Объемная доля жидкости в пене определяется как 5 страница

- относительная влажность воздуха в долях;

- давление насыщенного водяного пара, Па.

Удельный расход тепла определяется

, (2.8)

где и - энтальпия газов на входе в сушилку и атмосферного воздуха,

Разность удельных расходов теплот в действительной и в теоретической сушилках

(2.9)

где и - удельная теплота в действительной и теоретической сушилках, ; и - энтальпия газов на входе и выходе из сушилки, .

Объемный коэффициент теплопередачи, находят по формуле

, (2.10)

где - тепло, затраченное на нагрев материала и на испарение влаги, Вт;

- средняя разность температур между газами и материалом, °К.

 

2.1. Определение мощности, потребляемой на вращение барабанной сушилки

Мощность, потребляемая вращающимся барабаном, расходуется на подъем материала, поступающего в барабан до угла естественного откоса, на перемещение материала, на преодоление трения в цапфах роликов и на преодоление трения качения бандажей по роликам. Мощность , затрачиваемая на подъем материала рассчитывается по формуле

, квт (2.11)

где - количество материала, поступающего в секунду в сушилку, кг/с;

- радиус центра массы этою материала, распределенного

в сегменте, м;

- угол естественною сноса;

- угловая скорость вращения, рад/с. Мощность эта невелика и существенной роли в общем, балансе не играет.

Мощность на перемешивание материала определяется следующим образом

, (2.12)

где - вес сыпучего материала в барабане, кг.

Мощность , затрачиваемая на преодоление трения в цапфах опорных роликов, рассчитывается по формуле

(2.13)

- вес всей сушилки с бандажами;

- наружный радиус бандажа, м;

- радиус ролика, м;

- число оборотов барабана, об/мин;

- коэффициент трения цапфы о вкладыш;

- радиус цапфы ролика, м.

по

 

Мощность на преодоление трения качения бандажей по роликам равна

(2.14)

где - коэффициент трения качения, обычно принимаемого равным = 0,0005 м.

Мощность незначительна. Полная мощность с учетом коэффициента полезною действия передачи будет

 

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

 

Основной частью сушильной установки является вращающийся барабан 1. На барабане имеются два бандажа 2, каждый из которых катится по двум опорным роликам 3, укрепленным на подставке, и зубчатый венец 4, служащий для приведения барабана во вращение от электродвигателя 5 через редуктор.

Для предохранения барабана от сползания имеются два упорных ролика.

Влажный материал из бункера 6 при помощи шнекового питателя 7 поступает в приемную камеру сушилки. Бункер перекрывается шибером 8. Внутри приемной камеры установлены продольные металлические полоски, играющие роль насадки, увеличивающей число пересыпания высушиваемого материала за один оборот барабана. Внутри самого барабана находится винтовая насадка.

На месте соединения приемной камеры с барабаном установлено лабиринтное уплотнение.

Сушка материала производится горячим воздухом. Воздух нагревается в калорифере 9, куда он нагнетается вентилятором 10.

Высушенный материал выгружается в приемник, а отработанный воздух поступает в циклон 2, в котором происходит улавливание материала, унесенного с воздухом.

Температуру поступающего воздуха измеряют термопарой 12, а воздуха, уходящего из сушилки - термопарой 13. Показания термопар 12 и 13 выведены на потенциометр 16.

Температуру воздуха, поступающего в калорифер, измеряют термопарой с потенциометром 17. Влагосодержание воздуха, уходящею из сушилки, измеряется психрометром 14, а влагосодержание атмосферного воздуха измеряют психрометром, установленным в помещении. Количество воздуха, поступающего в сушилку, измеряют ротаметром 15.

 

Количество загружаемого влажного материала определяют следующим образом: до начала работы измеряют, производительность питателя взвешиванием выходящего из него материала в течение некоторого промежутка времени и определяют, таким образом, количество материала, проходящего через сушилку за время опыта и за единицу времени.

Количество высушенного материала определяют взвешиванием приемника до и после опыта, а температуру - термометром.

Мощность привода определяют ваттметром 18, а мощность электронагревателя калорифера - ваттметром 19.

 

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Сушильную установку прогревают до установившегося режима (по заданию). Одновременно в бункер загружают влажный материал в количестве, необходимом для опыта, отобрав предварительно пробу для анализа. Затем определяют насыпную массу материала и его влажность.

