Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра машин и аппаратов

химических и силикатных производств

ПРОЦЕССЫ И АГРЕГАТЫ

ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к проведению лабораторных работ по одноименной дисциплине для студентов специальности 1-36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов» специализации 1-36 07 01 02 «Машины и оборудование предприятий строительных материалов и изделий»

Минск 2011 УДК 666.3/9,02(076.5)(075.8) ББК 35.41-5*3,1я П Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета Составители:

В. С. Францкевич, Э. И. Левданский Рецензент доктор технических наук, профессор кафедры процессов и аппаратов химических производств БГТУ В. А. Марков По тематическому плану изданий учебно-методической литературы университета на 2011 год. Поз. 57.

Для студентов специальности 1-36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов» специализации 1-36 07 01 02 «Машины и оборудование предприятий строительных материалов и изделий».

© УО «Белорусский государственный технологический университет»,

ПРЕДИСЛОВИЕ

В нашей стране с каждым годом увеличивается объем строительства, который требует резкого роста производства строительных материалов и изделий на их основе. Кроме того, перед промышленностью в данной области стоит задача по улучшению качества выпускаемой продукции и расширению ее ассортимента.

Производство строительных материалов состоит из различных технологических процессов, основными из которых являются механические, гидромеханические, тепловые, массообменные и химические.

Для осуществления каждого из них используется большое количество специального оборудования. Следовательно, изучать процессы технологии производства строительных материалов наиболее целесообразно одновременно с изучением оборудования, применяемого для их осуществления. Таким образом, курс «Процессы и агрегаты производства строительных материалов» является дисциплиной, объединяющей общеинженерные и специальные курсы в единую систему.

Цель изучения курса «Процессы и агрегаты производства строительных материалов» – приобретение студентами знаний по процессам производства строительных материалов, методам их расчета, определению технологических и конструктивных параметров машин и оборудования, применяемых для осуществления этих процессов.

С учетом того, что химические процессы подробно рассматриваются в курсе «Технология производства строительных материалов», а механические в курсе «Машины и оборудование предприятий строительных материалов», в данной дисциплине главное внимание уделяется изучению гидродинамических, тепловых и массообменных процессов и оборудования для осуществления названных, а также термохимических процессов.

Эффективность усвоения и использования на практике полученных знаний и навыков по данной дисциплине в значительной мере зависит от оптимального соотношения между теорией и практикой. Практические занятия проводятся в учебной лаборатории, которая укомплектована гидродинамическими и физическими модельными установками, оснащенными действующими типовыми аппаратами и машинами. Проведение занятий в лаборатории позволяет студентам изучить типовые машины и аппараты, ознакомиться с их строением и принципом действия, научиться самостоятельно управлять установками и обслуживать их, освоить работу контрольно-измерительных приборов, изучить физико-химическую сущность технологических процессов, определить основные характеристики и установить факторы, влияющие на производительность и эффективность работы установок и аппаратов, научиться самостоятельно критически проводить анализ полученных данных на основе теории и расчетов, установить эмпирические зависимости для расчета конкретных промышленных процессов.

Работа студентов в учебной лаборатории процессов и агрегатов является первым шагом при переходе от высшего учебного заведения к предприятию.

Учебное пособие включает 10 лабораторных работ, охватывающих гидродинамические, тепловые, массообменные процессы и оборудование. Каждая работа начинается с цели, которую должны достигнуть студенты при проведении исследований и выполнении расчетов. Далее приводятся теория и общие указания, описание установки, методика проведения работы, содержание отчета, контрольные вопросы и литература. В конце отчета от студента требуется провести анализ полученных результатов и сделать соответствующие выводы, что позволяет связать теорию с практикой.

Данное издание основано на опыте работы лаборатории кафедры «Машины и аппараты химических и силикатных производств» Белорусского государственного технологического университета. Основателем лаборатории является профессор Левданский Эдуард Игнатьевич.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

При практическом изучении технологических процессов и установок с действующими машинами и аппаратами необходимо знать и использовать общие подходы к выполнению работ и оформлению отчета.

Проведение расчетов и анализ полученных результатов требует много вычислений, поэтому рациональная техника расчетов позволяет в значительной степени избежать, а при наличии вовремя заметить и исправить ошибки. Все это дает возможность не только осуществлять расчеты с достаточной точностью, но и экономить время, отведенное для выполнения работ в целом.

Все лабораторные установки оснащены современными контрольноизмерительными приборами и приборами дистанционного управления, поэтому знание принципа их действия и правил использования позволяют технически грамотно и уверенно применять эти приборы при выполнении работ и обработке итогов исследований.

Подготовка к выполнению работ. Перед выполнением лабораторной работы студент должен знать ее содержание, основные определения и теоретические основы изучаемых процессов с необходимыми расчетными зависимостями и последовательностью их использования, строение и принцип действия лабораторной установки, а также порядок выполнения работы и проведения расчетов.

Проведение расчетов. При проведении инженерных расчетов по процессам и агрегатам производства строительных материалов необходимо учитывать следующее.

Ошибки в расчетах. Чаще всего допустимая погрешность в инженерных расчетах составляет несколько процентов. Чтобы выдержать эту точность, рекомендуется использовать величины, которые содержат не менее чем три определяющие цифры (например, 75,3, или 7,53, или 0,753, или 0,0753 и т. д.). Исключением являются числа, которые начинаются с 1: чтобы избежать понижения точности, их целесообразно брать с четырьмя определяющими цифрами (например, 14,53, или 1,453, или 0,1453 и т. д.). Поскольку в ходе расчетов ошибка может накапливаться, то промежуточные величины целесообразно брать с одной дополнительной определяющей цифрой. Вышеизложенные рекомендации по точности расчетов не затрагивают величины, выраженные целыми числами.

Для облегчения проверки и выявления ошибок в расчетах рекомендуется записывать все необходимые формулы и зависимости в общем виде с дальнейшей подстановкой в их числовых значениях в порядке, определенном формулой, причем окончательный итог должен быть записан с соответствующей размерностью (по возможности в системе единиц СИ). Например, нужно определить среднюю (среднерасходную) скорость газа с массовым расходом G = 0,02 кг/с и плотностью = 1,4 кг/м3 в трубопроводе с внутренним диаметром d = 40 мм. Получаем: площадь поперечного сечения трубопровода S = d2/4 = · 0,042/4 = 1,257 · 10–3 м2; объемный расход газа Q = G / = = 0,02/1,4 = 1,428 · 10–2 м3/с; средняя скорость газа w = Q / S= 1, 10–2/(1,257 · 10–3) = 11,36 м/с.

При обработке исследуемых и расчетных данных в большинстве случаев необходимо определить их относительное отклонение, %.

Для этого используют формулу где исслед исследуемая величина; расч расчетная величина; min наименьшая величина из исслед и расч.

Например, исследуемые и расчетные потери давления составляют Pисслед = 463 Па и Ррасч = 427 Па.

