6 Содержание отчета

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

- цель работы;

- краткий конспект теоретической части;

- схему установки;

- таблицу данных эксперимента;

- расчеты и результаты расчетов у_н, у_к, , К_м, К_т., материального и теплового баланса

Примечание. Если по заданию преподавателя число опытов больше четырех, то отчет дополняют графиками зависимостей К_уср = f(w), K_T = f(w), где w -скорость газа в колонне, м/с.

По полученным результатам делаем выводы.

7 Вопросы для самоконтроля

1 Общие признаки массообменных процессов.

2 Напишите основное уравнение массопередачи и теплопередачи .

3 Виды массопередачи

4 В чем сходство и отличие процессов массо и теплопередачи?

5 Каков физический смысл коэффициента массопередачи

6 Чем объясняется сходство уравнений массопередачи и теплопередачи?

7 Список использованных источников

1 Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки.- Учебное пособие.- Москва: Альфа-М, 2008.

2 Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.- М.: Химия, 2000.- С. 331-339.

Приложение а

Таблица 1 – Физические свойства воды

T, о С	Плотность относительная ρ, кг/м3	Динамическая вязкость µ·10-3 , Па·с	Коэфф-т поверх. натяж. σ·10-3, Н/м	Удельная теплоемкость, Дж / (кг . К)
5	1000	1,519	-	4183
6	999,95	1,473	-
7	999,9	1,428	-
8	999,85	1,386	-
9	999,8	1,346	-
10	999,7	1,307	74,11
11	999,6	1,271	-
12	999,	1,236	-
13	998,9	1,203	-
14	998,7	1,171	-
15	998,6	1,140	-
16	998.5	1,111	-
17	998,4	1,083	-
18	998,3	1,056	-
19	998,25	1,030	-
20	998,2	1,002	72,58	4182
21	997,8	0,981	-
22	997,6	0,958	-
23	997,3	0,936	-
24	997,1	0,914	-
25	996,9	0,894	-
26	996,6	0,874	-
27	996,4	0,855	-
28	996,1	0,836	-
29	995,8	0,818	-
30	995,7	0,798	71,03

Таблица 2 - Физические свойства сухого воздуха

при атмосферном давлении

T, о С	ρ, кг/м3	Динамическая вязкость µ·10-6 , Па·с	Удельная теплоемкость сухого воздуха, кДж / (кг . К)	Удельная теплоемкость влажного воздуха, кДж / (кг . К)
0	1,293	17,17	1005	1030,1
10	1,247	17,66
20	1,205	18,15
30	1,165	18,64
40	1,128	19,13

Рисунок 1 - Влагосодержание воздуха у кг влаги/кг сухого воздуха определяют по диаграмме Рамзина

1 Физические свойства влажного воздуха

Для расчета воздушных сушилок необходимо знать основные характеристики влажного воздуха (смесь воздуха с водяными парами): температуру, относительную влажность, влагосодержание, энтальпию. Температура воздуха или дымовых газов, используемых для сушки, выбирается в зависимости от свойств высушиваемого материала и может изменяться в широких пределах.

Относительной влажностью воздуха называется отношение массы водяного пара, фактически находящегося в воздухе, к массе насыщенного водяного пара, который мог бы быть в данном объеме при той же температуре. Эта величина изменяется от нуля для абсолютно сухого воздуха до 100 % (или единицы, если относительная влажность измеряется в долях единицы) для насыщенного.

Масса водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, численно равна плотности водяного пара р_п, находящегося в перегретом состоянии, а максимально возможное его содержание равно плотности насыщенного пара р_н при данной температуре воздуха. Следовательно,

Из уравнения состояния газов следует, что

и

откуда

(1)

Относительная влажность является показателем работоспособности воздуха при сушке: чем больше величина отличается от единицы, тем больше влаги может перейти из высушиваемого материала в воздух. При = 100 % воздух полностью насыщен и влага больше не может испаряться в воздух. При нагревании и охлаждении воздуха величина изменяется вследствие изменения величины Р_н при изменении температуры [см. уравнение (1)].

Характерным параметром влажного воздуха является его влагосодержание х, т.е. масса влаги в килограммах, приходящаяся на один килограмм сухого воздуха (кг/кг сухого воздуха). Эта характеристика не изменяется при нагревании и охлаждении воздуха.

В соответствии с уравнением состояния газов можно записать следующие выражения:

- для водяного пара

- для сухого воздуха в том же объеме V

Отсюда массы водяного пара и воздуха в объеме V будут равны

и

Согласно определению влагосодержания, исходя из вышеприведенных уравнений, получим

(2)

Поскольку общее давление системы π равно сумме парциальных давлений водяного пара р_п = φ·Р_н и сухого воздуха р_в, уравнение (2) можно записать следѵюшим образом:

(3)

Плотность влажного воздуха определяют из выражения

Энтальпию влажного воздуха Н, отнесенную к 1 кг сухого воздуха при температуре t (за начало отсчета принята температура 0 °С), определяют по уравнению

, (4)

где С_в — средняя теплоемкость сухого воздуха в интервале температур от 0 до t,

Н' — энтальпия водяного пара.

