Учебное пособие 207

Отсюда

Рис.3.1. Н-d-диаграмма процесса тепломассообмена в абсорбере

Затем на H – d-диаграмме отмечают известную температуру t a пр на кривой насыщения j = 100%. Находят точку пересечения полученной энтальпии H a пр с прямой AD (точка а). Точку соединяют с найденной на линии j = 100% точкой, соответствующей t a пр, на которой выбирают точное значение энтальпии воздуха H a пр,ут.

H bпр определяют по формуле

11

Таким образом, вычисляется ряд значений Hпр и строится ряд прямых

до тех пор, пока tпр не станет равной t2¢. Соединяя начальные и конечные точки всех прямых единой линией, получают искомую кривую тепломассообмена в абсорбере.

Значения коэффициента теплоотдачи от воздуха к воде в насадочном абсорбере могут быть определены из уравнения

где Q – количество теплоты, передаваемое в абсорбере, Вт; V- активный объем абсорбера (для лабораторного стенда 5,33х10-3 м3); S- поверхность насад-

ки в единице объема, м2/м3; j - коэффициент смачиваемости, рассчитываемый по номограмме [1]; Dt – средняя разность температур теплоносителя, равная

где b – отношение изменения температуры воздуха в ступени к полному ее изменению в абсорбере; D tпр – разность температур между теплоносителями для одной ступени.

Полученные опытные значения коэффициента теплоотдачи следует сравнить с расчетными, полученными по формуле [1, (2.26)].

Используя опытные значения скорости воздуха в выходном сечении абсорбера (Fвых = 0,03 м2), можно рассчитать размер капель, уносимых из абсорбера, методом последовательного приближения [1, формулы (2.18;2.19)].

3.2.Методика проведения опыта и обработки результатов измерений

3.2.1.Состав экспериментального оборудования

Лабораторная установка (рис.3.2) представляет собой абсорбер V, заполненный кольцами Рашига. Вентилятором П из помещения в абсорбер V нагнетается воздух, который нагревается в электронагревателе Ш. Взаимодействие воздуха и воды осуществляется в режиме противотока. Вода из водопровода подается в верхнюю часть абсорбера и через разбрызгивающее устройство смачивает насадку.

Расход воздуха определяется калориметрическим расходомером, имеющим незначительные потери теплоты в окружающую среду (менее 2%). Воздух в электрическом нагревателе калориметрического расходомера ЭН нагревается на dtK . Из уравнения теплового баланса ЭН рассчитывают расход воздуха

где U,I – соответственно напряжение /В/ и сила тока /А/ нагревателя ЭН;

12

ср – удельная теплоемкость, Дж/(кг К), воздуха при средней его температуре в нагревателе; dt - изменение температуры воздуха в ЭН, К, измеряемое с помощью дифференциальной термопары 13 и вольтметра В7-21; dt = 15 Е, где Е – термоЭДС, мВ.

Расход воды устанавливается вентилем ХП и определяется ротаметром VП по формуле

G=43+5,3n, (3.10)

где n - число делений ротаметра.

Температура воды по высоте насадки измеряется хромель-копелевыми термопарами в точках 2,3,4,5,6,7, а на входе и выходе из абсорбера – термопарами 1 и 12 (рис.3.2) и фиксируется вольтметром В7-21. Схема установки термопар по высоте насадки представлена на рис. 3.2. Термопарами 9 (сухой термометр) и 8 (мокрый термометр) измеряются температура и влажность воздуха на входе в абсорбер, термопарами 11 (сухой термометр) и 10 (мокрый термометр) – температура и влажность воздуха на выходе.

Рис. 3.2. Схема лабораторной установки

13

3.2.2. Порядок проведения работы Для подготовки лабораторного стенда к работе необходимо снять

крышку с воздушного входного патрубка, открыть заслонку I, включить вентилятор II, для чего поставить тумблеры Т1 на щите и на выпрямителе Т2 в положение «включено», и вращением рукоятки реостата Р2 подать напряжение на двигатель вентилятора (выполняется лаборантом). За работой вентилятора следить по указаниям вольтметра V2 и амперметра А2 (предельно допустимые напряжение и ток 27 В и 20 А соответственно). Вращением ручки Н2 трансформатора Х подают напряжение на электронагреватель III. За работой нагревателя следить по показаниям вольтметра V3 и амперметра А3 (предельно допустимые напряжение и ток 170 В и 10 А).

С помощью вентиля XII, который открывается полностью, и XI, которым регулируется расход воды (при снятии показаний приборов расход воды следует держать постоянным по ротаметру VII), подать воду в верхнюю часть абсорбера. При этом нужно открыть вентиль XIII и по показаниям уровнемера XIV, установленного на конусе абсорбера, следить за тем, чтобы уровень воды был ниже риски, иначе вода может попасть в электронагреватель.

