Методические указания по выполнению лабораторных работ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

дисциплины

ОП. Процессы и аппараты

 

 программы подготовки специалистов среднего звена (ППССЗ)

по специальности 15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)

 

Базовая подготовка

Преподаватель: Попов Александр Анатольевич

 

Рассмотрен на заседании ЦМК технических специальностей

Протокол № 1 от «31» августа 2018 г.

Председатель ЦМК________/ В.В. Кусова/

 

Мичуринск, 2018

Исследование мешалок.

1. Цель работы.

1.1 Изучение конструктивных элементов мешалок, их работы.

1.2 Определение расхода энергии на перемешивание.

2. Основы теории [1, с. 89...98], [2, с. 39...44], [3, с. 13...15].

Перемешивание и смешивание широко применяются для равномерного распределения составных частей в смесях жидких, сыпучих или пластических материалов, для ускорения массообменных, тепловых, биохимических процессов или усреднения температуры.

Скорость процессов перемешивания повышается в результате увеличения взаимодействующих тел и турбулизации протока. Турбулизация приводит к уменьшению толщины пограничного слоя, увеличению и непрерывному обновлению взаимодействующих фаз.

Основные показатели перемешивания.-

Эффективность и интенсивность:

– эффективность характеризует качество процессов;

– интенсивность характеризуется временем достижения заданного технологического (процесса) результата.

3. Описание установки.

 

а) турбинная (т) б) лопастная (л) в) пропеллерная (п)

Рис. 1. Схема установки.

1. Корпус.                                   1.1 - вода

2. Вал мешалки.                         0.2 - твердые частицы.

3. Мешалка лопастная.

4. Входной патрубок.

5. Выходной патрубок.

Различают два периода работы мешалки: пусковой и рабочий — N_п > N_р не более, чем в 1,5-2 раза и в непродолжительный период.

4. Методика проведения.

После ознакомления с устройством, набрасываем его эскиз и проводим необходимые замеры.

5. Обработка опытных данных [ 3, с. 18]

5.1 Определяем плотность смеси (суспензии)

                   1

ρ_см = ————————=...,кг/м³

        х_{т    +}     (1- х_т)

         ρ_т              ρ_ж

где х_т - массовая доля твердой фазы суспензии, х_т = …, мас%;

   ρ_т - плотность твердой фазы, ρ_т = …, кг/м³;

   ρ_{ж —} плотность жидкости (воды), при температуре t_ж =...,°С, по табл.3 [2,с. 127].

5.2 Определяем объемную долю твердой фазы суспензии

       х_т * ρ_см

   φ = ———— =...

           ρ_т

5.3 Динамическая вязкость суспензии

Μ_см = М_ж [1+(4,5 или 2,5) φ] =..., Па*с,

где М_ж — динамическая вязкость внешней фазы (воды), определяем по табл. 3 [2, с.127]

М_ж = V_{ж *}   ρ_ж=...Па*с,

V_{ж —} кинетическая вязкость, V_ж =..., м²/с, по табл.2 [3, с. 141]

коэффициент 4,5 при φ>0,1, а при φ<0,1 коэффициент 2,5.

5.4 Приняв по табл. 2 [2, с.41] для заданного вида мешалки значения:

с₁=...

х₁=...

у₁=...

Находим частоту вращения мешалки

 

       ∆ρ^0,5* d^0,5_ч* D^х1

n = с₁ ——————— =...,об/с,

           ρ^0,5 c* d_м^у1

где ∆ρ — разность плотностей частицы и жидкости,                 ∆ρ = ρ_т -ρ_ж=...,кг/м³;

d _ч- эквивалентный диаметр твердых частиц, d _ч =...,м.

D — внутренний диаметр аппарата, D=...,м;

d_{м —} диаметр мешалки, м;

– для лопастной d_л = (0,6...0,7) D или

– турбинной и пропеллерной d_т(n) = (0,25...0,3) D;

ρ_с — плотность жидкой среды или смеси, кг/м³;

– ρ_см, когда ρ_т > ρ_ж более, чем на 30% и

–  ρ_ж, когда ρ_т > ρ_ж менее, чем на 30%.

5.5 Определяем число Re_м для мешалки

      n* d_м²* ρ_см

Re_м = ————— =...

           м_см

По найденному значению Re_м мешалки по рис.2 [2, с. 41] определяем коэффициент мощности К_N=... (см. также рис. 2)

 

Рис. 2. К определению К_N.