Когда режим установится (показания термопар 12 и 13 оста­ются постоянными), включать вентилятор и двигатель барабана и, отодвинув шибер 8, начинают загрузку материала. Регистрацию контрольно-измерительных приборов производят каждые 5 10 минут.

Время пребывания материала в барабане (продолжительность сушки) определяют от момента окончания загрузки до момента прекращения высыпания материала из разгрузочного конца барабана.

Все данные заносятся в таблицу 4.1

Таблица 4.1

№ пп п/п

Время опыта , с

Расход воздуха

Показания тихрометров

Температура материала 0С

Мощность привода

Температура воздуха 0С

Атмосферный воздух

Отходящие газы

Влажного

Высушенного

На входе t1

На выходе t2

Сухого t0

Мокрого t0м

Сухого t3

Мокрого t3м

 

Условия опыта

 

Высушиваемый материал G кг

Число оборотов барабана n об/с

Продолжительность пребывания

материала в сушилке с

Барометрическое давление П Па

Начальная влажность материала %

Конечная влажность материала %

Количество влажного материала кг/с

Количество высушенного материала кг/с

Теплоемкость абсолютно сухого материала Дж/кг ⁰К

Насыпная плотность влажного материала кг/м³

Насыпная плотность сухого материала кг/м³

 

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

 

1. Определяют количество выпаренной в сушилке влаги по формуле (2.5).

2. По показаниям психрометра 14 определяют относительную влажность воздуха уходящего из сушилки.

3. По диаграмме Рамзина определяем влагосодержание уходящего воздуха .

4. По формуле (2.7) рассчитывают удельный объем уходящего воздуха (в м³/кг сухого воздуха)

5. Определяют количество уходящего из сушилки воздуха

6. По показаниям психрометра в помещении определяют относительную влажность атмосферного воздуха.

7. По диаграмме определяют влагосодержание воздуха на входе в калорифер и его теплосодержание .

8. По диаграмме определяют теплосодержание воздуха на

входе в сушилку.

9. Удельный расход воздуха в кг сухого воздуха/кг влаги) рассчитывают по формуле

10. Удельный расход тепла на нагревание воздуха в калорифере рассчитывают по формуле (2.8),

11. Определяют потери тепла в калорифере

12. Напряжение сушилки по испаряемой влаги находят по формуле

13. Объемный коэффициент теплопередачи определяют по уравнению

,

где

14. По таблице 5.1 в зависимости от величины расхода по исходному материалу определяем координату центра массы материалов.

15. По формулам (2.11), (2.12), (2.13) и (2.14) рассчитываем мощность, потребляемую на вращение барабана , и сравниваем с мощностью привода .

 

6. ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ

 

1. Какой технологический процесс называется сушкой?

2. Что такое удельный расход воздуха и удельный расход тепла?

3. Чем теоретическая сушилка отличается от действительной и как изображается на диаграмме Рамзина теоретический и действительный процессы сушки?

4. Что такое напряженность барабана по влаге?

5. На что расходуется мощность, потребляемая вращающимся сушильным барабаном?

Таблица 5.1

№ пп
	0,10705	0,91040
	0,13436	0,89556
	0,16350	0,88073
	0,19431	0,86593
	0,22666	0,85116
	0,26042	0,83641
	0,29550	0,82169
	0,33180	0,80700
	0,36925	0,79234
	0,40777	0,77771
	0,44729	0,76311
	0,48775	0,74854
	0,52909	0,73400
	0,57125	0,71949
	0,61418	0,70502

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Лыков М.В.Сушка в химической промышленности. М., "Химия", 1970.

2. Канторович 3.Б..Машины химической промышленности (т.1). Машгиз. 1957.

3. Соколов В.И., Машины и аппараты химических производств. Л.,

Машиностроение. 1982.

 

РАБОТА № 7

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение конструкции и принципа работы ректификационной установки. Исследование процессов теплообмена и гидродинамики, ознакомление с методикой теплового и гидродинамического расчета колонны.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Изучить конструкцию и принцип работы ректификационной колонны.

2. Подробно ознакомиться с методикой теплового и гидродинамического расчета колонны, а также контактных устройств (тарелок) применяемых в лабораторной установке.

3. Составить тепловой баланс колонны и рассчитать его составляющие.