Включить вольтметр В7-21. Вращением ручки Р1 лабораторного трансформатора и с помощью вольтметра V1 установить напряжение на электрокалориметре 150 В.

При постоянном расходе воздуха и при трех различных расходах воды после достижения установившегося режима (по показаниям термопар) снять показания приборов и записать их в журнал наблюдений (табл.3.1).

После окончания опытов отключить потенциометр, электронагреватель, отключить воду, для чего открыть вентиль XIII, затем вентили XII и XI. Через 5 минут после того, как охладится установка, выключить вентилятор.

Лабораторная работа № 4

Определение дисперсного состава экспериментальной пыли

Цель работы: изучение основных приемов работы на ротационном анализаторе типа РАД-1.

Задание:

1.Выполнить отбор проб запыленного воздуха при помощи анализатора РАД-1.

2.Рассчитать дисперсный состав исследуемой пыли с построением кривой накопления массы осадка по длине канала анализатора (графический метод).

3.Определить дисперсный состав исследуемой пыли аналитическим методом (с помощью таблиц [2] ).

4.Оценить погрешность экспериментальных данных.

14

4.1. Краткие теоретические сведения Определение дисперсного состава пыли может выполняться путем си-

тового анализа или методом жидкостной седиментации с отбором весовых проб подъемной пипеткой ЛИОТ согласно «Единой методике анализа дисперсного состава промышленных пылей».

Дисперсный состав пыли определяется также при помощи ротационного анализатора дисперсности РАД-1. С помощью РАД-1 определяется гранулометрический состав пыли в том агрегатном состоянии, в котором она находится во взвешенном состоянии в пылегазовом потоке. Анализатор представляет собой роторную центрифугу проточного типа. Пылегазовый поток просасывается по каналу вращающегося ротора. Под действием центробежных сил частицы сепарируются из потока и оседают на стенке канала. Распределение массы осадка по длине канала позволяет рассчитать дисперсный состав пыли. Масса осажденной пыли, отнесенная к единице объема газа, дает величину концентрации пыли в потоке.

4.2. Состав экспериментального оборудования

Конструкция прибора РАД-1 показана на рис. 4.1. Ротор анализатора состоит из двух коаксиальных трубок 1 и 2, кольцевая щель 3 между ними является проточным каналом ротора. Ротор вращается в подшипниках 4 и 5. По оси передней головки 6 корпуса посредством винтообразных направляющих фиксируется конус-обтекатель 7. Уплотнения 8, расположенные в задней головке корпуса, образуют герметичную камеру, которая через окна 9 в трубке 2 и окна 10 сообщается с проточным каналом. Приводом к прибору служит электродвигатель серийной электродрели. Перед началом анализа мотору придают нужную скорость вращения и, присоединив штуцер 11 к ва- куум-линии, устанавливают необходимый объемный расход запыленного газа, проходящего через канал ротора. Пылегазовый поток через заборную трубку поступает в головку 6 и, обтекая конус 7, направляется в кольцевой канал 3 ротора, где потоку сообщается вращательное движение.

Рис.4.1. Роторный анализатор дисперсности РАД-1

Под действием центробежных сил пылевые частицы осаждаются на внутренней поверхности трубки 1. Газ, освобожденный от основной массы

15

пыли через окна 9 и 10, поступает в камеру 11 и через штуцер 12 направляется на фильтр, а затем выводится из прибора.

Для удобства сбора осадка пыли в проточный канал устанавливают съемную пылесборную трубку, составленную из алюминиевой фольги, которую заворачивают в общую трубку из кальки, в виде цилиндров. После окончания просасывания газа через прибор снимают головку 6, вынимают пылесборную трубку с осажденным на ее внутренней поверхности слоем пыли; расчленяют трубку на отдельные цилиндры и определяют массу осажденных на них частиц пыли. Искомое распределение по массе частиц вычисляют исходя из распределения массы осадка по длине канала.

Габаритные размеры прибора 45х450 мм. Расход газа, просасываемого через прибор при скорости вращения ротора 5000 об/мин, составляет 25 дм3/мин.

4.3. Методика выполнения измерений

Сменный носик анализатора с таким диаметром входного отверстия, при котором скорость входа в него газа равна скорости потока в точке пробы, позволяет проводить отбор проб пыли из газового потока с соблюдением условия изокинетичности. Прибор удерживается на газоходе с помощью накидной гайки, наворачиваемой на пылезаборный штуцер.

Устанавливают требуемую скорость вращения ротора прибора (5000 об/мин). Скорость вращения регулируют с помощью автотрансформатора (ЛАТРа) посредством изменения питающего прибор напряжения.

