Министерство образования РФ

ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерно-технический институт

Кафедра химических технологий и оборудования

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО КУРСУ

“ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ”

ЧАСТЬ 2

Учебно-методическое пособие

Специальности: 250200 – химическая технология неорганических веществ; 320700 – охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов; 060800 – экономика и управление на предприятии (в химической промышленности); 170500 – машины и аппараты химических производств

ЧЕРЕПОВЕЦ

2002

Рассмотрено на заседании кафедры химических технологий и оборудования, протокол № 7 от 28.02.2002 г.

Одобрено редакционной комиссией Инженерно-технического института ЧГУ, протокол № 3 от 19.03.2002 г.

С о с т а в и т е л и: В.А. Котенко, канд. техн. наук, доцент, Е.В. Докунина, Е.В. Сиденко , О.А. Розанова

Р е ц е н з е н т ы : В.В.Ермилов, канд. техн. наук, доцент (ЧГУ); В.И.Ворожбьянов, канд. техн. наук, доцент (ЧГУ)

Ó Череповецкий государственный университет, 2002

Введение

Лабораторный практикум предназначен для закрепления теоретических знаний, полученных студентами при изучении курса “Процессы и аппараты химической технологии”, а также для приобретения ими навыков физико-химического эксперимента. Он включает в себя четыре работы.

Каждая лабораторная работа выполняется группой студентов (4 – 6 человек) в течение четырех часов.

Перед выполнением лабораторной работы каждый студент должен самостоятельно ознакомиться с ее описанием, изучить физический смысл и практическое значение определяемых величин, а также ознакомиться с методикой эксперимента. При необходимости следует воспользоваться рекомендуемой литературой.

Перед началом работы студент обязан ответить на приведенные в пособии контрольные вопросы. Кроме того, преподавателем могут быть заданы вопросы по методике проведения эксперимента, а также вопросы, касающиеся безопасных приемов работы на установке.

Установка включается только с разрешения преподавателя и в его присутствии.

После завершения работы преподавателю предъявляются результаты расчетов, отчет по работе. Защита отчета производится в индивидуальном порядке. Отчет должен содержать следующее:

1. Цель работы.

2. Теоретические сведения.

3. Описание установки.

4. Экспериментальную часть:

а) порядок выполнения работы,

б) опытные данные (текущие и конечные расчеты, таблицы с результатами расчетов, графики и т.д.)

5. Выводы.

6. Список использованной литературы.

При защите отчета студент должен знать все физические величины, используемые в работе, их единицы измерений, устройство экспериментальной установки.

Лабораторная работа 1

Определение расхода воздуха с помощью мерной диафрагмы

Ц е л ь р а б о т ы – определение расхода воздуха с помощью мерной диафрагмы при различных режимах работы установки.

1. Теоретические сведения

Расход газов и жидкостей определяют с помощью дроссельных приборов (мерные диафрагмы, сопла, трубы Вентури), принцип работы которых основан на измерении перепада давлений при изменении сечения трубопровода 1. При этом кинетическая энергия потока в этом месте возрастает, а потенциальная энергия уменьшается. Вследствие простоты конструкции и монтажа, большее применение нашла диафрагма (рис. 1) – тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого расположен по оси трубы.

Рис. 1.

Измерение расхода воздуха диафрагмой

Для двух сечений трубопровода с диафрагмой можно записать уравнение Бернулли 1:

, (1)

где Р и Р₀ – статическое давление потока до и после диафрагмы, Па; W и W₀ – средняя скорость потока в трубопроводе и диафрагме, м/с; ρ_с – плотность измеряемой среды, кг/м³.

Уравнение (1) можно записать в виде

, (2)

где ΔР – разность давлений по дифманометру, Па.

Из условия неразрывности потока следует:

S·W = S₀ ·W₀ , (3)

где S и S₀ - площади поперечного сечения трубопровода и отверстия диафрагмы, м².

Учитывая, что W = W₀ ; , получим

. (4)

Подставляя (4) в (2), получим:

, (5)

где d₀ и d – диаметры отверстия диафрагмы и трубопровода, м.

Для реальной жидкости и газов расход находится по формуле

, (6)

где V – расход жидкости или газа, м³/с;  - коэффициент расхода нормальной диафрагмы в гладком (шероховатом) трубопроводе 2; К – поправочный множитель, учитывающий шероховатость стенок трубопровода 2.

При определении расхода по формуле (6) возникают трудности, обусловленные тем, что коэффициент  зависит от критерия Rе, в который входит неизвестная заранее скорость W. Поэтому при расчете расходов V поступают следующим образом: для данного m= (d₀ /d)² по прил. 2 принимают среднее значение , затем по формуле (6) определяют расход V, из которого находят скорость:

W = . (7)

Определяют значение Rе, уточняют величину  и определяют фактическое значение V по формуле (6) с учетом известного значения .

2. Описание установки

Вентилятором 2 (рис. 2) воздух подается в воздухопровод 3 и выходит из него через отверстия в кольцах 9, которые служат для регулирования расхода воздуха. Мерная диафрагма 6, подключенная к дифманометру 8, измеряет перепад давлений воздуха до и после диафрагмы. Диаметр воздухопровода 200 мм, диаметр отверстия диафрагмы 90 мм. Психрометр 4 и барометр 5 необходимы для определения плотности воздуха.

Рис. 2. Схема установки. 1 – электродвигатель; 2 – центробежный вентилятор; 3 – воздухопровод; 4 – психрометр; 5 – барометр; 6 – мерная диафрагма; 7 – вентили для присоединения дифманометра; 8 – дифманометр; 9 – кольца для регулирования расхода воздуха