Визначення гідростатичного тиску

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

 

ВИПРОБУВАННЯ РАМНОГО  ФІЛЬТР-ПРЕСА

 

Ціль роботи - ознайомитися із будовою фільтрпреса; визначити константи рівняння фільтрування.

1. Теоретичні відомості

Фільтруванням називають  процес розділення рідких і газових  неоднорідних систем із твердою дисперсною фазою, заснований на затримці твердих  частинок пористими перегородками, які пропускають дисперсійне середовище. Рушійна сила процесу фільтрування – різниця тисків над перегородкою й під нею.

Узагальнене рівняння фільтрування має вигляд:

,     (1)

де F - площа фільтрування, м²;

V, t - відповідно об’єм фільтрату (м³) і час (с), за який він був отриманий;

V₁ – об’єм фільтрату, необхідний для одержання шару осаду, опір якого дорівнює опору фільтрувальної перегородки, м³;

t₁ – час, за який отримано об’єм фільтрату V₁, c;

К – константа фільтрування , що сумарно враховує фізичні властивості рідини, осаду, рушійну силу процесу.

Константи V₁, t₁, К, що входять у рівняння (1), визначають дослідним шляхом.

2. Опис установки

Установка (рис. 1) складається з рамного фільтрпреса 1, напірного бака 2, ємності 3 для підготовки суспензії й компресора 4.

Рис.1. Схема установки

 

3. Таблиця вимірів

№ досліду	Експериментальні дані		Розрахункові дані
	Dt, с	DG, кг	, м3	, м3/м2

4. Обробка результатів вимірів

Константи К, V₁ і t₁ визначають графоаналітичним методом за результатами дослідів.

Для визначення констант рівняння (1) представляють у вигляді:

     (2)

де  ; .

Диференціюючи (2), одержимо:

,     (3)

Похідна в лівій частині  рівняння (3) може бути замінена відношенням  кінцевих різниць:

      (4)

Вираження (4) являє собою рівняння прямої лінії, тангенс кута нахилу якої . Пряма лінія відтинає на осі ординат відрізок .

Використовуючи розрахункові дані, будують, прийнявши відповідні масштаби, графік у координатах ; q (рис. 2)

 

Рис. 2.

Для визначення константи К знаходять  тангенс кута нахилу прямої. З відношення обчислюють константу фільтрування: .

З вираження  розраховують .

Константа

5. Контрольні запитання

 

1. Призначення процесу фільтрування.
2. Класифікація та конструкція фільтрів.
3. Способи фільтрування. Режим и фільтрування. Рушійна сила процесу фільтрування.
4. Що таке швидкість фільтрування. i від чого вона залежить?
5. Приведіть рівняння фільтрування.
6. Фізичний зміст констант рівняння фільтрування.

 

РОЗДІЛ «ТЕПЛОВІ ПРОЦЕСИ»

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

«ВИПРОБУВАННЯ КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМІННИКА».

Ціль роботи - визначити  коефіцієнт теплопередачі дослідним  шляхом.

1. Опис установки й методика проведення дослідів

Схема експериментальної  установки показана на рис. 1. Основним елементом є триходовий кожухотрубный теплообмінник, що складається з кожуха й сталевих труб, закріплених на трубних решітках. Температури теплоносіїв на вході й виході з теплообмінника вимірюються за допомогою мідь-константанових термопар. Витрата теплоносіїв визначається за допомогою мірних ємностей, обладнаних оглядовим склом з відмітками нижнього й верхнього рівнів рідини.

Досліди необхідно проводити  в такій послідовності:

1. Натиснути кнопку "Пуск" і подати живлення на вимірювальний стенд.
2. Включити цифровий вольтметр.
3. Включити живлення секундомірів.
4. Відкрити вентилі для виходу гарячої й холодної води з мірних ємностей.
5. Відкрити вентилі для подачі гарячої й холодної води в теплообмінник.
6. Визначити температури гарячої й холодної води на вході й виході з теплообмінника , , ,

Pис. 1. Схема кожухотрубного  теплообмінника: 1 вхід холодної  води; 2 - вхід гарячої води; 3, 6-мірні  ємності; 4 - мережа води; 5 - вентилі; 7 - вихід холодної води; 8 - вихід гарячої води; 9 – теплообмінник.

7. Закрити вентиль для виходу гарячої води з мірної ємності.
8. У момент проходження рівня рідини через нижню мітку на оглядовому склі мірної ємності включити відлік часу.
9. У момент проходження рівня рідини через верхню мітку на оглядовому склі мірної ємності виключити відлік часу.
10. Відкрити вентиль для виходу гарячої води з мірної ємності.
11. Закрити вентиль для виходу холодної води з мірної ємності.
12. Виміряти витрату холодної води в тій же послідовності.
13. Відкрити вентиль для виходу холодної води з мірної ємності.
14. Закрити вентилі для подачі гарячої й холодної води в теплообмінник.
15. Перевести всі тумблери в положення Викл.

Результати вимірів  занести в таблицю

2. Таблиця вимірів

, оС	, оС	, оС	, оС	, м3	, с	, м3	, с

3. Розміри теплообмінника:

D_нар= 0,165 м - зовнішній діаметр кожуха; D_вн= 0,155 м - внутрішній діаметр кожуха; d_нар= 0,028 м - зовнішній діаметр труб; d_вн=0,022 м - внутрішній діаметр труб; l = 0,9 м - довжина однієї труби; n=10 шт. - кількість труб; n=3 шт. - кількість труб в одному ході.

