ПАХТ - ЛАБЫ

- сумма массовых потоков, выходящих из системы.

Уравнение материального баланса установки записывается в

виде:

где cн - удельная теплоемкость воды при заданной температуре,

Уравнение (2) позволяет определить экспериментальную величину потерь тепла в окружающую среду Qɺ ЭП .

Расчетное значение теплопотерь аквадистиллятора определяют по уравнению теплоотдачи:

(3)

где αСТ = αЛ + αК – суммарный коэффициент теплоотдачи в окру-

жающую среду лучеиспусканием и конвекцией, Вт/(м2 × град); F –

Дистилляционную установку эксплуатируют при определенных расходах охлаждающей воды.

Для оценки эффективности использования энергии при работе аквадистиллятора можно использовать КПД установки, представляющий собой отношение полезно затраченной энергии к величине энергии, подведенной к установке. При определении экспериментального ηЭ и расчетного ηР КПД необходимо учитывать потери тепла с паром из патрубка 10 и от поверхности аппарата:

окружающую среду соответственно, Вт.

Цель работы:

1.Экспериментальное исследование работы аквадистиллятора по определению мощности, затрачиваемой на проведение процесса дистилляции, расходов и температур теплоносителей;

2.Определение экспериментальных и расчетных потерь тепла в окружающую среду и энергетических КПД.

3.Определение потерь тепла в окружающую среду и расхода дистиллята в зависимости от расхода охлаждающей воды.

172

Описание установки

Принцип действия аквадистиллятора основан на конденсации отсепарированного пара.

Основными частями установки являются аквадистиллятор и электрощит. Аквадистиллятор состоит из испарителя 2, электронагревателей 4, датчика уровня 5, конденсатора 9, уравнителя 13 (рисунок

1).

Испаритель 2 посредством патрубка 6 соединен с конденсатором 9, состоящим из двух самостоятельных камер, внутренней 7 и наружной 8, вмонтированных одна в другую.

Вкамере 8 во время работы установки непрерывно протекает водопроводная вода, охлаждающая внутреннюю камеру 7. В испарителе вода нагревается электронагревателем до кипения. Образующийся при этом пар поступает во внутреннюю камеру 7, конденсируется и вытекает в виде дистиллята через патрубок 16.

Вначале работы водопроводная вода, непрерывно поступающая через патрубок 15, заполняет наружную камеру конденсатора 8 и по сливной трубке 11 через уравнитель 13 заполняет испаритель до установленного уровня. По мере выкипания вода поступает в испаритель только частично, основная же часть, проходя через камеру 8, сливается по сливной трубке 11 в уравнитель 13 и далее через патрубок 12 в канализацию.

Уравнитель 13 предназначен для постоянного поддержания необходимого уровня в испарителе 2.

Установка снабжена автоматическим устройством – датчиком уровня 5, предохраняющим электронагреватели от перегорания в случае понижения уровня воды ниже допустимого.

Снаружи испаритель защищен кожухом 3. Чтобы предотвратить повышение давления в испарителе, в стенку конденсатора впаяна трубка 10, через которую выходит небольшой избыток пара.

Для защиты от поражения электрическим током аппарат изготовлен по классу 1 в соответствии с ГОСТ 12.2.025.

173

Порядок проведения работы

По заданию преподавателя установить с помощью регулирующего вентиля ВР расход воды в аквадистилляторе в диапазоне 40 – 60 делений ротаметра РС-3. Подать напряжение на электрощит установки, включив рубильник или выключатель. Перевести ручку тумблера 19 на электрощите 17 в положение «ВКЛ». При этом загорается световой индикатор 18 «СЕТЬ». При достижении необходимого уровня воды в испарителе датчик уровня автоматически включает электронагреватели. При этом загорается индикатор 20 «НАГРЕВ».

1.По показаниям амперметра А и вольтметра V определяется мощность, потребляемая установкой, или тепловая нагрузка аппарата.

2.По показаниям ротаметра РС - 3 и градуировочному графику

(рис. 2) определяется объемный расход воды Vɺн , поступающей через

патрубок питания 15.

Внимание! Строго следить за постоянством расхода исходной

воды.

3. С помощью мензурки и секундомера замеряется методом отсечки объемный расход дистиллированной воды VɺД , вытекающей из

патрубка дистиллята 16.

