Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Процессы и аппараты в производстве строительных материалов и. МУ лаб. работы. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу процессы и аппараты в технологии строительных материалов

• Название: Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу процессы и аппараты в технологии строительных материалов
• Анкор: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Процессы и аппараты в производстве строительных материалов и
• Дата: 26.08.2020
• Размер: 0.95 Mb.
• Имя файла: МУ лаб. работы.doc
• Тип: Методические указания; #136079
• страница: 3 из 5

Лабораторная работа № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ОСАЖДЕНИЯ
Цель работы - изучить конструкции центробежных осадителей, характер их работы в режиме "Пуск - работа - остановка", особенности осаждения частиц материала в зависимости от их крупности и массы, а также скорости осаждения в зависимости от скорости и времени вращения ротора центробежного осадителя.

Проведенные эксперименты помогут студентам глубже понять сущность процессов осаждения и могут быть использованы ими в практической деятельности на предприятиях строительной индустрии.

5.1. Содержание и порядок выполнения работы
Работа ведется бригадным способом (по четыре человека в каждой бригаде).

За студентами закрепляется машина, назначается режим ее работы и указываются материалы, предназначенные для осаждения.

Под руководством преподавателя студенты выполняют следующую работу;

1. Изучают конструктивные особенности машины и правила работы
с ней, выполняют эскиз роторной части машины с указанием необходимых для работы размеров.

2. Трехкратным повторением опыта определяют время разгона
установки до режима работы и время до полной остановки машины после ее отключения, строят график работы машины в режиме "Пуск -
работа - остановка".

3. С помощью отсева на ситах готовят два вида материала (по
15 г каждый) заданной крупности, записывают средний диаметр и массу частицы.

4. Заливают в стаканы машины известную вязкую жидкость, записывает ее динамическую вязкость и высоту столба жидкости в стакане.

5. Выполняют теоретические расчеты по определенно времени, необходимого для осаждения каждой из заданных фракций материала в вязкой жидкости при заданной частоте вращения осадительных стаканов ротора и строят два графика продолжительности осаждения в осях времени осаждения и частоте вращения осадительных стаканов (рис. 5.1).



6. Анализируя график работы машины в режиме "Пуск - работа -остановка" я расчетный график погребного времени осаждения наиболее быстро осаждаемого материала, графически определяют потребный режим работы машины с учетом ее времени разгона и остановки, исходя из принципа равенства площадей расчетного и потребного графиков.

После этого студенты отчитываются перед преподавателем и получают допуск к практической работе с машиной. Они помещают два готовые фракции материала в вязкую жидкость стаканов ротора машины, тщательно перемешивают содержимое каждого стакана, крышку машины, засекают время и включает машину. Режим работы машины необходимо вести строго по полученному графику потребного режима наиболее быстро осаждаемой фракции, определенной расчетами (согласно пп. 5 и 6).

По завершении опыта, т.е. после остановки машины, следует определить соответствие расчетных данных действительному осаждению. Сравнивают визуально чистоту вязкой жидкости над осажденным материалом в стакане ротора и контрольным стаканом с такой же вязкой жидкостью, но без материала: цвет и прозрачность должны быть одинаковыми.

Далее выполнят графический пересчет по площади времени осаждения следующей фракции материала в другом стакане с учетом уже отработанного времени осаждения. Если на осаждение второй фракции требуется времени меньше, чем на режим разгона до заданной рабочей частоты вращения ротора машины, то допускается его уменьшение согласно данным графического анализа.

Подобную операцию по графическому пересчету необходимо делать для каждой из последующих фракций, если их больше двух.

В конце работы необходимо сделать вывод о соответствии расчетного времени осаждения действительному.

Если какая-либо фракция осела раньше или позже расчетного времени, то этот факт необходимо обосновать.

5.2. Рекомендации по расчету
Осаждение частичек вещества в вязкой среде будет происходить под действием центробежной силы, возникающей в результате вращения ротора осадителя. Скорость, перемещения частицы в процессе работы машины подчиняется закону Стокса, м(с:
,
где - частота вращения ротора машины, об/с; - текущий радиус, на котором находится рассматриваемая частица (в среднем принимается как расстояние от середины столба жидкости в стакане до вертикальной оси вращения ротора), м; - диаметр частицы, м; , - плотность соответственно вещества частицы и вязкой жидкости, кг/м³; м - динамическая вязкость жидкости, Па^.с (определяется по таблице).

