Лабораторная работа - Изучение процесса тепломассобмена в насадочном скруббере - файл n1.docx

Лабораторная работа - Изучение процесса тепломассобмена в насадочном скруббере
скачать (1020 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx1020kb.21.10.2012 13:35скачать

n1.docx

ИЗУЧЕНЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОМАССООБМЕНА В НАСАДОЧНОМ СКРУББЕРЕ

Насадочные скрубберы представляют собой колонны, заполненные телами различной формы. Насадка из твердого материала предназначена для распределения жидкости по развитой поверхности и тем самым обеспечивает большую поверхность контакта между газом и жидкостью. Газ поступает обычно нижнюю часть колонны, что позволяет осуществить противоток двух фаз. В качестве насадок широко используются кольца Рашига, «седла» различной конфигурации, деревянные рейки, шары, керамические блоки, кольца Палля и т.д. Они могут выполняться из керамики, пластмасс, металла и других материалов. важнейшими требованиями к насадке являются обеспечение большой поверхности контакта фаз, низкий перепад давления в слое, а также равномерное распределение потоков газа и жидкости по сечению аппарата. Преимуществом насадочных аппаратов, по сравнению с безнасадочными, является большая компактность, однако, они обладают и большим гидравлическим сопротивлением. насадка склонна к забиванию пыли при обработке запыленных газов.

Насадка характеризуется следующими показателями:

  1. поверхностью в единице объема f, /;

  2. свободным объемом , /;

  3. свободным (живым) сечением S, /;

  4. условным периметром U, м/;

  5. приведенным диаметром =

Греющим теплоносителем в скруббере является газ, а нагреваемым – вода.

При контакте нагретого газа с водой происходит не только перенос теплоты, но и массы т.е. массообмен. В результате тепломассообмена температура газа понижается, а воды – повышается. Пределом повышения температуры воды является температура мокрого термометра. одновременно происходит и изменение влагосодержания газа, т.е. либо его осушка за счет конденсации пара из газа, либо увлажнение за счет испарения воды в газ.

При массообмене возможен также перенос теплоты от нагреваемого теплоносителя к греющему. Например, при испарении холодной воды в горячем газе теплота испарения переносится от жидкости к газу.

Если парциальное давление водяных паров в газе больше, чем над внешней поверхностью капелек жидкости (в пленке Прандтля), то произойдет осушение газа, если же парциальное давление водяного пара находятся в обратном соотношении, то наступит увлажнение газа. Или если температура охлаждающей воды ниже температуры точки росы газа (воздуха) , то произойдет осушка, а если указанные температуры находятся в обратном соотношении – увлажнение газа (воздуха).

Температура точки росы - это температура воздуха (газа) в состоянии насыщения (), полученная при охлаждении ненасыщенного воздуха того же влагосодержания (d=const).

Температуру точки росы следует отличать от адиабатической температуры мокрого термометра ().

Адиабатическая температура мокрого термометра () – это температура воздуха (газа) в состоянии насыщения (), полученная при охлаждении ненасыщенного воздуха той же энтальпии (H=const).

Цель работы:

1.Построить линию процесса тепломассообмена между воздухом и водой в скруббере на Н-d-диаграмме.

2.Определить опытный коэффициент теплоотдачи (теплопередачи) в скруббере и сравнить с расчетным.

3.Составить тепловой баланс скруббера на основании опытных данных.

Описание установки

Лабораторный стенд (скруббер) включает насадку 1. Подогреватель воздуха 11, ротаметр 111 для измерения расхода воды, трубку Прандтля 1У с микроманометром У для измерения расхода воздуха, уровнемер У1, нагнетатель У11, термопары 1-12 в комплекте с двумя милливольтметрами Х111 и переключателями У111 для измерения температур в соответствующих точках. Для регулирования расхода воздуха имеется заслонка 1Х. Регулирование потребляемой мощности на нагреватель воздуха осуществляется лабораторным автотрансформатором Х. Регулирование расхода воды на орошение и слив производится вентилями Х1 и Х1У. Для орошения насадки применяется разбрызгиватель Х11.

c:\users\михаил\documents\scanned documents\documents\рисунок (2).jpg

Схема лабораторной установки

Насадка 1 выполнена из беспорядочно уложенных колец.

