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 ΔPСЛ
от скорости газа ω.
Определить графически критическую скорость газа ωкр.
Определить вес слоя GСЛ.
2. Определить величину скорости начала
взвешивания частиц теоретически и сравнить со значением ωкр,
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.
. В той же последовательности провели
дальнейшие измерения, увеличивая расход воздуха так, чтобы показания ротаметра
увеличивались на 3 деления.
. 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 ρЧ
= 1060 кг/м3 и диаметром dЧ
= 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:
- 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 xϵ[0;
40], вторая - для xϵ
[40; 62.5].
. Рассчитывают площадь сечения круглой
стеклянной колонки по формуле:
,
где D
- диаметр внутреннего сечения стеклянной колонки.
Далее рассчитывают скорость потока воздуха:
,
. Строят графики зависимостей H
- ω и ΔP
-
ω. Графически
определяют ωкр
и сравнивают с теоретическим результатом (далее).
4. Рассчитывают теоретическое значение ωкр.д.
(скорость начала взвешивания) по следующим формулам:
,
,
,
Где dЧ,
ρЧ - соответственно
диаметр частиц и их плотность; µС и ρС
- динамический коэффициент вязкости среды (воздуха) и его плотность. Действительная
ωкр
находится следующим образом:
. Определяют вес слоя частиц:
, Н.
слой скорость расход газ
Результаты измерений
|
№
|
Показания
ротаметра, %
|
Расход
воздуха, м3/ч
|
Скорость
воздуха, м/с
|
Показания
манометра, мм вод. ст.
|
Высота
слоя H, мм
|
|
1
|
2
|
1,04
|
0,035
|
106
|
130
|
|
2
|
5
|
1,10
|
0,037
|
110
|
130
|
|
3
|
1,16
|
0,039
|
124
|
130
|
|
4
|
11
|
1,22
|
0,041
|
140
|
131
|
|
5
|
14
|
1,28
|
0,043
|
154
|
131
|
|
6
|
17
|
1,34
|
0,045
|
170
|
131
|
|
7
|
20
|
1,40
|
0,047
|
188
|
131
|
|
8
|
23
|
1,46
|
0,049
|
200
|
132
|
|
9
|
26
|
1,52
|
0,051
|
210
|
133
|
|
10
|
29
|
1,58
|
0,053
|
218
|
134
|
|
11
|
32
|
1,64
|
0,055
|
228
|
135
|
|
12
|
33
|
1,66
|
0,055
|
240
|
137
|
|
13
|
34
|
1,68
|
0,056
|
244
|
137
|
= 103 мм = 0,103 м;ρС
= 1,29 кг/м3;ρЧ
= 1060 кг/м3;Ч = 0,6 мм =
0,0006 м;µС = 17,3 ·10-6 Па·с;ε0 = 0,4.
Расчеты
1. Вычислили
значения Q (расход
воздуха):
;
…
. Площадь сечения стеклянной колонки:
. Скорость поступающего воздуха:
,
…
4. Расчет ωкр.:
.
Коэффициент ε рассчитали
следующим образом:
Далее рассчитали ωкр:
.
5. ωкр
соответствует ΔP
= 170 мм вод. ст. или 1667,7 Па. Отсюда вес слоя частиц равен:
График зависимости H
от ω
График зависимости ΔP
от ω
Расчетная таблица
|
ω,
м/с
|
ΔP, мм вод.
ст.
|
изм.
ΔP, мм. вод.
ст.
|
ΔPi-ΔP(i-1), мм вод.
ст.
|
ΔP, Па
|
|
0,035
|
106
|
0
|
0
|
1039,86
|
|
0,037
|
110
|
4
|
4
|
1079,10
|
|
0,039
|
124
|
18
|
14
|
1216,44
|
|
0,041
|
140
|
34
|
16
|
1373,40
|
|
0,043
|
154
|
48
|
14
|
1510,74
|
|
0,045
|
170
|
64
|
16
|
1667,70
|
|
0,047
|
188
|
82
|
18
|
1844,28
|
|
0,049
|
200
|
94
|
12
|
1962,00
|
|
0,051
|
210
|
104
|
10
|
2060,10
|
|
0,053
|
112
|
8
|
2138,58
|
|
0,055
|
228
|
122
|
10
|
2236,68
|
|
0,055
|
240
|
134
|
12
|
2354,40
|
|
0,056
|
244
|
138
|
4
|
2393,64
|
График зависимости изменения ΔP
относительно начального значения от ω
Зависимость колебаний ΔP
от ω
Вывод:
Определили значения GСЛ
и ωкр.
Зависимости H
от ω
и
ΔP
от ω
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 ΔP
при повышении скорости воздушного потока (аналогично для H).
Учитывая погрешность в определении ωкр,
достоверное значение ωкр
лежит в интервале [0.0366; 0.0548].
На дополнительно построенных графиках видно, что
зависимость ΔP
от ω
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 ΔP
становятся меньше от 0,047 до 0,055. Это свидетельствует о том, что в данном
интервале ΔP
должно быть равно константе - слой становится псевдоожиженным.
Возможно, при более тщательных измерениях можно
получить почти идеальный результат.