Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ в г.Стерлитамак
Кафедра ОНХЗ
Журнал
лабораторных работ
по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»
Выполнил: студент гр. БТСв-12-31 Катальников Д.С.
Проверила: преподаватель Ильина Т.Ф.
Стерлитамак
2014
Лабораторная работа №1
«Определение сопротивления слоя гранулированного материала»
Цель работы:
1. Определить гидравлическое сопротивление слоя гранулированного материала в зависимости от скорости воздуха.
2. Сопоставить экспериментальные данные с теоретическими.
Теоретическая часть.
Плотный слой зернистого материала представляет собой объем V, часть которого занимают непосредственно частицы Vч, а остальную часть Vn занимают образующиеся между частицами извилистые паровые каналы, по которым движется поток газа через слой. Важнейшей характеристикой слоя является его порозность или доля свободного объема:
,
где Vn – масса единицы объема слоя , кг/м3;
Vч – плотность частиц, кг/м3;
V – плотность газа, кг/м3,
тогда ,
.
Если скорость потока паров, отнесенная ко всему сечению слоя (аппарата) составляет ω, то фактическая средняя скорость потока в паровых каналах ω0 будет:
,
Скорость фильтрации можно определить, зная секундный расход потока V и сечение слоя S:
,
Потеря напора в слое ∆Р может быть вычислен по известному уравнению гидравлики:
,
где Н – высота слоя, м;
dк – эквивалентный диаметр порового канала,
;
λ – коэффициент гидравлического сопротивления.
Уравнение Эргуна для технических расчетов:
, Па/м (1)
где μ – коэффициент динамической вязкости потока, Па∙с
Описание лабораторной установки
Рисунок 1 – Схема лабораторной установки.
1 – цилиндр; 2 – гранулы; 3 – редукционный вентиль; 4 – капиллярный реометр; 5 и 6 – дифманометр.
Лабораторная установка включает стеклянный цилиндр 1 с внутренним диаметром D = 3∙10-2 м, заполненный гранулами из свинца диаметром d = 2,5∙10-3 м. высота слоя гранул в цилиндре Н = 0,43 м. подача воздуха через слой осуществляется компрессором. Количество воздуха поступающего в цилиндр регулируется редуктором 3. для замера расхода воздуха имеется капиллярный реометр 4. перепад давления в слое (сопротивление) замеряется дифманометром 5. избыточное давление на входе в слой определяется по дифманометру 6.
Методика проведения эксперимента:
1) После ознакомления с описанием и схемой лабораторной установки необходимо проверить правильность соединений, исправность приборов.
2) Постепенно открывая редуктор, установить необходимый расход воздуха, проходящего через слой гранулированного материала.
3) При установившемся расходе воздуха V, снять показания приборов:
а) перепад давления в слое ∆Р;
б) давление в цилиндре под слоем Р1;
в) температуру воздуха Т, К;
г) барометрическое давление Рб;
д) перепад давления Р2;
Все данные заносятся в таблицу 1.1
Таблица 1.1 – Экспериментальные данные.
|
Номер опыта |
Расход воздуха |
Темпе-ратура воздуха T,K |
Баромет-рическое давление Pб, Па |
Значения |
|||||
|
Р2 |
Vc, м3/с |
∆Р |
Р1 |
||||||
|
мм вод. столба |
Па |
мм вод. столба |
Па |
мм вод. столба |
Па |
||||
|
1 |
70 |
686,7 |
0,63·10-4 |
292 |
102258,25 |
21 |
206,01 |
110 |
1079,1 |
|
2 |
130 |
1275,3 |
0,8·10-4 |
292 |
102258,25 |
34 |
333,54 |
170 |
1667,7 |
|
3 |
170 |
1667,7 |
0,85·10-4 |
292 |
102258,25 |
50 |
490,5 |
240 |
2354,4 |
Обработка результатов эксперимента.
Поскольку значение давлений на входе в слой и на выходе из слоя различны, скорости фильтрации потока в верхних слоях и в нижних также будут различны.
При определение потерь напора в слое по уравнению (1) в уравнение подставляется среднеарифметическое значение скорости фильтрации ω, м/с, рассчитанное по значениям скорости фильтрации на входе в слой ωвх и на выходе из слоя.
Скорость фильтрации на выходе ωвых, м/с:
где Vc – объемный секундный расход воздуха на выходе из слоя, м3/с;
F – площадь сечения слоя, м2;
м2
D – внутренний диаметр цилиндра.
Для первого опыта: Vc1 = 0,63∙10-4 м3/с
м/с.
Для второго опыта: Vc1 = 0,8∙10-4 м3/с
м/с.
Для третьего опыта: Vc1 = 0,85∙10-4 м3/с
м/с.
Скорость фильтрации на входе в слой ωвх, м/с:
,
где Vвх – объемный секундный расход воздуха на входе слоя, м3/с.
,
где Рвых – давление перед капилляром реометра; Па,
Па
Па
Па
Рвх – давление на входе в слой; Па,
Па
Па
Па
Тогда
м3/с
м/с
м3/с
м/с
м3/с
м/с
Скорость фильтрации ω, м/с подставляемая в уравнение (1) определяется по формуле:
м/с
м/с
м/с
Порозность слоя берётся из табл. 1.2 в соответствии с характеристикой слоя насадки; ε=0,37.
Входящая в уравнение (1) величина плотности потока воздуха ρ, кг/м3 определяется как среднеарифметическое между плотностями воздуха на входе в слой ρвх и на выходе из слоя ρвых, т.е.
Здесь
, кг/м3,
, кг/м3.
кг/м3
кг/м3
кг/м3
кг/м3
кг/м3
кг/м3
кг/м3
кг/м3
кг/м3
,Па ПаПа
Па
Расчётные данные подставляются в таблицу 1.4.
Таблица 1.2 ‒ Характеристика материала слоя
|
Материал |
Диаметр частиц d, мм |
Плотность частиц ρч, кг/м3 |
Насыпная плотность слоя ρн, кг/м3 |
Порозность слоя |
|
Шарообразная насадка |
2,5 |
11400 |
7200 |
0,37 |
Таблица 1.3 – Значение коэффициента динамической вязкости сухого воздуха
|
Температура Т, К |
237 |
283 |
293 |
303 |
313 |
323 |
|
μ ∙105, Па∙с |
1,75 |
1,80 |
1,85 |
1,90 |
1,95 |
2,00 |
Таблица 1.4 − Расчётные данные.
|
№ п/п |
Потери давления в слое (опытное значение) ∆Р, Па |
Скорость фильтра-ции ω, м/с |
Пороз-ность ε |
Плотность воздуха ρ, кг/м3 |
Коэффи-циент динами-ческой вязкости μ, Па·с |
Расчётное значение потерь давления ∆Рρ, Па |
Абсолютная ошибка σ=(∆Рρ/∆Р)·100, % |
|
1 |
206,01 |
0,0889 |
0,37 |
1,2305 |
1,85·10-5 |
169,4 |
82,23 |
|
2 |
333,54 |
0,113 |
0,37 |
1,2305 |
1,85·10-5 |
228,2 |
68,41 |
|
3 |
490,5 |
0,11985 |
0,37 |
1,244 |
1,85·10-5 |
246,19 |
50,19 |
График зависимости ∆Р=f(ω)
Вывод: при увеличении скорости потока воздуха через слой гранулированного материала потери напора возрастают.