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 ?PСЛ от скорости газа ?. Определить графически критическую скорость газа ?кр. Определить вес слоя GСЛ.

2.Определить величину скорости начала взвешивания частиц теоретически и сравнить со значением ?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.

.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 ?Ч = 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 x?[0; 40], вторая - для x? [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 - ? и ?P - ?. Графически определяют ?кр и сравнивают с теоретическим результатом (далее).

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

,

,

,

Где dЧ, ?Ч - соответственно диаметр частиц и их плотность; µС и ?С - динамический коэффициент вязкости среды (воздуха) и его плотность. Действительная ?кр находится следующим образом:

.Определяют вес слоя частиц:

, Н.

слой скорость расход газ

Результаты измерений

№Показания ротаметра, %Расход воздуха, м3/чСкорость воздуха, м/сПоказания манометра, мм вод. ст.Высота слоя H, мм121,040,035106130251,100,037110130381,160,0391241304111,220,0411401315141,280,0431541316171,340,0451701317201,400,0471881318231,460,0492001329261,520,05121013310291,580,05321813411321,640,05522813512331,660,05524013713341,680,056244137= 103 мм = 0,103 м;?С = 1,29 кг/м3;?Ч = 1060 кг/м3;Ч = 0,6 мм = 0,0006 м;µС = 17,3 ·10-6 Па·с;?0 = 0,4.

Расчеты

1.Вычислили значения Q (расход воздуха):

;

…

.Площадь сечения стеклянной колонки:

.Скорость поступающего воздуха:

,

…

4.Расчет ?кр.:

.

Коэффициент ? рассчитали следующим образом:

Далее рассчитали ?кр:

.

5.?кр соответствует ?P = 170 мм вод. ст. или 1667,7 Па. Отсюда вес слоя частиц равен:

График зависимости H от ?

График зависимости ?P от ?

Расчетная таблица

?, м/с?P, мм вод. ст.изм. ?P, мм. вод. ст.?Pi-?P(i-1), мм вод. ст.?P, Па0,035106001039,860,037110441079,100,03912418141216,440,04114034161373,400,04315448141510,740,04517064161667,700,04718882181844,280,04920094121962,000,051210104102060,100,05321811282138,580,055228122102236,680,055240134122354,400,05624413842393,64

График зависимости изменения ?P относительно начального значения от ?

Зависимость колебаний ?P от ?

Вывод:

Определили значения GСЛ и ?кр.

Зависимости H от ? и ?P от ? 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 ?P при повышении скорости воздушного потока (аналогично для H). Учитывая погрешность в определении ?кр, достоверное значение ?кр лежит в интервале [0.0366; 0.0548].

На дополнительно построенных графиках видно, что зависимость ?P от ? 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 ?P становятся меньше от 0,047 до 0,055. Это свидетельствует о том, что в данном интервале ?P должно быть равно константе - слой становится псевдоожиженным.

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