Файл: Лабораторная работа пиапп.docx

Обозначения, принятые для характеристики мешалок:D – диаметр сосуда; d_м – диаметр мешалки; b-ширина лопасти мешалки; l-длина лопасти; В – ширина перегородки; s – шаг пропеллерной мешалки.

В общем случае критерий мощности зависит не только от критерия, но и от модифицированного критерия Фруда:

, (3)

Исследования, проведенные по выявлению влияния критерия Фруда на потребляемую мощность показали, что для мешалок различного типа, как в аппаратах с отражательными перегородками, так и в гладкостенных аппаратах, мощность не зависит от критерия Фруда при значениях критерия Рейнольдса: Re_м<Re_кр, где Re_кр – критическое значение критерия Рейнольдса, при котором воздушная воронка достигает лопастей мешалки и начинается аэрация жидкости, вследствие чего происходит изменение вязкости и плотности перемешиваемой среды.

Таким образом, связь между энергией, затрачиваемой в единицу времени, и условиями перемешивания выражают в виде зависимости:

(4)

Описание экспериментальной установки:

Установка для исследования процесса перемешивания изображена на рис.3. Она содержит стеклянный сосуд 1с установленными на его внутренней поверхности отражательными перегородками2. В сосуде1на вертикальном валу3устанавливаются турбинная мешалка4 (открытого или закрытого типа), которая приводится в действие электродвигателем5. С помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР)9обеспечивается плавное изменение частоты вращения мешалки4от 0 до 600 об/мин.

При проведении опытов измеряют частоту вращения вала мешалки цифровым автоматическим тахометром (ЦАТ-2М) 8при помощи фотоэлектрического датчика7, включающего излучатель с фотоэлементом, и диска6с отверстиями жестко закрепленного на валу3.

Потребляемая мощность измеряется ваттметром 10, подключенным к электродвигателю5.

Методика проведение работы

1) Заполняют стеклянный сосуд 1жидкостью до определенного уровня и измеряют температуру жидкости.

2) Включают электродвигатель 5привода мешалки 4.

3) С помощью лабораторного автотрансформатора 9устанавливают минимальную частоту вращения вала3мешалки4и ваттметром10замеряют потребляемую мощность.

---

4) Автоматическим тахометром 8измеряют частоту вращения мешалки4.

5) Последовательно изменяя частоту вращения мешалки (6-8 раз), повторяют замеры.

6) После окончания экспериментов отключают все приборы.

1 – стеклянный сосуд, 2 – отражательные перегородки, 3 – вал, 4 – мешалка, 5 – электродвигатель, 6 – диск с прорезями, 7 – фотоэлектрический датчик, 8 – автоматический тахометр ЦАТ-2М, 9 – лабораторный автотрансформатор, 10 – ваттметр.

Рисунок 3 – Схема экспериментальной установки

Обработка опытных данных

Рассчитать для каждой частоты вращения критерий мощности K_N, центробежный критерий РейнольдсаRe_м.

Построить график зависимости lgK_N=f(lgRe) (рис.4) и по этому графику определите значения постоянных величинCиm, входящих в формулу

₍₅₎

Логарифмируя эту формулу, получают уравнение прямой линии

₍₆₎

Показатель степени mнаходят как тангенс угла наклона полученной прямой. Так как угол расположен во второй четверти, то его величина будет отрицательной.

Постоянная С находится как отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, или из уравнения

₍₇₎

Необходимо сделать не менее трех таких определений и получить из них среднее значение коэффициентов.

Рисунок 4 – График критериальной зависимости

Таблица 2 – Данные измерений и расчетов

Тип мешалки	Диаметр мешалки d, м	Частота вращения мешалки n, сек-1	Мощность N, Вт	Критерий мощности КN	Критерий Рейнольдса центробежный Reм	lgKN	lgReм
1	2	3	4	5	6	7	8

---

Отчет о работе должен содержать: схему установки, расчетные формулы, таблицу измеренных и рассчитанных величин, графики зависимостидля исследуемых типов мешалок, вычисление значений показателя степениmи коэффициента С из уравнения (7), выводы по работе.

Контрольные вопросы к работе

1. Назначение процесса перемешивания.

2. Способы перемешивания в жидких средах.

3. Типы наиболее широко применяемых мешалок, их основные достоинства и недостатки.

4. Физический смысл критерия мощности.

5. С какой целью применяются отражательные перегородки?

6. Что понимают под интенсивностью и эффективностью процесса перемешивания?

7. Почему при характеристике работы мешалок скорость движения жидкости в аппаратах заменяют произведением частоты вращения на диаметр мешалки?

8. Вид и значение общего критериального уравнения.

Список использованных источников

1.Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. – М.:Колос,1999. – 551с.

2.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 783с.

3.Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. – Л.: Машиностроение, 1979. – 269с.

Лабораторная работа №2

Изучение работы циклона

Цель работы:

Практическое ознакомление с работой пылеулавливающего циклона, исследование зависимости эффективности улавливания циклона () и его гидравлического сопротивления (ΔР_ц)от условной скорости газового потока; определение коэффициента гидравлического сопротивления циклона.

Основы теории

При переработке пищевого сырья, получении полуфабрикатов и готового продукта в промышленности образуются пыли – взвешенные в газах мелкодисперсные твёрдые частицы. Отходящие промышленные газы, содержащие пыли, подвергают пылеочистке, путём осаждения твёрдых частиц под действием различных сил: тяжести, центробежных, электростатических, и других.