Тогда Рmin = Ррасч = 427 Па и их относительное отклонение Форма записи информации. С целью улучшения наглядности приведенной информации числовые значения разных величин, в том числе и физических, рекомендуется записывать в форме степени. Например, вместо 0,000 825 нужно записать 8,25 · 10–4, а вместо 1 987 000 следует записать 1,987 · 10–6. Необходимо обратить внимание на то, что счет, приведенный в степенной форме, например 5 · 104, находиться между 104 = 10 000 и 105 = 100 000, это значит, что 104 < 5 · 104 < 105.

Использование таблиц и графиков для определения физических свойств веществ. Справочные данные, необходимые для расчетов, в полном объеме приведены в форме таблиц и графиков в справочных пособиях. В некоторых случаях при использовании таблиц необходимо применять методы линейной интерполяции. Например, нужно определить плотность воды при температуре 35°С. В таблице справочника находим более близкие граничные значения плотности: при t1 = 20°С, 1 = 998 кг/м3, а при t2 = 40°С, 2 = 992 кг/м3. Путем линейной интерполяции находим искомую плотность воды, кг/м3:

Графическое интегрирование. При проведении расчетов в некоторых случаях необходимо приблизительно найти площадь криволинейной трапеции, которая ограничена снизу осью абсцисс, с боков вертикальными прямыми 1, 2, а сверху какой-то кривой линией 3, аналитическое выражение которой неизвестно (обычно она получается по исследуемым данным). Например, надо приблизительно найти площадь S такой фигуры, которая отражена на рис. 1.

Рис. 1. Нахождение площади криволинейной трапеции Необходимо подчеркнуть, что криволинейная трапеция должна быть показана на миллиметровой бумаге или в тетради с клетками, т. е.

в масштабной сети. Сначала подсчитываем количество клеток, которые целиком помещаются в фигуре (эти клетки заштрихованы). Таких клеток 6 · 8 + 7 + 5 = 60, площадь их S1 = 60 кв. ед. Далее приблизительно (субъективно) находим площадь клеток, которые частично расположены в рассматриваемой трапеции. Очевидно, что клетки с номерами 1, 2, 3, 4, 5 и 6 имеют одну площадь, приблизительно равную 2/3 единицы, поэтому S2 6 · 2/3 = 4 кв. ед. Аналогично площадь клеток с номерами 7–14: S3 8·1/2 = 4 кв. ед. Далее приблизительно находим площадь оставшихся клеток (индекс площади соответствует номеру клетки):

S15 1/5; S16 1/2; S17 4/7; S18 3/7; S19 1/3; S20 1/6; S21 4/5;

S22 1/2; S23 1/6; S24 6/7; S25 1/3.

+ 3/7 + 1/3 + 1/6 + 4/5 + 1/2 + 1/6 + 6/7 + 1/3 = 72,857 кв. ед. С учетом масштаба оси X (S1 = 0,001) и оси Y (S2 = 100) настоящая площадь криволинейной трапеции приблизительно равна S' · S1 · S2 = 7,2857 кв. ед.

Построение графических зависимостей. При построении графиков величин, полученных на основании исследуемых данных, надо учитывать следующее. Графики строятся в двумерной системе координат. На оси ординат должна быть обозначена переменная функция в соответствующей размерности, а на оси абсцисс переменная-аргумент также в соответствующей размерности. Например, при построении графической зависимости потери давления Р, Па, от скорости газа wг, м/с (рис. 2) на оси абсцисс откладывается аргумент (скорость газа wг, м/с), а на оси ординат функция (потери давления Р, Па).

Рис. 2. Зависимость гидравлического сопротивления от скорости газа При этом сам график является плавной кривой (а не ломаной линией), которая наиболее близко размещена к экспериментальным пунктам (рис. 2). Аналитически строгое размещение кривой, в общем случае, проводится соответственно аппроксимационному методу расчета (например, методу наименьших квадратов), но при построении графиков в отчете позволяется проводить кривую линию субъективно.

Форма графика должна соответствовать кривой, которая определяется функциональной зависимостью, полученной теоретическим или другим способом. Например, теоретически известно, что зависимость гидравлического сопротивления Р от скорости газа в некотором аппарате является квадратичной и соответствует уравнению Р = k · wг (k константа), тогда на графике (рис. 2) сначала откладываются исследуемые пункты 1, 2, 3,..., 9, 10, а затем строится кривая линия, близкая к параболе.

Для рационального размещения цифр на координатных осях позволяется использовать степенную форму записи аргумента и функции.

Например, пункт А на графике Р = f( wг ) (рис. 2) соответствует скорости газа wг = 3/10 = 0,3 м/с и потерям давления Р = 1,2/10–2 = 120 Па.

Объем задания. Практически все лабораторные установки и соответствующие описания лабораторных работ позволяют изменять объем задания, которое выполняется студентами в конкретных условиях.

При этом описание лабораторных работ помещает максимальный объем информации по заданию на экспериментальные исследования и обработку данных.

Изменение объема задания определяется преподавателем в зависимости от продолжительности и количества лабораторных занятий.

Защита и отчет о работе. Перед защитой лабораторной работы студент предоставляет преподавателю соответственно оформленный отчет. Текст отчета должен быть изложен последовательно и выполнен аккуратно и разборчиво (содержание и последовательность оформления отчета приведены в каждой работе). Отчет предоставляется студентом индивидуально в тетради или на отдельно скрепленных листах. Без отчета или с грубыми нарушениями оформления лабораторной работы студент к защите не допускается.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: ознакомление с теплоизоляционными материалами, изучение их свойств; определение коэффициента теплопроводности и обоснование области применения теплоизоляционных материалов.

В нефтехимических, химических производствах, а также при производстве строительных материалов широкое применение находят тепловые и холодильные установки. На этих установках производятся теплоносители высоких температур и давлений, а также глубокий холод.

Все тепловые установки с температурой наружной поверхности свыше 50°С и холодильные установки с температурой меньше 0°С после монтажа и обкатки подлежат изоляции. Изоляции подлежат также установки и трубопроводы, в которых находятся жидкости, замерзающие при низких температурах.

Назначение теплоизоляции: уменьшение потерь тепла и теплопритоков; поддержание требуемой температуры и технологического процесса при наименьших затратах энергии; повышение производительности технологического оборудования, вследствие стабилизации теплового режима; создание нормальных санитарно-гигиенических условий труда путем сохранения нормальной рабочей температуры в помещениях и предохранения обслуживающего персонала от ожогов; выравнивание температур внутренней и наружной поверхностей установок, что способствует устранению запотевания и снижению температурных напряжений в аппарате; защита стенок аппарата от влияния внешней коррозии, что продлевает срок его службы.

Требования, предъявляемые к теплоизоляционным материалам 1. Низкая теплопроводность. По величине коэффициента теплопроводности материалы делятся на группы: А – 10–7 м называются макрокапиллярами. Влага макрокапилляров и макропор не имеет связи с материалом, называется свободной и может быть удалена механическими способами. Влага физикохимической связи это влага мономолекулярной и полимолекулярной адсорбции, осмотического набухания и иммобилизации жидкости при образовании структуры геля. Процесс удаления физико-химической связанной влаги требует дополнительных затрат энергии на разрушение связи «влага высушиваемый материал». Под кинетикой процессов сушки понимают изменение средних по объему высушиваемого тела влагосодержания и температуры материала с течением времени.