Прибор разворачивают так, чтобы носик пылезаборной трубки был направлен навстречу потоку и проводят отбор проб пыли. Рекомендуется, чтобы общая масса пыли, осажденной в роторе прибора, была в пределах 0,025- 0,1 г. При пылесодержании 0,01-1,0 г/м3 минимальная продолжительность отбора пробы составит соответственно от 100 до 1 минуты.

По окончании отбора проб разворачивают пылезаборную трубку носиком по ходу потока и, не сбрасывая оборотов ротора, вынимают анализатор из газохода, после чего отключают источник разрежения и питания прибора.

Не следует после отбора проб располагать прибор вертикально, головкой вверх, для предотвращения осыпания пыли с первого цилиндра на последующие. Затем свинчивают переднюю головку прибора, осторожно вынимают пылесборную трубку из кальки, в которую завернуты сочлененные цилиндры, и расчленяют их.

4.4. Обработка результатов измерений

Цилиндры с пылью, а также фильтр взвешивают на тех же весах, на которых взвешивали чистые цилиндры и фильтр. Результаты экспериментов заносят в табл. 4.1.

Для расчета дисперсного состава исследуемой пыли данные эксперимента изображаются в виде кривой накопления (рис.4.2) массы осадка пыли

16

по длине канала. Такую кривую можно обработать обычными приемами обработки кривых накопления осадка, получаемых при анализах на седиментометрических весах. Необходимую для расчетов связь между размером частиц и расстоянием от начала канала до точки окончания осаждения частиц данного размера устанавливают в процессе тарирования прибора (рис. 4.3).

*Данные относятся к фильтру АФА, расположенному за последним цилиндром.

Рис.4.2. Кривая накопления осадка по длине канала РАД-1

17

В случае осаждения пыли по длине трубки ротационного анализатора вместо времени t подставляется соответствующая длина трубки l.

Обозначая

Значения величин q (l) и D (l) находят по упомянутым выше таблицам Авдеева. Сначала по формулам определяют параметры b и m0 для двух зна-

чений длины трубки l1 и l2, значения массы осадка q1(l) и q2(l) которых известны из эксперимента (из кривой накопления осадка):

а значения х1 и х2 для q1(l) и q2(l) находят по таблице Авдеева [2]. Длины l1 и l2 рекомендуется выбирать в пределах величин q(l), равных соответственно

20 ¸30 и 70 ¸90.

фольги, которая была помещена во время отбора пробы в трубку ротационного анализатора. По найденным значениям хi и b из таблицы Авдеева находим соответствующие величины D(l). Данные расчета сводятся в табл. 4.2, в которой для соответствующих значений li указаны величины диаметра частиц d i , полностью осаждающихся на стенках трубки по длине li.

Таблица 4.2

19

Лабораторная работа № 5

Изучение процесса адсорбции в динамических условиях

Цель работы: изучение процесса динамической сорбции загрязнителей в адсорбционном фильтре.

Задание:

1. Построить график функции распределения красителя по слоям загрузки Сi/Co = f (t ) для n слоев и определить периоды проскока t пр.

2.Построить график зависимости t пр = f (L).

3.Определить основные показатели процесса динамической сорбции красителя.

5.1.Краткие теоретические сведения

Сорбционная очистка воды путем фильтрования ее через слой сорбента называется сорбцией в динамических условиях. Она может осуществляться в аппаратах с неподвижной массой сорбента, выполненных конструктивно в виде фильтров, или в реакторах с подвижным слоем, находящемся во взвешенном состоянии.

Определение длительности работы адсорбционного фильтра до появления в профильтрованном потоке воды удаляемого вещества в концентрации, превышающей предельно допустимую, и длина слоя адсорбента определяются уравнением Н.А.Шилова:

где t ф – период защитного действия фильтра; k – коэффициент защитного действия; L- длина (высота) слоя адсорбента; t 0 - потеря времени защитного действия фильтра.

Введение в уравнение (5.1) величины t 0 связано с тем, что работа

фильтра до момента появления «проскока» загрязнений в фильтрат возможна только при условии, что длина (высота) слоя адсорбента больше некоторой минимальной величины, называемой «мертвым слоем» Lм.

Поскольку скорость адсорбции определяется скоростью массопереноса, процесс поглощения вещества из потока воды протекает не мгновенно, а в течение некоторого периода, то и концентрация в потоке уменьшается от начальной (Со) до 0 за этот же период. При этом элемент потока воды переместится на расстояние Lо. Участок слоя адсорбента, в котором происходит снижение концентрации загрязнений от Со до 0, называется работающим слоем.

20