Карантин 2020 / Лабы / Гидродинамика неподвижного и псевдоожиженного зернистого слоя + защита Терпугов

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА

КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «Гидродинамика неподвижного и псевдоожиженного зернистого слоя»

ВЫПОЛНИЛИ:

ГРУППА:

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: визуальное ознакомление с псевдоожиженным состоянием слоя зернистого материала; экспериментальное определение скорости начала псевдоожижения V_кр и гидравлического сопротивления подвижного и «кипящего» слоя; сопоставление экспериментальных и расчётных величин

Воздух воздуходувкой В подаётся поочерёдно либо в колонну К1, либо в колонну К2 с помощью вентилей В1 и В2. Сброс воздуха, подаваемого по общей линии, осуществляется вентилем В3. На линии подачи воздуха установлена измерительная диафрагма Д, соединённая с U-образным дифференциальным манометром (поз. 3), заполненным водой.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Критерий Архимеда:

Критерий Рейнольдса:

Величина критической скорости начала псевдоожижения для монодисперсного слоя:

м/с

1) Колонна №2:

Dк2= 0,14 м

h2= 0,112 м

№ п/п	, м3/с	ʋ0, м/с	Δp, кПа	Δpтеор, кПа
1	2,4	0,043313	0,1	0,018948
2	3	0,054141	0,12	0,024306
3	7	0,126329	0,22	0,066375
4	11,1	0,200322	0,3	0,120955
5	13,3	0,240026	0,34	0,155024
6	17,5	0,315823	0,4	0,548346
7	23	0,415082	0,4
8	30,2	0,54502	0,42
9	34	0,613599	0,44

Площадь сечения колонны:

S= 0,785*D2= 0,785*0,142= 0,015386 м2

Гидравлическое сопротивление слоя при фильтрации газа через неподвижный слой может быть рассчитано по уравнению Эргуна:

Гидравлическое определение псевдоожиженного слоя:

2) Колонна №4:

D4= 0,09 м

h4= 0,068 м

№ п/п	, м3/с	ʋ0, м/с	Δp, кПа	Δpтеор, кПа
1	1,8	0,078605	0,09	0,037326
2	4,6	0,200879	0,16	0,12141
3	6,6	0,288218	0,22	0,200865
4	7,6	0,331887	0,23	0,332924
5	12,8	0,558968	0,26
6	46,2	2,017525	0,52
7	58,6	2,559025	0,76

Площадь сечения колонны:

S= 0,785*0,092= 0,0063585 м2

Гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя:

Вывод: проведена работа по исследованию гидродинамики псевдоожиженного слоя. В ходе работы получено визуальное представление о состояния псевдоожиженного слоя. Получена величина критической скорости начала псевдоожижения для монодисперсного слоя.

Контрольные вопросы

№0 Ротаметр: во сколько раз нужно увеличить массу поплавка, чтобы расход увеличился в два раза?

Расход, измеряемый ротаметром, определяется по формуле:

где W - объем поплавка; ρ, ρ_n - плотность жидкости и плотность материала, из которого изготовлен поплавок; w_n - площадь поплавка; k₁ - коэффициент расхода ротаметра; w_к - площадь кольцевого зазора между поплавком и стенкой.

где m – масса поплавка.

Следовательно, для увеличения измеряемого ротаметром расхода в два раза массу поплавка необходимо увеличить в 4 раза.

№1. Где используются подвижный и неподвижный зернистые слои?

Неподвижный зернистый слой широко используется в аппаратах фильтрования, ионного обмена, абсорбции, ректификации, экстракции, абсорбции, при использовании катализаторов в химических процессах и т.д.

При движении жидкости через зернистый слой, сплошная фаза заполняет все пространство между частицами, она одновременно движется внутри каналов неправильной формы, образованными этими частицами и обтекает отдельные частицы.

Псевдоожижение обладает низким гидравлическим сопротивлением и высоким значением удельной поверхности контакта фаз из-за малого размера дисперсной твёрдой фазы. Аппараты с кипящим слоем широко используются для перемещения и смешивания сыпучих материалов, для проведения процессов обжига, теплообмена, сушки, адсорбции, каталитических и других процессов.

Колонный экстрактор с псевдоожиженным слоем.

Применение: Используется интенсивного растворения сыпучих материалов.

Многоступенчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем .

Применение: Такие адсорберы применяются, например, для очистки отходящих газов вискозных производств.

№2. Обезжелезивание воды

Очищение воды от железа - актуальная задача , имеющая много вариантов решения.

Один из них - фильтрация через неподвижную зернистую загрузку, которая представляет собой твердые однородные частицы, отобранные по гранулометрическому составу ( это может быть цеолит, активированный уголь, ионообменные смолы и др).

В таком случае, фильтр - это баллон , заполненный зернистой загрузкой. В него сверху подается вода, она проходит через зернистый слой и отводится. Диаметры фильтров в зависимости от задачи моет варьироваться от 0,2 до 1 метра.

Очищение воды, в общем случае ( не только от растворимых форм железа, но и от трехвалентного железа, уже имеющегося в воде в виде взвеси, и от других загрязнений), происходит следующим образом : суммарная площадь поверхности частичек(зерен) зернистой загрузки большая. Взвесь, содержащаяся в воде , коагулирует и, при прохождении через слой, притягивается к частичкам загрузки . Но есть нюанс: скорость прохождения ограничена, тк при высокой скорости может произойти срыв загрязнений с зерен. Механизм, за счет которого происходит этот процесс, зависит от самой загрузки. Существуют загрузки, работающие по приницпу сорбции (активированный уголь) или ионного обмена (ионнобменный смолы).

Что касается непосредственно очистки воды от растворенных форм железа путем его окисления, то для этого используются каталитические загрузки (обладающие каталитическими свойствами) с нанесенным на поверхность зерен диокисидом марганца. С помощью запатентованных технологий нанесения диоксида марганца на поверхность зерен добиваются высокой адгезии порошка диоксида к поверхности зерен.

Суть удаления растворенного железа из воды состоит в переведение его в нерастворимую форму путем оксиления и задержке этого осадка в фильтре. Этот процесс проводят при щелочном pH.

Первый этап - фильтрация воды на зернистой загрузке. Второй - добавление окислителя и фильтрация воды на каталитической загрузке.

Есть и другой вариант. Сначала перевести железо в нерастворимую форму, после чего методом ионного обмена на ионообменном фильтре удалить растворенные формы железа.