WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
УДК 66.01 Федеральное агентство по образованию ББК 35.11 П 845 Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом ОмГУ Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор кафедры неорганической химии ОмГУ Л.Н. Адеева; канд. техн. наук, и.о. зав. лаборатории Института проблем переработки углеводородов СО РАН В.П. Доронин П 845 Процессы и аппараты химической технологии: практикум для студентов химического факультета специальности 240403.65 «Химическая технология природных энергоПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ носителей и углеродных материалов» / сост. В.Н. Носенко, О.А. Реутова, А.А. Дюсембаева. – Омск: Изд-во ОмГУ, 2006.

ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ – 100 с.

Практикум ISBN 5-7779-0691-5 Представлены лабораторные работы по гидродинамическим, для студентов химического факультета тепловым и массообменным процессам.

специальности 240403.65 «Химическая технология Раскрывается последовательность приемов и методов, обеспеприродных энергоносителей и углеродных материалов» чивающих выполнение лабораторных работ. Содержатся теоретические основы по каждому процессу, описание техники выполнения работы, необходимые справочные материалы, расчетные задания, формы представления результатов работы, контрольные вопросы, а также варианты контрольных работ.

Для студентов химического факультета специальности 240403.65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

УДК 66.01 ББК 35.11 Изд-во Омск ISBN 5-7779-0691-5 © Омский госуниверситет, 2006 ОмГУ 2006 2 ПРЕДИСЛОВИЕ ческим и тепловым процессам, используется в VI семестре, вторая часть, посвященная массообменным процессам, – в VII семестре.

Предлагаемый практикум впервые издается на химическом факультете ОмГУ для студентов специальности «Химическая техТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ нология природных энергоносителей и углеродных материалов».

Приступая к работе в лаборатории, студенты обязаны ознаМатериал разработан в соответствии с требованиями государственкомиться с инструкцией по технике безопасности. Каждый рабоного стандарта и нового учебного плана ОмГУ. В работе представтающий в химической лаборатории должен иметь халат из хлоплено описание девяти лабораторных работ, рассматривающих пракчатобумажной ткани.

тические приложения процессов и аппаратов химической техноло1. Все электроведущие части электроприборов должны быть гии по гидродинамическим, тепловым и массообменным процесисправны и заземлены. Нельзя касаться токоведущих частей элексам, с учетом технической оснащенности лаборатории ОмГУ.

троприборов голыми руками. Включать электроприборы можно Особенностью представляемого пособия является объединетолько на напряжение, указанное на приборе. Перед включением ние в рамках одного издания теоретического материала, где четко электроприбора следует проверить состояние проводки и контакизложены необходимые сведения, указаний к лабораторным работов. При включении прибора вилка в розетку должна вставляться там, многовариантных расчетных задач, а также необходимого спраплотно, регуляторы напряжения перед включением и выключенивочного материала. Каждая работа содержит перечень контрольем прибора должны быть поставлены на нуль.

ных вопросов, позволяющих связать теоретическую часть курса с 2. Запрещается устранять неисправности электрооборудовавыполняемым экспериментальным исследованием. Во всех случания и подключать новые электроприборы без электрика. Необхоях предложены расчеты, позволяющие обосновать и уточнить медимо помнить, что электрический ток силой 0,05 А уже опасен, а тодику выполнения работы.

ток силой 0,1 А и выше – смертелен! Следует отметить максимальную простоту и наглядность экс3. Многие химические вещества – бензол, эфир, метиловый периментальных схем. В то же время установки, предлагаемые в спирт, нитробензол и другие – обладают токсическими свойстваработах, приспособлены для опытов при различных режимах. Это ми. В лаборатории должна работать приточно-вытяжная вентилянеобходимо для всестороннего изучения процесса и проведения ция. В случае временного выключения вентиляции все работающие технологических испытаний аппаратуры.

должны быть предупреждены; работы, связанные с выделением Таким образом, практикум позволит ознакомить студентов с вредных паров и газов, необходимо прекратить.

