Визначення гідростатичного тиску

Теплоізоляційні матеріали  повинні мати наступні властивості: низьку теплопровідність; малу щільність; низьку гігроскопічність; високу теплостійкість; високу міцність; низьку повітро- і паропроникність; високу біостійкість; вони повинні бути несприйнятливі до сторонніх заходів, не мати власного запаху й не сприяти корозії.

Теплоізоляційні матеріали  розділяються по теплопровідності на чотири класи:

А - l<0,08 Вт/м.К; Б - l= 0,08 - 0,116 Вт/м.К;

В - l= 0,117 - 0,17 Вт/м.К; Г - l= 0,18 - 0,21 Вт/м.К.

 

До ізоляції, крім чисто  технічних, пред'являються й економічні вимоги. Найбільш об'єктивним критерієм  для економічної оцінки ефективності ізоляції є річний економічний ефект.

Вибір ізоляції повинен  здійснюватися на основі теплотехнічних і економічних розрахунків, що дозволить одержати максимальний ефект від її застосування.

 

2. Основи методики  визначення ефективності ізоляції

 

 Для визначення  ефективності ізоляції необхідно  визначити:

- температуру на поверхні  нагрівального елемента - t_не, ⁰С;

- температуру на поверхні  шару ізоляції – t_із, ⁰С;

- потужність, що підводиться  - Q, Вт.

 Температури t_не й t_із вимірюють термопарами. Потужність, що підводиться, визначають по напрузі U і відомому значенню опору R.

, Вт      (1)

Після установки кожного  шару ізоляції регулюють потужність, так щоб температура на поверхні нагрівального елемента залишалася постійної.

 

3. Опис експериментального  стенда

Експериментальний стенд (рис. 2) складається з нагрівального елемента (1). Для подачі електроенергії до нагрівального елемента використовують джерело постійного струму (5). Виміри температури проводять термопарами, підключеними через перемикач (4) до цифрового вимірника температури (6). Як ізоляцію використовують матеріал з низьким значенням коефіцієнта теплопровідності (поролон).

 

Рис. 2.

 

3. Таблиця вимірів

№ досліду	t, 0C			U, В
	tне	tіз	d, м

 

Геометричні розміри нагрівального елемента та ізоляції вимірюють безпосередньо на стенді.

 

4. Обробка результатів вимірів

Визначають площу нагрівального елемента, м²

     (2)

Визначають теплову  потужність, що підводиться, Вт

       (3)

де R - опір нагрівального  елемента, R= 120 Ом.

Для кожного досліду  визначають зниження теплових втрат за рахунок використання ізоляції, Вт

     (4)

де Q - кількість енергії, що підводиться до неізольованого нагрівального елемента, Вт;

Q_із - кількість енергії що підводиться до ізольованого нагрівального елемента, Вт;

Визначають капітальні витрати на ізоляцію, гр.

     (5)

де  - вартість ізоляції, гр. Поролон - 1 м³ - 140 гр.

Визначають економію від використання ізоляції, гр.

   (6)

де Т - тривалість робочого часу в році, діб;

Z_Т =16 грн. - вартість одного ГДж теплоти

Визначають річний економічний  ефект від використання ізоляції, грн.

     (7)

Будують графіки залежностей

 

5. Контрольні запитання

 

1. Типи теплової ізоляції.
2. Властивості теплової ізоляції.
3. Розрахунок товщини ізоляції.

 

 

РОЗДІЛ «МАСООБМІННІ ПРОЦЕСИ»

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

«ВИПРОБУВАННЯ КОНВЕКТИВНОЇ СУШИЛЬНОЇ УСТАНОВКИ»

Ціль роботи - побудувати криві сушіння й швидкості  сушіння.

Рис. 1. Схема експериментальної  установки.

1. Опис установки.

Схема лабораторної конвективної сушарки, що працює по нормальному варіанту, показана на рис. 1. Установка складається з вентилятора 1, шибера 2, калорифера 3, термометрів опорів 4 і 6, сушильної камери 8, горизонтальної касети 9 і ваг 10.