4. Обробка результатів

Визначення коефіцієнта  теплопередачі досвідченим шляхом

Розрахункова залежність для визначення коефіцієнта теплопередачі  може бути отримана з рівняння теплопередачі

Q=K×F×Dt_сер, Вт      (1)

      (2)

 

де кількість теплоти сприйнята холодною водою, Вт; С_х- теплоємність води, при вибираємо по табл. ., Дж/(кг×К);

- поверхня теплообміну, м²;

Dt_сер- середня різниця температур, ^оС.

Середній температурний  напір Dt_сер визначаємо як для прямотоку.

      (3)

     (4)

Підставляючи отримані значення Q, F, Dt_ср у рівняння (2) визначаємо величину К_оп.

 

5. Контрольні запитання

1. Які способи передачі  теплоти Вам відомі?

2. У чому полягає фізичний зміст коефіцієнта тепловіддачі.

3. Як визначається  середній температурний напір?

4. У чому полягає  фізичний зміст коефіцієнта теплопередачі?

5. Як визначити швидкість  теплоносіїв? 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

«ВИПРОБУВАННЯ ВИПАРНОГО АПАРАТА»

 

Ціль роботи: визначити  витрати енергії на випарювання; визначити витрати холодної води в конденсаторі

 

1. Теоретичні відомості

Випарюванням називають  процес концентрування розчинів твердих  нелетучих або низьколетучих речовин шляхом випаровування летучого розчинника й відводу пари, що утворилися.

Випарювання проводять  при кипінні розчину. У харчовій технології випарюють, як правило, водяні розчини.

Випарювання здійснюють як під вакуумом, так і при атмосферному й надлишковому тисках.

При випарюванні під  вакуумом в апараті створюється розрідження за рахунок конденсації вторинної пари в конденсаторі й відводу газів, що не конденсуються, за допомогою насоса.

Випарювання під вакуумом дозволяє знизити температуру кипіння  розчину, що особливо важливо при випарюванні харчових розчинів, які особливо чутливі до високих температур.

Витрата тепла на випарювання  включає:

 - теплоту на нагрівання продукту до температури кипіння Q₁

- теплоту на випарювання  розчинника Q₂

- теплоту на компенсацію  втрат у навколишнє середовище:

, Вт     (1)

 Площа поверхні  нагрівання випарного апарата:

      (2)

де К- коефіцієнт теплопередачі випарного апарата, Вт/(м^2.К); Dt - корисна різниця температур, ^оС

     (3)

де  - температура гріючої пари,^{, о}С; - температура кипіння розчину, ⁰С

Температура кипіння  розчину, ^оС:

     (4)

де  - температура кипіння чистого розчинника при тиску в апараті, ^оС; SD - сума температурних втрат, ^оС

2. Опис лабораторної  установки

Лабораторна установка (рис. 1) складається з ємності для вихідного продукту (1), випарного апарата (2), конденсатора (3). Ємність для вихідного продукту з'єднана з випарним апаратом. Випарний апарат складається з парової камери (5), циркуляційної труби (6) і гріючої камери (7). Апарат з'єднаний з конденсатором паропроводом (8). У конденсатор надходить холодна вода для конденсації вторинної пари. На гріючій камері закріплена ніхромова нитка, що підключена до ЛАТРу (9). Температуру вимірюють термопарами.

 

Рис 1. Схема установки

 

3. Таблиця вимірів

tп, 0С	tн, с	tзаг, с	Gп, кг	а, %	Gк, кг	в, %	tгр, 0С	tкип 0С	tпв, 0С	tкв, 0С	U, B

 

де t_п – початкова температура продукту, ^оС; t_н - час на нагрівання продукту до температури кипіння, с; t_заг - загальний час досліду, с; G_п, G_к - початкова й кінцева маса продукту, кг; а,в - початкова й кінцева концентрація сухих речовин у продукті,%; t_гр - температура на поверхні гріючої камери ^оС; t_кип - температура кипіння продукту, ^оС; t_пв t_кв,- початкова й кінцева температура холодної води, ^оС; U - напруга, регульована ЛАТРом, В.

4. Обробка результатів  вимірів

Визначають масу випареної  води, кг

     (5)

Визначають потужність, що підводиться, Дж

,     (6)

де R - опір ніхромової нитки, Ом

Визначають витрати тепла на нагрівання продукту до температури кипіння, Дж:

,     (7)

де С - теплоємність продукту, Дж/(кг К)

Визначають витрати тепла на випарювання води, Дж:

,      (8)

де r - теплота пароутворення, Дж/кг, r= f(t_кип) (додаток 3).

Визначають втрати тепла в навколишнє середовище, Дж:

      (9)

Визначають питому витрату енергії на випарювання Дж/кг:

      (10)

Визначають корисну  різницю температур, ⁰С:

      (11)

Визначають коефіцієнт теплопередачі випарного апарата, Вт/(м^2.К):

,      (12)

де F - площа поверхні теплообміну, м²:

      (13)

де l - довжина гріючої камери, l= 0,12 м; d_к - діаметр гріючої камери, dк= 0,018 м

Визначають витрати холодної води, кг/с:

,    (14)

де С_в - теплоємність холодної води, С_в =4190 Дж/кг К.

 

5. Контрольні запитання

 

1. Класифікація випарних апаратів.
2. Тепловий баланс випарного апарату.
3. Матеріальний баланс випарного апарату.
4. З яких величин складається сума температурних втрат?
5. Як визначити температуру кипіння розчину?
6. Як визначити коефіцієнт теплопередачі випарного апарата?

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

 

«ЕФЕКТИВНІСТЬ ТЕПЛОВОЇ ІЗОЛЯЦІЇ»

Ціль роботи: визначення ефективності теплової ізоляції

 

1. Теоретичні відомості

Теплову ізоляцію застосовують для зменшення теплових втрат, створення  необхідних умов безпеки роботи й захисту поверхонь від корозії.