Механизм переноса тепла и влаги внутри влажного материала очень сложен и аналитическое описание процесса сушки связано с решением системы нелинейных дифференциальных уравнений тепло- и массообмена при соответствующих граничных условиях, отображающих способ и режим сушки. Решение осложняется нестационарностью процесса.

Для описания действительного протекания процесса служат кривые кинетики сушки, полученные опытным путем. Первоначальные экспериментальные данные снимаются в виде кривых убыли влаги в материале и изменения температуры влажного материала с течением времени. По замеренным величинам рассчитывают изменение влагосодержания материала во времени и скорости сушки от влагосодержания.

Протекание процесса сушки можно представить следующим образом: в начальный момент материал прогревается и растет интенсивность испарения. Период прогрева материала, как правило, невелик по сравнению с длительностью процесса сушки и обычно самостоятельно не выделяется. При достижении материалом температуры мокрого термометра давление паров влаги над материалом становится равным давлению насыщенных паров жидкости и остается постоянным до тех пор, пока влажность материала не станет равной его гигроскопической влажности.

Постоянным в этот период остаются температура и скорость сушки. При уменьшении влажности на поверхности материала ниже гигроскопической уменьшается давление паров влаги над материалом, скорость сушки начинает падать, а температура материала повышается. Характер изменения скорости сушки и температуры материала зависит от внутренней структуры высушиваемого материала и формы связи влаги с материалом. По достижении равновесной влажности материала с окружающей средой давление паров влаги над материалом становится равным давлению паров влаги в среде и сушка прекращается. Температура материала становится приближенно равной температуре окружающей среды.

Это период носит название периода падающей скорости сушки.

На рис. 15, а–г приведены типичные кривые кинетики сушки с использованием следующих обозначений: U влагосодержание материаW W количество влаги, кг; Gвл масса влажного материала, кг; Gсух масса абсолютно сухого материала, кг;

время, с; U* равновесное (остаточное) влагосодержание материала, кг/кг; tп температура поверхности материала, °С; tц температура центральной части материала, °С; tc температура среды (сухого термометра), °С; tм температура мокрого термометра, °С.

Переход периода постоянной скорости сушки в период падающей скорости характеризуется точкой С. Влажность материала в этой точке равна гигроскопической влажности.

Следует отметить, что кривые скорости сушки в период падающей скорости могут быть различной конфигурации. По их форме можно во многих случаях судить о форме связи влаги с материалом, влиянии различных факторов на процесс сушки. Простейшая сушка (линия 1 на рис. 15, в) является прямой. Она характерна для тонких пористых материалов, например бумаги, тонкого картона. Линии типа 2 соответствуют сушке коллоидных тел, типа 3 – капиллярно-пористых материалов. Эти линии имеют одну критическую точку С. Материалы с более сложной структурой имеют сложные кривые сушки, например кривые 4 и 5. На данных кривых есть вторая критическая точка С1. Она соответствует границе влажности, при которой изменяется механизм перемещения влаги в материале. Для многих материалов эта точка соответствует началу удаления адсорбционно связанной влаги, тогда как в начальный период падающей скорости сушки удаляется влага макрокапилляров.

Кривая сушки позволяет сразу ответить на вопрос, каким должно быть время пребывания в аппарате материала для того, чтобы влагосодержание понизилось от некоторого начального до заданного, а по кривой нагрева tц = f() можно определить конечную температуру материала и рассчитать количество тепла, идущего на его нагревание.

Таким образом, зависимости U = f() и tц = f() имеют важное значение для анализа процесса сушки. Они могут быть получены расчетным или опытным путем. Опытное их определение сравнительно несложно при постоянных параметрах сушильного агента по длине аппарата. Опытные данные необходимы и в процессе определения коэффициентов в уравнениях при аналитическом описании и математическом моделировании процессов сушки.

Лабораторная установка периодического действия для изучения кинетики сушки состоит из открытого сверху электрокалорифера 1, газодувки 7, весов 5 (рис. 16). На вынесенную чашку 2, закрепленную через балку 4 к весам 5, помещается высушиваемый материал 3. Установка снабжена автотрансформаторами 6 для регулирования напряжения на электрокалорифере 1 и газодувке 7. Расход воздуха замеряется дифманометром, соединенным с диафрагмой 8. Для измерения температуры установка оборудована многоточечным потенциометром. Режимные параметры; температура сушильного агента не более 120°С;

расход сушильного агента – 50–100 м3/ч.

Рис. 16. Принципиальная схема установки для изучения процесса сушки и обработка результатов измерений В качестве высушиваемого материала используют пористый или сыпучий (по указанию преподавателя) материал.

Взвешивают сухой образец (приблизительно 50–100 г) и замачивают в воде на 2–5 мин. После насыщения материала водой капли воды с поверхности удаляют фильтровальной бумагой или ветошью, кладут образец на фарфоровую решетку и вместе с решеткой помещают в верхнюю часть калорифера, закрепив решетку на балке весов Внимание! Загрузку высушиваемого материала производить при выключенном калорифере.

Далее внутри высушиваемого материала и на его поверхности закрепляют термопары, включают обогрев, устанавливают необходимый расход воздуха и его температуру с помощью автотрансформаторов.

Вес и температуры высушиваемого материала записывают каждые 5 мин. Материал считают высушенным, если в течение 15 мин его вес остается неизменным при заданной температуре.

Результаты замеров оформляют в виде кривых убыли влаги и температуры внутри материала в зависимости от времени. Кривые сглаживают, выбрасывая явно «выпавшие» точки. Затем рассчитывают влагосодержание материала в каждый момент времени и скорость процесса, заменяя дифференциальные величины dU и d конечными разностями U и, следует брать со сглаженной кривой убыли влагосодержания во времени.

Отчет должен содержать цель и описание работы, таблицу измеренных и рассчитанных величин, графики зависимостей. На графиках указать периоды сушки, критические точки и остаточное влагосодержание.

1. Что собой представляет процесс сушки?

2. Формы связи влаги с высушиваемым материалом.

3. Кинетика сушки.

4. Экспериментальное снятие кривых кинетики сушки.

1. Левченко, П. Е. Расчет печей и сушки силикатной промышленности / П. Е. Левченко. – М.: Высш. шк., 2007. – 368 с.

2. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин. – М.: Альянс, 2004. – 751 с.

ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ПНЕВМОТРАНСПОРТА

Цель работы: определение скорости витания частиц и гидравлического сопротивления транспортного трубопровода.

Пневмотранспорт широко используется в промышленности для транспортировки сыпучих материалов. По сравнению с ленточными и винтовыми транспортерами системы пневмотранспорта надежнее в работе, проще в обслуживании и ремонте.

Сущность пневмотранспорта заключается в транспортировке твердых частиц потоком газа за счет силы динамического давления потока.