 

5.6 Определяем мощность, потребляемую мешалкой в рабочий период.

N_р = К_N* d_м⁵_*  ρ_см =.., Вт.

5.7 мощность электродвигателя.

N_эд = N_р* f_н *f_ш *f_з *f_г *f_n/ η =... Вт,

где f_н — коэффициент соотношения высоты жидкости к ее диаметру,           Н_ж

       f_н = (———)^0,5 =...,

                  D_ж

Н_{ж —} высота жидкости в аппарате, Н_ж =...,м,

f_{ш —} коэффициент шероховатости стенок, f_ш = 1,1...1,2;

f_{з —} коэффициент змеевика, f_з = 2...3,

f_{г —} коэффициент гильзы, f_г = 1...1,1,

f_{n —} коэффициент пуска, f_n = 1,15...1,4,

η — КПД, η = 0,8..0,85.

6. Вопросы для самопроверки.

1. Сущность перемешивания, способы, сравнительная характеристика, ТЭП и РПП.

2. Цель перемешивания, основные показатели, степень однородности.

3. Типы мешалок, их применение и расчет.

4. Определение оптимальной частоты вращения, размеров и расходов мощности.

7. Выводы и анализ.

8. Инструкция по технике безопасности на рабочем месте.

8.1 Проверить готовность лабораторной установки к исследованию.

8.2 Не касаться токоведущих частей.

8.3 В случае нарушения режима работы установки или поражения током немедленно отключить общий щит.

 

Исследование экстрактора.

1. Цель работы.

1.1 Изучение устройства и принципа действия экстрактора шнекового типа.

1.2  Определение производительности, расхода основных материалов, скорости перемещения их и других параметров на основе схемы установки с материальными и тепловыми потоками.

2. Основы теории [1, с. 287...300].

3. Методика проведения.

После ознакомления с установкой составляем ее эскиз и проводим необходимые замеры.

4. Описание установки.

 

Рис. 1. Схема установки.

 

——— Сок — 1.1— Вода — 1.8— Конденсат — 2.1— Пар — 0,7— Стружка — 0.0— Жом

1. Электродвигатель. 2. Передача клиноременная. 3. Редуктор червячный. 4. Муфта. 5. Передача цепная. 6. Фильтр. 7. воронка загрузочная. 8. Корпус экстрактора. 9. Рубашка тепловая. 10. Шнек горизонтальный. 11. Шнек вертикальный. 12. передача коническая.

5. Обработка данных.

5.1  Из управления неразрывности определяем объемную производительность

V = П = Fω_ос=...,м³/с,

где F — площадь поперечного сечения экстрактора,

           π D²

    F= ——— =...,м²

                           4

D — диаметр шнека, D=...,м²,

ω_{ос —} осевая скорость перемещаемого материала,

               Sn

     ω_ос= —— =...,м/с

               60

S — шаг шнека, S= …,м,

n — частота вращения шнека, n=...об/мин.

5.2  Определяем массовую производительность.

     G_Н = Vρ=..., кг/с,

где ρ — плотность твердого вещества, ρ= …, кг/м³.

5.3 Определяем время пребывания материала в экстракторе.

      L

Τ = ——— =...,с.

     ω_ос

где L — длина экстрактора, L= …,м,

  ω_ос — осевая скорость перемещаемого материала,                                       ω_ос =..., м/с.

5.4 Составляем расчетную схему, см. рис. 2.

 

Рис. 2. Схема к составлению материальных балансов.

Составляем два материальных баланса согласно расчетной схеме, см. рис. 2.

1. По общей массе G_н+ W_{н =}G_к+ W_к.

2. По сахару     G_н Х_н W_н Y_н = G_к Х_кW_к Y_к,

где G_{н —} количество стружки, поступающей на экстракцию, G_н = …, кг/с (см. пункт 5.2),

Х_{н —} содержание экстрагируемого компонента в исходном материале, Х_н = …, мас% (14...16 мас%),

Х_{к —} содержание экстрагируемого компонента в остатке,       Х_к = …,мас% (0,25...0,3 мас%),

Y_{н —} содержание извлекаемого компонента в исходном растворителе (экстрагенте), Y_н = …, мас%(0мас%),

Y_{к —} содержание извлекаемого компонента в исходном растворителе (экстрагенте), Y_к =...мас% (10...12%).