2. Методика проведення роботи

1. Включити стенд і запустити вентилятор. Шибером 2 установити необхідну витрату повітря.
2. Включити всі калорифери.
3. Прогріти сушарку на холостому ходу без продукту до температури t₁= 80...100 °С.
4. Швидко завантажити у касету сире зерно, хліб або овочі, нарізані скибочками. Визначити масу продукту.
5. Через 1-2 хв. роботи сушарки почати реєструвати масу продукту. Масу продукту реєструвати за показниками ваг через 3 хв.
6. У процесі роботи роблять 6-10 вимірів маси.
7. Виключити калорифер, вентилятор і стенд.

Результати експерименту занести в таблицю.

2. Таблиця вимірів

п/п	t, хв.	Маса продукту Gпр, кг	wпр, %	Dw, %	, %/хв

 

Приймаючи початкову  вологість продукту по таблиці (додаток 2), розрахувати поточну вологість продукту по рівнянню:

    (1)

де w_n - вологість продукту через 3 хв. сушіння, %; G_n-1 – попереднє значення маси продукту, кг; G_n - маса продукту через 3 хв. сушіння, кг; w_n-1 - попереднє значення вологості (для початку розрахунку приймають по табл. 2), %.

Визначають різницю між кожними двома наступними вологостями продукту Dw. Поточну швидкість сушіння розраховують по рівнянню:

 , %/хв.       (2)

Побудувати криву сушіння (рис. 2, а) і криву швидкості сушіння (рис. 2, б).

Рис. 2. Крива сушіння та швидкості сушіння

За результатами лабораторної роботи необхідно зробити висновки й занести до протоколу.

5. Контрольні питання

 

1. Що є рушійною силою процесу сушіння?
2. Перелічити форми зв'язку вологи з матеріалом.
3. Перелічити параметри вологого повітря.
4. Які існують способи (види) сушіння харчових продуктів?
5. Перелічити варіанти сушильного процесу.
6. Побудувати матеріальний баланс процесу сушіння.
7. Побудувати тепловий баланс процесу сушіння.
8. У чому відмінність процесу сушіння в теоретичній сушарці від дійсного?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

 

ВИВЧЕННЯ ПРОЦЕСУ ЕКСТРАКЦІЇ В СИСТЕМІ «ТВЕРДЕ ТІЛО - РІДИНА»

 

Ціль роботи: визначення коефіцієнта масопередачі; побудова графіків залежності коефіцієнта масопередачі від витрати екстрагента і його температури

 

1. Основні теоретичні  положення

Екстракцією називають процес добування окремих компонентів з рідких сумішей або із твердих тіл за допомогою рідкого розчинника (екстрагента).

Процес екстракції аналогічний  процесу розчинення й відрізняється  від нього тим, що речовини, що розчиняються, повністю переходять у розчин, а при екстракції в розчин переходить тільки частина речовин. При розчиненні розчиняються речовини, що, переходять у розчин (екстракт) по всій площі поверхні контакту рідкої й твердої фаз.

При екстракції компоненти, що розчиняються, повинні бути переміщені із глибини твердого тіла в процесі масопровідності (дифузії) до поверхні контакту фаз (твердої і рідкої) і тільки потім переходять у розчин. Тому на швидкість процесу екстракції впливають масопровідність і масовіддача. Сумарний процес переходу компонентів, що екстрагуються, із твердого тіла в екстрагент називається масопередачею і описується основним рівнянням масопередачі:

 ,      (1)

де М - маса речовини, що переходить із однієї фази в іншу, кг;

F - площа поверхні контакту фаз, м²;

DС - різниця концентрацій речовини у твердій фазі й рідкій фазі, кг/м³;

t - час процесу екстракції, с;

К - коефіцієнт масопередачі, м/с.

Коефіцієнт масопередачі - це маса речовини, що переходить із однієї фази в іншу за одиницю часу (1 с) через одиницю площі поверхні контакту фаз (1м²) при різниці концентрацій речовини у твердій і рідкій фазах рівній одиниці (1 кг/м³).