На одиночную твердую частицу, находящуюся в направленном потоке газа, действуют сила тяжести G, подъемная (Архимедова) сила A и сила динамического (скоростного) давления потока P (рис. 17).

Значения сил, действующих на частицу, определяются по следующим выражениям:

где плотность частицы, кг/м3; V – объем частицы, м3; g – ускорение свободного падения, м/с2; c плотность среды, кг/м3; коэффициент сопротивления среды; s площадь сечения частицы, м2; скорость потока, м/с.

Вследствие того, что >> c, подъемной силой можно пренебречь и рассматривать движение под действием силы тяжести G и силы динамического давления P. Если G > P, частица будет опускаться вниз; если G < P, частица будет уноситься потоком вверх. При G = P, когда все силы, действующие на частицу, уравновешены, частица будет зависать (витать) в потоке. Скорость среды, при которой достигается такое взвешенное состояние, называется скоростью витания. Эта скорость является нижним пределом для пневмотранспорта.

Исходя из равенства сил и учитывая выражения (17)–(19), можно рассчитать скорость витания.

Так, для сферической частицы она равна где d – диаметр частицы, м.

Режим движения среды можно считать турбулентным. Тогда = 0,44.

Скорость витания частицы несферической формы отличается от скорости витания сферической частицы такого же объема:

где коэффициент формы, определяемый опытным путем.

Обязательными элементами любой системы Рис. 17. Силы, пневмотранспорта являются транспортный тру- действующие бопровод, газодувка, устройство для дозировки на твердую частицу твердого материала в начальном пункте трансвверх потоке порта и отделение его от потока газа в конечном пункте. Важной характеристикой системы пневмотранспорта, определяющей энергозатраты на пневмотранспортирование, служит гидравлическое сопротивление P Па транспортного трубопровода. Его величина рассчитывается по уравнению где – сумма коэффициентов сопротивления (сопротивления трения и местных сопротивлений).

Экспериментальная установка (рис. 18) представляет собой открытую систему пневмотранспорта, которая включает транспортный трубопровод 1 диаметром 0,029 м с горизонтальным и вертикальным участками. Воздух нагнетается в трубопровод газодувкой 2, расход его контролируется ротаметром 3. Расход воздуха регулируется изменением числа оборотов газодувки, в электрическую схему которой включен ЛАТР. Твердый материал подается в трубопровод тарельчатым питателем 4, а отделяется от газа в циклоне 5. В качестве твердой фазы используются гранулы полистирола плотностью = 1050 кг/м3.

Рис. 18. Схема установки пневмотранспорта Транспортный трубопровод разделен на пять участков, к каждому из которых подсоединен U-образный дифманометр 6 для замера гидравлического сопротивления. В разъеме вертикального участка трубопровода установлена стальная сетка 7, на которую укладывается твердая частица полистирола для определения скорости витания.

1. Изучить схему установки пневмотранспорта, устройство и принцип действия тарельчатого питателя.

2. Определить коэффициенты гидравлического сопротивления каждого из участков трубопровода при 7–8 значениях скорости газа. Для этого включают воздуходувку и устанавливают ручкой ЛАТРа требуемый расход воздуха. Включают тарельчатый питатель и подают в трубопровод гранулы полистирола. Фиксируют показания дифманометров и по ним вычисляют гидравлическое сопротивление каждого из участков в отдельности. Затем расчетным путем определяют коэффициенты сопротивления этих участков. По экспериментальным данным строят графическую зависимость для каждого участка = f().

3. Рассчитать, а затем определить экспериментально скорость витания частиц сферической и произвольной формы; рассчитать коэффициент формы. При проведении этой части работы в отверстие вертикального участка трубопровода вставляют стальную сетку с уложенной на ней частицей, предварительно определив диаметр частицы. Сетка должна полностью перекрывать все сечение трубопровода. Отверстие в трубопроводе плотно закрывают пробкой. Включают воздуходувку и плавно увеличивают расход газа. Скорость газа, при которой частица начнет витать между двумя отметками вертикального участка трубопровода, будет экспериментальной скоростью витания.

1. Название и цель работы.

2. Схема экспериментальной установки и описание принципа действия системы пневмотранспорта.

3. Расчет одного значения коэффициента гидравлического сопротивления.

4. Таблица экспериментальных данных, включающая значения расходов и скоростей газа, гидравлических сопротивлений и коэффициентов сопротивления всех участков трубопровода.

Номера участков 5. Графическая зависимость = f() для каждого участка с анализом экспериментальных данных.

6. Расчет скорости витания и сравнение ее с экспериментальным значением.

7. Выводы по результатам экспериментов.

1. Маркаў, У. А. Працэсы і апараты хімічнай тэхналогіі: вучэб.

дапаможнік: у 2 ч. – Ч. 1: Гідрамеханічныя і механічныя працэсы / У. А. Маркаў, П. Я. Вайцяховіч. – Мінск: БДТУ, 2002. – 302 с.

2. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии:

в 2 кн. / под. ред. В. Г. Айнштейна. – М.: Физматкнига, 2006. 2 кн.:

Кн. 1. – 890 с.; Кн. 2. – 872 с.

ИЗУЧЕНИЕ СУШИЛОК

КИПЯЩЕГО И ВИБРОКИПЯЩЕГО СЛОЯ

Цель работы: изучение конструкции и гидродинамики сушилок кипящего, виброкипящего и виброаэрокипящего слоя; визуальное наблюдение условий перехода зернистого слоя из неподвижного состояния во взвешенное; экспериментальное определение скорости начала псевдоожижения с помощью графической зависимости; определение влияния времени пребывания материала в сушилке, температуры и расхода сушильного агента на процесс сушки.

В настоящее время широко распространены процессы сушки, в которых обработка материалов осуществляется во взвешенном состоянии.

Внедрение в различные отрасли промышленности этого прогрессивного технологического метода взаимодействия между твердой и газообразной фазами позволяет интенсифицировать процесс сушки, автоматизировать его и тем самым увеличивать производительность труда.

Взвешенным слоем называют состояние двухфазной системы «мелкозернистый твердый материал – газ (жидкость)», которое характеризуется перемещением твердых частиц относительно друг друга.

Если через неподвижный слой зернистого материала на решетке пропускать газ, увеличивая постепенно его расход, то при некоторой скорости газа, называемой критической, слой переходит из неподвижного состояния во взвешенное. При этом объем слоя увеличится и в определенном интервале скоростей он стабильно «кипит». Дальнейшее увеличение скорости газа приводит к уносу частиц из слоя, т. е. наступает режим пневмотранспорта.

На графике зависимости перепада давления в слое P от скорости газа в сечении аппарата началу псевдоожижения соответствует точка перегиба, после которой P остается постоянным до значения, соответствующего скорости уноса. Режим постоянного P обеспечивается тогда, когда сила динамического воздействия потока на частицу F уравновешивается весом частиц G за вычетом подъемной (архимедовой) силы A:

Для шаровых частиц диаметром d и плотностью ч где – коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса;

ср плотность газа, кг/м3.

