Опис схеми установки

Лабораторна установка (рис. 12.2) складається з випарного апарата 1, конденсатора 8, вакуумного насоса та контрольно-вимірювальних приладів: трьох термометрів 5, вакуумметра 12 і мірної колби 10.

Рис. 12.2. Схема лабораторної випарної установки

За допомогою підігрівача, який складається з електроплитки 3 і гліцеринової бані 2, водний розчин 15 у випарному апараті (круглодонній колбі) 1 спочатку підігрівається, а потім випарюється під розрідженням, яке створюється вакуум-насосом. Утворена пара через насадку Вюрца 4 надходить в холодильник Лібіха 8, де конденсується. Конденсат 16 через алонж 9 збирається в мірній колбі 10.

Розрідження у випарному апараті 1 контролюється вакуумметром 12 і регулюється триходовим краном 13 на буферній ємкості 11, а також затискачем 7 на капілярі 6.

Методика проведення роботи

1. Випарний апарат 1 на 1/2 заповнюємо водним розчином, записавши його об’єм, початкову концентрацію та температуру у таблицю.

2. Підключаємо випарну установку до вакуумного насоса, встановлюємо і фіксуємо стале розрідження за допомогою вакуумметра 12.

3. Вмикаємо електроплитку 3 і фіксуємо час вмикання. Коли з’являться перші краплини конденсату в збірнику 10, фіксуємо час появи цих краплин, температури кипіння розчину і вторинної пари, температуру нагрівного агента в гліцериновій бані 2. Поява конденсату означає початок кипіння рідини в апараті.

4. При появі конденсату в збірнику 10 подаємо охолоджувальну воду в конденсатор 8.

5. Після випарювання близько 2/5 частини рідини фіксуємо кінцеві температури розчину і вторинної пари, об’єм конденсату. Після чого експеримент закінчуємо. Вимикаємо електроплитку і знімаємо розрідження в установці. Після цього відбираємо пробу розчину з випарного апарата.

Дослідні та розрахункові дані записуємо у таблицю.

Опрацювання результатів роботи

1. З балансу сухої речовини у випарному апараті (12.11)знаходимо масу випареної води. Порівнюємо розрахункове і експериментальне значення W, пояснюємо різницю.

2. З теплового балансу для періоду підігрівання розчину й апарата (12.13) знаходимо відповідні витрати теплоти Q'_н і Q″_н.

Теплоємність цукрового розчину в інтервалі температур t = 20 ÷ 80 °С і концентрацій х = 10 ÷ 75 % обчислюють за формулою:

.

Теплоємність матеріалу (скла) апарата прийняти с_ап = 0,65 кДж/(кг · К).

3. Кількість теплоти на випарювання знаходимо з рівняння (12.14).

4. Втрати теплоти в навколишнє середовище знаходимо за рівнянням (13.16).

Площа зовнішньої поверхні випарного апарата (круглодонної колби) дорівнює , деd – діаметр колби, м²; 1,5 – коефіцієнт, що враховує додатково ще 50 % зовнішньої поверхні апарата крім колби.

5. Сумарну кількість теплоти на процес випарювання знаходимо за рівнянням (12.15).

6. Кількість нагрівної пари D з температурою нагрівного агента t_Н знаходимо за рівнянням (12.18).

7. Розраховуємо фізико-хімічні депресії початкового й упареного розчинів при розрідженні в апараті за формулою І. О. Тищенка (12.4) і довідниковими даними, а також за результатами експерименту за рівнянням (13.3). Порівнюємо розрахункові та експериментальні значення Δ_ф-х, пояснюємо наявність різниці.

8. Знаходимо загальні Δt_заг та корисні Δt_к різниці температур на початку і в кінці експерименту відповідно за рівняннями (12.1) і (12.2).

Величина	Позначення й одиниця виміру	Числове значення за даними
		дослідними	розрахунковими
Початкова маса розчину	Sп, кг
Початкова температура розчину	tп, °С
Початкова концентрація розчину	хп, мас.%
Розрідження в апараті	рвак, кПа
Абсолютний тиск в апараті	рабс, вПа
Початкова температура кипіння розчину	t'кип, °С
Температура вторинної пари	tв.п, °С
Середня температура нагрівного агента	tН, °С
Тривалість підігрівання розчину	τн, с
Тривалість кипіння (випарювання) розчину	τкип, с
Маса випарного апарата	Мап, кг
Діаметр випарного апарата	d, м
Площа зовнішньої поверхні випарного апарата	Fзовн, м^2
Температура зовнішньої стінки апарата	tст, °С
Температура повітря в приміщенні	tпов, °С
Коефіцієнт тепловіддачі від стінки апарата до повітря	α, Вт/(м^2 · К)
Втрати тепла в навколишнє середовище	Qвтр, Дж
Питома теплоємність початкового розчину	сп, Дж/(кг · К)
Питома теплоємність упареного розчину	ск, Дж/(кг · К)
Питома теплоємність матеріалу (скла) апарата	сап, Дж/(кг · К)
Витрата теплоти на нагрівання розчину до температури кипіння	Q'н, Дж
Витрата теплоти на нагрівання апарата до температури кипіння розчину	Q″н, Дж
Витрата теплоти на нагрівання розчину й апарата до температури кипіння	Qн, Дж
Маса конденсату за час досліду	W, кг
Кінцева температура кипіння розчину	t″кип, °С
Кінцева концентрація упареного розчину	хк, мас.%
Маса упареного розчину	Sк, кг
Питома ентальпія вторинної пари	і, Дж/кг
Витрата теплоти на випарювання	Qв, Дж
Загальне теплове навантаження на випарну установку	Q, Дж
Витрата нагрівної пари температурою tН на процес випарювання	D, кг
Питома теплота конденсації нагрівної пари температурою tН	r, Дж/кг
Фізико-хімічна депресія: на початку процесу наприкінці процесу	Δt'ф-х, °С Δt″ф-х, °С
Загальна різниця температур: на початку процесу наприкінці процесу	Δt'заг, °С Δt″заг, °С
Корисна різниця температур: на початку процесу наприкінці процесу	Δt'к, °С Δt″к, °С