4. Включить тумблер 21. Меняя положения переключателя термопар 22, замеряются температуры теплоносителей.

Позиции переключателя термопар 22 на электрощите установки соответствуют следующим температурам:

1 – температура воды на входе в установку TН;

2 – температура воды, отводимой в канализацию TСЛ; 3 – температура дистиллированной воды TD;

4 – средняя температура цилиндрической части кожуха испарителя TЦЧ;

5 – средняя температура наружной камеры конденсатора TКОНД; Температура окружающего воздуха TВ-Х определяется по тер-

мометру, находящемуся в лаборатории.

Все измеренные величины заносятся в табл. 1. Установку выключать в следующей последовательности:

– обесточить установку, перевести ручку тумблера 19 в положение «ВЫКЛ»;

175

–отключить воду, закрыв вентиль ВР;

–слить воду из испарителя, открыв кран 14.

При длительной эксплуатации аквадистиллятора необходимо периодически, через 2–3 часа непрерывной работы, сливать воду из испарителя, предварительно отключив установку от электросети.

Примечание. перед последующей эксплуатацией установки за- крыть сливной кран 14.

Показания ротаметра, дел

Рис. 2. Зависимость расхода жидкости и коэффициента ε от показаний ротаметра

176

Обработка опытных данных

Опытные и расчетные данные сводятся в табл. 1, 2. По показаниям амперметра и вольтметра определяется мощность, потребляемая

заниях ротаметра представлен на рис.2.

Далее составляется тепловой баланс установки в виде уравнения

(2) и определяется экспериментальная величина потерь тепла в окружающую среду Qɺ ЭП от стенок аппарата.

Определяются коэффициенты теплоотдачи стенки цилиндрической части кожуха испарителя αЦЧ, конденсатора αКОНД и патрубка αПАТ, используя эмпирическую зависимость (4), в которую подставляются значения, соответственно TЦЧ - температуры стенки кожуха, TКОНД - температуры конденсатора, TПАТ - температуры патрубка 6, равной 88 ° С.

Расчетные потери тепла стенками аппарата Qɺ РП в уравнении (3) складываются из потерь тепла цилиндрической частью кожуха аппарата Qɺ ЦЧ , потерь тепла поверхностью патрубка Qɺ ПАТ и потерь тепла поверхностью конденсатора Qɺ КОНД .

Площадь поверхности цилиндрической части кожуха аппарата

FЦЧ = 0,2763 м2.

Площадь поверхности патрубка 6 FПАТ = 0,04261 м2. Площадь поверхности конденсатора 9 FКОНД = 0,0785 м2.

Энергетический КПД установки для данного расхода воды определяют по формуле (5).

177

РАБОТА 20

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА МАССООТДАЧИ ПРИ РАСТВОРЕНИИ ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА В АППАРАТЕ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ

Доц. Э.Н. Закиров, доц. В.Г. Бочкарев

Массообменными называют процессы, в которых происходит перенос вещества из одной фазы в другую. Эти процессы имеют широкое применение в химической технологии для разделения гомогенных (жидких, газовых, паровых) систем, а также для гомогенизации систем, как в случае растворения.

Массообменный процесс – сложный процесс, который включает

всебя перенос вещества в пределах одной фазы, перенос распределяемого вещества через границу раздела соприкасающихся фаз, перенос вещества в пределах другой фазы. Этот сложный процесс переноса вещества из фазы в фазу называется массопередачей. Перенос распределяемого вещества из ядра фазы к границе раздела фаз или обратно в пределах одной фазы называется массоотдачей.

Механизмы переноса вещества: молекулярная диффузия, конвективный перенос и перенос под действием турбулентных пульсаций, называемый турбулентной диффузией.

Существуют различные модели для описания массоотдачи. Согласно модели пограничного слоя, в каждой фазе можно выделить две области: ядро фазы и пограничный слой.

Вядре фазы, где происходит интенсивное перемешивание, перенос распределяемого вещества осуществляется преимущественно конвективным механизмом. Концентрация распределяемого вещества

внем почти постоянна. Пограничный слой является областью 99 % изменения концентрации распределяемого вещества вблизи границы раздела фаз (рис.1). Перенос вещества в пограничном слое осуществляется за счет всех трех механизмов, причем по мере приближения к поверхности раздела фаз происходит затухание конвекционных токов и турбулентных пульсаций, что приводит к возрастанию доли молеку-

179