ПАХТ - ЛАБЫ

ние расхода воздуха осуществляется при помощи регулятора напряжения (ЛАТРа), меняющего обороты электродвигателя.

Справочный материал к расчетам

d – 0,006 м – диаметр шарообразной частицы; ρвозд = 1,29 кг/м3 –

плотность воздуха; μвозд = 1,8 × 10-5 Па с – вязкость воздуха; ρтв = 1,46 × 103 кг/м3 – плотность частицы.

Порядок проведения работы

Перед началом проведения работы проверяют установку нуля наклонных дифманометров. Плавно регулируя при помощи ЛАТРа обороты электродвигателя вентилятора, устанавливают ориентировочно область начала псевдоожижения. Для построения кривой зависимости рсл-w0 измеряют сопротивление слоя рсл при помощи дифманометра. Замер показаний дифманометров 6 и 7, а также высоты слоя hсл производить в 10 – 12 точках для каждой области кривой рсл -w0, чаще в области перегибов. Результаты измерения заносят в отчетную таблицу.

×

Объемный расход воздуха V определяют по тарировочному графику, расположенному на панели стенда, в зависимости от показаний дифманометра 6.

Предложен ряд зависимостей для определения коэффициента сопротивления λГ при различных режимах движения газа через неподвижный слой. Все эти уравнения получены обобщением опытных данных различных исследователей и дают более или менее согласую-

101

щиеся между собой результаты. Для всех режимов движения применимо обобщенное уравнение:

λ = 133 + 2, 34 . (13)

Критерий Re в данном случае при подстановке действительной скорости w и эквивалентного диаметра dЭ можно записать в виде

При расчетах взвешенного слоя обычно определяют скорость начала псевдоожижения, для вычисления которой по известным свойствам системы предложен ряд зависимостей. Например, для слоя монодисперсных шарообразных частиц при порозности слоя ε0 = 0,4 ее можно определить по зависимости

модифицированный критерий Рейнольдса, записанный через фиктивную скорость; dч – диаметр частицы, м; ρч – плотность твердой частицы, кг/м 3; νà - кинематический коэффициент вязкости среды (газа), м2/с; w0 – фиктивная скорость потока, отнесенная к полному сечению

аппарата, м/с; ρГ – плотность среды, кг/м3; g – ускорение свободного падения м/с2.

Так как для газов ρс << ρч, можно записать

Расчет скорости, необходимой для достижения заданного расширения взвешенного слоя h, можно проводить по обобщенной формуле:

102

где μГ – коэффициент динамической вязкости среды, Па × с.

На рис.4 в логарифмических координатах представлена зависимость Ly = f(Ar) при разных значениях e [17]. Этот график дает возможность найти любую из трех величин: w 0 dч, ε, если известны две из них, и физические свойства системы: ρч, ρс, μс. С помощью этого рисунка (с погрешностью ±20%) можно определить: фиктивную скорость газового потока w 0, которая необходима для образования взвешенного слоя из частиц диаметра dч при заданной порозности ε; минимальный диаметр частиц dч, переходящих во взвешенное состояние при заданной скорости газового потока.

Обработка опытных данных

1.По соотношению (5) определить фиктивные скорости газа w 0 для всех опытов.

2.Найти расчетное значение w кррасч., используя последовательно соотношения (18), (15) и (17).

3.Найти расчетное гидравлическое сопротивление неподвижного слоя по соотношениям (3), (14), (13), (8), считая частицы шарообразными (Ф=1), а псевдоожиженного по (12).

4.Определить экспериментальные значения порозности псевдоожиженного слоя из (9), а расчетные - по графической зависимости (рис.4), предварительно определив Ly по (20) и Ar по (18).

5.На основании данных отчетной таблицы построить график за-

висимости рслэксп - w 0, по которому определить экспериментальное значение критической скорости w крэксп, соответствующее началу псевдоожижения.

103

Контрольные вопросы

1.При каких условиях неподвижный зернистый слой переходит во взвешенное состояние?

2.Чему равно сопротивление взвешенного слоя?

3.Как рассчитать скорость псевдоожижения и порозность взвешенного слоя?

4.Как определить экспериментально критическую скорость и сопротивление слоя зернистого материала?

105

дела фаз или к поверхности теплообмена.

Наибольшее распространение в химической промышленности получило механическое перемешивание с помощью мешалок различных конструкций. Мешалкам сообщается вращательное движение.

Следовательно, процесс перемешивания механическими мешалками сводится к внешней задаче гидравлики – обтеканию тел потоком жидкости (рис.1).

Энергия затрачивается на преодоление сил трения лопастей мешалки о жидкость. Сила сопротивления элементарной площадки dF = dr ×h определяется следующим образом:

где КN – критерий мощности. Критерий КN , как и ζ, является функцией от числа Рейнольдса, которое определяется из зависимости

Для геометрически подобных мешалок и аппаратов величина критерия КN и, следовательно, мощность, затрачиваемая на перемешивание, зависит только от величины критерия Рейнольдса ReM. На основе многочисленных экспериментальных данных для основных типов нормализованных перемешивающих устройств построены зависимости ReM–K N.