У масообмінних процесах взагалі й при екстрагуванні зокрема, величину DС називають рушійною силою процесу.

2. Опис установки

 

Лабораторна установка для вивчення процесу екстракції в системі «тверде тіло - рідина» складається з термостата 1, у якому нагрівають екстрагент. Термостат включається за допомогою кнопки 5, при цьому загоряється контрольна лампа 4. Температуру екстрагента контролюють за допомогою термометра 2. Нагрітий до заданої температури екстрагент по трубці подають в екстрактор 7 з матеріалом 8. При цьому витрати екстрагента регулюють за допомогою коркового крана 6. Екстракт після насичення в екстракторі компонентом, що екстрагується, збирають у збірнику 9.

Рис.1. Схема установки

 

3. Таблиця вимірів

Площа поверхні F, м2	Початкова концентрація. речовини в сировині Спс, кг/м3	Кінцева концентрація. речовини в сировині Скс, кг/м3	Початкова концентрація. речовини в екстрагенті Спе, кг/м3	Кінцева концентрація. речовини в екстрагенті Ске, кг/м3	Маса екстрагованої речовини М, кг	Час процесу, t, с	Об’єм екстракту Vе, м3	Витрата екстрагента Vе/t, м3/с

4. Обробка результатів  вимірів

 

Відповідно до рівняння масопередачі (1) за отриманими результатами розраховують коефіцієнти масопередачі при різних витратах екстрагента

     (2)

Середню різницю концентрацій визначають по рівнянню

    (3)

Масу екстрагованої речовини, розраховують так:

 - за допомогою рефрактометра визначають процентну концентрацію екстрагованої речовини в екстракті, С %;

 - мірною ємністю визначають обсяг отриманого екстракту (м³) Vе;

 - перераховують процентну концентрацію в концентрацію об'ємну, (кг/м³)

 (кг/м³)      (4)

 - маса екстрагованої речовини , м

      (5)

За отриманим даними будують графік залежності К від об'ємної витрати екстрагента.

 

5. Контрольні запитання

 

1. Визначення процесу екстракції.
2. Рушійна сила процесу екстракції.
3. Визначення коефіцієнту масопередачі.
4. Від чого залежить швидкість екстракції.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

 

«ВИПРОБУВАННЯ НАСАДОЧНОЇ РЕКТИФІКАЦІЙНОЇ КОЛОНИ»

 

Ціль роботи: визначити робоче флегмовое число, мінімальне флегмовое число й коефіцієнт надлишку флегми.

Основні теоретичні положення 

Ректифікацією називають  процес багаторазового випарювання  й конденсації вхідних у рідку  суміш компонентів.

Пара, що виходить із ректифікаційної колони надходить у дефлегматор (теплообмінник, охолоджуваний водою) де частково конденсується. Отримана рідина вертається у вигляді флегми назад у колону для зрошення. Неконденсовані пари надходять у конденсатор-холодильник, у якому спочатку проводиться їхня конденсація, а потім охолодження одержуваного дистиляту до заданої температури.

Пара в ректифікаційній  колоні безупинно рухається знизу  нагору, а рідина (флегма) стікає зверху вниз. Парова й рідка фази взаємодіють  на контактних пристроях колони (тарілках, насадці) у такий спосіб. Пари висококиплячого компонента суміші частково конденсуються, тепло, що виділяється при їхній конденсації, витрачається на випаровування частини легкокиплячого компонента зі стікаючої долілиць флегми. Цей процес у колоні повторюється багаторазово в міру того, як пари піднімаються нагору по колоні. У результаті пар збагачується легколетучим компонентом, а в рідині збільшується зміст висококиплячого компонента. Температура по висоті колони зменшується від нижньої частини до верхньої. Пари, що виходять із верхньої частини колони, збагачені легколетучим компонентом, а кубова рідина в нижній частині колони - висококиплячим.