При температурах до 250 - 300 °С средняя теплоемкость воздуха может быть принята равной С_в = 1 Дж/(кг·°С), или 0,24 ккал/(кг·°С). В этих же пределах температур можно с достаточной точностью считать

,

С учетом этого энтальпия влажного воздуха (в ккал/кг) может быть определена по следующему уравнению:

)

2 Равновесная влажность и виды связи влаги с материалом

Практически любой твердый материал способен поглощать влагу из окружающей среды или отдавать ее окружающей среде. Это зависит от соотношения величин давления водяного пара во влажном материале р_м, обусловленного присутствием влаги и температурой, и парциальным давлением водяного пара р_п в окружающей среде. Процесс сушки протекает при условии, что р_м > р_п. Если р_п > р_м, то материал будет поглощать влагу.

Давление водяного пара во влажном материале р_м зависит от влажности материала, температуры и вида связи влаги с материалом. При увеличении температуры и влажности материала величина р_м возрастает

3 Диаграмма Н-х для влажного воздуха

Диаграмма Н—х (энтальпия - влагосодержание влажного воздуха), предложенная Л.К. Рамзиным, приведена на рисунке 1. Диаграмма построена в косоугольных координатах: на оси ординат отложена энтальпия воздуха Н, на оси абсцисс, проведенной под углом 135° к оси ординат, - влагосодержание воздуха x.

Величины х, отложенные на оси абсцисс, спроектированы на вспомогательную горизонтальную ось. Поэтому линии х = const на диаграмме вертикальные, а линии Н = const наклонены к оси ординат под углом 45°. Для построения изотерм на диаграмме используется уравнение (4), которое при постоянной температуре t представляет собой уравнение прямой линии в координатах Н-х.

Для построения линий φ = const используется уравнение (3). При относительной влажности φ задаются рядом температур, для которых определяют давление насыщенного водяного пара (по таблицам) и соответствующие влагосодержания. По полученным данным для соответствующих х и t строят линии φ = const, которые на диаграмме представляют расходящийся пучок выпуклых кривых, проходящих через начало координат.

На диаграмме Н-х, приведенной на рисунке 1 для случая, когда общее давление в системе равно атмосферному, кривые φ = const заканчиваются при пересечении с изотермой 99,4 °С и далее проведены вертикально вверх.

Указанная изотерма соответствует температуре кипения воды при атмосферном давлении; при этой и более высокой температуре параметр "относительная влажность" теряет смысл, так как при таком давлении смеси воздуха с водяным паром могут существовать в любых соотношениях.

При помощи диаграммы Н-х можно по любым двум заданным параметрам влажного воздуха найти точку, соответствующую данному состоянию воздуха, и определить остальные два параметра. Например, при температуре воздуха t = 50 °С и относительной влажности φ = 70 % определяют точку А (рисунок 2), для которой находят влагосодержание х = 0,0608 кг влаги/кг сухого воздуха и энтальпию Н = 207,25 кДж/кг сухого воздуха.

Рабочим полем диаграммы является область, лежащая выше кривой φ = 100 % (насыщенный влагой воздух).

С помощью диаграммы Н-х легко графическим путем определить точку росы и предел охлаждения воздуха в изоэнтальпийных условиях.

Точкой росы называют ту температуру, охлаждаясь до которой при постоянном влагосодержании воздух достигнет полного насыщения водяными парами, и происходит конденсация водяных паров, содержащихся в газе или воздухе.

На рисунке 3 приведено графическое построение точки росы В для воздуха с начальными параметрами, отвечающими точке А. Точка росы определяется как изотерма t_p, проходящая через точку пересечения В линии φ = 100 % и влагосодержания х₁.

Температура мокрого термометра. При изотермическом взаимодействии воздуха с влажным материалом воздух будет охлаждаться, отдавая свое тепло материалу и одновременно пополняя свою энтальпию за счет энтальпии водяных паров, переходящих из влажного материала в воздух. В этих условиях температура понижается, а энтальпия остается постоянной. Этот изоэнтальпийный процесс будет протекать до полного насыщения воздуха водяными парами, т.е. до температуры, при которой φ = 100 %. На диаграмме Н-х (рисунок 4) из точки А проводят линию Н = const до пересечения в точке В с линией φ = 100 %. Изотерма t_мт, проходящая через точку В, соответствует пределу охлаждения воздуха в изоэнтальпийных условиях и называется температурой мокрого термометра.

Рисунок 1 – Диаграмма Н-х для влажного воздуха

Потенциалом сушки ε называется разность между температурой воздуха t_B и температурой мокрого термометра t_мт

Рисунок 2 - Определение параметров влажного воздуха с помощью диаграммы Н -х по двум заданым параметрам

Рисунок 3 - Определение точки росы на диаграмме Н – х

Рисунок 4 - Определение температуры мокрого термометра

на диаграмме Н - х

Потенциал сушки характеризует способность воздуха поглощать влагу из материала. Чем больше потенциал сушки, тем выше скорость испарения влаги из материала. При полном насыщении воздуха влагой t_B = t_мт потенциал сушки ε становится равным нулю.