2. Методика проведення випробувань

Опис сушильної установки представлений в лаб. роб. № 16.

1. Встановити термометри (сухий і мокрий) в робочі точки до і після калорифера (рис.1, позиція 9).

2. Провести ревізію дифманометра 7, для визначення швидкості повітря в трубопроводі. 3. Включити калорифер 10 і вийти на робочий режим.4. Зняти покази приладів, згідно протоколу випробувань.

3. Обробка дослідних даних

За показами сухого t_с і мокрого t_м термометрів визначаємо параметри повітря до і після калорифера по I-х-діаграмі (додаток в лаб. роботі № 16, рис. 5. )

1. Визначення відносної вологості повітря (додаток № 2. ).

2. Визначення вологовмісту пароповітряної суміші x (в кг пари/кг сухого повітря):

Розрахункові дані порівняти з даними, визначеними за діаграмою I-х.

3. Визначення ентальпії вологого повітря/ (в кДж/кг сухого повітря):

I=(c_B + c_nx)t+ή₀x=(1,01 +1,97)t+2493x,

де C_б=l,0l кДж / (кг °К) - середня питома теплоємність сухого повітря при постійному тиску;

С_n = 1,97 кДж / (кг °K) - середня питома теплоємність водяної пари;

t- температура повітря за сухим термометром °С;

n = 2493 кДж / кг - питома теплота пароутворення (конденсації) води при 0 °С;

4. Визначення густини вологого повітря ρ_вл.в. (в кг/м³) при тиску Р_б і температурі Т, вираженій в °К :

P_в- густина сухого повітря, кг/ м³ ;

Р_б- загальний барометричний тиск. Па;

P_о- нормальний тиск (0,1013 МПа, або 1 атм).

Звідси

5. Визначення питомого об'єму вологого повітря (що приходиться на 1 кг сухого повітря) v_уd (в кг/кг)

де R₀ - газова постійна для повітря, рівна 8314 Дж/кг°К;

φ P_нас=P_n - парціальний тиск водяної пари, Па.

6. Визначення потенціалу сушки

Контрольні питання

1. Що таке абсолютна вологість?

2. Що таке відносна вологість?

3. Формула для розрахунку відносної вологості.

4. Питома вологість повітря.

5. Формула для розрахунку питомої вологості.

6. Ентальпія.

7. Температура точки роси.

8. Потенціал сушки.

9. І - х діаграма вологого повітря (діаграма Рамзіна)

10. Психрометри.

Лабораторна робота № 18

ЕКСТРАГУВАННЯ.ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ МАСОПЕРЕНОСУ ПРОЦЕСУ ЕКСТРАКЦІЇ

1. Загальні положення

Екстрагування це процес розділення суміші рідких або твердих речовин за допомогою вибіркових (селективних) розчинників (екстрагентів).

Процес екстрагування включає 3 послідовні стадії: змішування початкової суміші речовин з екстрагентом; механічного розділення (розшарування) двох фаз, що утворюються; видалення екстрагента з обох фаз і його регенерацію з метою повторного використовування. Після механічного розділення одержують розчин речовини в екстрагенті (екстракт) і залишок початкового розчину (рафінат) або твердої речовини.

Перевагами екстрагування є низькі робочі температури, рентабельність витягання речовин з розбавлених розчинів, можливість розділення сумішей, що складаються з близькокиплячих компонентів, і азеотропних сумішей, можливість поєднання з ін. технологічними процесами (ректифікацією, кристалізацією), простота апаратури і доступність її автоматизації. Недоліком екстрагування у ряді випадків є труднощі повного видалення екстрагенту з речовин, що екстрагуються.

Екстрагування підкоряється законам дифузії і рівноважного розподілу. В результаті однократної екстракції можливий порівняно невеликий ступінь витягання речовини з початкового розчину, тому вдаються до багатократного повторення актів змішування і подальшого розшарування взаємодіючих фаз при їх зустрічному русі (рис.1). Якщо в початковому розчині концентрація речовини В зменшується від x₁ до x₂, то його концентрація у фазі екстракту зростає від y₀ до y₁. З рівняння матеріального балансу екстрагування

Dy₁=W (x₁ - x₂)

де D і W — відповідно витрати чистого екстрагенту і чистого розчинника, кг/г.

Звідси

D=W (x₁ - x₂)/y₁

Дане рівняння описує пряму (рис. 1а), що проходить через точки з координатами (x₂, 0) і (x₁, y₁). В приведених виразах x₁ і y₁ — концентрації щодо чистого розчинника А і чистого екстрагенту С. Очевидно, що за інших рівних умов витрата екстрагента росте у міру зменшення концентрації (x₂) речовини В в рафінаті і зменшення його концентрації (y₁) в екстракті.

Кінетика ектрагування описується загальним рівнянням масообміну:

M=KΔcFτ

де М — кількість екстрагованої речовини; К — коефіцієнт масопередачі; ∆с - різниця концентрацій речовини, що екстрагується, в обох фазах; F — величина міжфазної поверхні; τ—час.

а - діаграма рівноваги для взаємно нерозчинних систем;

б - схема однократної екстракції при стрічному русі потоків; в- трикутна діаграма для частково розчинних систем.

Рисунок 1 - Кінетика процесу екстракції

Значне розповсюдження отримали екстрактори ситчасті і з механічним перемішуванням. В ситчастих (рис.2,а) ступені розмежовані перфорованими горизонтальними тарілками і сполучаються між собою переливними трубками. Одна з контактуючих рідин, проходячи через отвори тарілок, диспергується, створюється велика поверхня контакту із зустрічною рідиною, що протікає переливними трубками у вигляді суцільної фази. Екстрактори з механічним перемішуванням діляться на роторно-дискові (рис. 2 б) і з чергуючими насадочними секціями (рис.2, в) змішувачів і відстійних. Розпилювальні екстрактори (рис.2,г) забезпечені соплами, інжекторами для диспергування взаємодіючих рідин. Такі апарати відрізняються простотою і високою продуктивністю, але порівняно невисокою ефективністю. Дещо більш ефективні, але менш продуктивні насадкові екстрактори (рис.2,д), наповнені кільцями Рашига, кільцями Паля і ін.

Екстракція з твердих речовин зображається діаграмою фазової рівноваги, показаною на рис. 1, а. В цьому випадку залежно від конструкції апарату екстрагент, що використовується, проходить або через шар нерухомої твердої фази, або перемішується з нею, або рухається в протитечії до твердої фази, переміщуваної різними транспортними пристроями. Застосовується, напр., безперервний протиточний екстрактор (рис.3), де тверда фаза переміщається перфорованими шнеками уздовж U-подібного циліндрового корпусу назустріч екстрагенту.

а-ситчастий; б-роторно-дисковий; в- насадочно-секційний (змішуючі і відстійні); г- розпилювальний; д-насадковий.

1- колона; 2 і 6 – розпилювачі; 3-ситчаста тарілка; 4-переливні трубки; 5 і 12 – насадки; 7 і 10 – вали; 8- плоский ротор; 9- кільцеві перегородки; 11- мішалки.

Рисунок 2 - Типи екстракторів

1-корпус; 2- шнеки; 3 –патрубок для введення твердої фази; 4- патрубок для видалення твердої фази; 5 – вхід екстрагенту; 6 –виход екстрагенту; 7 – проціжувач.

Рисунок 3 - Безперервний протиточний екстрактор

Для аналізу і розрахунку процесу екстрагування необхідно знати чисельні значення коефіцієнтів Д і β .

Значення коефіцієнта масовіддачі β визначається властивостями речовини, що вилучається і екстрагуючої рідини, а також гідродинамічними умовами обтікання часток. Визначальним критерієм гідродинамічної подібності потоків рідини буде число Рейнольда

де u — середня швидкість екстрагуючої рідини, м/с;

v—коэффициент кінематичної в'язкості, м/с;

де: П—змоченний периметр, м;

F/П=R—гідравлічний радіус, м.

Для здійснення модельний досліду, подібниго натуральному, ми повинні дотримати умову Re=idem, тобто для обох процесів числове значення критерію Re в подібних перетинах повинне бути однаковим.

Еквівалентний діаметр пор міжстружкового простору розраховуватимемо з урахуванням хаотичного розташування часток.

Дифузійний апарат завантажують частинками цілим потоком. Так, апарат середньої продуктивності кожну секунду одержує більше 17 кг стружки. Тому цілком обґрунтованим вважатимемо рівновірогідним будь-яке положення часток в апараті. Внесемо спрощення в цю схему. Воно полягає в тому, що ми рахуватимемо всі стружки розташовані уподовж осі апарату: 1/3 — навзнаки і 2/3 — на ребро. Введемо позначення a₁= R₂/R₁ і a₂=R₃/R₁. Тоді R₂=a₁R₁ і R₃=a₂R₁

Позначивши питоме навантаження апарату (маса стружки на одиницю корисного об'єму) через q, можемо розрахувати загальне число часток в апараті:

N=Vq/8a₁a₂ρ₁R

де V— об'єм апарату, м³;

ρ₁ — густина буряка, кг/м³;

8a₁a₂с₁R₁q—об'єм одну стружинки, м³.

Для визначення d_экв треба розрахувати змочений периметр. Для цього необхідно знайти число часток п, що потрапляє в поперечний перетин апарату. Шар часток, що потрапили в перетин умовно займатиме будь-яку частину h загальної довжини (висоти) апарату Н:

h = 1/3 (2R₁ + 2R₂ + 2R₃) = (2/3) R₁ (I+a₁ +a₂).

тоді

n=Nh/H

n=Wq/8a₁a₂с₁R₁^3.h/H= Ω q(1+a₁+a₂)/ 12a₁a₂ρ₁R₁³.

Ω - площа поперечного перетину апарату м²

Н - висота апарату (активна), м; Н =V/ Ω

Змочений периметр в перетині буде рівний

П=П_стр+П_ап.

П_ап=πd_ап.

де d_ап – діаметр апарату, м.

Стружинки, орієнтовані паралельно осі апарату своєю довжиною, в перетині дадуть змочений периметр П_стр1

П_стр1 = n/3 (2^.2R₂+ 2^.2R₃) = 4/3 nR₁ (a₁+ а₂)

При іншому розташуванні часток в площині перетину вони відповідно дають П_стр2 =4/3nR₁ (1+ a₁).

П_стр3 =4/3nR₁ (1+ a₂).

Отже

П_стр= П_стр1+ П_стр2+ П_стр3=8/3nR₁(1+a₁+a₂)

Загальний змочений периметр 8

П =8/3nR₁(1+a₁+a₂)+πd_ап

Живий перетин апарату

П=П(1-q/g1)=рd2

аП/4(1-q/g1)

тоді

dэкв=4ω/П=рd₂d_п(1- q/g₁)/ (8/3nR₁(1+a₁+a₂)+рd_ап)= dап(1-q/g₁)/ (1/18) q/g₁ (1+a₁+a₂)2+d_ап/a₁a₂R₁+1