Принимаем выход остатка G_к =85...90% от G_н, т.е. G_к =...кг/с.

Тогда из второго материального баланса находим количество уходящего экстрактора (сока) — W_к=..., кг/с.

Из первого материального баланса находим количество исходного экстрагента - W_н =..., кг/с.

5.5 Составляем тепловой баланс согласно расчетной схеме, см. рис. 3.

 

Рис. 3. Схема к составлению теплового баланса.

Тепловой баланс будет иметь вид

QG_н + QW_н + Q_D = Q G_к+ Q W_к + Q_конд+ Q_топ,

где QG_{н —} приход тепла с твердым веществом,

  QG_н = G_н С_н t_н = …, кДж,

где С_{н —} теплоемкость твердрго материала,

   С_н =...кДж/(кгК),

    t_{н —} температура твердого материала,

    t_н = … °С.

    Q_{н —} приход тепла с эстрагентом,

    Q_н = W_н C_н t_н= …, кДж,

где C_н — теплоемкость экстрагента, C_н =...кДж/(кгК),

  t_{н —} температура экстрагента, t_н = …, °С,

  Q_D — приход тепла с теплоносителем (паром),

  Q_D = D * i = …,кДж,

где i — энтальпия пара при давлении, Р= …,Па,

по табл. 3 [3, с. 141].

QG_{к —} расход тепла с остатком,

QG_к = G_к С_к t_к = …, кДж,

 где С_{к —} теплоемкость остатка, С_к = 3,77 кДж/(кгК)

   t_{к —} температура экстракта, t_к = …,°С.

  Qω_{к —} расход тепла с экстрактом,

  Qω_к = W_к Cк t _к=...,кДж,

где Cк — теплоемкость экстракта, Cк= …,кДж/кгК,

   t _{к —} температура экстракта, t _к = …, °С.

   Q _конд -расход тепла с конденсатом пара,

   Q _конд = D* С _конд *t _конд=..., кДж,

где С _{конд —} теплоемкость конденсата, С _конд = 4,187 кДж/(кгК),

    t _{конд —} температура конденсата, t _конд = t_{н —} (2...3)=...

   Q _пот — расход тепла на потери в окружающую среду,

    Q _пот = 3...5% или Q _пот= α_с F_н (t_{ст —} t_ср)=...,кДж,

где α_{с —} суммарный коэффициент теплоотдачи,                        α_с= 9,74+0,07 (t_{ст —} t_ср)=...Вт/(м²К),

t_{ст —} температура стенки, t_ст = …, °C,

t_ср — температура окружающей среды, t_в= t_ср= 15...18,°C..        t_ср =...°C.

Из данного теплового баланса определяем расход теплоносителя.

D=...,кг/с.

5.6 Определяем основные размеры экстрактора.

Рис. 4.К определению числа степеней.

DA — линия равновесия.

ВС — рабочая линия экстракции.

1, 2, 3, 4 — ступени изменения концентрации.

 

Длина одной ступени изменения концентрации составляет

   L

l = —— =...,м.,

   n

где L — длина экстрактора, L= …,м,

n — число ступеней изменения концентрации, которые определяются по графику, см. рис. 4.

6. Вопросы для самопроверки.

1. Массопередача, движущая сила и процессы массообмена, их характеристика.

2. Основное управление массопередачи, его расшифровка, определение К^', F, ∆С_ср.

3. Молекулярная и конвективная диффузии. Законы Фика, Шукарева.

4. Критерии подобия процесса массопередачи Nu^', Pr', Re. Термодиффузия.

5. Экстракция, сущность, цели, способы, применение, регулируемые параметры.

6. Экстракторы, системы, твердое вещество — жидкость и жидкость — жидкость, устройство, действие, расчет.

7. Вывод, анализ.

8. Инструкция по технике безопасности на рабочем месте.

8.1 Проверить готовность установки к исследованию, заземление.

8.2 Не касаться токоведущих частей.

8.3 Проверить ограждения привода и передач: редуктора, цепной, конической, их состояние.

8.4 В случае нарушения режима работы установки или поражения током - немедленно обесточить.

 

 

Исследование фильтров.

1. Цель работы.

1.1 Ознакомление с работой и устройством фильтров.

1.2 Определение параметров фильтров.

2. Основные теории [1, с.61...78], [2, с.31...36], [3, с. 36...39].

3. Описание установи [3, с. 40...41].

 

Рис. 1. Схема лабораторной установки с ранним фильтром- прессом.