Вспомогательные данные

1 Па^.с ( ) = 10 П (пуаз); 1 м²/с ( ) = 40⁴ (стокс);

1 Н= (сила = массе • ускорение); 1 Па=1 ;

(Па^.с); (м³) – объем шаровидной частицы материала.
Вспомогательная таблица значений

Материал	Плотность вещества, кг/м3	Кинематическая вязкость, м2/c		Динамическая вязкость Па. с
Цементная пыль Цемент Молотый шлак Гипс Трансформаторное масло	22500 33000 22800 22300 6895		- - - - 2.10-5 (20 сСт)	- - - - 1790.10-5 Па.с= =0,0179 Па.с

Зная скорость осаждения по (5.1) и путь, который должна пройти частица, равный половине высоты столба жидкости в метрах, можно определить время, необходимое для осаждения частицы, с:
.
5.3. Распределение обязанностей между членами

бригады и трудовая дисциплина
Работу выполняет бригада из четырех человек. Обязанности меду членами бригады распределяются следующим образом:

первый студент находится у пульта управления, он же делает эскиз машины, выполняет необходимые линейные измерения, заливает в стаканы вязкую жидкость, сравнивает чистоту масла в стакане после осаждения материала;

второй студент помогает работе у пульта, заливает вязкую жидкость, контролирует по часам время разгона и остановки ротора, засыпает в жидкость фракции материала и перемешивает их;

третий студент отсеивает заданные фракции, рассчитывает массу их частиц (если частица каждой фракции шаровидной формы), а также время осаждения частичек каждой фракции;

четвертый студент, используя расчетные данные третьего студента и результаты измерений времени пуска и остановки, выполненных вторым студентом, строит все необходимые графики, указанные в п.5.1 настоящей лабораторной работы.

Старшим является четвертый студент, выполняющий графические построения. Все режимы работы осадительной установки выполняют по его команде.
5.4. Оформление отчета

о лабораторной работе и порядок его защиты
По окончании экспериментов рабочие записи в тетради четвертого студента сдают преподавателю для определения достоверности результатов. После их утверждения каждый студент составляет отчет, в котором должен отразить;

цель работы; описание и эскиз установки со схемой ротора, стакана, их размеры; полученные расчетные и экспериментальные данные; анализ полученных результатов и выводы.

Каждый студент защищает отчет индивидуально.
Литература
Борщ Ц.М., Вознесенский В.А., Мухин В.З. и др. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов. - К.: Выща шк., 1981. -296 с.

Лабораторная работа № 6
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦИКЛОННОГО АППАРАТА
Цель работы - научить студентов определять оптимальные параметры циклонных устройств и давать правильную оценку эксплуатационным возможностям существующих конструкций.

Приобретенные знания будут полезны студентам в их дальнейшей инженерной деятельности.
6.1. Подготовительные работы
Получить у преподавателя вводные данные для расчета циклона.

Выполнить основные расчеты циклона, используя его методику
расчета.

Ознакомиться с лабораторной циклонной установкой (выполнить
ее эскиз в разрезе с нанесением всех необходимых размеров) и правилами работы на ней.

Выполнить перерасчет циклона с имеющимися конкретными размерами лабораторной установки.

Приступить к выполнению экспериментальной части согласно
подразд. 6.3.

6.2. Методика и последовательность проведения

теоретической части
6.2.1. Методика расчета циклона
1. Расход очищенного газа, или КПД аппарата, %:
(6.1)
где и - масса взвешенных частиц соответственно в исходном и очищенном газах, кг/м³; и - объемный расход соответственно исходного и очищенного газа при нормальных условиях, м³/ч; и - концентрация взвешенных частиц соответственно в запыленном и очищенном газах при нормальных условиях, кг/м³.
2. Площадь живого сечения входного патрубка, м²:

, (6.2.)

где , - соответственно ширина и высота входного патрубка, м;

- скорость газа во входной патрубке, м/с (обычно приводится в условий задачи или определяется по характеристикам воздуходувки с учетом потерь в трубопроводе).

3. Внутренний Диаметр уклона нужно рассчитывать в зависимости от потерь давления в аппарате, м:

, (6.3)

где - средняя скорость газа в циклоне, м(с,

, (6.4)

- потери давления в циклоне, Н/м²,

, (6.5)

- плотность газа, кг/м³ (принимается по таблицам или приводится в условии задачи) коэффициент сопротивления циклона (обычно приводится в паспортных данных),

, (6.6)

- общий коэффициент гидравлического сопротивления циклона; - поправочный коэффициент соответственно на диаметр циклона (табл. 6.2) и на запыленность газа (табл. 6.3); - коэффициент гидравлического циклона, определяемый по табл. 6.1, индекс показывает, что циклон работает на выхлоп в атмосферу.

Таблица 6.1

Значения коэффициента гидравлического сопротивления

циклонов в зависимости от отношения

	0,56	0,4	0,33	0,22
	170	250	500	2000

Таблица 6.2

Поправочный коэффициент Н₁ на диаметр циклона

мм	150	200	300	450	500
1 1	0,85	0,9	0,93	0,99	1,0

Таблица 6.3

Поправочный коэффициент на запыленность газов

Х2 Кг(м3	0,10-3	10.10-3	20.10-3	40.10-3	80.10-3	100.10-3
	1	0,93	0,92	0,91	0,9	0,87

4. Мощность циклона, кВт:

. (6.7)

5. Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия циклона, м:

, (6.8)

где - коэффициент, зависящий от типа циклона (обычно ).