Одним их наиболее простых и широко распространённых способов очистки газовых потоков от находящихся в них твёрдых частиц является центробежное разделение, которое осуществляется в циклонах различных конструкций. Работа циклона основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращении запыленного газового потока (газовзвеси) внутри корпуса аппарата. Вращение достигается путём тангенциального ввода потока в циклон. В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока. Чистый газ, продолжая вращаться, совершает поворот на 180° и выходит из циклона через расположенную по оси выхлопную трубу (рис. 1). Частицы пыли, достигающие стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом направлении потока и сил тяжести движутся по направлению к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона. Ввиду того, что решающим фактором обусловливающим движение пыли, являются аэродинамические силы, а не силы тяжести, циклоны можно располагать наклонно и даже горизонтально. На практике из-за компоновочных решений, а также для размещения пылетранспортных систем циклоны, как правило, устанавливают в вертикальном положении.

---

Процесс разделения неоднородных систем «Газ-твёрдые частицы» под действием центробежных сил обуславливается разностью плотностей газового потока и Рисунок 1 – Циклон

твёрдых частиц, находящихся во вращательном движении. Центробежные силы, возникающие при этом, обеспечивают большуюэффективность процесса по сравнению с процессом разделения, проходящим в поле только сил тяжести.

Соотношение этих сил называют фактором разделения или центробежным критериемФруда (Fr):

(1)

где: mg – сила тяжести, Н;

Р_ц– центробежная сила, отбрасывающая твёрдую частицу из вращающегося потока газовзвеси к стенкам аппарата:

, (2)

где: m – масса частицы;

υ– окружная скорость, м/с;

R– радиус аппарата, м.

Фактор разделения характеризует увеличение разделяющей способности в условиях действия центробежной силы:

(3)

Из выражения (3) видно, что эффективность разделения возрастает с увеличением скорости газового потока и уменьшением радиуса аппарата. Однако значительное увеличение скорости связано с резким возрастанием гидравлического сопротивления циклона и усилением местных завихрений, срывающих уже осевшие на внутренней поверхности циклона твёрдые частицы, что приводит к снижению эффективности улавливания частиц из газового потока (наиболее эффективными являются скорости газа на входе в циклон в интервале 18…25 м/с). Уменьшение радиуса циклона приводит к снижению его производительности. Поэтому часто для очистки больших количеств запыленных газов вместо циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов значительно меньшего диаметра (их монтируют в одном корпусе). Такие циклоны называются батарейными циклонами, или мультициклонами (рисунок 2).

Процессы, происходящие в циклоне, весьма сложны и зависят от многих факторов, поэтому при теоретических расчётах приходится делать много допущений и упрощений.

Так, принимают, что пылевые частицы, поступающие с воздушным потоком в циклон, имеют сферическую форму, при входе запыленного потока в циклон равномерно распределены по сечению, а также то, что частицы, которые при перемещении достигли стенок, подвергаются осаждению, хотя в действительности часть этих частиц будет выброшена в выхлопную трубу вследствие турбулизации потока и т.д. Кроме того, не учитывается такой фактор, как коагуляция частиц, происходящих в циклоне.

---

Вследствие ряда упрощений и допущений расчёт циклона весьма приближенный. Поэтому при разработке новых конструкций циклонов необходимо в значительной мере учитывать экспериментальные данные и опыт эксплуатации циклонов в производственных условиях.

1 – корпус циклона;2 – входной патрубок; 3 –газораспределительная камера;

4 – трубные решетки; 5 – циклонные элементы; 6 – выходной патрубок для очищенного газа; 7 – коническое днище (бункер).

Рисунок 2 – Батарейный циклон

Ценность теоретических исследований состоит в том, что они позволяют выявить основные закономерности работы циклонов.

При расчёте обычно получают зависимости, характеризующие радиальную скорость перемещения частиц в циклоне, время пребывания частиц в циклоне, предельный диаметр частиц пыли, улавливаемых в циклоне.

Для получения этих зависимостей рассмотрим движение частицы пыли в циклоне.

На частицу, перемещающуюся с потоком запыленного газа в циклоне, действует центробежная сила Р_ц, под действием которой частица перемещается к стенке циклона.

Радиальному перемещению частицы пыли со скоростью оказывает сопротивление газовая среда. Величина этого сопротивления, согласно закону Стокса, равна:

P_c=3d(4)

Через некоторое, весьма незначительное время после ввода запыленного потока в циклон центробежная силаP_цуравновешивается силой сопротивления среды P_си частица пыли движется в радиальном направлении к стенкам циклона с постоянной скоростью υ

P_ц=Р_с(5)

После подстановки значенийυ и μ

(6)

Отсюда можно определить значение , учитывая, что масса частицыmсферической формы равна

; (7)

=(8)

Определим время, необходимое для того, чтобы частица пыли совершила путь к стенке корпуса циклона.

Дальше всех от стенки циклона находятся частицы, которые вошли в циклон около выхлопной трубы. Им предстоит пройти в радиальном направлении путь, равный R-R_o, гдеR–радиус циклона, м;R_o– радиус выхлопной трубы, м (рис.1.)

Запишем скорость как производную путиrпо времени и, проинтегрировав, найдем время, необходимое для прохождения радиального пути

---