4. Произвести гидравлический расчет контактных устройств (провальных ситчатых тарелок).

5. Сопоставить экспериментальные и расчетные значения.

6. Провести полный анализ полученных в работе результатов.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Ректификация-это тепло - и массообменный процесс, применяемый для разделения жидких смесей, компоненты которых различаются по температурам кипения.

Процесс осуществляется при контактировании потоков пара и жидкости, которые имеют разные составы и температуры: пар имеет более высокую температуру, чем вступающая с ним в контакт жидкость.

Процесс ректификации осуществляется в аппаратах - ректификационных колоннах. Для создания потока паров в нижнюю часть колонны подводят тепло, а поток жидкости (орошения, флегмы) создают путем отвода тепла из верхней части колонны, конденсируя соответствующее количество паров.

Поэтому независимо от способа действия любая ректификационная установка состоит из трех частей:

- ректификационной колонны;

- испарительного устройства (куба);

- конденсационного устройства (дефлегматора).

Процесс ректификации является энергоёмким, он связан с необходимостью испарения в испарителе и конденсации в дефлегматоре больших масс разгоняемой смеси, поэтому очень важно правильно организовать использование тепла в ректификационной установке.

 

3.1. Тепловой расчет ректификационной установки

 

Общий тепловой баланс колонны

(3.1)

где

- тепло, вносимое исходной смесью; Вт;

- тепло, отдаваемое греющим паром в испарителе, Вт;

- тепло, уносимое с дистиллятом, Вт;

- тепло, уносимое с кубовым остатком, Вт;

- тепло, отбираемое в конденсаторе (дефлегматоре), Вт;

- потери тепла в окружающую среду, Вт:

(3.2)

(3.3)

(3.4)

(3.5)

где , , , , , - соответственно, расход исходной смеси; конденсата, поступавшего в испаритель; дистиллята, кубового остатка, охлаждающей воды в конденсаторе, кг/с; - расход пара, поступающего в конденсатор, м³/с; , , , , - теплоемкости потоков, Дж/кг К; , , , , - температуры потоков, К; - теплосодержание пара, Дж/кг; - теплота конденсации смеси (пара), Дж/кг.

Основное количество тепла поступает в колонну с греющим паром, образующимся в кипятильнике колонны (). С другой стороны, тепло, отводимое охлаждающей водой в дефлегматоре колонны (), значительно превышает другие виды тепловых потерь (, , ). По абсолютной величине обычно

(3.7)

В экспериментальной установке для получения необходимого количества пара, используется электронагреватель мощностью 10 кВт, напряжение 380 В, ток 25 А.

Количество тепла, выделяемого нагревателем, определяется как

(3.8)

Тепло (), подводимое в кипятильнике., расходуется на испарение жидкости для образования потока паров в количестве

(3.9)

где - расход пара, кг/с; - теплота испарения, Дж/кг.

(3.10)

Приведенные выше уравнения могут быть использованы для расчета потока пара и жидкости (флегмы), которые необходимы при гидравлических расчетах контактных устройств (тарелок) и для построения рабочей линии.

 

3.2. Гидравлический расчет тарелки

 

3.2.1 Общая характеристика ректификационной колонны.

Основными размерами ректификационной колонны являются её диаметр

= 260 мм и высота = 2400 мм. Эти величины взаимосвязаны, поскольку обе они зависят от скорости пара в свободном сечении колонны. Диаметр колонны однозначно определяется скоростью и количеством поднимающегося по колонне пара:

где - секундный объем поднимающегося пара, м³/с; - скорость пара, отнесенная к полному сечению колонны, м/с.

Поскольку ректификация есть результат многократно повторяющихся процессов испарения и конденсации, вся колонна по высоте делится на ряд последовательно расположенных контактных устройств. Как правило, эти контактные устройства в данной колонне (провальные решетчатые тарелки с круглыми отверстиями = 10 мм и толщиной = 1 мм) имеют одинаковую конструкцию и размеры.

В тарельчатой колонне таким контактным устройством является тарелка с частью царги колонны. В насадочной колонне - это секция колонны, заполненная на определенную высоту насадкой.

Настоящая колонна двухсекционная. Одна секция - насадочная = 1200 мм, заполненная кольцами Рашига 25 25 мм. Другая - тарельчатая; - расстояние между тарелками - 150 мм, = 10 мм, - количество отверстий 164 шт.