1. Компрессор.                           ———— фильтрат

2. Рессивер.                                —— 3 —— воздух

3. Бак с мешалкой.

4. Фильтр.

5. Мерник.

 

4. Методика проведения [3, с. 41...42].

5. Обработка данных.

5.1   а) движущая сила давления в рессивере: в баке с суспензией Р_с^абс =...[ам]=...

  б) абсолютное давление при фильтровании

Р_с^аб = Р_с^изб+ Р_ам =...[ам]=...[Па],

  в) перепад давления на фильтре

Δ Р= Р_с^аб- Р_ам =...[ам]=...[Па],

  г) площадь поверхности фильтрационной перегородки

f=a*b=...[м²],

где а — длина перегородки, а=...м,

b — ширина перегородки, b=...м,

д) площадь поверхности фильтрационных перегородок

F=f*n=...[м²],

где n — количество фильтрационных перегородок, n =...шт,

е) продолжительность цикла фильтрования

Т= τ_ф+ τ_пр+ τ_в =... с,

где τ_ф — продолжительность фильтрации, τ_ф=...с,

  τ_{пр —} продолжительность промывки, τ_пр =...с,

τ_{в —} продолжительность вспомогательных операций,τ_в =...с,

  ж) секундная объемная производительность фильтра

       Рυ

V = ——— =...м³/с,

       Т

где υ — удельная производительность фильтра

            h_ос

         υ = —— =...м³/м³,

            х_ос

где h_{ос —} высота слоя осадка, h_ос=...м,

    х_ос — объем осадка, приходящийся на 1 м³ получаемого фильтра, х_ос = 0,01...0,1 м³/м³,

    з) скорость фильтрования

              V

    W= ———=...м/с,

              Fτ_ф

5.2 Установка с барабанным вакуум- фильтром.

 

      

Рис. 2. Схема лабораторной установки с барабанным фильтром.

1. Сборник фильтра.

2. Бак суспензии с мешалкой.

3. Вакууметр.

4. Двигатель.

5. Барабанный вакуум- фильтр.

6. Сборник осадка.

7. Компрессор.

8. Двигатель.

9. 10. Насос.

 

а) Продолжительность полного цикла фильтрования

               (τ_ф+ τ_пр)m

        Т_б= ———— =...с,

                m_ф + m_пр

где m — общее число секций, m=...шт (10...18),

  m_{пр —} число секций в зоне промывки, m_пр =...шт (2...3),

  m_{ф —} число секций в зоне фильтрования, m_ф =...шт (4...6).

 б) Производительность фильтра

               FV

     V = ———=...м³/с,

                Т_б

где F — площадь фильтрования, F= ПDLφ=...м²,

D — диаметр барабана, D=...м,

L — длина барабана, L=...м,

φ — коэффициент использования длины барабана, φ=...

V — удельная производительность, V=...м³/м³.

в) Степень погружения барабана в корыте

               τ_ф

     φ = —— 100=...%,

              Т_б

г) Частота вращения барабана

              60

      n= —— =...об/мин.

               Т_б

7. Вопросы для самопроверки.

7.1 Сущность фильтрования, применение. Фильтры, их типы.

7.2 Движущая сила, способы ее создания.

7.3 Скорость фильтрования и факторы, влияющие на нее.

7.4 Устройство рамного фильтр- пресса, достоинство и недостатки.

7.5 Фильтрующие перегородки при фильтровании и осадки на них.

8. Вывод.

Исследование циклона.

1. Цель работы.

1.1 Изучение конструкции циклона.

1.2 Определение основных параметров.

2. Основы теории [1, с. 83...86], [2, с. 47...50], [3, с. 44...45].

Очистка газов под действием центробежной силы применяется для увеличения скорости осаждения и более полного выделения из газа твердых взвешенных частиц. Одним из применяемых аппаратов применяется циклон нииогаз Фактор разделения

               υ²

     Ф = ——,

               Rq

где υ — окружная скорость, м\с,

  R — радиус циклона, м,

  q — ускорение свободного падения, q =9,81 м/с².

Ф — характеризует интенсивность разделения за счет центробежной силы и является отношением ускорения υ²=...м/с центробежной силы к ускорению свободного падения.

В циклонах осаждаются частицы d>10 мкм, со скоростью для поминарного режима

               d²(ρ_ч — ρ_с) υ²_ц

     W_ос = —————— =...м/с,

                   18 М_С*К

где ρ_ч и ρ_с — соответственно плотность улавливаемых частиц и газовой среды, кг/м³,

d — диаметр частиц, м,

R — радиус циклона, м,

υ_ц — окружная скорость в циклоне, м/с,

М_{С —} коэффициент динамической вязкости, Па с.

Степень очистки газа

           с₁ -с₂

   η = ———*100%

             с₁

где с₁ и с₂ — соответственно начальная и конечная концентрация пыли, кг/м³.

3. Описание лабораторной установки [3, с. 45...46].

 

 

         

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

1. Вентилятор центробежный.

2. Устройство запарное.

3. Устройство дозирующее.

4. Циклон.

5. Фильтр рукавный. Сборник пыли.

6. Лоток.

– 3 — воздух чистый,

– 3т — воздух со взвешенными частицами,

– т — взвешенные частицы,

– 3м — воздух с мелкими взвешенными частицами.

 

Рис. Схема циклона

d_{П —} диаметр входного патрубка,

d_С — диаметр выходной трубы,

d_Н — диаметр нижнего патрубка.

4. Методика проведения испытаний [3, с. 46...47].

Центробежным вентилятором (1) в систему нагнетается воздух, в поток которого дозатором- питателем (3) подается козельгурт, запыленный воздух поступает в циклон (4), где очищается от твердых частиц и через выхлопную трубу направляется в фильтр рукавный (5) для окончательной очистки и выбрасывается в атмосферу. Скорость и расход воздуха регулируется запорным устройством (2).

5. Обработка опытных данных [3, с. 47...48].

5.1 Определяем скорость воздуха в цилиндрической части циклона.

             2∆ρ

  W = √—— =...,м/с,

              ρ_вε

          ∆ρ

где —— - отношение при оптимальных условиях работы

           ρ_в

циклона      

  ∆ρ

—— = 50...750,

  ρ_в

ε — коэффициент гидравлического сопротивления, ε_{нииогаз}=105,

ε_{батарейный} = 85.

5.2 Определяем производительность циклона, т.е.объемный расход воздуха

                     πD²

П= V= F W = ——— W=...м³/с,

                      4

где D — диаметр цилиндрической части циклона, D=...м.

5.3 Приняв окружную скорость воздуха в циклоне W_С=10...12 м/с. Определяем скорость охлаждения частиц

            d_ч² W_о² (ρ_ч — ρ_в)

W_ос = ——————— =...м/с, [2,с. 27]

                     18 М_В

где d_ч — диаметр частиц, d_ч =...м,

ρ_ч — плотность выделяемых частиц, ρ_ч =...кг/м³, по табл. 7 [2, с 129] и табл. 3 [3, с. 141],

ρ_{в —} плотность воздуха по табл. 4 [2, с. 128] при t_в =...°C, ρ_в =...кг/м³,

 М_В — динамическая вязкость воздуха при t_в =...°C М_В=... Пас по табл. [2, с. 128].

5.4 Проверяем правильность применения формулы стока.

Для этого определяем критерий Re

                W_ос  d_ч ρ_в

      Re = ———— =...

                      М_В

Как видим формула стока применима или нет.

5.5 Приняв скорость воздуха во входном патрубке W_п = 20...25 проверяем площадь сечения его

                             πd_п²   V

           f_п = bh = ——— = —— =...м²,

                             4        W_п

                    4 f_п

откуда d_п = √———,

                    π

где b, h или d_{п —} соответственно ширина, высота и диаметр входного патрубка, м.

Как видим расчетные размеры соответствуют действительности входному патрубку d_п=...мм.

Для циклонов нииогаз h=3,14b,

                    f_п = 3,14 b²=...м² откуда

                                 f_п

                                      b = √—— =...м,

                                  π

5.6 Приняв скорость воздуха в выходной трубе W_с=10м/с, проверяем аго диаметр

                  V

    d_с= √————=...м,

              0,785W_с

как видим расчетный размер соответствует действительным.

5.7 Продолжительность выделения частиц в циклоне при угловой скорости потока W_ч

W_ч = W_о /ч

               

 

                 γ_в

 τ = 18 Mln(——)/d_ч² W_ч² ρ_ч=......с

                  γ_н

где М — динамическая вязкость воздуха, Пас,

  γ_в и γ_{н —} внутренний радиус цилиндрической части циклона и наружный радиус трубы для выхода очищенного газа, м.

