Лабораторные работы по дисциплине химическая технология (стр. 1 )

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Часть I. Контрольно-измерительные приборы

Предисловие

Настоящее пособие ставит своей целью познакомить студентов химических факультетов университетов с экспериментальными и расчетными методами исследования процессов, материалов и продуктов химической технологии.

В пособии рассматриваются следующие задачи:

исследование основных физико-химических параметров производственных процессов в модельной лабораторной аппаратуре;

- задачи по контрольно-измерительной технике с возможностью применения современных приборов для экспрессного и автоматического контроля и регулирования параметров химико-технологических процессов;

- задачи по основным химико-технологическим расчетам, в основном по составлению материальных и энергетических балансов, исследованию оптимальных условий протекания процессов.

Изучение материалов пособия предполагает использование студентами знаний, полученных при изучении химии, физики, механики, электроники.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА РЕОМЕТРОМ

Теоретическая часть

Объемным расходом вещества в данный момент называется величина

, м3/с (1)

Массовым расходом вещества в данный момент называется величина

, кг/с (2)

где V (М) - объем (масса) вещества, прошедшего через поперечное сечение трубопровода за время τ.

Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. В производстве чаще всего применяются следующие виды расходомеров:

1) расходомеры переменного перепада давления, измеряющие расход путем дросселирования потока устройством переменного сечения;

2) расходомеры переменного перепада давления, измеряющие расход путем дросселирования потока сужающим устройством постоянного сечения, устанавливаемым в трубопроводе.

Наиболее распространенным и изученным методом измерения расхода жидкости, пара и газа является метод переменного перепада давления. Изменение расхода этим методом основано на измерении потенциальной энергии (статического напора) вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе. В измерительной технике сужающими устройствами служат диафрагмы и сопла.

Диафрагмы представляют собой тонкий диск с отверстием и устанавливаются таким образом, чтобы отверстие располагалось концентрично трубопроводу. Мерное сопло представляет собой короткую воронкообразную насадку, вставленную концентрично в трубопровод, имеющую плавно закругленный вход и цилиндрический выход.

К дроссельным приборам относятся также трубы Вентури, имеющие постепенно сужающееся сечение, которое - затем расширяется до первоначального размера. Вследствие такой формы трубы Вентури потеря давления в ней меньше, чем в диафрагмах или соплах.

Измерение расхода методом переменного перепада давления основано на уравнениях Бернулли и неразрывности потока. Из этих уравнений следует, что расход жидкости или газа пропорционален корню квадратному из разности давлений в трубопроводе до сужения и после сужения.

, (З)

где d0 - диаметр отверстия сужающего устройства, м; h - перепад давления, измеряемый дифманометром, м столба рабочей жидкости; α -коэффициент расхода дроссельного прибора, зависящий от критерия Рейнольдса и от отношения диаметра отверстия дроссельного прибора к диаметру трубопровода:

a = f(Re, d0/d), (4)

В лабораторной практике для измерения расхода применяют реометр - прибор, в котором в качестве сужающего устройства использована капиллярная трубка.

Практическая часть

Цель работы: 1) провести градуировку реометра;

2) определить коэффициент расхода дроссельного прибора;

3) определить известный расход газа. Оборудование и материалы

1. Источник воздуха (компрессор, баллон и т. д.).

2. Манометр.

3. Мерный цилиндр.

4. Газометр.

5. Реометр.

6. Секундомер. Ход работы

1. При открытом на атмосферу (см. рис. 1) трехходовом кране (3, положение А) подают через реометр (4) воздух с воздуходувки (5). Когда поток установится, соединяют этим же краном (3, положение Б) реометр (4) с газометром (2), открыв одновременно сливной кран газометра (2).

2. Регулируя сливным краном скорость вытекания, поддерживают в газометре атмосферное давление, контролируя показания по манометру (1).

3. Пускают секундомер, одновременно подставив пустой мерный цилиндр (6) под сливной кран газометра (2), и определяют время заполнения определенного объема. Зная точно время заполнения определенного объема, находят расход газа.

4. Производят три измерения и находят среднее значение расхода для одного значения.

5. Изменяют расход газа и повторяют этапы 1-4 не менее шести раз. Таким образом калибруют всю шкалу реометра.

