Обработка опытных данных

1. Количество воды, выпаренной в корпусе II:

W₂ = G_к (x_к2/x_н2 – 1),

где G_к – количество упаренного раствора после 2-го корпуса, кг/с;

x_к2 – концентрация сухого вещества в концентрированном р-ре после 2-го корпуса, % (масс); x_н2 – концентрация сухого вещества в концентрированном р-ре, поступающем во 2-й корпус, % (масс) (табл.2).

Количество воды, выпаренной в корпусе 1:

W₁ = G_к1(x_к1 / x_н1 – 1),

где G_к1 – количество раствора, поступившего во 2-ой корпус, кг/с,

G_к1 = G_к + W₂ ;

X_к1 – концентрация раствора после 1-го корпуса, % (масс); x_н1 – концентрация раствора, поступающего в 1-й корпус (исходный р-р), % (масс) (табл.2).

2. Расход тепла (Вт) на выпаривание в корпусе I

Q₁ = Q_{подогр.} + Q_исп. + Q_пот. ,

тепло на подогрев исходного р-ра до т-ры кипения в 1-ом корпусе.

Q_{подогр.} = G_м c_н1 (t_кип.1 – t_нач.),

где G_м – количество р-ра, поступающего в 1-й корпус;

c_н1 – теплоемкость исходного раствора Дж/(кг·К) (рис.2);

t_кип.1 – температура кипения раствора в корпусе 1, ^оС; t_нач. – температура разбавленного (исходного) раствора, ^оС.

Теплоемкость раствора в зависимости от концентрации его определяют по рис.2.

Тепло на испарение воды из раствора в 1-м корпусе:

Q_исп.1 = W₁ (i ^″ _в1 - i ′_в1),

где i^″ _в1 – энтальпия вторичного пара при давлении в сепараторе корпуса I, Дж/кг; i′_в1 – энтальпия воды при t_кип.1 , Дж/кг.

Потери тепла в окружающую среду можно вычислить по формуле:

Q_пот.1 = α₁F_н1(t_ст1 – t_возд.).

Здесь α₁ – коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к воздуху, Вт/(м²·К); F_н1 – наружная поверхность аппарата определяется замером, м²; t_ст.1 – температура наружной стенки аппарата, ^оС; t_возд. – температура воздуха в помещении, ^оC.

При вычислении потерь тепла в окружающую среду суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением от стенки аппарата к воздуху вычисляют по формуле: α₁ = 9,74 + 0,07·Δt₁,

где Δt₁ – разность температур поверхности стенки аппарата и окружающего воздуха, ^оC.

Расход тепла на выпаривание в корпусе II

Q₂ = - Q_{самоисп.} + Q_исп. + Q_пот,

Теплота самоиспарения

Q_{самоисп.} = G_н2 с_н2 (t_кип1 – t_кип2),

где G_н2 – количество раствора, поступающего в корпус II из корпуса I, кг/с; c_н2 – теплоемкость раствора, упаренного в корпусе I, Дж/(кг· К);

t_кип1 – температура кипения раствора в I корпусе, ^оC; t_кип2 – температура кипения раствора в корпусе II, ^оC.

Тепло на испарение воды из раствора во 2-м корпусе

Q_исп2 = W₂ (i″_в2 - i′_в2),

где i″_в – энтальпия вторичного пара при давлении в сепараторе корпуса II, Дж/кг; i′_в – энтальпия воды при t_кип2 , Дж/кг.

Потери тепла в окружающую среду для корпуса II выпарной установки можно определить по формуле:

Q_потII = α₂ F_н2 (t_ст2 – t_возд.).

3. Коэффициент теплопередачи определяют из основного уравнения теплопередачи:

К₁ = Q₁/F Δt_ср1 ;

К₂ = Q₂/FΔt_ср2 ,

где К_1,2 – коэффициент теплопередачи по корпусам, Вт/(м²·К); F – поверхность теплообмена, F = 1 м³; Δt_ср1,2 – разность температур конденсации греющего пара и кипения раствора (для 1-го и 2-го корпусов), ⁰С.

4. Расход греющего пара находят по формуле

G_гп = Q₁/rx,

где Q₁ – расход тепла на выпаривание в корпусе I, Вт; r – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; x – паросодержание (степень сухости) греющего пара (принимаем влажность пара 5%).

Расход греющего пара на 1 кг выпаренной воды определяют по формуле:

d = G_гп/W₁ + W₂ .

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата А₄

(297х210). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работам с указанием кафедры, названия работы, ее номера, фамилии, и.о. студента, группы, специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчете должны быть представлены:

• описание цели работы,

• схема лабораторной установки,

• описание работы установки,

• методика проведения работы,

• полученные экспериментальные данные,

• результаты обработки опытных данных,

• выводы.

Таблица 2

Зависимость относительной плотности раствора Na₂CO₃от его концентрации

Δ = ρ²⁰_р-ра/ρ_H2O = ρ²⁰_р-ра· 10^-3

Δ	масс. %	Δ	масс. %
1,0086 1,0190 1,0294 1,0398 1,0502 1,0606 1,0711 1,0816 1,0922 1,1029 1,1136 1,1244 1,1354 1,1468	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14	1,1468 1,1526 1,1636 1,1747 1,1859 1,1972 1,2086 1,2201 1,2317 1,2434 1,2552 1,2671 1,2790 1,2910 1,3031 1,3152 1,3274	15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы необходимо:

• убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

• проверить наличие резиновых ковриков перед щитом управления;

• убедиться в отсутствии утечки греющего пара;

• убедиться в отсутствии подтеканий и течи рабочих емкостей, арматуры и в трубопроводах;

• проверить наличие греющего пара и воды.

2. Во время работы:

• строго руководствоваться данными методическими указаниями;

• не прикасаться голыми руками к неизолированным металлическим поверхностям, особенно к паропроводу;

• регулировать подачу исходного раствора, предупреждая переполнение выпарных аппаратов;

• следить за своевременным переключением сборников упаренного раствора;

• при отборе проб соблюдать установленную последовательность открытия и закрытия кранов пробоотборников;

• не оставлять работающую установку без наблюдения;

• докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру.

3. По окончании работы:

• закрыть вентиль на линии подачи пара в выпарной аппарат;

• через некоторое время закрыть вентиль на линии подачи воды на установку;

• слить раствор в емкость слабого раствора из сборников упаренного раствора и выпарных аппаратов;

• сдать установку дежурному учебному мастеру (лаборанту).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель предстоящей работы?

2. Из каких элементов состоит лабораторная установка и каково назначение каждого из них?

3. Объяснить устройство и принцип действия выпарных аппаратов, барометрического конденсатора.

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. В чем суть процесса выпаривания и в каких условиях его проводят?

2. Что является движущей силой процесса выпаривания?

3. В чем суть и основное преимущество многокорпусного выпаривания?

4. Чем отличается процесс выпаривания под атмосферным давлением и под вакуумом?

5. Чем отличается процесс выпаривания под атмосферным давлением и под избыточным давлением?

6. Каков физический смысл коэффициента теплопередачи?

7. Почему наличие неконденсирующихся газов в паровом пространстве уменьшает интенсивность теплоотдачи между конденсирующимся паром и греющими трубками?

8. Почему увеличение скорости движения раствора должно приводить к возрастанию коэффициента теплопередачи?

9. Какие слагаемые входят в уравнение теплового баланса выпарного аппарата?

10. На что расходуется тепло, переданное от первичного пара к раствору?

11. Рассказать все о растворных линиях двухкорпусной выпарной установки (используя схему рис.1).

12. Рассказать все о паровых линиях установки (используя схему рис.1).

13. Что является причиной естественной циркуляции раствора?

14. Что такое самоиспарение раствора?

15. При каких условиях возможно это явление?

16. Когда и как надо учитывать самоиспарение при расчетах?

17. Назначение, устройство и принцип действия барометрического конденсатора.

18. Назначение вакуум-насоса на выпарной установке.

19. Назначение, устройство и принцип действия конденсатоотводчика.

20. Основные типы выпарных аппаратов, применяемые в химической промышленности (иметь представление о конструкции, принципе работы, основных достоинствах и недостатках, уметь изобразить принципиальную схему).

21. Из каких основных частей состоит выпарной аппарат?

22. Устройство и принцип действия сепаратора выпарного аппарата.