108/ Ly= f (Ar, e) находят предельное значение критерия Lyпри e = 1, позволяющее определить скорость уноса wу и расход воздуха при уносе:

6. Определяют коэффициент формы частицы по формуле:

(3.13)

где: rТ - плотность твердого материала (силикагель), кг/м3;

e - порозность слоя, для неподвижного слоя материала e = 0,4.

7. Определяют вес слоя частиц в каждой секции:

3.5 Контрольные вопросы

1. Чем отличаются друг от друга скорость уноса, фиктивная, критическая (скорость псевдоожижения), рабочая скорости газа?

2. Что такое порозность слоя? В каких пределах изменяется порозность взвешенного слоя?

3. Какой характер имеет зависимость DР = f (w) от фиктивной скорости газа в процессе псевдоожижения?

4. Какой характер имеет зависимость порозности слоя от расхода газа?

5. С какой целью определяются значения чисел Лященко и Архимеда?

Лабораторная работа № 4

4. Определение расхода энергии на перемешивание

Цель работы: Опытное определение расхода энергии при перемешивании и определение опытных коэффициентов в критериальном уравнении и расхода мощности.

4.1 Теоретическая часть

Перемешивание является обязательным условием успешного проведения разнообразных технологических процессов. В зависимости от целей и условий перемешивания применяют аппараты с мешалками различных конструкций.

Вследствие широкого промышленного распространения процесса перемешивания количество энергии, затрачиваемой на этот процесс на химических заводах, обычно составляет существенную часть общих энергетических расходов производства.

Рассматривая движение жидкости в аппарате с мешалкой как частный случай явления движения жидкости, для описания процесса при установившемся движении жидкости можно воспользоваться критериальным уравнением:

Eu= f (Re, Fr, Г1, Г2) (4.1)

где: Еu - число Эйлера, - число Рейнольдса; Fr - число Фруда; Г1, Г2 - симплексы геометрического подобия.

В этих выражениях

(4.2)

где: ∆Р - потеря давления, Па;

ρ - плотность жидкости, кг/м3;

w - средняя скорость движения потока, м/с;

d - диаметр, определяющий линейный размер, м;

μ - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па· с.

Для аппаратов с мешалками в качестве определяющего линейного размера принимают диаметр мешалки (диаметр окружности, описываемый лопастями мешалки).

В связи с трудностями определения действительной скорости движения жидкости целесообразно эту величину заменить пропорциональной ей величиной числа оборотов мешалки, а вместо величины потери давления ввести величину потребляемой мощности. Тогда числа гидродинамического подобия будет иметь вид:

(4.3)

где: n - число оборотов мешалки, об/с;

N - мощность на валу мешалки, Вт;

- модифицированное число мощности;

- центробежное число Рейнольдса;

- центробежное число Фруда.

Не учитывая влияния силы тяжести, обобщенная зависимость для определения мощности на валу мешалки, при условии геометрического подобия мешалок и сосудов, будет иметь вид:

= С·
(4.4)

4.2 Описание установки

Установка состоит из сосуда 2, в который заливается перемешиваемая жидкость. Перемешивание осуществляется четырёхлопастной мешалкой 1О. Крепится мешалка на съемном валу 9. Мешалка приводится во вращение от электродвигателя 1 с помощью шнурового привода. При вращении вала мешалки возникает момент, величина которого зависит от числа оборотов вала, размеров лопастей и рода жидкости. Момент с вала передается на равноплечный рычаг динамометра. Этот момент практически равен рабочему моменту привода мешалки.