главнейшими типами аппаратов химической технологии (насоса4. При работе с концентрированными кислотами и щелочами ми, теплообменниками, ректификационными колоннами, абсорбеследует надеть резиновые перчатки и защитные очки. При ожогах рами и т. п.), их устройством, принципом действия, причинами, кислотами и щелочами надо промыть обожженное место проточобусловившими их форму и материал.

ной водой, а затем – раствором бикарбоната натрия или борной Лабораторный практикум по процессам и аппаратам химикислоты.

ческой технологии выполняется студентами очной и очно-заочной 5. Химические ожоги могут быть вызваны такими агрессивформ обучения специальности 240403.65 «Химическая технология ными веществами, как бром, фенол, оксид кальция, йод и др. При природных энергоносителей и углеродных материалов». В универожогах бромом или фенолом следует промыть пораженное место ситетах этот предмет изучают студенты III и IV курсов в течение несколькими порциями спирта и смазать мазью от ожогов. В слудвух семестров. Первая часть пособия, посвященная гидродинамичае попадания паров брома или хлора в легкие следует подышать парами нашатырного спирта.

3 6. Металлический натрий и калий обладают высокой реак- • подогревать и кипятить летучие и огнеопасные жидкости ционной способностью: при соприкосновении с водой они разла- на открытом огне; нагревание их необходимо проводить только на гают ее со взрывом выделяющегося водорода. Хранят натрий и водяной или песчаной бане или на закрытой плитке;



калий под слоем керосина. • огнеопасные жидкости даже в небольшом количестве ста7. Легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие жидкости вить вблизи нагревательных приборов;

должны храниться в тонкостенных банках с притертыми пробками • засасывать вызывающие химические ожоги жидкости в в металлических шкафах. ЛВЖ могут находиться на рабочем мес- пипетки без специальных приспособлений (груш);

те лишь в количествах, необходимых для работы. Все работы с • проводить любые работы, связанные с нагреванием металЛВЖ следует проводить в вытяжном шкафу при включенной вен- лической ртути;

тиляции. • выбрасывать остатки ртути и натрия в мусорные ящики.

8. Все работы с ртутью можно проводить только на поддо- нах. Ртуть хранится под слоем воды. В случае возгорания:

9. При термических ожогах первой степени к обожженному • при воспламенении ЛВЖ необходимо в первую очередь участку кожи следует приложить тампон из ваты или марли, обильвыключить электроприбор и тушить пламя имеющимися в налино смоченный спиртом. При тяжелых ожогах на пораженное мечии противопожарными средствами (кошма, асбестовое одеяло, сто надо наложить стерильную повязку, а затем обратиться за врапесок);

чебной помощью.

• при загорании аппаратов с применением электрообогрева 10. При любой перегонке аппаратура должна быть собрана необходимо пользоваться углекислотными огнетушителями.

герметично. Необходимо следить за непрерывным поступлением в холодильник проточной воды.

11. Перед окончанием работы уходящий последним обязан проверить отключение воды и электроэнергии на каждом рабочем месте и в вытяжных шкафах.

Запрещается! • работать в химической лаборатории одному;

• держать на лабораторных столах портфели, сумки и другие посторонние предметы;

• принимать и хранить пищу, а также курить;

• выливать в раковины какие-либо вещества (органические и неорганические); их можно выливать только в специально отведенную химическую посуду, находящуюся под вытяжным шкафом;

• подогревать обводненные продукты выше 70–80 °С. Перед анализом, связанным с подогревом, нефтепродукты должны быть обезвожены;

5 Лабораторная работа № 1 дует, что турбулентное течение свойственно потокам, обладающим развитыми силами инерции, а ламинарное – характерно для РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ потоков, в которых силы внутреннего трения преобладают над силами инерции.

Цель работы: Провести визуальное наблюдение за харакЗначения критерия Рейнольдса, соответствующие переходу тером течения жидкости и переходом его из одного режима в друиз одного гидродинамического режима в другой, называются кригой. Определить критические значения чисел Рейнольдса (Re). Устическими Reкр. Необходимость изучения режимов течения и оптановить зависимость между потерей давления на трение и средределения числа Reкр вызвана тем, что при переходе из одного реней скоростью движения потока.

