Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агенство по образованию Казанский государственный технологический университет

Эдуарду Назипоеичу Закироеу, внесшему неоценимый вклад в подготовку к изданию этой книги, посвящается

Лабораторный практикум по процессам и аппаратам хими­ческой технологии

Учебное пособие Казань 2005

УДК 532: 66.02

Авторы: Ф.А. Абдулкашапова, А.Ш. Бикбулатов, В.Г. Бочкарев,

В.В. Бронская, Р.Г. Галимуллин, Н.И Еникеева, |Э.Н. Закиров|, О.В. Захарова, Н.Х. Зиннатуллин, В.П. Костромин, В.А. Кузнецов, О.В. Маминов, М.А. Мухамедзянов, А.Г. Мухаметзянова,

И.М. Нафиков, С.Г. Николаева, А.А. Овчинников, А.И. Разинов, Ю.И. Разинов, И.Г. Решетова, Н.Б. Сосновская, Б.Ф. Степочкин, А.А. Тарзиманов, М.И. Фарахов, Н.Е. Харитонова, И.М. Шигапов

Под редакцией профессора Г.С. Дьяконова

Лабораторный практикум по процессам и аппаратам химической технологии: Учебное пособие. Под ред. проф. Г.С. Дьяконова; Казан, гос. технол. ун-т. Казань, 2005. 236с.

Даны теоретические основы гидромеханических, теплообменных и массообменных процессов, расчетные формулы, описания лабора­торных установок, методики проведения экспериментов и обработки полученных результатов.

Предназначено для студентов всех форм обучения, изучающих дисциплину «Процессы и аппараты химической технологии».

Подготовлено на кафедре «Процессы и аппараты химической тех­нологии».

Печатается по решению редакционно-издательского совета Казан­ского государственного технологического университета.

Рецензенты: д-р техн. наук., проф. КГФЭИ Ю.И. Азимов, д-р техн. наук., проф. КГЭУ А.Я. Мутрисков

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения 5

ВВЕДЕНИЕ 7

РАБОТА 1 Определение режима течения воды в цилиндрической

трубе круглого сечения 9

РАБОТА 2 Изучение структуры потоков в аппаратах и ее влияния

на процесс теплопередачи 13

РАБОТА 3 Измерение давления и вакуума в покоящейся

жидкости 41

РАБОТА 4 Экспериментальная демонстрация уравнения

Бернулли 48

РАБОТА 5 Измерение расхода воды с помощью диафрагмы 57

РАБОТА 6 Определение потерь напора в прямой трубе круглого

сечения 63

РАБОТА 7 Определение потерь напора в запорных устройствах 67

РАБОТА 8 Определение потерь давления в теплообменных

аппаратах 73

РАБОТА 9 Определение скорости и расхода воды при истечении

через отверстия и цилиндрический насадок 80

РАБОТА 10 Изучение гидравлики взвешенного слоя 87

РАБОТА 11 Изучение гидродинамики зернистого слоя 93

РАБОТА 12 Определение мощности, потребляемой на

механическое перемешивание 104

РАБОТА 13 Изучение работы открытого нутч-фильтра 109

РАБОТА 14 Испытание центробежного насоса 116

РАБОТА 15 Последовательная и параллельная работа

центробежных насосов на сеть 123

РАБОТА 16 Изучение гидродинамики насад очной колонны 127

РАБОТА 17 Изучение гидродинамики тарельчатых колонн 141

РАБОТА 18 Изучение теплообмена в теплообменнике типа

«труба в трубе» 153

РАБОТА 19 Изучение процесса дистилляции 168

РАБОТА 20 Изучение процесса массоотдачи при растворении

твердого вещества в аппарате с механическим перемешиванием. 177 РАБОТА 21 Изучение процесса абсорбции 187

Описание установки 191

Справочный материал к расчетам 196

Контрольные вопросы 197

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Q - количество теплоты; Q - количество теплоты за единицу времени; М - количество распределяемого вещества (массы); М - количество распределяемого вещества (массы) за единицу времени;

m - коэффициент распределения;

К - коэффициент теплопередачи;

Ку, Кх - коэффициенты массопередачи;

F - поверхность теплопередачи, массопередачи;

а - коэффициент теплоотдачи;

Р - коэффициент массоотдачи;

Т - температура;

|Х - динамический коэффициент вязкости;

V - кинематический коэффициент вязкости; С - концентрация;

Ср - изобарная теплоемкость;

А, - коэффициент теплопроводности;

AT, АС - разности температур и концентраций соответственно;

Ар - гидравлическое сопротивление, перепад давления;

р - плотность;

g - ускорение силы тяжести;

Wo - фиктивная скорость среды;

W - истинная скорость среды;

W - средняя скорость среды;

V - объем;

V - объемный расход;

L - массовый расход жидкости;

G - массовый расход газа;

о - коэффициент поверхностного натяжения;

^ - коэффициент сопротивления;

Хт - коэффициент гидравлического трения;

t -время;

6 - толщина;

D - коэффициент молекулярной диффузии;

R - флегмовое число;

у, X - концентрация в газовой (паровой) и жидкой фазах;

S - поперечное сечение;

р - давление;

I - энтальпия влажного воздуха;

ф - относительная влажность воздуха;

X - влагосодержание влажного воздуха;

in - энтальпия водяного пара;

W - влажность материала;

N - скорость сушки;

Mi - молекулярная масса компонента i.

ВВЕДЕНИЕ

Процессы и аппараты химической технологии - общеинженер­ная дисциплина, цель которой заключается в освоении студентами инженерных методов расчетов аппаратов химической технологии.

Задачей дисциплины является изучение закономерностей типо­вых процессов, их математического описания, принципов действия и устройства аппаратов, в которых они (процессы) реализуются, мето­дов расчета аппаратов и проектирования их на основе результатов расчета.

Важной составляющей этой дисциплины является лабораторный практикум, цель которого заключается в следующем:

1. Закрепление и углубление знаний по теории основных процес­сов химической технологии.

2. Приобретение и совершенствование навыков эксперименталь­ных исследований. Освоение методов обработки опытных дан­ных.

3. Изучение устройств, принципов действия, режимов работы ап­паратов на примерах модельных установок.

4. Ознакомление с оборудованием и измерительными приборами, а также с организацией и методикой проведения экспериментов. Студенты допускаются к выполнению работ только после про­ хождения инструктажа по правилам техники безопасности.

До выполнения лабораторной работы студенты должны изучить ее содержание, подготовить таблицу для занесения измеряемых вели­чин, ознакомиться с оборудованием, относящимся к данной работе, ответить на контрольные вопросы, подробно изучить методику прове­дения работы и обработки опытных данных, по итогам собеседования получить разрешение преподавателя на выполнение работы.

Без разрешения преподавателя категорически запрещается сту­дентам запускать установку и включать приборы. После выполнения работы студентам необходимо представить таблицу результатов изме­рений на подпись преподавателю. Обработку опытных данных в не­обходимых случаях производят на ЭВМ по решению преподавателя.

Оформление отчета о выполненной работе проводится в соот­ветствии со стандартом КГТУ. Отчет по работе должен содержать

формулировку целей работы, схему установки, основные расчетные формулы, таблицу опытных данных и результатов расчетов, пример обработки данных как минимум одного эксперимента с указанием размерностей всех величин и графики, построенные по опытным и расчетным данным (если они необходимы).

Лабораторная работа завершается защитой отчета, в ходе кото­рой студент должен ответить на контрольные вопросы и провести анализ полученных результатов.