Для газа можно пренебречь архимедовой силой, тогда F G. При переходе во взвешенное состояние падение давления в слое P будет равно весу частиц, приходящемуся на единицу площади сечения аппарата S: P = Gсл / S.

Это равенство справедливо для кр < < у. Важной характеристикой слоя является порозность, т. е. объемная доля газа в слое:

где Vсл общий объем слоя, м3; Vм объем только твердых частиц, м3.

Для данных частиц диаметром d с плотностью ч и среды с плотностью ср и вязкостью порозность слоя однозначно зависит от расхода газа. Для неподвижного слоя шаровых частиц 0,4; для режима взвешенного слоя 0,4 < < 1,0; для режима пневмотранспорта 1,0.

Виброкипящий слой получают в результате вибраций сыпучего материала, источниками которых могут быть вибрирующий лоток или специальные вибропобудители, помещенные в слой. Чаще всего создают гармонические колебания, направленные под определенным углом к вибрирующей плоскости.

Виброкипящий слой может быть получен как на сплошном лотке, так и на перфорированном лотке с продувкой слоя газом. В последнем случае скорость псевдоожижения существенно ниже чем в случае обычного кипящего слоя.

На сплошном лотке виброкипящий слой создается при условии где A 2 ускорение частицы; А амплитуда колебаний; = 2 f круговая частота; f – частота колебаний;, – углы между векторами сил (рис. 19).

Коэффициент K характеризует переход в область виброкипящего слоя и интенсивность виброкипения. Обычно K = 1,2–5,0. Более высокие значения K не рекомендуются вследствие большой нагрузки на привод и установку.

Значение K зависит от амплитуды и частоты колебаний. Обычно частоту выбирают в пределах 5–50 Гц.

На перфорированном лотке с продувкой газа переход материала в виброкипящий слой осуществляется при условии где P0 = Fсл p сила, действующая на материал; Fсл площадь слоя;

p перепад давления газа в слое; Pa архимедова сила; Gм g сила тяжести материала.

Для систем «газ – твердое тело» архимедовой силой можно пренебречь, тогда выражение (29) примет вид Порозность слоя зависит от ускорения вибрационного воздействия.

В области A 2 g (т. е. K 1) наблюдается уменьшение порозности слоя. При ускорении выше критического порозность слоя увеличивается, причем увеличение зависит в основном от амплитуды вибрации. Для расчета приращения высоты слоя в пределах 30–70 Гц и амплитуд 0,5– 2,5 мм предложена зависимость Для неподвижного слоя где V0 объем неподвижного слоя.

Подставляя соотношение (33) в выражение (27), получим Для аппаратов с постоянным сечением последнее равенство будет иметь вид Для расчета порозности продуваемого виброкипящего слоя предложена формула где – скорость газа; ov скорость начала псевдоожижения в условиях вибрации:

Перепад давления виброкипящего слоя в начале псевдоожижения:

где p0 перепад давления в начале псевдоожижения при отсутствии вибрации; n зависит от свойств частиц и определяется из эмпирического соотношения Среднюю скорость перемещения материала вдоль лотка со сплошным днищем можно рассчитать по формуле где k – коэффициент, зависящий от свойств материала (для угля и шлака k = 0,95–1; для соли – 0,84; для мела – 0,7; для пылевидных материалов – 0,2–0,5).

Скорость перемещения материала на перфорированном лотке с продувкой воздухом возрастает на 5–20% (меньшее значение для зернистых материалов, большее – для пылевидных). В случае наклонного лотка с подъемом скорость материала уменьшается на 3–10% на каждый градус наклона. Для вибросушилок обычно принимают угол = 10–40° (меньшее значение – при большей частоте вибрации); угол = 8–10°.

Применение вибрационных воздействий в процессе сушки позволяет интенсифицировать тепло- и массообмен между частицами и газом за счет турбулизации пограничного слоя и обеспечивать устойчивый гидродинамический режим.

Учитывая большое разнообразие вибросушилок, целесообразно разделить их по конструктивному признаку на два класса: горизонтальные лотковые и вертикальные. По гидродинамическим условиям вибросушилки бывают с режимами виброаэрокипящего слоя и виброкипящего слоя.

Режим виброаэрокипящего слоя создается в аппаратах, в которых дисперсный материал псевдоожижается под действием вибраций, передаваемых слою вибрирующими элементами, и под действием гидродинамических сил газового потока, продуваемого сквозь слой через перфорированное или пористое днище. Такой режим используют для сушки крупнозернистых комкующихся материалов широкого гранулометрического состава и тонкодисперсных материалов, склонных к каналообразованию и комкованию, т. е. в тех случаях, когда материал газовым потоком невозможно перевести в равномерный кипящий слой.

Режим виброкипящего слоя создается в аппаратах, в которых псевдоожижение, перемешивание и направленное перемещение дисперсного материала происходит лишь за счет действия на него вибраций рабочего органа. При этом тепло можно подводить к материалу конвективным, кондуктивным или комбинированным способом. Такие аппараты используются, главным образом, для досушки материалов или сушки материалов с хорошими сыпучими свойствами.

На рис. 20 показана вибросушилка фирмы «Эшер Бисс» (ФРГ). Основная часть сушилки – прямоугольный желоб с перфорированным дном 2, укрепленные с помощью пластинчатых рессор на раме, которая через резиновые амортизаторы опирается на фундамент. Над сушильной камерой 3 установлен вытяжной кожух. Привод инерционного типа состоит из маятникового мотора-вибратора 1 направленного действия с регулируемым дебалансом и постоянной частотой колебаний (23,5 Гц). Материал движется по вибрирующей перфорированной ленте от места загрузки к месту выгрузки под действием вибраций и газового потока.

В конце желоба находится порог. Изменяя его высоту, можно регулировать в небольшом интервале время пребывания материала в аппарате.

Скорость передвижения материала определяется углом наклона рессор, амплитудой и частотой колебаний. В данной конструкции угол транспортирования и частота колебаний постоянны, поэтому скорость перемещения материала варьируется только при изменении амплитуды колебаний.

В нашей стране разработан ряд типоразмеров сушилок с виброаэрокипящим слоем. Сушильная установка (рис. 21) состоит из вибросушилки 4, дозатора 3, калориферов 2, газодувки 1 и циклона 5.

Рис. 21. Схема установки с виброкипящим слоем ВКС-0, Характерными особенностями этих сушилок является большое (не менее шести) отношение длины аппарата к ширине (что по гидродинамическим условиям приближает их к аппаратам идеального вытеснения, способствуя равномерности сушки), а также возможность регулирования всех параметров вибрации (угол, частота, амплитуда). Достоинство данной сушилки состоит в раздельном подводе воздуха, что позволяет устанавливать разный температурный режим для первой и второй стадий сушки.

