Гидромеханические процессы (стр. 5 из 9)
H0, HПС - высота неподвижного и псевдоожиженого слоев, соответственно.
Для расчета аппаратов со взвешенным слоем необходимы расчетные уравнения, устанавливающие зависимость между физическими свойствами газа и твердых частиц, скоростью газа и порозностью слоя e.
Такие эмпирические уравнения удобно представлять в виде зависимостей между обобщенными безразмерными переменными, так называемыми числами подобия, которые включают все физические величины, оказывающие влияние на рассматриваемый процесс.
В гидравлике взвешенного слоя очень удобной для расчетов является графическая зависимость между числами Лященко Lyи Архимеда Ar: Ly= f (Ar, e).
Число Лященко
(3.8)Число Архимеда
(3.9)где: mС - динамический коэффициент вязкости среды, Па. с.
Для удобства расчетов зависимость дана в логарифмических координатах. Этот график дает возможность найти любую из трех величин: Ly, Ar, e/2, с.108/.
3.2 Описание установки
Установка состоит из смонтированной на щите колонны К1 (рис.3.2) с внутренним диаметром 50 мм. В колонне имеется четыре металлических сеток. На каждой сетке находится слой твердых частиц (силикагель).
Воздух, подаваемый компрессором, проходит под нижнюю сетку колонны. Вентиль В2 служит для выпуска воздуха в атмосферу. Гидравлическое сопротивление измеряют дифференциальным манометром Д2, который через переключатель П1 может быть подключен для измерения перепада давления либо в одной нижней секции (положение 1), либо в других секциях (положение 2 и 3), либо во всей колонне (положение 4).
Расход воздуха, проходящего через колонну, определяют по показаниям диф. манометра Д1, присоединенного к диафрагме с диаметром отверстия 9 мм.
3.3 Методика проведения работы
Приступая к работе, закрываем полностью вентиль 1 и открываем вентиль 2 на выходе в атмосферу. После этого пускают воздушный компрессор. Открывая вентиль 1, устанавливают такой начальный расход воздуха, чтобы показания диф. манометра Д1 было порядка 100 мм вод. ст. с помощью переключателя П1 при этом расходе воздуха измеряют перепад давления по диф. манометру Д2 в нижней секции колонны.
Рис.3.2 Схема установки.
К1 - колонна, Д1, Д2 - диф. манометры, П1 - переключатель, Д3 - диафрагма.
Записав результаты измерения в отчетную таблицу 3.1, проводят в той же последовательности измерения при втором расходе воздуха, затем при третьем и т.д. до максимального увеличения. Увеличение расхода воздуха производят на такую величину, чтобы показания диф. манометра воздуха нарастали приблизительно на 10 мм вод. ст. Опытные данные записывают в таблицу 3.1.
По окончании работы открывают полностью вентиль В2 и воздух выбрасывается в атмосферу, а вентиль В1 закрывают, затем выключают воздушный компрессор.
Таблица 3.1 Протокол измерений
| №№пп | Показания диф. манометраД1 Dh1,мм вод. ст | Расход воздуха V, м3/с | Скорость воздуха w, м/с | Показания диф. манометра Д2 (гидравл. сопротивление) Dh2, мм вод. ст. |
3.4 Обработка опытных данных
1. По данным таблицы 3.1 строят для каждого слоя график зависимости DР от скорости воздуха w. Скорость воздуха определяется по формуле:
(3.10)где: VСЕК - расход воздуха, рассчитанный по формуле (3.8), м3/с;
F - площадь поперечного сечения аппарата диаметром D= 50 мм, м2.
Расход воздуха определяется по формуле:
(3.11)где: a - коэффициент расхода, a = 0,6;
f0 - площадь поперечного сечения диафрагмы диаметром d= 9 мм, м2;
Dh1 - показания диф. манометра Д1, м;
rЖ - плотность манометрической жидкости, кг/м3;
rГ - плотность воздуха, кг/м3.