6. Минимальный диаметр улавливаемых частиц, м:

, (6.9)

где - коэффициент динамической вязкости газа, Па^.с; внутренний радиус корпуса циклона, м,

,

- плотность вещества осаждаемых частиц, кг/м³; - окружная скорость газа в циклоне, для одиночного циклона, м/с:

. (6.10)

7. Коэффициент динамической вязкости газа, Па^.с:

, (6.11)

где - коэффициент динамической вязкости при О °С (для воздуха Па^.с ; С - поправочный коэффициент-константа (для воздуха ); - действительная температура газа, К.

6.2.2. Пример выдачи задания на расчет циклона

Рассчитать циклон для очистки отходящих газов, если дано:

• 
  расход исходного газа м³/ч;
  
• 
  плотность газов кг/м³
  
• 
  температура газов °С;
  
• 
  концентрация взвешенных частиц материала в запыленном газе (воздухе) кг/м³ (при условии, что навеска материала 10 г запускается в движущийся поток воздуха равномерно в течение 2 мин последующей продувкой еще 1 мин);
  
• 
  плотность твердых частиц (для кварцевого песка кг/м³; для цемента кг/м³);
  
• 
  скорость газа во входном патрубке м/c;
  
• 
  скорость газа на выходе м/с;
  
• 
  коэффициент сопротивления циклона 80;
  
• 
  оптимальное соотношение перепада давления к плотности газа принимаем 600;
  
• 
  КПД циклона 90%;
  
• 
  предельно допускаемая концентрация частиц в воздухе кг/м³.
  

6.2.3. Последовательность решения
1. Определить расход очищенного газа по (6.1).

2. Определить площадь сечения входного прямоугольного патрубка по (6.2).

3. Определить среднюю скорость газа в циклоне по (6.4).

4. Определить внутренний диаметр циклона по (6.3).

5. Определить внутренний диаметр пылевыпускного отверстия по (6.8).

6. Определить коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона из (6.5) и табл. 6.1-6.3.

7. Определить потери давления в циклоне из (6.6).

8. Определить мощность циклона по (6.7).

9. Определить коэффициент динамической вязкости воздуха по (6.11).

10. Определить минимальный диаметр улавливаемых частиц по (6.9).

После определения необходимо рассчитать остальные размеры цилиндрического циклона (рис. 6.1( по следующим соотношениям:

• 
  высота входного патрубка ;
  
• 
  высота выхлопной трубы
  
• 
  высота цилиндрической части циклона ;
  
• 
  внутренний диаметр выхлопной трубы 0,5;
  
• 
  ширина входного патрубка ;
  
• 
  длина входного патрубка ;
  
• 
  высота внешней части выхлопной трубы ;
  
• 
  внутренний диаметр пылевыпускного отверстия ;
  
• 
  высота конической части циклона .
  

Рис. 5.1
6.3. Методика и проведение экспериментальной

части

1. Описать работу установки.

2. Выполнить эскиз установки и циклона с нанесением основных размеров.

3. Сравнить данные циклона экспериментальной установки с расчетными.

4. Пересчитать технологические и конструктивные параметры циклона по имеющейся установке.

5. Отсеять пять навесок (по 10 г каждая) из предложенного преподавателем материала с размером частиц (не более), полученных в уточненном расчете по п.4.

6. При пропускании каждой из навесок вместе с потоком воздуха в уста-новке через циклон обратить особое внимание на равномерную подачу в поток воздуха материала навески в течение 2 мин. После того как материал весь поступил в поток воздуха, установку не выключать в течение 1 мин.

7. Делать продувку циклона с открытым выпускным отверстием в тече-ние 1 мин после каждого эксперимента.

8. Взвесить осадок у пылевидного отверстия (с точностью до 0,01 г).

9. Определить среднее значение КПД циклона по результатам пяти

экспериментов.

10. Сравнить полученные результаты с расчетными.

11. Сделать выводы о сравнимости результатов расчета и эксперимента и причины их расхождения.

6.4. Распределение обязанностей между членами

бригады и трудовая дисциплина
Работу выполняет бригада из четырех человек. Все члены бригады принимают участие в расчетах циклона и анализе полученных результатов. Обязанности между членами бригады распределяются следующим образом:

первый студент выполняет измерения экспериментального циклона, подает материал в поток воздуха, контролирует соответствующие продувки. Он является старшим бригады;

второй студент записывает все показания первого студента в рабочую тетрадь, делает эскиз установки и ведет рабочий журнал испытаний;

третий студент изучает принцип работы всей установки, включает и выключает воздуходувку, контролирует по часам этапы продувки;

четвертый студент взвешивает навески и полученные остатки материала после циклона.
6.5. Оформление отчета и порядок его защиты
По окончании каждого этапа работы, а именно: предварительного и уточненного расчетов, а также экспериментальной части все результаты показывать предварительно преподавателю для исключения случайных ошибок.

После утверждения полученных результатов студенты оформляют записи в рабочей тетради и индивидуально защищают отчет в день выполнения лабораторной работы.
Литература.
Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха, - М.: Стройиздат, 1974. - 311 с.

Павлов К.Ф., Романенко П. Г. Примеры и задачи по курсу "Процессы и аппараты химической технологии". - Л,: Химия, 1976, - 549 с.