Описание экспериментальной установки 1. Установка (рис. 22) для изучения гидродинамики сушилок кипящего слоя состоит из модели виброаэросушилки 1 с прозрачными окошками, позволяющими наблюдать перемещение высушиваемого материала, вентилятора 2 подачи воздуха в сушилку, вентилятора системы пневмотранспорта, электродвигателя 4 привода вибратора 5.

Рис. 22. Схема установки для исследования виброаэросушилки Для измерения расхода воздуха используется диафрагма 6. Расход воздуха через сушилку и частота колебаний регулируется изменением питающих напряжений автотрансформаторами 9. Для измерения частоты колебаний используется стрелочный тахометр, амплитуда колебаний определяется контактным датчиком, снабженным показывающим прибором 7. Высота подъема материала определяется визуально с помощью закрепленной внутри линейки 10. В качестве модельного высушиваемого материала используются шарики полистирола 11 (ч = 1000 кг/м3), подающиеся в приемную воронку 8 системы пневмотранспорта.

2. Установка для изучения процесса сушки в сушилках кипящего слоя состоит из сушилки Retsch TG200 (рис. 23) и анализатора влажности «Эвлас-2М»

(рис. 25). При сушке в сушилке кипящего слоя Retsch TG200 используется процесс псевдоожиженного слоя, схожий метод кипящего слоя Retsch TG применяется в промышленных сушильных аппаратах. Окружающий воздух подается через фильтр. Нагнетатель перемещает воздух поперек нагревательных элементов и в конечном счете подает его через перфорированную пластину в съемную сушильную камеру.

Твердые частицы поднимаются вверх и перемешиваются, таким образом они держаться отдельно друг от друга. Это помогает избежать спекания и слипания частиц. Воздушный поток извлекает влагу из частиц и затем выходит через фильтрующий рукав с размером пор 30 мкм. Использование крышки с быстрым зажимом и фильтром желательно при сушке материалов менее чем 100 мкм в диаметре. Нагнетатель 1000 Вт обеспечивает скорость потока воздуха 185 м3/ч на холостом ходу; мощность нагревателя – 2000 Вт. Пропускная способность воздуха в сушилке и мощность подогрева могут устанавливаться отдельно, достигаемая температура сушильного агента при этом зависит от расхода воздуха и высушиваемого материала.

Рис. 24. Рабочие элементы сушилки Retsch TG Рабочие элементы сушилки и их функции представлены на рис. и в табл. 2.

1 Кнопка для вызова выбранных параметров сушки P1-P9 и on 2 Здесь отображается выбранная программа P1-P9 / on 3 Кнопка для активации режима установки для выбранной программы P1-P 4 Кнопка для уменьшения температуры 0–150°C или 32–302°F. Для переключения с °C на °F или наоборот нажмите одновременно кнопки «4 + 6»

5 Дисплей показывает выбранную температуру и, после включения TG200 актуальную измеренную температуру 6 Кнопка для увеличения температуры 0–150°C или 32–302°F. Для переключения с °C на °F или наоборот нажмите одновременно кнопки «4 + 6»

7 Кнопка для уменьшения мощности вениллятора (99 – 10) 8 Дисплей показывает выбранную мощность вентиллятора (10 – 99) 9 Кнопка для увеличения мощности вентилятора (10 – 99) 10 Кнопка включения интервала работы, загорается левый ЖК-дисплей. 10 с 11 Кнопка выключения интервала работы, загорается правый ЖК-дисплей 12 Кнопка уменьшения периода сушки (99 – 01 мин) или постоянная работа 13 Дисплей показывает выбранный период сушки (01 – 99 мин) или постоянная работа 14 Кнопка увеличения периода сушки (99 – 01 мин) или постоянная работа 15 Кнопка START, включает процесс сушки и загорается зеленый ЖК-дисплей.

Нажмите кнопку START для быстрого включения с максимальной мощностью подогрева + максимальная мощность вентилятора; загорается зеленый ЖК-дисплей 16 1x кнопка STOP, нагреватель выключается и мигает красный ЖК-дисплей над 2x кнопка STOP останавливает и заканчивает процесс сушки и загорается красный ЖК-дисплей Анализатор влажности «Эвлас-2М» (рис. 25) предназначен для экспрессного определения массовой доли влаги в различных материалах термогравиметрическим методом. Этот метод основан на высушивании пробы с известной исходной массой, взвешивании остатка и вычислении относительного изменения массы. В отличие от сушильного шкафа, где циркулирующий горячий воздух нагревает пробу снаружи по направлению внутрь и этим утрачивается эффективность высушивания, так как с испарением влаги поверхность пробы охлаждается, во влагомере инфракрасные лучи проникают в пробу беспрепятственно, преобразуются в ней в тепловую энергию, которая вызывает испарение и, следовательно, высушивает пробу. Поэтому инфракрасное высушивание пробы является более быстрым, чем высушивание в сушильном шкафу (в среднем 5–15 мин), следовательно, установки времени и температуры для сушильного шкафа не могут быть автоматически перенесены для инфракрасного высушивания пробы.

Анализатор влажности сам выполняет данные операции: встроенное взвешивающее устройство автоматически определяет начальный вес пробы, затем начинается этап высушивания. Взвешивающее устройство осуществляет непрерывное измерение веса пробы и передает данные на микропроцессор, который сравнивает каждое текущее значение с предыдущим. Как только достигается предварительно заданный параметр отключения, влагомер прекращает процесс высушивания, считает начальный и конечный вес и выводит результаты на индикатор.

Рис. 25. Анализатор влажности «Эвлас-2М»

Анализатор влажности содержит микропроцессорный блок управления со взвешивающим устройством и сушильную камеру. Он включает: алфавитно-цифровой индикатор 1, клавиатуру управления 2, разъем для подключения напряжения питания 3, выключатель питания 4, горизонтальный уровень 5 (рис. 25).

Рис. 26. Кнопки клавиатуры анализатора влажности 5 – настройка влагомера;

7 – прерывание программы прогрева или измерения;

8 – выбор параметра отключения влагомера;

9 – ввод данных.

1. Закрывают выпускное отверстие сушилки. При заданных расходах воздуха (до наблюдения уноса), устанавливаемых автотрансформатором (через 2–3 деления по дифманометру), измеряют перепад давления и высоту слоя материала в сушилке. Полученные данные заносят в таблицу и строят график зависимости p = f(). По полученному графику определяют критическую скорость. По высоте слоя материала, используя формулу (35), рассчитывают порозность слоя. Высоту слоя материала определяют визуально по линейке, помещенной внутри аппарата.

После проведения указанных операций включают привод вибратора и повторяют все измерения при трех разных значениях частот колебаний вибратора. По формулам (36)–(38) определяют расчетное значение порозности, перепада давления и сравнивают с действительными значениями. Частоту колебаний определяют, измеряя частоту вращения вала электродвигателя с учетом передаточного отношения.