5.8 Проверяем соотношения высот циклона

Н_ц = 1,6 D Н_к =2D.

6. Вопросы для самопроверки.

6.1  Параметры, характеризующие работу циклонов.

6.2  Что характеризует фактор разделения?

6.3  КПД циклона.

6.4  Регулируемые параметры в работе циклона.

6.5  Цели и способы очистки.

6.6  Как определяется запыленность воздуха?

6.7  Вывод и анализ.

8. Инструкция по технике безопасности.

8.1 Проверить готовность установки к исследованию (наличие ограждения привода вентилятора, пусковых приборов пульта управления, заземления).

8.2  Не касаться токоведущих частей привода вентилятора.

8.3  В случае нарушения режима работы установки или поражения электрическим током немедленно обесточить с помощью общего щита.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

дисциплины

ОП. Процессы и аппараты

 

 программы подготовки специалистов среднего звена (ППССЗ)

по специальности 15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)

 

Базовая подготовка

Преподаватель: Попов Александр Анатольевич

 

Рассмотрен на заседании ЦМК технических специальностей

Протокол № 1 от «31» августа 2018 г.

Председатель ЦМК________/ В.В. Кусова/

 

Мичуринск, 2018

Исследование мешалок.

1. Цель работы.

1.1 Изучение конструктивных элементов мешалок, их работы.

1.2 Определение расхода энергии на перемешивание.

2. Основы теории [1, с. 89...98], [2, с. 39...44], [3, с. 13...15].

Перемешивание и смешивание широко применяются для равномерного распределения составных частей в смесях жидких, сыпучих или пластических материалов, для ускорения массообменных, тепловых, биохимических процессов или усреднения температуры.

Скорость процессов перемешивания повышается в результате увеличения взаимодействующих тел и турбулизации протока. Турбулизация приводит к уменьшению толщины пограничного слоя, увеличению и непрерывному обновлению взаимодействующих фаз.

Основные показатели перемешивания.-

Эффективность и интенсивность:

– эффективность характеризует качество процессов;

– интенсивность характеризуется временем достижения заданного технологического (процесса) результата.

3. Описание установки.

 

а) турбинная (т) б) лопастная (л) в) пропеллерная (п)

Рис. 1. Схема установки.

1. Корпус.                                   1.1 - вода

2. Вал мешалки.                         0.2 - твердые частицы.

3. Мешалка лопастная.

4. Входной патрубок.

5. Выходной патрубок.

Различают два периода работы мешалки: пусковой и рабочий — N_п > N_р не более, чем в 1,5-2 раза и в непродолжительный период.

4. Методика проведения.

После ознакомления с устройством, набрасываем его эскиз и проводим необходимые замеры.

5. Обработка опытных данных [ 3, с. 18]

5.1 Определяем плотность смеси (суспензии)

                   1

ρ_см = ————————=...,кг/м³

        х_{т    +}     (1- х_т)

         ρ_т              ρ_ж

где х_т - массовая доля твердой фазы суспензии, х_т = …, мас%;

   ρ_т - плотность твердой фазы, ρ_т = …, кг/м³;

   ρ_{ж —} плотность жидкости (воды), при температуре t_ж =...,°С, по табл.3 [2,с. 127].

5.2 Определяем объемную долю твердой фазы суспензии

       х_т * ρ_см

   φ = ———— =...

           ρ_т

5.3 Динамическая вязкость суспензии

Μ_см = М_ж [1+(4,5 или 2,5) φ] =..., Па*с,

где М_ж — динамическая вязкость внешней фазы (воды), определяем по табл. 3 [2, с.127]

М_ж = V_{ж *}   ρ_ж=...Па*с,

V_{ж —} кинетическая вязкость, V_ж =..., м²/с, по табл.2 [3, с. 141]

коэффициент 4,5 при φ>0,1, а при φ<0,1 коэффициент 2,5.

5.4 Приняв по табл. 2 [2, с.41] для заданного вида мешалки значения:

с₁=...

х₁=...

у₁=...

Находим частоту вращения мешалки

 

       ∆ρ^0,5* d^0,5_ч* D^х1

n = с₁ ——————— =...,об/с,

           ρ^0,5 c* d_м^у1

где ∆ρ — разность плотностей частицы и жидкости,                 ∆ρ = ρ_т -ρ_ж=...,кг/м³;

d _ч- эквивалентный диаметр твердых частиц, d _ч =...,м.

