- •Лабораторная работа № 1 Определение напряжений в тонкостенных цилиндрических оболочках, работающих под действием внутреннего давления
- •1 Цель работы
- •2 Содержание работы
- •3 Описание лабораторной установки и методика проведения эксперимента
- •4 Обработка результатов
- •4.1 Теоретическое определение напряжений
- •4.2 Экспериментальное определение напряжений
- •Определение процента ошибки
- •6 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 Определение напряжений в плоских крышках и днищах под внутренним избыточным давлением
- •1 Цель работы
- •2 Содержание работы
- •3 Описание лабораторной установки и методика проведения эксперимента
- •4 Обработка результатов
- •4.1. Теоретическое определение напряжений
- •4.2. Экспериментальное определение напряжений
- •4.3 Определение процента ошибки
- •6 Перечень контрольных вопросов
- •Лабораторная работа № 3 Гидравлическое испытание технологических трубопроводов, трубопроводной арматуры и соединительных деталей
- •2 Содержание работы
- •3 Описание лабораторной установки и методика проведения эксперимента
- •4 Обработка результатов
- •5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Исследование энергетических затрат при работе изотермического реактора с мешалкой
- •1 Цель работы
- •2 Содержание работы
- •3 Описание лабораторной установки и методика проведения эксперимента
- •4 Обработка результатов
- •5 Контрольные вопросы
- •400131, Г. Волгоград, пр. Ленина, 28
- •400131, Г. Волгоград, ул. Советская, 35
5 Контрольные вопросы
1) Дать определение технологического трубопровода.
-
Какие характеристические условия влияют на выбор материала трубопровода и его конструкцию?
-
Какие конструктивные и технологические параметры сосудов и аппаратов подлежит расчету и испытанию?
-
Привести подробную методику порядка гидроиспытания.
-
В чем заключается методика расчета на прочность, плотность и герметичность технологических трубопроводов?
-
Классификация трубопроводов по различным критериям.
-
Какими условиями определяется время испытания?
Лабораторная работа № 4 Исследование энергетических затрат при работе изотермического реактора с мешалкой
Большинство процессов химического превращения различных веществ в химической технологии осуществляются в специальных аппаратах – химических реакторах. Реактор является главным аппаратом технологической установки. Оборудование, установленное до химического реактора и после него, служит лишь для подготовки исходного сырья или выделения (обработки) готового продукта.
1 Цель работы
Изучение конструкции и принципа работы изотермического реактора периодического действия с мешалкой, опытное и теоретическое определение мощности, затрачиваемой на перемешивание.
2 Содержание работы
Во всех реакторах имеют место определенные физические процессы (гидродинамческие, тепловые и диффузионные), с помощью которых создаются оптимальные условия проведения химических процессов.
Для осуществления физических этапов процесса химические реакторы имеют в своей структуре простые аппараты или элементы аппаратов: мешалки; теплообменники; контактные устройства (тарелки, насадки и т.д.). Таким образом, химический реактор можно рассматривать как комплексный аппарат, состоящий из определенных сочетаний простых аппаратов или элементов аппаратов.
Наиболее часто химические реакторы классифицируют по следующим критериям: непрерывность работы; тепловой режим и режим движения реакционной среды; фазовое состояние реагентов; конструктивные особенности.
По принципу организации различают: реакторы периодического действия; непрерывного действия; полупериодического действия.
По режиму движения реакционной среды:
-
реакторы идеального (полного) смешения (рис. 1);
-
реакторы идеального (полного) вытеснения (рис. 2);
-
промежуточного типа - реальные.
Рис. 2.1 – Схема реактора Рис. 2.2 – Схема реактора
идеального смешения идеального вытеснения
Аппарат идеального смешения – это аппарат с мешалкой, через который непрерывно проходит поток. Мощность мешалки такова, что поступающая жидкость мгновенно равномерно перемешивается со всей массой, уже находящейся в аппарате.
