close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

47.799 Охрана воздушного бассейна

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра теплогазоснабжения
ОХРАНА ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
для студентов заочного факультета, обучающихся по специальности
270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция»
Воронеж 2009
Составитель О.А.Сотникова
УДК 697.942 (083.75)
Охрана воздушного бассейна : метод. указания к выполнению
лабораторных работ / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т.; сост.: О.А.Сотникова.
– Воронеж, 2009. – 26 с.
Лабораторные работы выполняются при изучении дисциплины «Охрана воздушного бассейна» студентами заочного факультета, обучающимися
по специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».
Назначение работы – систематизация, практическое закрепление и
расширение теоретических знаний по курсу «Охрана воздушного бассейна» и
овладение навыками самостоятельных экспериментальных исследований.
Ил.9. Табл. 8. Библиогр.: 2 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Рецензент - В.Н.Шершнев, профессор кафедры отопления
и вентиляции ВГАСУ
2
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторные работы выполняются при изучении дисциплины «Охрана воздушного бассейна» студентами заочного факультета, обучающимися
по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция».
Назначение лабораторных работ – систематизация, практическое закрепление и расширение теоретических знаний по курсу «Охрана воздушного бассейна» и овладение навыками самостоятельных экспериментальных
исследований.
Методические указания предназначены в качестве руководства при
проведении экспериментов, проводимых в лабораторных (лабораторная работа № 3) и производственных условиях (лабораторные работы №№ 1,2,4,5).
Отчет по каждой лабораторной работе должен содержать:
1.Таблицу(ы) с результатами измерений и наблюдений.
2. Основные расчетные зависимости, использованные при обработке
опытных данных, и проделанные расчеты.
3. Краткий анализ сущности изученных процессов и объяснение полученных результатов.
4. Графики и диаграммы (в соответствии с заданием по каждой лабораторной работе).
5. Оценку погрешности определяемых в процессе опытов величин.
Лабораторная работа № 1
Изучение метода кондуктометрии
Цель работы: изучение основных приемов работы на компенсационном
кондуктометре.
Задание:
1. Построить калибровочный график определения концентрации.
2. Определить содержание солей в контрольном растворе.
1.1. Краткие теоретические сведения
Метод кондуктометрии относится к физико-химическим методам анализа состава газообразных или жидких сред, в частности к электрохимическому методу. Он основан на измерении электропроводности раствора и его
зависимости от концентрации содержащихся в растворе веществ. Как любой
проводник, вода, содержащая примеси, обладает электрическим сопротивлением R. Характеристикой электрической проводимости раствора является
электропроводность W, эти величины связаны между собой следующими
уравнениями:
R=r
L
;
S
(1.1)
3
W=
1 1 S
S
= × =x ,
R r L
L
(1.2)
где r - удельное электрическое сопротивление раствора; L - расстояние между электродами (рис. 1.1); S - площадь сечения промежутка воды; x удельная электропроводность
Рис.1.1. Принципиальная схема кондуктометра
Удельным электрическим сопротивлением называется сопротивление
столба исследуемого раствора площадью сечения
S = 1 см2 и длиной
L= 1 см. Удельное сопротивление зависит от природы растворенных в ней
веществ, их концентрации и температуры. Удельная электропроводность является величиной, обратной удельному электрическому сопротивлению r .
Достаточно точно для практических целей зависимость электропроводности раствора от его состава и температуры может быть описана таким
образом:
(1.3)
x = x 0 (1 + at + b t 2 ) ,
где x0 - электропроводность дважды перегнанной дистиллированной воды;
a и b - коэффициенты, зависящие от природы растворенных веществ и их
концентрации.
Метод, основанный на измерении электропроводности раствора с целью получения значения концентрации растворенной в растворе примеси, называется кондуктометрией.
4
1.2. Методика проведения опыта и обработки результатов измерений
1.2.1. Состав экспериментального оборудования
Кондуктометр ММЗЧ-04 с контактным датчиком типа УК-02/1.
Посуда: цилиндры для калибровочной кривой V = 6 мл – 6 шт.; колба
для рабочего раствора V = 250 мл – 1 шт.; пипетки 5 и 10 мл – по 1 шт.; лабораторный термометр для раствора.
1.2.2. Приготовление растворов
1.2.2.1. Приготовление рабочего раствора электролита
Концентрация рабочего раствора электролита – 10 г/л NaCl. Для приготовления такого раствора используют навеску массой 2,5 г, которую растворяют в колбе 250 мл дважды перегнанной дистиллированной водой.