D — внутренний диаметр аппарата, D=...,м;

d_{м —} диаметр мешалки, м;

– для лопастной d_л = (0,6...0,7) D или

– турбинной и пропеллерной d_т(n) = (0,25...0,3) D;

ρ_с — плотность жидкой среды или смеси, кг/м³;

– ρ_см, когда ρ_т > ρ_ж более, чем на 30% и

–  ρ_ж, когда ρ_т > ρ_ж менее, чем на 30%.

5.5 Определяем число Re_м для мешалки

      n* d_м²* ρ_см

Re_м = ————— =...

           м_см

По найденному значению Re_м мешалки по рис.2 [2, с. 41] определяем коэффициент мощности К_N=... (см. также рис. 2)

 

Рис. 2. К определению К_N.

 

5.6 Определяем мощность, потребляемую мешалкой в рабочий период.

N_р = К_N* d_м⁵_*  ρ_см =.., Вт.

5.7 мощность электродвигателя.

N_эд = N_р* f_н *f_ш *f_з *f_г *f_n/ η =... Вт,

где f_н — коэффициент соотношения высоты жидкости к ее диаметру,           Н_ж

       f_н = (———)^0,5 =...,

                  D_ж

Н_{ж —} высота жидкости в аппарате, Н_ж =...,м,

f_{ш —} коэффициент шероховатости стенок, f_ш = 1,1...1,2;

f_{з —} коэффициент змеевика, f_з = 2...3,

f_{г —} коэффициент гильзы, f_г = 1...1,1,

f_{n —} коэффициент пуска, f_n = 1,15...1,4,

η — КПД, η = 0,8..0,85.

6. Вопросы для самопроверки.

1. Сущность перемешивания, способы, сравнительная характеристика, ТЭП и РПП.

2. Цель перемешивания, основные показатели, степень однородности.

3. Типы мешалок, их применение и расчет.

4. Определение оптимальной частоты вращения, размеров и расходов мощности.

7. Выводы и анализ.

8. Инструкция по технике безопасности на рабочем месте.

8.1 Проверить готовность лабораторной установки к исследованию.

8.2 Не касаться токоведущих частей.

8.3 В случае нарушения режима работы установки или поражения током немедленно отключить общий щит.

 

Исследование экстрактора.

1. Цель работы.

1.1 Изучение устройства и принципа действия экстрактора шнекового типа.

1.2  Определение производительности, расхода основных материалов, скорости перемещения их и других параметров на основе схемы установки с материальными и тепловыми потоками.

2. Основы теории [1, с. 287...300].

3. Методика проведения.

После ознакомления с установкой составляем ее эскиз и проводим необходимые замеры.

4. Описание установки.

 

Рис. 1. Схема установки.

 

——— Сок — 1.1— Вода — 1.8— Конденсат — 2.1— Пар — 0,7— Стружка — 0.0— Жом

1. Электродвигатель. 2. Передача клиноременная. 3. Редуктор червячный. 4. Муфта. 5. Передача цепная. 6. Фильтр. 7. воронка загрузочная. 8. Корпус экстрактора. 9. Рубашка тепловая. 10. Шнек горизонтальный. 11. Шнек вертикальный. 12. передача коническая.

5. Обработка данных.

5.1  Из управления неразрывности определяем объемную производительность

V = П = Fω_ос=...,м³/с,

где F — площадь поперечного сечения экстрактора,

           π D²

    F= ——— =...,м²

                           4

D — диаметр шнека, D=...,м²,

ω_{ос —} осевая скорость перемещаемого материала,

               Sn

     ω_ос= —— =...,м/с

               60

S — шаг шнека, S= …,м,

n — частота вращения шнека, n=...об/мин.

5.2  Определяем массовую производительность.

     G_Н = Vρ=..., кг/с,

где ρ — плотность твердого вещества, ρ= …, кг/м³.

5.3 Определяем время пребывания материала в экстракторе.

      L

Τ = ——— =...,с.

     ω_ос

где L — длина экстрактора, L= …,м,

  ω_ос — осевая скорость перемещаемого материала,                                       ω_ос =..., м/с.

5.4 Составляем расчетную схему, см. рис. 2.

 

Рис. 2. Схема к составлению материальных балансов.

Составляем два материальных баланса согласно расчетной схеме, см. рис. 2.

1. По общей массе G_н+ W_{н =}G_к+ W_к.

