17

Гидравлика – наука о законах движения (гидродинамика) капельных жидкостей и газов и равновесия жидкостей (гидростатика) и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики.

Сущностью процесса псевдоожижения является переход неподвижного слоя твёрдых частиц во взвешенное состояние при определенном режиме пропускания жидкости (упругой или капельной) через него. При достижении некоторой критической величины скорости, когда слой уже перестаёт быть неподвижным, его порозность и высота начинают увеличиваться, слой приобретает текучесть и переходит в «кипящее» (взвешенное) состояние. Твёрдые частицы интенсивно перемешиваются в потоке газа (жидкости) и перемещаются в различных направлениях, весь слой как бы напоминает кипящую жидкость, ограниченную ясно выраженной верхней границей раздела с потоком, прошедшим слой. Аппараты с псевдоожиженным слоем используются для перемещения и смешивания сыпучих материалов, для проведения процессов обжига, теплообмена, сушки, адсорбции, каталитических и других процессов [1, c.106 − 107].

Рис. 1. Неподвижный слой. Рис. 2. Взвешенный слой.

Цель работы:

1. Экспериментально изучить зависимость гидравлического сопротивления слоя (∆p_cл.) от фиктивной скорости газа (ω_о).

2. Определить критические скорости газа: скорость псевдоожижения (ω_пс.) и скорость свободного витания (ω_св.).

3. Определить эквивалентный диаметр частиц монодисперсного слоя (d_э).

1. Основное оборудование и реактивы

а) лабораторная установка (см. рис.1 стр. 2)

б) барометр анероид БАММ-1

Цена деления шкалы: p = 0,1·10³ Па; ∆p = ± 0,05·10³ Па

в) технические весы марки SCL-150

Цена деления шкалы: m = 5·10^-3 г; ∆ m = ± 2,5·10^-3 г = 2,5·10^-6кг

г) термометр (0 − 100ºС):

Цена деления шкалы: t = 1ºС;∆t = ± 0,5ºС

д) дифманометры (водяные):

Цена деления шкалы: p = 1 мм. вод. ст; ∆p = ± 0,5 мм. вод. ст.

е) расходомеры (H₂SO₄ конц.):

Цена деления шкалы: V = 1 л/мин = 16,67∙10^-6 м³/c; ∆V = ± 0,835∙10^-6 м³/c

ж) цилиндры (2 шт.): V = 25 мл;

Цена деления шкалы: V = 0,5∙10³ см³; ∆V = ± 0,25·10^-3 см³=10^-5м³

з) воздуходувка

и) колонка с активированным углем

к) ацетон

Рис.1. Лабораторная установка гидравлики псевдосжиженного слоя

В стеклянной колонке (6), внутренним диаметром 37.0 ± 1.0 мм, на металлической сетке находится монодисперсный слой твёрдых частиц активированного угля цилиндрической формы. Воздух, подаваемый воздуходувкой (1), проходит через два расходомера (5, 5А), соединенных параллельно и подаётся в нижнюю часть колонки. Вентиль (3) служит для выпуска воздуха в атмосферу и для регулировки расхода воздуха, подаваемого в колонку. Падение давления воздуха в колонке измеряют дифманометром (4А). Изменение давления в колонке, фиксируемое по дифманометру (4А), представляет собой суммарное сопротивление сетки и собственно слоя. Но так как сопротивление сетки мало по сравнению с сопротивлением слоя, то падение давления, которое показывает дифманометр (4А), с достаточной степенью точности может быть приравнено к гидравлическому сопротивлению слоя. Температуру, относительное давление воздуха, гидравлическое сопротивление слоя частиц, определяют по показаниям термометра (2), дифманометра (4) и дифманометра (4А), соответственно.

Ход работы

1. Изучили экспериментальную установку.

2. Полностью открыли вентиль 3, связывающий воздуходувку с атмосферой, после этого, закрыли вентили 7 и включили воздуходувку 1; установили начальный расход воздуха в системе 0 л/мин.

3. При данном расходе измерили гидравлическое сопротивление и высоту слоя (h₀), относительное давление и температуру воздуха.

4. Увеличивая расход воздуха на 2 л/мин (до наиболее возможного), сняли все выше перечисленные показатели; при необходимости прикрывали входной вентиль 3 для достижения максимально возможного расхода воздуха.

5. Определили насыпную плотность слоя (ρ_нас); для этого взвесили определенное количество активированного угля, поместили в мерный цилиндр и измерили объем слоя (V_сл). Определили плотность частиц (ρ_част). Для этого строго определенное количество ацетона залили в мерный цилиндр с частицами угля, а после полного заполнения пустот ацетоном, измерили суммарный объем (V_∑) и объем вытесненной жидкости.

6. Полученные в ходе работы результаты, справочные и рассчитанные величины были сведены в таблицы 1 и 2. На основании полученных данных были построены графические зависимости вида h = lg(ω_о); lg(∆p_сл) = lg(ω_о), анализируя которые определили скорость воздуха, необходимую для начала образования взвешенного слоя частиц активированного угля (ω_пс).

7. Рассчитали эквивалентный диаметр частиц слоя (d_э) и скорость свободного витания (ω_св) через критическое значение критериев Лященко (Ly_кр) и Архимеда (Ar_кр.).

8. Провели статистическую обработку результатов: рассчитали систематическую погрешность измерений.

9. Выводы.

10. Список литературы.