1.2.2.2. Приготовление шкалы концентрации раствора
В шесть мерных цилиндров объемом V = 100 мл каждый вносят 1; 2; 5;
10; 20; 30 мл рабочего раствора и доводят объем до 100 мл дистиллированной водой.
Концентрации полученных растворов будут соответственно равны:
100; 200; 500; 1000; 2000; 3000 мг/л.
1.2.3. Порядок проведения работы
1.2.3.1. Построение калибровочной кривой для определения концентрации растворимых минеральных солей и других токсичных примесей и
изучение влияния температуры исследуемого раствора на его электропроводность.
Образцы растворов последовательно помещаются в измерительный
стакан кондуктометра. Измерительный стакан промывается вместе с датчиком прибора дистиллированной водой после каждой смены исследуемого
раствора. Удельное электрическое сопротивление измеряют для каждого раствора шкалы концентраций, начиная с наименьшей концентрации при температуре около 15 °С .
Результаты измерений записывают в табл. 1.1.
Для большей точности определения рекомендуется измерения выполнять на разных пределах чувствительности прибора.
Затем проводят аналогичные измерения удельного электрического сопротивления растворов шкалы для температур исследуемых растворов приблизительно: 20, 25, 30, 35 °С .
Точные значения температур заносят в табл. 1.1.
5
Используя данные табл. 1.1 и уравнение x =
1
, построить калибровочr
ный график x = f (C ) t =const и x = f (t ) C =const .
С, мг/л
С1
С2
С3
С4
С5
С6
t, °С
Удельное электрическое сопротивление r , Ом м
t1 =
t2 =
….
tn =
Таблица 1.1
С7
С8
1.2.3.2. Определение содержания примесей в контрольном растворе
В контрольном образце раствора необходимо вначале определить температуру термометра, а затем измерить удельное электрическое сопротивление кондуктометра. Используя эти два измеренных значения и ориентируясь
на полученные выше зависимости
и x = f (t ) C =const ,
x = f (C ) t =const
находим концентрацию примесей в контрольном образце раствора.
Лабораторная работа № 2
Изучение метода фотометрии
Цель работы: изучение основных приемов работы
на фотоэлектроколориметре.
Задание:
1.
Построить график зависимости оптической плотности от длины волны и определить оптимальную длину волны, соответствующую максимальному значению оптической плотности.
2.
Построить калибровочные графики для двух значений ширины
кюветы фотоэлектроколориметра.
2.1. Краткие теоретические сведения
Методы анализа жидких и газообразных сред, основанные на светопоглощении, называются фотометрическими.
По закону Бугера-Ламберта-Бера интенсивность светового потока, выходящего из слоя, определяется по формуле
(2.1)
I t = I 0 × e -eCb ,
6
где It - интенсивность светового потока, выходящего из слоя; I0 - интенсивность светового потока, падающего на слой; e - коэффициент, не зависящий
от концентрации; C - концентрация вещества; b - толщина слоя.
Коэффициент поглощения k = e × C пропорционален концентрации поглощающего вещества, например раствора или газа.
Логарифм отношения интенсивности
плотностью D и определяется по формуле
I0/It называется оптической
D= eСb .
(2.2)
Прибор, используемый для осуществления фотометрического метода в
видимой части спектра, называется фотоэлектроколориметром (КФК).
Принцип действия прибора заключается в регистрации величины тока
фотоэлемента, на который падает пучок монохроматического света, прошедшего через слой исследуемой жидкости или газа. КФК позволяет определять величину оптической плотности исследуемых сред.
2.2. Методика проведения работы и обработки результатов эксперимента
2.2.1. Состав экспериментального оборудования
Фотоэлектроколориметр; посуда: цилиндры для калибровочной кривой
V = 100 мл – 8 шт., цилиндр – 1 шт. для разведения объемом 100 мл, цилиндр
объемом V = 25 мл – 1 шт., пипетки 5 и 10 мл – по одной шт.
2.2.2. Приготовление растворов
2.2.2.1. Приготовление рабочего и разбавленного растворов красителя
Концентрация рабочего раствора красителя – 1000 мл/л.