Аппарат идеального вытеснения характеризуется тем, что поток в нем движется равномерно. Все частицы жидкости имеют одинаковую скорость и, следовательно, одинаковое время пребывания. Фронт потока движется, как твердый поршень. Поэтому аппараты идеального вытеснения называют еще аппаратами с поршневым течением.
По тепловому режиму:
1) изотермические реакторы – работают при постоянной температуре реакционной массы, которая поддерживается за счет подвода или отвода тепла из зоны реакции. Внешние конструктивные признаки такого аппарата – наличие устройств для подвода или отвода тепла (теплообменники, рубашки, змеевики и т.д.);
2) адиабатические реакторы – без отвода тепла из зоны реакции. Внешние конструктивные признаки – наличие изоляции;
3) политропические – промежуточного типа.
По фазовому состоянию реагентов: гомогенные (если реакция проводится в одной фазе); гетерогенные (если вещества в реакторе находятся в различных агрегатных состояниях).
По конструктивным признакам: типа реакционной камеры; колонны; теплообменники; печи.
В настоящей работе изучается химический реактор периодического действия полного перемешивания с якорной мешалкой, изотермический с теплообменом через рубашку, гомогенный – типа автоклава.
а) б) в) г)
Рис. 2.3. Схемы конструкций мешалок:
а) – турбинной, б) – пропеллерной, в) – якорной, г) – лопастной.
Затраты энергии при работе такого реактора складываются из:
-
затрат энергии на перемешивание реагентов;
-
энергетических затрат на изменение температуры реагентов, то есть на их нагрев или, иногда, охлаждение.
Перемешивание и гомогенизация реагентов являются необходимым условием для обеспечения высокой производительности реактора. Приспособления для перемешивания имеют разнообразные конструктивные формы в зависимости от агрегатного состояния реагентов. Для жидких реагирующих сред наиболее распространено механическое перемешивание с помощью мешалок различного типа. Схемы некоторых мешалок (лопастной, турбинной, якорной и др.) представлены на рис. 2.
Наиболее просты по устройству и дешевы в изготовлении лопастные мешалки. К этому типу мешалок, кроме собственно лопастных, относятся также мешалки якорные, рамные и листовые.
Якорные мешалки используются для перемешивания невысоковязких жидкостей (μ≤10-2 Н·с/м2) в аппаратах, обогреваемых с помощью рубашек или змеевиков, в тех случаях, когда возможно выпадение осадка или загрязнение теплопередающей поверхности. Они имеют форму, соответствующую форме внутренней поверхности аппарата, и диаметр, близкий к внутреннему диаметру аппарата. При вращении такие мешалки очищают стенки и дно аппарата от налипающих загрязнений.
Мощность перемешивающих устройств рассчитывается с помощью теории подобия. При этом в связи со сложностью явления возможно получение различных соотношений между величинами, определяющими протекание процесса в натуре и модели, в зависимости от того, по какому из параметров процесса происходит моделирование. Наиболее подробно изучено моделирование по величине потребляемой мощности. В этом случае в качестве основного параметра, по которому моделируется процесс перемешивания, выбирают критерий мощности КN , который представляет из себя модифицированный критерий Эйлера:
(2.1)
Если учесть, что для мешалки:
, , (2.2)
получим:
(2.3)
где N – мощность, затрачиваемая на перемешивание, [Вт]; ρ – плотность перемешиваемой жидкости, [кг/м3]; n – скорость вращения мешалки, [об/сек]; d – диаметр мешалки, [м].
Критерий мощности в общем случае может быть определен как:
(2.4)
где - модифицированный критерий Рейнольдса; - модифицированный критерий Фруда; Г1, Г2…- симплексы геометрического подобия.
Если в аппарате имеются отражательные перегородки, что позволяет избежать образования воронки при перемешивании, влиянием критерия Фруда на коэффициент мощности можно пренебречь. В этом случае для геометрически подобных аппаратов и мешалок затрачиваемая на перемешивание мощность определяется лишь величиной критерия Рейнольдса. График зависимости кN = f(Re) для якорной мешалки приведен на рисунке 4.
Рис. 2.4. График зависимости кN = f(ReM) для якорной мешалки