6. По указанию преподавателя измеряют неизвестный расход газа.

Рис. 1. Схема установки для измерения расхода жидкости

Оформление работы: 1) результаты измерений заносят в таблицу;

Таблица 1 Расход жидкости от перепада давления

№	1	2	3	4	5	6
Δh, мм. вод. ст
τср, с
Vτ, мл/с

2) строят градуировочный график в координатах Vτ - Vh;

3) для каждой пары значений рассчитывают коэффициент расхода по уравнению (3), значения d0, d берут у преподавателя.

Рассчитывают значения а на основе теории подобия - уравнение (4). Решение уравнения (4) представлено в виде таблицы.

Примечание: m=d/da; сравнивают значения, рассчитанные по уравнению (3) со значениями по уравнению (4).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТЕРМОМЕТРОМ

Теоретическая часть

Датчиком термоэлектрического термометра служит термопара, состоящая из двух разнородных проводников. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют разную температуру.

Спай с температурой t, помещенный в измеряемую среду, называют горячим, а второй спай с постоянной температурой t0 - холодным. Проводники А и В называют термоэлектродами. Термоэлектрический эффект объясняется присутствием в металле свободных электронов, концентрация которых различна для различных металлов. Если, например, металл А содержит больше свободных электронов, чем металл В, то в спае с температурой t электроны из металла А будут диффундировать в металл В в большем количестве, чем электроны металла В в обратном направлении. При этом металл А будет заряжаться положительно, а металл В - отрицательно.

Электрическое поле, возникающее в месте соприкосновения проводников, препятствует диффузии, и когда скорость диффузии электронов из металла А в металл В станет равна скорости их перехода из металла В в металл А, наступает состояние подвижного равновесия. В таком состоянии между электродами А и В возникает некоторая разность потенциалов.

Суммарная электродвижущая сила такой цепи (называемая также термоэлектродвижущей силой - ТЭДС) зависит от температуры t0 и температуры t. Поддерживая температуру холодного спая постоянной (t0=const), получим:

EAB = f(t). (1)

Если для данной термопары экспериментально, т. е. путем градуировки найдена зависимость (1), то измерением неизвестной температуры сводится к определению ТЭДС термопары.

Для включения измерительного прибора необходимо разорвать электрическую цепь термопары. Чаще всего разрыв цепи производится в холодном спае (рис. 2)

Рис. 2. Термопары: а) простая; б) дифференциальная, где 1 - вольтметр; 2,3- термопарные материалы

Из чрезвычайно большого ассортимента термоэлектрических материалов в производственной практике наиболее широкое применение получили в качестве положительного электрода медь, железо, хромель (сплав платины и родия), а отрицательного электрода - Константин и копель (сплав меди с никелем), алюмель (сплав никеля с кобальтом), платина.

В нашей стране по ГОСТу допущены к применению следующие термопары: платинородий-платиновая термопара (тип ТПП), платинородий (30% родия)-платинородиевая (6% родия) термопара (тип ТПР), хромель-алюмелевая термопара (тип ТХА), хромель-копелевая термопара (тип ТКХ), а также термопары из сплавов никель-кобальт-специальный алюмель (тип ТНС).

В качестве вторичных приборов в термоэлектрических термометрах используют милливольтметры и потенциометры.

Практическая часть

Цель работы: 1. Провести градуировку термопары;

2. Измерить неизвестную температуру среды.

Оборудование и материалы

1. Термопара неизвестная.

2. Милливольтметр, М 2020.

3. Муфельная печь.

4. Тигли с веществами.

5. Колпачки стеклянные.

6. Секундомер. Ход работы

Для градуировки неизвестной термопары в работе используют следующие реперные точки: 1) температура плавления льда, 2) температура кипения воды, 3) температура затвердевания бензойной кислоты, 4) температура затвердевания олова, 5) температура затвердевания цинка, 5) температура затвердевания свинца.

В тигли помещают вещества: цинк, олово, свинец, поочередно нафевая их в муфельной печи. На плитку ставят тигель с бензойной кислотой и нагревают до расплавления последней. На плитку также ставят стакан с водой и нагревают до кипения.