Амплитуда колебаний вычисляется следующим образом. При неподвижной сушилке вращением микрометрического винта добиваются неустойчивого контакта между электродом датчика и корпусом сушилки. Момент появления неустойчивого контакта определяют по беспорядочным колебаниям стрелки показывающего прибора. Затем включают привод вибратора и вращением микрометрического винта в обратную сторону устанавливают момент пропадания контакта (стрелка прибора стоит на нуле либо изредка колеблется). Разность показаний шкалы микрометрического винта, умноженная на два, дает значение амплитуды колебаний. Угол и недостающие геометрические размеры замеряют на модели. Полученные и рассчитанные данные заносят в таблицы.

2. При изучении процесса сушки в сушилке кипящего слоя смачивают высушиваемый материал (просеянный кварцевый песок) и перемешивают до достижения однородной массы. Далее определяют начальную влажность смоченного песка в анализаторе влажности. (Методика измерения влажности приведена в приложении.) Затем, согласно инструкции (находится в лаборатории), провести высушивание песка, варьируя время сушки, температуру и расход сушильного агента. Эксперименты провести не менее чем при трех значениях указанных параметров. После каждого опыта осуществить анализ влажности высушенного материала.

Отчет о работе должен содержать краткое описание и цель работы, схему установки, пример расчета, P, ov, таблицы и графики экспериментальных данных, выводы.

1. Фиктивная, действительная, критическая скорости газа.

2. Что такое порозность слоя, в каких пределах она изменяется?

3. Виброкипящий и виброаэрокипящий слой. Особенности их гидродинамики.

4. Конструкции вибросушилок.

5. Принцип работы анализатора влажности.

1. Плановский, А. Н. Сушка дисперсных материалов в химической промышленности / А. Н. Плановский, В. И. Муштоев, В. М. Ульянов. – М.: Химия, 1979. – 289 с.

2. Романков, П. Н. Сушка во взвешенном состоянии / П. Н. Романков, Н. Б. Рашковская. – Л.: Химия, 1979. – 271 с.

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ

БАРАБАННОГО ВАКУУМ-ФИЛЬТРА

Цель работы: изучение конструкции и принципа действия барабанного вакуум-фильтра, определение его производительности и мощности привода.

В процессах фильтрования широко используются барабанные вакуум-фильтры. Они находят применение не только в химической, но и в промышленности строительных материалов. В частности, в основу действия листоформовочной машины шиферного производства заложен принцип работы барабанного вакуум-фильтра.

Барабанный вакуум-фильтр является фильтром непрерывного действия, работающим под вакуумом. Рабочим органом фильтра выступает вращающийся перфорированный барабан, обтянутый фильтровальной тканью и разделенный на несколько ячеек. Каждая ячейка соединена с различными полостями неподвижной части распределительного устройства, вследствие чего она проходит последовательно зоны фильтрования, первого обезвоживания, промывки, второго обезвоживания, удаления осадка, регенерации ткани.

Производительность фильтра Vф, м3/с, по фильтрату рассчитывается по формуле где Wц – средняя скорость фильтрования за весь цикл обработки суспензии на фильтре, м3/м2 с; Fф поверхность фильтра, м2; Kп = 0,8 – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления фильтрующей перегородки при многократном ее использовании; Kм = 0,7–0,9 коэффициент, учитывающий свойства суспензии.

Средняя скорость фильтрования Wц, м3/м2 с :

где Vф – объем фильтрата, полученный с 1 м2 фильтрующей перегородки; время цикла, с.

Мощность электродвигателя N, Вт, барабанного вакуум-фильтра:

где Mi – крутящий момент, затрачиваемый на преодоление i-того сопротивления, Н м; n частота вращения вала фильтра, с–1; КПД привода.

Суммарный крутящий момент состоит из следующих составляющих.

Момент M1, затрачиваемый на определение сопротивления, создающегося вследствие неуравновешенности слоя осадка:

где l – длина барабана, м; h высота слоя, м; плотность осадка, кг/м3;

g ускорение свободного падения, м/с2; D диаметр барабана, м.

Момент M2, затрачиваемый на срез осадка:

где f1 – коэффициент трения ножа об осадок; удельное сопротивление среза, Па.

Момент M3, затрачиваемый на преодоление трения барабана о суспензию:

Момент M4 трения в распределительной головке:

где z – число распределительных головок; f2 = 0,5 – коэффициент трения; p удельное давление между трущимися поверхностями вала и головки, Па; d1 и d2 наружный и внутренний диаметры торца вала фильтра, м; K число ячеек; F0 площадь отверстия ячейки, м2.

Удельное давление должно обеспечивать герметичность и превышать величину вакуума в системе. Его значение можно принимать p = 0,2 МПа.

Момент M4, затрачиваемый на преодоления трения в подшипниках вала:

где 0 = 0,2 коэффициент трения вала в подшипниках; m масса вала с барабаном и осадком, кг; dц диаметр цапфы, м.

Экспериментальная установка (рис. 27) включает пять основных узлов: барабанный вакуум-фильтр 1, емкость 2 с якорной мешалкой для приготовления суспензии, насос 4 для ее подачи в корыте, вакуумнасос 5, сборник фильтрата 6. Измерение объема фильтрата в сборнике осуществляется с помощью оттарированного мерного стекла 7. Величина вакуума измеряется вакуумметром. Регулировка расхода суспензии производится вентилем 8, вакуума – вентилем 9.

Рис. 27. Схема установки барабанного вакуум-фильтра Основным аппаратом установки является барабанный вакуумфильтр. Он представляет собой сварной полый барабан диаметром 0,3 м, установленный над корытом. Общая масса барабана с валом и осадком 70 кг. Барабан приводится во вращение электродвигателем мощностью 1 кВт и частотой вращения 930 об./мин. В схему привода включен вариатор, что дает возможность регулировать число оборотов барабана.

Съем осадка с фильтровальной ткани осуществляется с помощью резинового валика, с которого осадок затем срезается стальным ножом.

В качестве твердой фазы для рабочей суспензии используется порошок полистирола. Плотность осадка в этом случае = 50 г/м3; коэффициент трения ножа об осадок f1 = 0,2; удельное давление среза = 600 Па; минимальная толщина осадка h = 5 мм.

1. Изучить конструкцию, принцип действия барабанного вакуумфильтра, назначение и устройство основных узлов.

2. Ознакомиться с устройством распределительной головки, определить основные рабочие зоны фильтра и продолжительность стадий работы.

3. Изучить кинематические зоны привода всех механизмов, определить пределы вариатора, рассчитать общее передаточное отношение привода барабана.

4. Рассчитать мощность привода фильтра и сравнить ее с действительной.

5. Ознакомиться со схемой установки фильтра, назначением всех машин и агрегатов.

6. Определить производительность фильтра.

Для этого закрывают вентиль 8, включают мешалку 3 и насос 4.

В названный период происходит перемешивание суспензии в емкости 2.

Время перемешивания 5–6 мин. Затем открывают вентиль 8 и устанавливают требуемый расход суспензии. Включают фильтр и вакуумнасос. Вентилем 9 устанавливают необходимый вакуум. В полученном режиме через 4–5 мин замеряют количество фильтрата, образовавшееся за определенный промежуток времени. По экспериментальным данным рассчитывают скорость фильтрования и производительность фильтра.