2. По сахару     G_н Х_н W_н Y_н = G_к Х_кW_к Y_к,

где G_{н —} количество стружки, поступающей на экстракцию, G_н = …, кг/с (см. пункт 5.2),

Х_{н —} содержание экстрагируемого компонента в исходном материале, Х_н = …, мас% (14...16 мас%),

Х_{к —} содержание экстрагируемого компонента в остатке,       Х_к = …,мас% (0,25...0,3 мас%),

Y_{н —} содержание извлекаемого компонента в исходном растворителе (экстрагенте), Y_н = …, мас%(0мас%),

Y_{к —} содержание извлекаемого компонента в исходном растворителе (экстрагенте), Y_к =...мас% (10...12%).

Принимаем выход остатка G_к =85...90% от G_н, т.е. G_к =...кг/с.

Тогда из второго материального баланса находим количество уходящего экстрактора (сока) — W_к=..., кг/с.

Из первого материального баланса находим количество исходного экстрагента - W_н =..., кг/с.

5.5 Составляем тепловой баланс согласно расчетной схеме, см. рис. 3.

 

Рис. 3. Схема к составлению теплового баланса.

Тепловой баланс будет иметь вид

QG_н + QW_н + Q_D = Q G_к+ Q W_к + Q_конд+ Q_топ,

где QG_{н —} приход тепла с твердым веществом,

  QG_н = G_н С_н t_н = …, кДж,

где С_{н —} теплоемкость твердрго материала,

   С_н =...кДж/(кгК),

    t_{н —} температура твердого материала,

    t_н = … °С.

    Q_{н —} приход тепла с эстрагентом,

    Q_н = W_н C_н t_н= …, кДж,

где C_н — теплоемкость экстрагента, C_н =...кДж/(кгК),

  t_{н —} температура экстрагента, t_н = …, °С,

  Q_D — приход тепла с теплоносителем (паром),

  Q_D = D * i = …,кДж,

где i — энтальпия пара при давлении, Р= …,Па,

по табл. 3 [3, с. 141].

QG_{к —} расход тепла с остатком,

QG_к = G_к С_к t_к = …, кДж,

 где С_{к —} теплоемкость остатка, С_к = 3,77 кДж/(кгК)

   t_{к —} температура экстракта, t_к = …,°С.

  Qω_{к —} расход тепла с экстрактом,

  Qω_к = W_к Cк t _к=...,кДж,

где Cк — теплоемкость экстракта, Cк= …,кДж/кгК,

   t _{к —} температура экстракта, t _к = …, °С.

   Q _конд -расход тепла с конденсатом пара,

   Q _конд = D* С _конд *t _конд=..., кДж,

где С _{конд —} теплоемкость конденсата, С _конд = 4,187 кДж/(кгК),

    t _{конд —} температура конденсата, t _конд = t_{н —} (2...3)=...

   Q _пот — расход тепла на потери в окружающую среду,

    Q _пот = 3...5% или Q _пот= α_с F_н (t_{ст —} t_ср)=...,кДж,

где α_{с —} суммарный коэффициент теплоотдачи,                        α_с= 9,74+0,07 (t_{ст —} t_ср)=...Вт/(м²К),

t_{ст —} температура стенки, t_ст = …, °C,

t_ср — температура окружающей среды, t_в= t_ср= 15...18,°C..        t_ср =...°C.

Из данного теплового баланса определяем расход теплоносителя.

D=...,кг/с.

5.6 Определяем основные размеры экстрактора.

Рис. 4.К определению числа степеней.

DA — линия равновесия.

ВС — рабочая линия экстракции.

1, 2, 3, 4 — ступени изменения концентрации.

 

Длина одной ступени изменения концентрации составляет

   L

l = —— =...,м.,

   n

где L — длина экстрактора, L= …,м,

n — число ступеней изменения концентрации, которые определяются по графику, см. рис. 4.

6. Вопросы для самопроверки.

1. Массопередача, движущая сила и процессы массообмена, их характеристика.

2. Основное управление массопередачи, его расшифровка, определение К^', F, ∆С_ср.

3. Молекулярная и конвективная диффузии. Законы Фика, Шукарева.

4. Критерии подобия процесса массопередачи Nu^', Pr', Re. Термодиффузия.

5. Экстракция, сущность, цели, способы, применение, регулируемые параметры.

6. Экстракторы, системы, тве