Объем рабочего раствора красителя – 1000 мл. Для приготовления разбавленного раствора используют разведенный рабочий раствор в отношении
1:10. Для этого в цилиндр на 1000 мг вносят 10 мл рабочего раствора и доводят объем до 100 мг дистиллированной водой. Концентрация разбавленного
раствора красителя Cк будет равна 100 мл/л.
2.2.2.2. Приготовление шкалы концентраций раствора красителя
Для приготовления шкалы концентраций используется разбавленный
раствор красителя. В 8 мерных цилиндров вводят 0,5; 1; 2,5; 5; 10; 15; 20; 25 мл
разбавленного красителя и доводят объем до 100 мл дистиллированной водой, это соответствует концентрациям (Ск) 1; 2; 5; 10; 20; 30; 40; 50.
7
2.2.3. Порядок проведения работы
2.2.3.1. Подбор длины волны светового пучка
Раствор красителя, имеющий концентрацию, близкую к исследуемому
раствору, помещается в измерительную кювету КФК.
Проводят измерения оптической плотности раствора для всех длин
волн. В качестве раствора сравнения используют дистиллированную воду.
Результаты измерений заносят в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Зависимость оптической плотности D от длины волны l
l , нм
D
2.2.3.2. Построение калибровочных графиков
Используя данные табл. 2.1, строим график зависимости D = f ( l ).
Определяем оптимальную длину волны l , которая будет соответствовать максимальному значению Dmax.
Измеряем оптическую плотность D каждого раствора шкалы при найденном по графику значении l и ширине кюветы L=10 мм. В качестве раствора сравнения используют дистиллированную воду. Результаты измерений
записывают в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Зависимость оптической плотности D от концентрации красителя Ск
при ширине кюветы 10 мм
Ск,
мг/л
D
Далее
табл. 2.3.
измерения
повторяются
для ширины кюветы L=20 мм,
Таблица 2.3
Зависимость оптической плотности D от концентрации красителя Cк
при ширине кюветы L=20 мм
Ск,
мг/л
D
8
Используя данные табл. 2.2 и 2.3, построить калибровочные графики в
координатах D = f (Ск) для двух значений ширины кюветы. Объяснить полученные результаты.
Лабораторная работа № 3
Изучение процесса тепломассообмена в насадочном абсорбере
Цель работы: провести балансовые испытания насадочного абсорбера
при различных плотностях орошения насадки.
Задание:
1. Составить уравнение теплового баланса абсорбера с использованием измеренных в опытах параметров.
2. На основе уравнения теплового баланса рассчитать приход и расход
теплоты для каждого режима с указанием небаланса D Q / Q в процентах.
3. Построить кривую изменения состояния воздуха при тепло- и массообмене с водой в абсорбере (в H – d-координатах).
4. Оценить погрешность определения расхода воздуха и промежуточного значения энтальпии Hпр при построении кривой тепломассообмена.
3.1. Краткие теоретические сведения
Насадочные абсорберы (их еще называют насадочными колоннами)
относятся к диффузионным аппаратам, в которых соприкосновение газов с
жидкостью происходит на смоченной поверхности насадки. Насадка характеризуется поверхностью в единице объема (удельная площадь поверхности)
2 3
3 3
S, м /м , свободным объемом (порозностью) e ,м /м , линейными размерами
одного элемента насадки (обычно – эквивалентным диаметром). Насадкой в
опытном абсорбере служат нерегулярно уложенные кольца Рашига.
Выбирая скорость газа в свободном сечении абсорбера, следует учитывать, что с ее увеличением повышается коэффициент тепломассоотдачи, но в
то же время возрастает унос частиц жидкости из абсорбера вместе с газом и
увеличиваются затраты энергии на транспортирование газа, то есть гидравлическое сопротивление абсорбера растет.
В процессе охлаждения или нагрева воздуха в абсорбере одновременно
с конвективным переносом теплоты происходит конденсация пара из воздуха
или испарение воды в воздух, то есть с изменением температуры воздуха t1
изменяется и его влагосодержание d1. Поэтому при составлении уравнения
теплового баланса абсорбера целесообразно использовать энтальпию воздуха
Н1:
(3.1)
H 1 = h1 + 0,001d1 hп ,
9
где h1, hп – соответственно энтальпия сухого воздуха и водяного пара при
температуре t1.
В технических расчетах формулу (3.1) обычно заменяют приближенной зависимостью
(3.2)
H 1= t1 + 0,001d 1 ( 2493 + 1,97t1 ) .