Цель работы: 1) изучение основных конструктивных элементов мешалки; 2) экспериментальное определение мощности на перемеши-

106

вание для рамной и трехлопастной мешалок; 3) построение для рамной мешалки экспериментального графика зависимости lg KN – lg ReM; 4) сравнение для трехлопастной мешалки опытных значений мощности с расчетными.

2

3

220В

4

АОСН

А

Рис. 2. Схема установки 1 – основание, 2 – бачок, 3 – мешалка, 4 – электродвигатель, 5 –

крышка, 6 – автотрансформатор, 7 – тахометр, 8 – амперметр, 9 – вольтметр, 10 – термометр

Описание установки

Мешалки типа ЛМ (рис. 2) состоят из пластмассового основания 1, на котором установлен бачок 2 с вращающимися перемешивающими устройствами 3. На одной из мешалок перемешивающее устройство рамного типа с отражательными перегородками, на другой – трехлопастного типа. Привод осуществляется от электродвигателя 4, закрепленного внутри основания. Сверху бачок закрывается крышкой 5.

107

Мешалка включается в электросеть через автотрансформатор 6, регулировкой которого достигается необходимая скорость вращения.

Число оборотов мешалки измеряется при помощи электронного тахометра 7, а мощность – амперметром 8 и вольтметром 9, температура жидкости в бачках – термометром 10.

Порядок проведения опытов

Перед включением мешалки в сеть проверяют наличие в баке 2 перемешиваемой массы, закрывают крышку 5 и устанавливают рукоятку автотрансформатора 6 на нуль. Затем, включив мешалку и увеличивая напряжение, необходимо добиться нужных оборотов. На каждой мешалке проводится четыре эксперимента при различных оборотах перемешивающего устройства. При каждом эксперименте измеряются потребляемая мощность и число оборотов.

После проведения измерений мешалку выключают. Температуру перемешиваемой массы измеряют до или после экспериментов при выключенной мешалке.

Обработка результатов опытов

Значения ρ, d являются заданными, а μ определяют по измеренной температуре Т, °C. Значения ReM определяются по формуле (5). Для рамной мешалки KN – искомая функция, определяемая по формуле (4) при N=NЭКС. Для трехлопастной мешалки зависимость lg KN –

108

lg ReM известна и представлена на рис. 3. Расчетное значение мощности трехлопастной мешалки по известному KN определяется по формуле (4). Экспериментальное значение мощности, потребляемой мешалкой, вычисляется с учетом КПД электродвигателя ηДВ:

где U – напряжение, В; I – сила тока, А; cosϕ – коэффициент мощности. При расчетах принять ηДВ =0,8; cosϕ =0,85.

Результаты измерений и расчетов сводятся в таблицу:

1.Для чего предназначен процесс перемешивания?

2.Основные типы мешалок и области их применения.

3.От каких параметров зависит расход энергии при механическом перемешивании?

4.От каких параметров зависит критерий мощности?

5.Почему критерий Рейнольдса имеет вид уравнения (5)?

109

РАБОТА 13

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ОТКРЫТОГО НУТЧ– ФИЛЬТРА

Доц. Ю.И.Разинов

Фильтрованием называется процесс разделения неоднородных систем при помощи пористых перегородок, которые задерживают одну фазу этих систем и пропускают другую. В данной работе рассматривается процесс разделения суспензий на чистую жидкость (фильтрат) и влажный осадок.

Разделение суспензий, состоящих из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц, производится с помощью аппаратов, называемых фильтрами. В простейшем случае они представляют собой сосуд, разделенный на две части пористой фильтровальной перегородкой.

Суспензия загружается в аппарат. За счет разности давлений по обе стороны перегородки осуществляется процесс разделения – чистая жидкость проходит через поры перегородки, а твердые частицы задерживаются перегородкой, образуя осадок. При продолжении процесса фильтрования слой осадка растет по высоте, оказывая растущее сопротивление проникновению фильтрата. Таким образом, фильтрование в нутч-фильтре является неустановившимся процессом.

Ход процесса фильтрования в значительной степени зависит от свойств образовавшегося осадка. Осадок может быть сжимаемым и несжимаемым. Порозность (доля свободного объема) несжимаемых осадков остается постоянной при изменении перепада давлений на фильтрующей перегородке, порозность сжимаемых осадков уменьшается с ростом перепада давлений, при этом процесс фильтрования замедляется.

Успешная работа фильтров во многом зависит от правильного выбора материала фильтрующей перегородки. Фильтрующие перегородки изготовляются из различных хлопчатобумажных, шерстяных тканей; тканей из асбестовых, стеклянных, синтетических волокон. В последнее время стали широко применяться пористые металлические, керамические и металлокерамические фильтрующие перегородки.

110