После окончания опытов сливают из корыта суспензию, очищают ткань от осадка, промывают корыто и ткань чистой водой.

1. Название и цель работы.

2. Схема установки с описанием ее работы.

3. Схема фильтра с указанием величины угла зоны фильтрования.

4. Кинематическая схема привода с расчетом общего передаточного числа привода, пределов регулирования вариатора.

5. Расчет мощности привода фильтра и сравнение ее с установочной.

6. Таблица экспериментальных данных и расчет производительности фильтра.

1. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин. – М.: Альянс, 2004. – 751 с.

2. Нейфельд, М. С. Механическое оборудование для производства листовых асбестоцементных изделий / М. С. Нейфельд. – М.: Наука, 1970. – 271 с.

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ФИЛЬТРА-ПРЕССА

Цель работы: изучение конструкции, принципа действия фильтрапресса и определение основных параметров фильтровальных перегородок.

Для фильтрования суспензий часто используются фильтры-прессы.

Они являются аппаратами периодического действия и работают под избыточным давлением. Фильтры-прессы состоят из чередующихся рам и плит, между которыми помещаются фильтровальные перегородки.

Плиты и рамы плотно прижимаются одна к другой винтовым механизмом, в результате чего между ними образуются фильтровальные камеры. В рамах и плитах сделаны каналы для прохождения суспензии и промывной жидкости. Осадок, накопившийся на фильтровальной перегородке, удаляется вручную.

В фильтрах-прессах применяются гибкие фильтровальные перегородки, выполненные из натуральных и химических волокнистых материалов (табл. 3).

Эксплуатационные свойства фильтровальных тканей Наименование Воздухопроницаемость Термостойкость, Щелочекислотопри 5 мм вод. ст., Нитрон:

Лавсан:

Натуральные волокна (хлопок, лен, шерсть, шелк) состоят из органических высокомолекулярных соединений. Химические волокна (лавсан, нитрон, тефлон, хлорин, стеклоткань и т. д.) получают из органических и синтетических полимеров либо неорганических соединений.

Эффективность фильтрования и сопротивления перегородок зависит от структуры переплетения нитей. Различают три типа переплетения: полотняное (а), саржевое (б) и сатиновое (в) (рис. 28).

Сопротивление Р, Па, фильтрующей перегородки определяются по формуле где динамическая вязкость жидкости (газа), Па с; rф. п сопротивление фильтрующей перегородки, отнесенное к единице вязкости, 1/м;

ф скорость фильтрования, определяемая производительностью насоса, м3/м2 с.

1. Изучить конструкцию и принцип действия фильтр-пресса, найти общую поверхность фильтрования.

2. Ознакомиться с видами фильтровальных перегородок, определить тип переплетения используемой перегородки.

3. Рассчитать сопротивление перегородки при фильтровании водной суспензии. Производительность насоса принять Q = 2 м3/с. При расчете следует учесть, что удельное сопротивление rф. п одинаково для воздуха и воды, а воздухопроницаемость – это скорость фильтрования воздуха, поэтому значение rф. п рассчитывается из уравнения (49) с использованием данных для воздуха ( = 17,6 · 10–6 Па · с, = 1,2 кг/м3).

1. Название и цель работы.

2. Схема работы фильтра-пресса, его основные параметры, тип фильтровальной перегородки.

3. Расчет сопротивления фильтровальной перегородки.

1. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин. – М.: Альянс, 2004. – 751 с.

2. Ильевич, А. П. Машины и оборудование для заводов по производству керамики и огнеупоров / А. П. Ильевич. – М.: Высш. шк., 1979. – 344 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Методика определения влажности сыпучих материалов в анализаторе влажности 1. Тарирование. Открыть сушильную камеру. Поставить на крестовину взвешивающего устройства пустую чистую чашу для навесок.

Нажать кнопку «ВВОД». На индикатор выводится сообщение «Ждите».

По окончании измерения массы чаши на индикатор будет выведено сообщение «Поставьте гирю 5000 мг. Нажмите «ВВОД».

2. Градуирование. Открыть сушильную камеру, поместить гирю массой 5 г в центр чаши. Закрыть камеру, нажать кнопку «ВВОД». На индикатор будет выведено сообщение «Ждите». После определения массы гири на индикатор будет выведено сообщение «Поставьте пробу.

Нажмите ввод». Открыть сушильную камеру, убрать гирю с чаши.

3. Измерение. Снять чашу со взвешивающего устройства влагомера и поставить ее на чистую ровную поверхность. Поместить в чашу пробу, равномерно распределив ее по поверхности чаши. Поставить чашу с пробой на крестовину взвешивающего устройства и нажать кнопку «ВВОД».

На индикатор будет выведено значение массы навески в миллиграммах и сообщение «Нажмите ввод». Закрыть сушильную камеру, нажать кнопку «ВВОД». Через некоторый промежуток времени, определяемый параметрами измерения, в сушильной камере включится нагреватель, а на индикатор будет выведено текущее время измерения, текущее значение относительной влажности в процентах. По окончании анализа нагреватель автоматически выключается, выдается прерывистый кратковременный звуковой сигнал и на индикатор выводится результат измерения в процентах и значение общего времени измерения. Для проведения следующего измерения открыть сушильную камеру, убрать из нее чашу с высушенной пробой, нажать кнопку «МЕНЮ» и повторить манипуляции.

Внимание! Интервал времени между двумя последовательными измерениями должен составлять не менее 3 мин, при этом сушильная камера должна быть открыта. Каждому измерению должны предшествовать тарирование и градуирование взвешивающего устройства. Категорически запрещается изменять массу навески в чаше, находящейся на крестовине взвешивающего устройства.

Прерывание программы измерения осуществляется нажатием кнопки «СТОП». Для отключения питания установить выключатель питания в положение «ВЫКЛЮЧЕНО».

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

Общие методические вопросы

Лабораторная работа № 1. Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов

Лабораторная работа № 2. Изучение конструкций, исследование производительности и равномерности распыла центробежных форсунок

Лабораторная работа № 3. Исследование процесса теплопередачи в рекуперативном теплообменнике

Лабораторная работа № 4. Изучение устройства и работы регенеративного теплообменника

Лабораторная работа № 5. Изучение устройства и принципа действия барабанной сушилки

Лабораторная работа № 6. Исследование кинетики процесса сушки Лабораторная работа № 7. Изучение системы пневмотранспорта...... Лабораторная работа № 8. Изучение сушилок кипящего и виброкипящего слоя

Лабораторная работа № 9. Изучение конструкции барабанного вакуум-фильтра

Лабораторная работа № 10. Изучение конструкции фильтра-пресса Приложение

ПРОЦЕССЫ И АГРЕГАТЫ ПРОИЗВОДСТВА

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Составители: Францкевич Виталий Станиславович Компьютерная верстка О. Ю. Шантарович Подписано в печать 26.05.2011. Формат 60841/16.

Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать офсетная.

Издатель и полиграфическое исполнение:

УО «Белорусский государственный технологический университет».

Ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск.