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
Міністерство освіти і науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Лабораторна робота № 5
"Вивчення гідродинамічних характеристик насадкової колони"
Виконала:
Ст. гр. XT-32
Книш В.
Перевірив:
Троцький В. І.
Львів-2009
1. МЕТА РОБОТИ
Визначити експериментально гідравлічний опір сухої і зрошуваної колони. Розрахувати означені опори теоретично. Здійснити порівняльний аналіз експериментальних і теоретичних результатів.
2. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ
Ряд масообмінних процесів між рідиною і газом або двома рідинами, які не змішуються, проводять в насадкових апаратах при протитечійному русі фаз. Це циліндричні колони, заповнені спеціальними насадковими тілами, які збільшують поверхню контакту між фазами.
Використовують насадкові тіла різних видів: кільця Рашіга або Паля, сідла Берля або фірми "Italoks", хордову насадку тощо. Кожний вид насадки характеризується такими параметрами:
• – питомою поверхнею, тобто поверхнею насадкових тіл в одиниці об'єму, який займає насадка, м2/м3;
• – вільним об'єм насадки – об'ємом простору між насадковими тілами в одиниці об'єму, який займає насадка, м3/м3;
• dекв – еквівалентним діаметром насадки, м:
, (1)
Газ проходить через канали між насадковими тілами, переріз цих каналів змінний, тому швидкість газу є теж величиною змінною. Розраховуючи насадкові апарати, використовують середню дійсну (w) і середню фіктивну (w0) швидкості газу:
, (2)
, (3)
де VГ – витрата газу через колону, м3/с;
f – площа поперечного перерізу колони, м2;
w0 – фіктивна швидкість газу (швидкість, віднесена до повного перерізу колони).
При протитечійному русі газу і рідини колона може працювати в чотирьох гідродинамічних режимах:
1-й режим – плівковий. Спостерігається при незначних навантаженнях газом і рідиною, при цьому поверхня взаємодії фаз незначна.
2-й режим – підвисання. Зі збільшенням втрат газу зростають сили тертя між газом і рідиною, внаслідок чого рідина гальмується потоком газу, швидкість її зменшується, а товщина плівки зростає, внаслідок чого поверхня контакту між фазами збільшується.
3-й режим – емульгування або барботажний Внаслідок накопичування рідини у вільному об'ємі насадки сили тертя між газом і рідиною врівноважуються силами ваги рідини. Виникає інверсія фаз У режимі емульгування насадкові колонії працюють з максимальною ефективністю.
4-й режим – винос. Зі збільшенням витрат і швидкості газу, рідина виштовхується з колони у протилежному напрямі – вверх
3. ГІДРАВЛІЧНИЙ ОПІР НАСАДКИ
Гідравлічний опір Р обумовлює енергетичні втрати на транспортування газового потоку через абсорбер.
Гідравлічний опір зрошуваної насадки Рзр для режиму нижче від точки інверсії (масова швидкість газу достатня для роботи колони в режимі зрошування) визначається за формулою:
Рзр = Рс10bU, (4)
де Рс – гідравлічний опір сухої насадки, Па;
U – густина зрошування, м3/(м2с);
b – коефіцієнт величина якого залежить від виду насадки; для кілець Рашіга b = 169.
Опір сухої насадки розраховують так:
, (5)
де Р – опір насадки, Па; – коефіцієнт опору насадки, м; Н – висота шару насадки, м; г – густина газу, кг/м3; w – дійсна швидкість газу, м/с.
З врахуванням (1) і (2):
, (6)
Коефіцієнт опору враховує сумарні втрати тиску газу на тертя і в місцевих опорах у шарі насадкових тіл і залежить від режиму руху газу, тобто є функцією критерія Рейнольдса.
Коефіцієнт опору хаотично засипаної сухої насадки (кілець Рашіга) можна розрахувати згідно з формулою акад.
при ламінарному режимі (Re < 40):
, (7)
при турбулентному режимі (Re > 40):
, (8)
Для насадкових апаратів критерій Рейнольдса визначається за такою формулою:
, (9)
U = L/f (10)
де f – площа поперечного перерізу колони, м2;
L – масова витрата рідини, кг/с;
– густина рідини, кг/м3.
Величина U має бути більша за мінімальну ефективну густину зрошування, вище від якої всю поверхню насадки можна вважати змоченою:
(11)
(12)
Гмін – мінімальна лінійна густина зрошування, кг/(мс);
– поверхневій натяг, Н/м;
– динамічна в’язкість рідини, Пас.
4. ОПИСАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ
Установка складається з скляної колони 1, яка заповнена керамічною насадкою 2 (кільцями Рашіга, = 310 м2/м3, = 0,71 м3/м3). У колону по газоходу за допомогою компресора 10 подається повітря, витрата якого контролюється ротаметром 9. Колона зрошується водою через розподілювальний пристрій 3. Вода подається з водопроводу 12, подача її регулюється вентилем 13 і контролюється ротаметром 4. Beличина тиску повітря на вході в колону вимірюється пружинним манометром 6 (кгс/см2) або, якщо тиск газу невеликий, його напір вимірюється водяним U-подібним манометром 7 (мм вод. ст.). Напір газу на виході з колони вимірюються динамічним мікроманометром 5 (мм вод. ст.).
Схема експериментальної установки:
1 – колона; 2 – кільця Рашіга; 3 – розподілювач рідини; 4 – ротаметр для контролювання витрати води; 5 – мікроманометр; 6 – манометр; 7 – водяний манометр; 8, 11, 13 – вентилі; 9 – ротаметр для контролювання витрати повітря; 10 – компресор; 12 – водопровід. Висота насадки в колоні рівна 0,88 м; внутрішній діаметр колони рівний 0,11 м.
5. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ОБРОБКА ДОСЛІДНИХ ДАНИХ
А. Визначення гідравлічного опору сухої насадки залежно від швидкості газового потоку:
• Ввімкнути компресор 10 для подачі повітря в колону;
• Для 3-4 витрат повітря (регулюються вентилем 11), заданих викладачем, заміряти напір h1 на вході в колону по показах манометра 7 і h2 на виході з колони по показах мікроманометра 5. За отриманими результатами розрахувати втрати напору в колоні h = h1 h2 і втрати тиску Pс. Під час проведення дослідів при відкритому вентилі 8 плавно відкривати вентиль 11. Якщо витрата повітря значна, може статися, що напір на вході в колону перевищує гранично допустимий для U-подібного манометра 7. У цьому випадку слід закрити вентиль 8 і замірювати тиск газу за допомогою манометра 6.
• Витрати повітря визначати по показах ротаметра 9 і його градуювального графіка Rг = f(Vг) (міститься на стенді в лабораторії).
Розрахувати дійсний гідравлічний опір за експериментальними результатами і опір згідно з наведеними теоретичними залежностями.
Результати записати в табл. 1:
Таблиця 1
Результати досліджень
|
h, мм вод. ст. |
Pм, кг/см2 |
Rг |
Vг, м3/с |
w0, м/с |
г, кг/м3 |
Reг |
|
Рексп, Па |
Ртеор, Па |
(Р), % |
Rг – покази ротаметра;
Рм – покази пружинного манометра, кг/см2
• критерій Reг за формулою (8) визначається за густиною повітря при середньому тиску і температурі в колоні:
якщо напір на вході в колону вимірюється U-подібним манометром –
, (13)
якщо тиск на вході в колону вимірюється пружинним манометром –
, (14)
де Рб – барометричний тиск, мм рт. ст.
• Експериментальні значення коефіцієнтів опору визначають згідно з формулами (6) і (7) залежно від величини Reг.
• При розрахунку Рексп і Ртеор використовувати густину відповідно гсер формули (13) і густину газу при нормальних умовах.
• Послідовність розрахунків здійснювати згідно з порядком заповнення табл. 1.
• Побудувати графік залежності опору сухої насадки від дійсної швидкості повітря.
В. Визначення гідравлічного опору зрошуваної насадки.
• За допомогою вентиля 13 встановити знану викладачем витрату води (витрата контролюється по показах ротаметра 4).
• Вентилем 11 відрегулювати певну витрату повітря (контролюється по показах ротаметра 9). Витрати повітря повинні бути в межах витрат при визначенні гідравлічного опору сухої насадки.
• Записати покази надлишкового тиску на вході і виході з колони (h1 і h2). Знайти величину Рзрі зрошуваної колони, Па. Всі заміряні величини перерахувати до одиниць в системі СІ. Результати вимірювань і розрахунків записати в табл. 2.
Таблиця 2
Результати розрахунків
|
h мм вод. ст. |
Рм, кг/см2 |
Reг |
Vг, м3/с |
Rр |
Vр, м3/с |
Рс, Па |
U, м3/(м2с) |
Рзр1, Па |
Рзр2, Па |
Rр – покази водяного манометра.
Рс – опір сухої насадки визначити за графіком, побудованим за дослідними даними для сухої насадки при дослідній швидкості газу.
• Розрахувати Рзр2 за формулами (4), (10)-(12).