Рашига размерами 25Ч25Ч3 мм и имеет следующую характеристику:

Таблица

Журнал наблюдений

номер

опыта

Расход

воздуха

Расход

воды

Температура в точках. mv/c

Мощность

Вт



Па

L,

кг/с

По-

ро-

там.

G,

кг/с

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12




1

16

0,03

10

0,022

0,9

1,7

0,6

11

0,8

0,65

0,47

0,91

6,5

0,35

0,9

0,39

950

2

16

0,03

10

0,022

0,9

1,8

0,61

11

0,85

0,61

0,45

1

6,45

0,4

0,45

0,7

950

3

16

0,03

10

0,022

0,89

1,6

0,65

11

0,86

0,61

0,41

1,05

6,42

0,4

0,47

0,75

950

среднее

14,4

0.03

10

0,022

80

60

50

11

43

37

33

40

150

31

33

39

950

Обработка опытных данных

  1. Определим среднее скоростное давление

max = 0,9 Па

  1. Определим расход воздуха

L = F W = F = 0.00502= 0,03 кг/с

где F- площадь сечения диафрагмы, равная 0,00502 ;

W- скорость воздуха, м/с;

- плотность воздуха при температуре окружающей среды, кг/.

3. Построить процесс тепломассообмена в скруббере на Н-d- диаграмме для нахождения , - энтальпии и влагосодержания воздуха на выходе из скруббера.

Пояснение. На Н-d- диаграмме находится точка А, соответствующая начальным параметрам воздуха- температуре (показание термопары 9) и влагосодержанию . Для этой точки определяется начальная энтальпия воздуха на входе в скруббер.

На линии =100% отмечают положение точек С и D, соответствующих изотермам и (показания термопар 4 и 12). Поскольку на лабораторном стенде осуществлен противоток, то начало смешения воздуха с водой изобразится линией AD. Далее на этой прямой отмечается значение промежуточной энтальпии , которое определяется из уравнения теплового баланса

L+ G= L+ G

где L- расход воздуха, кгс;

- энтальпия воздуха на входе в скруббер, кДж/кг;

G- расход воды, кг/с;

– удельная теплоемкость воды при температуре , кДж/кг;

- температура воды на выходе из скруббера, (термопара 12);

- энтальпия влажного воздуха в сечении, где установлена термопара 1;

- температура, измеряется термопарой 1.

3.1 На пересечении температур =40 и =150 получаем точку А откуда находим энтальпию =196 кДж/кг.

3.2 На кривой =100% ставим следующие точки:

С:==11; D: ==39. Соединяем А и D по прямой.

3.3 Изотерма (сух.) при =80 пересекает AD и получается т.1 с энтальпией =180 кДж/кг.

3.4 Из формулы



где

находим температуру:



Отмечаем на кривой =100% - получаем точку Е. Соединяем ее с т.1 и получаем прямую

(Е т.1).

3.5 На (Е т.1) отмечаем т.2 с =60 (сух. изотерма ? (Е т.1)). Ее энтальпия равна =150 кДж/кг. Из формулы находим температуру:



Отмечаем на кривой =100% - получаем точку К. Соединяем ее с т.2 и получаем прямую (К т.2).

3.6 На (К т.2) отмечаем т.3 с =50. Ее энтальпия равна =125 кДж/кг. Из формулы находим температуру =15,46. Отмечаем на кривой =100% - получаем точку N. Соединяем ее с т.3 и получаем прямую (N т.3).

3.7 На (N т.3) отмечаем т =43 ( изотерма 43 ? (N т.3)) и получаем т.4. Ее энтальпия равна =108 кДж/кг. Из формулы находим температуру =14,9. Отмечаем температуру на кривой =100% - получаем точку О. Соединяем ее с т.4 и получаем прямую (О т.4).

3.8 На (О т.4) отмечаем т =37 и получаем т.5. Ее энтальпия равна =100 кДж/кг. Из формулы находим температуру =7,29. Отмечаем температуру на кривой =100% - получаем точку Р. Соединяем ее с т.5 и получаем прямую (Р т.5).