2. Из графика DР = f (w) определяют критическую скорость начала псевдоожижения.
3. Вычисляют число Лященко для критической скорости:
где: rТ - плотность твердой частицы, кг/м3.
4. По рисунку /2, с.108/ Ly= f (Ar, e) при e = 0,4 находят соответствующее значение числа Архимеда, по которому определяют диаметр частицы:
(3.12)5. По рисунку /2, с.108/ Ly= f (Ar, e) находят предельное значение критерия Lyпри e = 1, позволяющее определить скорость уноса wу и расход воздуха при уносе:
6. Определяют коэффициент формы частицы по формуле:
(3.13)где: rТ - плотность твердого материала (силикагель), кг/м3;
e - порозность слоя, для неподвижного слоя материала e = 0,4.
7. Определяют вес слоя частиц в каждой секции:
3.5 Контрольные вопросы
1. Чем отличаются друг от друга скорость уноса, фиктивная, критическая (скорость псевдоожижения), рабочая скорости газа?
2. Что такое порозность слоя? В каких пределах изменяется порозность взвешенного слоя?
3. Какой характер имеет зависимость DР = f (w) от фиктивной скорости газа в процессе псевдоожижения?
4. Какой характер имеет зависимость порозности слоя от расхода газа?
5. С какой целью определяются значения чисел Лященко и Архимеда?
Лабораторная работа № 4
4. Определение расхода энергии на перемешивание
Цель работы: Опытное определение расхода энергии при перемешивании и определение опытных коэффициентов в критериальном уравнении и расхода мощности.
4.1 Теоретическая часть
Перемешивание является обязательным условием успешного проведения разнообразных технологических процессов. В зависимости от целей и условий перемешивания применяют аппараты с мешалками различных конструкций.
Вследствие широкого промышленного распространения процесса перемешивания количество энергии, затрачиваемой на этот процесс на химических заводах, обычно составляет существенную часть общих энергетических расходов производства.
Рассматривая движение жидкости в аппарате с мешалкой как частный случай явления движения жидкости, для описания процесса при установившемся движении жидкости можно воспользоваться критериальным уравнением:
Eu= f (Re, Fr, Г1, Г2) (4.1)
где: Еu - число Эйлера, Rе - число Рейнольдса; Fr - число Фруда; Г1, Г2 - симплексы геометрического подобия.
В этих выражениях
(4.2)где: ∆Р - потеря давления, Па;
ρ - плотность жидкости, кг/м3;
w - средняя скорость движения потока, м/с;
d - диаметр, определяющий линейный размер, м;
μ - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па· с.
Для аппаратов с мешалками в качестве определяющего линейного размера принимают диаметр мешалки (диаметр окружности, описываемый лопастями мешалки).
В связи с трудностями определения действительной скорости движения жидкости целесообразно эту величину заменить пропорциональной ей величиной числа оборотов мешалки, а вместо величины потери давления ввести величину потребляемой мощности. Тогда числа гидродинамического подобия будет иметь вид:
(4.3)где: n - число оборотов мешалки, об/с;
N - мощность на валу мешалки, Вт;
- модифицированное число мощности; 
- центробежное число Рейнольдса; 
- центробежное число Фруда.Не учитывая влияния силы тяжести, обобщенная зависимость для определения мощности на валу мешалки, при условии геометрического подобия мешалок и сосудов, будет иметь вид:
= С· 
(4.4)4.2 Описание установки
Установка состоит из сосуда 2, в который заливается перемешиваемая жидкость. Перемешивание осуществляется четырёхлопастной мешалкой 1О. Крепится мешалка на съемном валу 9. Мешалка приводится во вращение от электродвигателя 1 с помощью шнурового привода. При вращении вала мешалки возникает момент, величина которого зависит от числа оборотов вала, размеров лопастей и рода жидкости. Момент с вала передается на равноплечный рычаг динамометра. Этот момент практически равен рабочему моменту привода мешалки.