жима в другой поток претерпевает качественные и количественные изменения. В результате этого изменяются характеристики Основные определения и теория процесса гидравлического сопротивления и тепломассообмена.

Экспериментальные исследования закономерностей течения Всем режимам течения соответствуют два критических знажидкостей в каналах разной формы позволили установить качестчения Reкр. Экспериментально установлено, что для течения в венные различия в структуре потока в зависимости от условий круглых гладких трубах среднестатистические значения Reкр придвижения.

близительно равны 2300 и 104.

При сравнительно малых скоростях потока в трубах наблюПри Reкр 2300 происходит смена ламинарного режима, а дается упорядоченный характер течения одних слоев относительпри Reкр 104 наступает развитый турбулентный режим.

но других. Такое упорядоченное движение без перемешивания Область 2300 < Re < 104 соответствует переходному режиму, между слоями называется ламинарным, или струйным. При ламив котором поток обладает одновременно свойствами ламинарного нарном режиме профиль скорости в потоке является параболичеи турбулентного течения.

ским и может быть найден теоретически. Средняя скорость жидНеобходимо отметить, что в конкретных условиях, зависякости по сечению равна половине максимальной на оси потока:

щих от многих причин, значения Reкр могут отличаться от указанwср = wmax / 2.

ных. Так, в опытах удалось затянуть наступление турбулентного На практике чаще встречаются потоки, в которых происхорежима вплоть до Reкр = 105 путем закругления входной кромки дит интенсивное перемешивание среды, обусловленное мгновентрубы, уменьшения внешних возмущений и другими способами.

ным изменением скорости частиц. Такое движение называется При этом небольшое внешнее возмущение способствовало резкой турбулентным, или вихревым. Турбулентное движение в ядре смене режима. Следовательно, течение при таких значениях числа потока всегда сопровождается ламинарным у стенки, и средняя Рейнольдса является неустойчивым и должно смениться более усскорость по сечению не равна половине максимальной. В турбутойчивой формой.

лентном режиме отношение wср/wmax является функцией критерия Для змеевиков значение Reкр повышается в зависимости от Рейнольдса.

отношения диаметра d трубы к диаметру D змеевика (d/D) и моКритерий Рейнольдса используется для количественной жет достигать 70008000.





оценки характера течений вязких жидкостей и газов Re = wсрd/.

Существование различных режимов течения и закономерноОн характеризует соотношение между силами инерции и силами сти перехода из одного в другой можно наблюдать, если изменять внутреннего трения.

расход жидкости в прозрачной горизонтальной трубе и по ее оси Силы инерции определяются скоростью потока и его размевводить тонкую струйку окрашенной жидкости.

рами, силы внутреннего трения – вязкостью потока. Отсюда сле 7 При транспортировке жидких сред в химической технолоВ переходном режиме коэффициент трения находится из гии одной их важных задач является определение потерь давления графической зависимости (см. Приложение, рис. 1.3). Если предв трубопроводах и аппаратах, вызываемых вязкостным трением.

ставить зависимость P от средней скорости потока в логарифмиПотери давления в круглых трубах рассчитываются по формуле ческих координатах, то точки на рис. 1.1, в которых меняется угол Дарси–Вейсбаха:

наклона прямой, будут соответствовать критическим значениям Reкр, т. е. переходу одного режима течения в другой.

l wс р P =, (1.1) d Описание установки где – коэффициент трения; l – длина трубы, м; d – диаметр труОсновными узлами установки (рис. 1.2) являются стеклянбы, м; – плотность среды, кг/м3; wср – средняя скорость потока в ная трубка 7, в которой исследуется режим течения жидкости, насечении, м/с.

порный бак 6, бачок с красителем 4, мерный сосуд 8, вентиль 9 и Комплекс величин ·l/d показывает, во сколько раз потери кран 5.

давления на трение отличаются от потерь динамического давления. Гидравлическое сопротивление на трение зависит от режима течения. Для ламинарного течения жидкости в трубах круглого сечения справедлива зависимость:

= 64 / Re. (1.2) В этих условиях величина коэффициента трения обратно пропорциональна числу Рейнольдса и не зависит от шероховатости стенок. При течении жидкости в lg P lg P трубах некруглого сечения (квадратных, кольцевых и др.) коэффициент в формуле (1.2) имеет другие I II III I II III значения, а число Re вычисляется по эквивалентному диаметру канала.

В переходном и турбулентном режимах течения зависит не тольРис. 1.2. Схема установки для изучения ко от числа Re, но и от шероховато- режимов течения жидкости и сопротивления трения сти стенок. Для определения в Вода из водопроводной сети через вентиль 1 подается в наэтих условиях предложено большое порный бак 6, в котором благодаря наличию сливного штуцера число полуэмпирических и эмпириlg Wкр поддерживается ее постоянный уровень. Из напорного бака вода lg W lg W ческих формул. Для Re = 104105 и по стеклянной трубке 7 (d = 14х1 мм) поступает в мерный сосуд 8, гладких труб широкое распространаходящийся в приемном сосуде 10.

Рис. 1.1. Зависимость P нение получила формула Блазиуса:

от средней скорости течения: Расход воды через трубку регулируется концевыми иголь = 0,316 / Re0,25, (1.3) I – ламинарный, II – переходный, чатыми вентилями. Для визуального наблюдения структуры потосоответствующая степенному расIII – турбулентный режимы ка в трубке 7 из бачка 4 при помощи капиллярных трубок вводитпределению профиля скорости.

9 ся разведенный краситель. Расход красителя регулируется краном – график зависимости lg P = f(lg wср) и найденные значения 5, и скорость истечения красителя согласуется со скоростью самоReкр.

го потока. Температура воды измеряется термометром 3.

Укажите температуру воды (t), oC и вязкость воды (µ), Па·с.

Порядок выполнения работы Таблица 1.1. Открыть водопроводный вентиль 1 и наполнить напорный бак 6 до уровня сливного штуцера 2.

Объ- Ско- Наблюдаемый Потери Время 2. Открыть концевой вентиль 9, добиваясь минимального Расход Коэфф-т ем рость Re режим давления трения расхода воды, и при помощи крана 5 подать краситель.

V, м3, сек V, м3/с w, м/c потока P (Па) 3. Регулируя подачу красителя, добиться четкого очертания подкрашенной струйки, что соответствует ламинарному режиму.

4. Увеличив затем расход воды, наблюдать разрушение лаКонтрольные вопросы минарного режима и его переход в турбулентный. В каждом из 1. Основные режимы течения жидкости. Характер движения установившихся режимов замеряют расход и температуру воды.

потоков.

Провести 12–15 замеров, причем закончить замеры при развитом 2. Как определить среднюю скорость потока, движущегося турбулентном движении. Расход воды определить объемным меламинарно тодом с помощью мерного сосуда 8 и секундомера.

3. Каково соотношение между средней и максимальной скоростями потока при турбулентном течении Обработка результатов измерений и содержание отчета 4. Что такое критерий Рейнольдса Каков его физический 1. Среднюю скорость движения воды в стеклянной трубке смысл определить по уравнению расхода:

5. Каковы критические значения Re в зависимости от типа, (1.4) V = F w с р трубопровода (труба, змеевик) где V – расход воды, м3/с; F – площадь сечения стеклянной труб- 6. Как изменяется характер движения жидкости:

ки, м2. – при замене воды на глицерин/воздух;

2. Рассчитать по формулам (1.2, 1.3) или найти по графику – при повышении/понижении температуры потока;

– при изменении диаметра трубы.

(см. Приложение, рис. 1.3) коэффициенты трения ; рассчитать 7. Эквивалентный диаметр, его расчет для сечений непрапотери напора P по формуле (1.1).

вильной формы (квадрат, прямоугольник, кольцо).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.