3.9 Так как т.Р лежит ниже т.С (наш конечный результат процесса тепломассообмена), то расчет приведенных температур закончен.

3.10 Соединяем плавно по точкам от А до С, получаем кривую А-1-2-3-4-5-С процесса тепломассообмена.

Таблица

Расчетные параметры процесса тепломассообмена

Ступень тепломассообмена

Температура,

Энтальпия, кДж/кг

  1. Параметры воздуха:

А) начальные

Б) конечные

==150

==33

=196

=100

  1. Параметры воды:

А) начальные

Б) конечные

==11

==39




  1. Промежуточные энтальпии воздуха по ступеням:

?

??

??



Ѵ

=33,77

=23,96

=15,46

=14,9

=7,29

=180

=150

=125

=108

=100



c:\users\михаил\pictures\2010-11-20\001.jpg

4. Определим опытное значение коэффициента теплопередачи и сравним с расчетным по формуле Тадеуша Хоблера.



где Q – тепловая нагрузка скруббера, кВт:

а) по греющему теплоносителю Q = L- ) = 0,03

б) по нагреваемому теплоносителю Q = G-) = 0,022 4,174(39-11) = 2,57кВт

– полезный (активный) объем скруббера (насадки), для лабораторного стенда равен ;

- среднелогарифмическая разность температур,.






















где G – расход воды, кг/с;

D - диаметр аппарата, равный 0,077 м

- плотность воды, кг/.

Так как , то насадка смачивается полностью, поэтому примем

Опытное значение :

=83,3Вт/

5. Теоретический коэффициент теплопередачи (теплоотдачи) при охлаждении воздуха водой в скруббере с насадкой определяется по формуле Тадеуша Хоблера



где ?- коэффициент теплопроводности влажного воздуха, Вт/м;

- эквивалентный (приведенный) диаметр насадки, м;

- число Рейнольдса для влажного воздуха;

- скорость газа в живом сечении насадки, м/с;





S- живое сечение насадки, численно равное свободному объему =0,74;

= – плотность влажного воздуха для средней ступени тепломассообмена, кг/;=0,66 кг/

= – число Прандтля для влажного воздуха (парогазовой смеси);



– число Рейнольдса для жидкости при температуре 20;

– плотность орошения,

– безразмерный комплекс, учитывающий влияние массообмена на теплообмен; =130 при температуре в скруббере 20-90;



х – средняя концентрация пара в парогазовой смеси (влагосодержание воздуха) кг/кг сухого воздуха;

х = = =0,02кг/кг;

– влагосодержание воздуха при его средней температуре, кг/кг сухого воздуха (определяем из H-d-диаграммы при средней температуре () на линии процесса тепломассообмена (средняя ступень));

– то же, но у зеркала испарения воды при температуре 20, кг/кг сухого воздуха, т.е., если =20 (то же по H-d-диаграмме);

– кинематическая вязкость влажного воздуха при средней температуре (средняя ступень),



15,2

Массовые концентрации пара и воздуха:





– влагосодержание влажного воздуха в средней ступени (из H-d-диаграммы);

- коэффициент температуропроводности влажного воздуха при средней температуре (средняя ступень), рассчитывается аналогично.



- коэффициент температуропроводности влажного пара, ,

21,6



  1. Представим тепловой баланс скруббера в виде таблицы

Таблица

Тепловой баланс скруббера

№ п/п

Статьи прихода

кВт:%

Статьи прихода

кВт:%

1

Энтальпия входящей воды

1,0101

Энтальпия уходящей воды

3,5812

2

Энтальпия входящего воздуха

5,8212

Энтальпия уходящего воздуха

2,97

Небаланс










  1. Коэффициент удержания теплоты

Ƞ=

Ƞ=

Вывод: В ходе лабораторной работы построили линию процесса тепломассообмена между воздухом и водой в скруббере на H-d-диаграмме, определили опытный коэффициент теплоотдачи (теплопередачи) в скруббере и составили тепловой баланс скруббера на основании опытных данных.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации