Гидродинамика псевдоожиженного слоя

Министерство образования и науки российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет Технологический институт Кафедра «Переработка нефти и газа»

Отчет по лабораторной работе по дисциплине Процессы и аппараты химической технологии на тему:

Гидродинамика псевдоожиженного слоя Выполнил: Ларченко А.О.

студент гр. ХТОб-11−1

Проверил: Дерюгина О.П.

доцент каф. «ПНГ»

Тюмень, 2013

Цель работы

1. Получить зависимость H и ДP_СЛ от скорости газа щ. Определить графически критическую скорость газа щ_кр. Определить вес слоя G_СЛ.

2. Определить величину скорости начала взвешивания частиц теоретически и сравнить со значением щ_кр, полученным экспериментально.

Методика проведения работы

1. Закрыли вентиль 4, запустили газодувку.

2. Постепенно открывая вентиль 4, установили такой начальный расход воздуха, чтобы показание ротаметра соответствовало 2 делениям. При этом расходе измерили перепад давлений в слое по манометру 2 и линейкой — высоту слоя H. Записали результаты измерения в таблицу.

3. В той же последовательности провели дальнейшие измерения, увеличивая расход воздуха так, чтобы показания ротаметра увеличивались на 3 деления.

4. По окончании работы закрыли вентиль 4 и остановили газодувку.

Описание установки

Основные узлы установки представлены на схеме.

Основа лабораторной установки — стеклянная колонка с внутренним диаметром 103 мм. В колонке имеется металлическая решетка, на которой находится слой твердых частиц полистирола плотностью с_Ч = 1060 кг/м³ и диаметром d_Ч = 0,6 мм.

Воздух, подаваемый газодувкой, поступая через ротаметр РС-3 в стеклянную колонку, приводит слой твердых частиц полистирола в состояние псевдоожижения.

Схема лабораторной установки:

1 — стеклянная колонка; 2 — манометр; 3 — ротаметр; 4 — вентиль; 5 — воздуходувка.

Обработка опытных данных

1. Находят по графику зависимости % ротаметра от Q, м³/с, расход воздуха. Для облегчения задачи удобнее пользоваться следующими приближенными значениями для расхода воздуха:

где x — показания ротаметра. Первая формула применима для значений x?[0; 40], вторая — для x? [40; 62.5].

2. Рассчитывают площадь сечения круглой стеклянной колонки по формуле:

где D — диаметр внутреннего сечения стеклянной колонки.

Далее рассчитывают скорость потока воздуха:

3. Строят графики зависимостей H — щ и ДP — щ. Графически определяют щ_кр и сравнивают с теоретическим результатом (далее).

4. Рассчитывают теоретическое значение щ_кр.д. (скорость начала взвешивания) по следующим формулам:

Где d_Ч, с_Ч — соответственно диаметр частиц и их плотность; µ_С и с_С — динамический коэффициент вязкости среды (воздуха) и его плотность. Действительная щ_кр находится следующим образом:

5. Определяют вес слоя частиц:

Н.

слой скорость расход газ

Результаты измерений

D = 103 мм = 0,103 м;с_С = 1,29 кг/м³;с_Ч = 1060 кг/м³;

d_Ч = 0,6 мм = 0,0006 м;µ_С = 17,3 · 10^-6 Па· с;е₀ = 0,4.

Расчеты

1. Вычислили значения Q (расход воздуха):

;

…

2. Площадь сечения стеклянной колонки:

3. Скорость поступающего воздуха:

…

4. Расчет щ_кр.:

.

Коэффициент е рассчитали следующим образом:

Далее рассчитали щ_кр:

.

5. щ_кр соответствует ДP = 170 мм вод. ст. или 1667,7 Па. Отсюда вес слоя частиц равен:

График зависимости H от щ

График зависимости ДP от щ Расчетная таблица

График зависимости изменения ДP относительно начального значения от щ

Зависимость колебаний ДP от щ

Вывод:

Определили значения G_СЛ и щ_кр.

Зависимости H от щ и ДP от щ не были определены с достаточной точностью и не были точно отображены. Это свидетельствует о больших погрешностях измерения, либо неисправности лабораторного оборудования. Наблюдается постоянное (почти линейное) увеличение ДP при повышении скорости воздушного потока (аналогично для H). Учитывая погрешность в определении щ_кр, достоверное значение щ_кр лежит в интервале [0.0366; 0.0548].

На дополнительно построенных графиках видно, что зависимость ДP от щ на участке от примерно 0,040 до 0,047 имеет изгиб, как и в теории. Это позволяет говорить о приблизительности проведенных вычислений.

А на последнем графике видно, что колебания ДP становятся меньше от 0,047 до 0,055. Это свидетельствует о том, что в данном интервале ДP должно быть равно константе — слой становится псевдоожиженным.

Возможно, при более тщательных измерениях можно получить почти идеальный результат.