С учетом изложенного уравнение теплового баланса абсорбера имеет
вид
где L и H1¢ , H 1²
¢
²
²
¢
L( H 1 - H 1 ) = G2 c2 (t 2 - t 2 ) ,
(3.3)
- соответственно расход, начальная и конечная энтальпия
воздуха; G2, с2 – соответственно расход и удельная теплоемкость воды; t 2¢ и
²
t 2 - ее начальная и конечная температуры.
Построение кривой изменения состояния воздуха при его взаимодействии с водой по опытным данным проводится графоаналитическим способом
на основе уравнения теплового баланса.
На Н-d-диаграмму (рис. 3.1) наносится точка А, соответствующая начальным параметрам воздуха t1 и Н1 (t1 соответствует показаниям термопары 9;
Н1 – энтальпия воздуха на входе, соответствующая показаниям мокрой термопары 8). На линии j = 100% отмечаются положения точек С и D, соответствующие изотермам t 2¢ и t 2 ² , равным начальной и конечной температурам воды. Поскольку на лабораторном стенде осуществлен противоток, начало процесса смешения воздуха с водой на Н-d-диаграмме изображается
прямой AD, соединяющей точку А, характеризующую состояние воздуха на
входе в абсорбер, с точкой D на линии j = 100%, которая соответствует температуре воды на выходе из абсорбера t 2 ² .
Далее
на этой прямой рассчитывают значение промежуточной энтальa
пии H пр по уравнению теплового баланса
²
a
LH 1 + Gc p t пр
= H прa + Gc p t 2 ,
(3.4)
подставив в него измеренные в опыте промежуточные значения температуры
воды t a пр, которые определяют по показаниям термопар 2-7. В уравнении
(3.4) L – расход воздуха, кг/с; H1 - энтальпия воздуха на входе в абсорбер,
Дж/кг; G - расход воды, кг/с; cр – удельная теплоемкость воды при заданной
температуре, Дж/(кг × °С ); t 2 ² – температура воды на выходе из абсорбера, °С ;
H a пр - энтальпия влажного воздуха в сечении, где установлена термопара 2;
t a пр – температура, замеряемая термопарой 2.
10
Отсюда
H
a
пр
= H1 -
² a
Gc p (t 2 - t пр
)
L
.
(3.5)
Рис.3.1. Н-d-диаграмма процесса тепломассообмена в абсорбере
Затем на H – d-диаграмме отмечают известную температуру t a пр на
кривой насыщения j = 100%. Находят точку пересечения полученной энтальпии H a пр с прямой AD (точка а). Точку соединяют с найденной на линии
j = 100% точкой, соответствующей t a пр, на которой выбирают точное значение энтальпии воздуха H a пр,ут.
H bпр определяют по формуле
b
H пр
= H пра -
11
а
b
Gc p (t пр
- t пр
)
L
.
(3.6)
Таким образом, вычисляется ряд значений Hпр и строится ряд прямых
до тех пор, пока tпр не станет равной t 2¢ . Соединяя начальные и конечные
точки всех прямых единой линией, получают искомую кривую тепломассообмена в абсорбере.
Значения коэффициента теплоотдачи от воздуха к воде в насадочном
абсорбере могут быть определены из уравнения
a=
Q
,
SDtjV
(3.7)
где Q – количество теплоты, передаваемое в абсорбере, Вт; V- активный объем абсорбера (для лабораторного стенда 5,33х10-3 м3); S- поверхность насад2 3
ки в единице объема, м /м ; j - коэффициент смачиваемости, рассчитываемый по номограмме [1]; Dt – средняя разность температур теплоносителя,
равная
Dt =
1
b
å Dt
пр
,
(3.8)
где b – отношение изменения температуры воздуха в ступени к полному ее
изменению в абсорбере; D tпр – разность температур между теплоносителями
для одной ступени.
Полученные опытные значения коэффициента теплоотдачи следует
сравнить с расчетными, полученными по формуле [1, (2.26)].
Используя опытные значения скорости воздуха в выходном сечении
абсорбера (Fвых = 0,03 м2), можно рассчитать размер капель, уносимых из абсорбера, методом последовательного приближения [1, формулы (2.18;2.19)].
3.2.
Методика проведения опыта и обработки результатов измерений
3.2.1. Состав экспериментального оборудования
Лабораторная установка (рис.3.2) представляет собой абсорбер V, заполненный кольцами Рашига. Вентилятором П из помещения в абсорбер V
нагнетается воздух, который нагревается в электронагревателе Ш. Взаимодействие воздуха и воды осуществляется в режиме противотока. Вода из водопровода подается в верхнюю часть абсорбера и через разбрызгивающее
устройство смачивает насадку.
Расход воздуха определяется калориметрическим расходомером,
имеющим незначительные потери теплоты в окружающую среду (менее 2%).
Воздух в электрическом нагревателе калориметрического расходомера ЭН
нагревается на dtK . Из уравнения теплового баланса ЭН рассчитывают расход воздуха
G=
UI
cp
dt
,
(3.9)
где U,I – соответственно напряжение /В/ и сила тока /А/ нагревателя ЭН;
12
ср – удельная теплоемкость, Дж/(кг К), воздуха при средней его температуре
в нагревателе; dt - изменение температуры воздуха в ЭН, К, измеряемое с
помощью дифференциальной термопары 13 и вольтметра В7-21; dt = 15 Е,
где Е – термоЭДС, мВ.
Расход воды устанавливается вентилем ХП и определяется ротаметром
VП по формуле
G=43+5,3n,
(3.10)
где n - число делений ротаметра.
Температура воды по высоте насадки измеряется хромель-копелевыми
термопарами в точках 2,3,4,5,6,7, а на входе и выходе из абсорбера – термопарами 1 и 12 (рис.3.2) и фиксируется вольтметром В7-21. Схема установки
термопар по высоте насадки представлена на рис. 3.2. Термопарами 9 (сухой
термометр) и 8 (мокрый термометр) измеряются температура и влажность
воздуха на входе в абсорбер, термопарами 11 (сухой термометр) и 10 (мокрый термометр) – температура и влажность воздуха на выходе.
Рис. 3.2. Схема лабораторной установки
13
3.2.2. Порядок проведения работы
Для подготовки лабораторного стенда к работе необходимо снять
крышку с воздушного входного патрубка, открыть заслонку I, включить вентилятор II, для чего поставить тумблеры Т1 на щите и на выпрямителе Т2 в
положение «включено», и вращением рукоятки реостата Р2 подать напряжение на двигатель вентилятора (выполняется лаборантом). За работой вентилятора следить по указаниям вольтметра V2 и амперметра А2 (предельно допустимые напряжение и ток 27 В и 20 А соответственно). Вращением ручки
Н2 трансформатора Х подают напряжение на электронагреватель III. За работой нагревателя следить по показаниям вольтметра V3 и амперметра А3
(предельно допустимые напряжение и ток 170 В и 10 А).
С помощью вентиля XII, который открывается полностью, и XI, которым регулируется расход воды (при снятии показаний приборов расход воды
следует держать постоянным по ротаметру VII), подать воду в верхнюю
часть абсорбера. При этом нужно открыть вентиль XIII и по показаниям
уровнемера XIV, установленного на конусе абсорбера, следить за тем, чтобы
уровень воды был ниже риски, иначе вода может попасть в электронагреватель.
Включить вольтметр В7-21. Вращением ручки Р1 лабораторного
трансформатора и с помощью вольтметра V1 установить напряжение на
электрокалориметре 150 В.
При постоянном расходе воздуха и при трех различных расходах воды
после достижения установившегося режима (по показаниям термопар) снять
показания приборов и записать их в журнал наблюдений (табл.3.1).
После окончания опытов отключить потенциометр, электронагреватель, отключить воду, для чего открыть вентиль XIII, затем вентили XII и
XI. Через 5 минут после того, как охладится установка, выключить вентилятор.
Лабораторная работа № 4
Определение дисперсного состава экспериментальной пыли
Цель работы: изучение основных приемов работы
на ротационном анализаторе типа РАД-1.
Задание:
1.
Выполнить отбор проб запыленного воздуха при помощи
анализатора РАД-1.
2.
Рассчитать дисперсный состав исследуемой пыли с построением кривой накопления массы осадка по длине канала анализатора (графический метод).
3.
Определить дисперсный состав исследуемой пыли аналитическим методом (с помощью таблиц [2] ).
4.
Оценить погрешность экспериментальных данных.
14
4.1. Краткие теоретические сведения
Определение дисперсного состава пыли может выполняться путем ситового анализа или методом жидкостной седиментации с отбором весовых
проб подъемной пипеткой ЛИОТ согласно «Единой методике анализа дисперсного состава промышленных пылей».
Дисперсный состав пыли определяется также при помощи ротационного анализатора дисперсности РАД-1. С помощью РАД-1 определяется гранулометрический состав пыли в том агрегатном состоянии, в котором она находится во взвешенном состоянии в пылегазовом потоке. Анализатор представляет собой роторную центрифугу проточного типа. Пылегазовый поток
просасывается по каналу вращающегося ротора. Под действием центробежных сил частицы сепарируются из потока и оседают на стенке канала. Распределение массы осадка по длине канала позволяет рассчитать дисперсный
состав пыли. Масса осажденной пыли, отнесенная к единице объема газа, дает величину концентрации пыли в потоке.
4.2. Состав экспериментального оборудования
Конструкция прибора РАД-1 показана на рис. 4.1. Ротор анализатора
состоит из двух коаксиальных трубок 1 и 2, кольцевая щель 3 между ними
является проточным каналом ротора. Ротор вращается в подшипниках 4 и 5.
По оси передней головки 6 корпуса посредством винтообразных направляющих фиксируется конус-обтекатель 7. Уплотнения 8, расположенные в задней головке корпуса, образуют герметичную камеру, которая через окна 9 в
трубке 2 и окна 10 сообщается с проточным каналом. Приводом к прибору
служит электродвигатель серийной электродрели. Перед началом анализа
мотору придают нужную скорость вращения и, присоединив штуцер 11 к вакуум-линии, устанавливают необходимый объемный расход запыленного газа, проходящего через канал ротора. Пылегазовый поток через заборную
трубку поступает в головку 6 и, обтекая конус 7, направляется в кольцевой
канал 3 ротора, где потоку сообщается вращательное движение.
Рис.4.1. Роторный анализатор дисперсности РАД-1
Под действием центробежных сил пылевые частицы осаждаются на
внутренней поверхности трубки 1. Газ, освобожденный от основной массы
15
пыли через окна 9 и 10, поступает в камеру 11 и через штуцер 12 направляется на фильтр, а затем выводится из прибора.
Для удобства сбора осадка пыли в проточный канал устанавливают
съемную пылесборную трубку, составленную из алюминиевой фольги, которую заворачивают в общую трубку из кальки, в виде цилиндров. После окончания просасывания газа через прибор снимают головку 6, вынимают пылесборную трубку с осажденным на ее внутренней поверхности слоем пыли;
расчленяют трубку на отдельные цилиндры и определяют массу осажденных
на них частиц пыли. Искомое распределение по массе частиц вычисляют исходя из распределения массы осадка по длине канала.
Габаритные размеры прибора 45х450 мм. Расход газа, просасываемого
через прибор при скорости вращения ротора 5000 об/мин, составляет
3
25 дм /мин.
4.3. Методика выполнения измерений
Сменный носик анализатора с таким диаметром входного отверстия,
при котором скорость входа в него газа равна скорости потока в точке пробы,
позволяет проводить отбор проб пыли из газового потока с соблюдением условия изокинетичности. Прибор удерживается на газоходе с помощью накидной гайки, наворачиваемой на пылезаборный штуцер.
Устанавливают требуемую
скорость вращения ротора прибора
(5000 об/мин). Скорость вращения регулируют с помощью автотрансформатора (ЛАТРа) посредством изменения питающего прибор напряжения.
Прибор разворачивают так, чтобы носик пылезаборной трубки был направлен навстречу потоку и проводят отбор проб пыли. Рекомендуется, чтобы общая масса пыли, осажденной в роторе прибора, была в пределах 0,0253
0,1 г. При пылесодержании 0,01-1,0 г/м минимальная продолжительность
отбора пробы составит соответственно от 100 до 1 минуты.
По окончании отбора проб разворачивают пылезаборную трубку носиком по ходу потока и, не сбрасывая оборотов ротора, вынимают анализатор
из газохода, после чего отключают источник разрежения и питания прибора.
Не следует после отбора проб располагать прибор вертикально, головкой
вверх, для предотвращения осыпания пыли с первого цилиндра на последующие. Затем свинчивают переднюю головку прибора, осторожно вынимают пылесборную трубку из кальки, в которую завернуты сочлененные цилиндры, и расчленяют их.
4.4. Обработка результатов измерений
Цилиндры с пылью, а также фильтр взвешивают на тех же весах, на которых взвешивали чистые цилиндры и фильтр. Результаты экспериментов
заносят в табл. 4.1.
Для расчета дисперсного состава исследуемой пыли данные эксперимента изображаются в виде кривой накопления (рис.4.2) массы осадка пыли
16
по длине канала. Такую кривую можно обработать обычными приемами обработки кривых накопления осадка, получаемых при анализах на седиментометрических весах. Необходимую для расчетов связь между размером частиц
и расстоянием от начала канала до точки окончания осаждения частиц данного размера устанавливают в процессе тарирования прибора (рис. 4.3).
Таблица 4.1
Номер
цилиндра
Масса
цилиндров, г
c пылью
чистых G2
G1
Прирост массы пыли
в каждом
цилиндре
G3, г
суммарный суммарный
q(l), %
G4,г
1
2
3
4
5
6
7
8*
*Данные относятся к фильтру АФА, расположенному за последним
цилиндром.
Рис.4.2. Кривая накопления осадка по длине канала РАД-1
17
Рис.4.3. Тарировочный график ротационного анализатора
дисперсности РАД-1
Кривая распределения анализируемой пыли по массе частиц получается как производная кривой накопления осадка. Для этого кривая накопления
осадка обрабатывается обычными методами (путем графического дифференцирования либо аналитическим расчетом по эмпирическим формулам). Аналитический метод дает более точные результаты, чем графический.
При аналитическом расчете удобно пользоваться формулами Авдеева
Н.Я. [2]. Для такого расчета Авдеевым Н.Я. разработаны необходимые таблицы. Кривая распределения D( t ), как функция времени накопления осадка
t , может быть выражена зависимостью
D (t ) = (1 - b -
b
)q (t ) + 100 b ,
m 0t b
(4.1)
где m 0 и b - постоянные величины.
Уравнение седиментационной кривой массы осадка q (t ), выпавшего
за время t :
q (t ) = (1 - e
-
1
m 0t b
) m 0t b .
18
(4.2)
В случае осаждения пыли по длине трубки ротационного анализатора
вместо времени t подставляется соответствующая длина трубки l.
Обозначая
(4.3)
m0l b = x ,
получаем следующие выражения кривой накопления осадка q (l) и кривой распределения D (l):
-
1
q(l ) = 100(1 - e x ) ,
D (l ) = (1 - b -
(4.4)
b
)q (l ) + 100 b .
x
(4.5)
Значения величин q (l) и D (l) находят по упомянутым выше таблицам
Авдеева. Сначала по формулам определяют параметры b и m 0 для двух значений длины трубки l1 и l2, значения массы осадка q1(l) и q2(l) которых известны из эксперимента (из кривой накопления осадка):
x2
x1
b=
,
l2
lg
l1
lg
m 0 = x1l1
(4.6)
-b
= x2 l2
-b
,
(4.7)
а значения х1 и х2 для q1(l) и q2(l) находят по таблице Авдеева [2]. Длины l1 и
l2 рекомендуется выбирать в пределах величин q(l), равных соответственно
20 ¸ 30 и 70 ¸ 90.
Далее по ряду значений длины трубки li вычисляют значения хi
xi = m 0 l ib .
(4.8)
Длины li берут в соответствии с длинами расчленяемой трубки из
фольги, которая была помещена во время отбора пробы в трубку ротационного анализатора. По найденным значениям хi и b из таблицы Авдеева находим соответствующие величины D(l). Данные расчета сводятся в табл. 4.2, в
которой для соответствующих значений li указаны величины диаметра частиц d i , полностью осаждающихся на стенках трубки по длине li.
Таблица 4.2
Номер
участка
осаждения
1
…
7
Параметры
l, см
l
b
х
19
g (lip ),
g (l iэ ),
%
%
R(li),
%
D(li),
%
d,
мкм
Лабораторная работа № 5
Изучение процесса адсорбции в динамических условиях
Цель работы: изучение процесса динамической сорбции загрязнителей
в адсорбционном фильтре.
Задание:
1. Построить график функции распределения красителя по слоям загрузки Сi/Co = f (t ) для n слоев и определить периоды проскока t пр.
2. Построить график зависимости t пр = f (L).
3. Определить основные показатели процесса динамической сорбции
красителя.
5.1. Краткие теоретические сведения
Сорбционная очистка воды путем фильтрования ее через слой сорбента
называется сорбцией в динамических условиях. Она может осуществляться в
аппаратах с неподвижной массой сорбента, выполненных конструктивно в
виде фильтров, или в реакторах с подвижным слоем, находящемся во взвешенном состоянии.
Определение длительности работы адсорбционного фильтра до появления в профильтрованном потоке воды удаляемого вещества в концентрации, превышающей предельно допустимую, и длина слоя адсорбента определяются уравнением Н.А.Шилова:
t ф = kL - t 0 ,
(5.1)
где t ф – период защитного действия фильтра; k – коэффициент защитного
действия; L- длина (высота) слоя адсорбента; t 0 - потеря времени защитного
действия фильтра.
Введение в уравнение (5.1) величины t 0 связано с тем, что работа
фильтра до момента появления «проскока» загрязнений в фильтрат возможна
только при условии, что длина (высота) слоя адсорбента больше некоторой
минимальной величины, называемой «мертвым слоем» Lм.
Поскольку скорость адсорбции определяется скоростью массопереноса, процесс поглощения вещества из потока воды протекает не мгновенно, а в
течение некоторого периода, то и концентрация в потоке уменьшается от начальной (Со) до 0 за этот же период. При этом элемент потока воды переместится на расстояние Lо. Участок слоя адсорбента, в котором происходит
снижение концентрации загрязнений от Со до 0, называется работающим
слоем.
20
Важной характеристикой процесса динамической сорбции является
удельная динамическая адсорбция Ар, которая в случае выпуклой изотермы
сорбции может быть определена по формуле
A p = C 0 ku ф ,
(5.2)
3
где Со – исходная концентрация извлекаемого компонента, г/м ; u ф – скорость фильтрования, м/ч.
Если удаляемые компоненты являются в данных условиях слабо адсорбируемыми веществами, необходимо учитывать, что в фильтрационном слое
они находятся в виде раствора, заключенного в межзерновом пространстве и
больших порах зерен загрузки. Изотерма адсорбции будет иметь вогнутый
3
вид. В этом случае удельная динамическая адсорбция Ар, г/м , определяется
по формуле
A p = C 0 ( ku ф - e ) ,
3
(5.3)
3
где e - порозность слоя загрузки, м /м .
Уравнение (5.1) позволяет определить продолжительность работы слоя
адсорбента любой длины L > Lо, если экспериментально установлены величины k и tо для заданного режима сорбции.
5.2.
Методика проведения работы и обработки результатов опытов
5.2.1. Состав экспериментального оборудования
Модель адсорбционного фильтра, фотоэлектроколориметр КФК-3м.
Посуда: цилиндры для калибровочной кривой 100 мл – 8 шт., колбы
для проб 50 мл – 25 шт.
5.2.2. Приготовление растворов и материалов
Работа выполняется на искусственно приготовленном растворе. Для
этих целей удобно использовать водные растворы текстильных красителей.
5.2.2.1. Приготовление рабочего и исследуемого растворов красителя
Концентрация рабочего раствора принимается равной 1000 мг/л, для
чего навеску красителя массой 1 г растворяют в 1 л воды.
Для приготовления исследуемого раствора используют соответствующее разведение рабочего раствора. Концентрация исследуемого раствора зависит от типа красителя и марки угля – устанавливается лаборантом.
21
5.2.2.2. Подготовка угля
Активированный уголь, предназначенный для проведения работы, заливают теплой дистиллированной водой и оставляют для набухания в герметично закрытой посуде на 24 ч. Перед загрузкой его промывают дистиллированной водой и переносят в колонку фильтра, предварительно заполнив его
до половины дистиллятом.
5.2.3. Описание лабораторной установки
Модель адсорбционного фильтра приведена на рис. 5.1. Она состоит из
фильтровальной колонки 1 диаметром 25 мм, оснащенной пробоотборниками
2. Высота колонки 1500 м. По высоте колонки равномерно распределены 15
пробоотборников. Обвязка фильтра позволяет осуществлять процесс фильтрации в обоих направлениях. На концах колонки установлены пьезометры 3
и 4 для оценки потерь давления в загрузочном слое. Для работы установки в
безнапорном режиме предусмотрена переливная воронка 5. Подача воды на
установку осуществляется перистальтическим насосом-дозатором 6, обеспечивающим постоянство расхода при переменном давлении. Питание установки производится из резервуара 7.
Рис.5.1. Схема экспериментальной установки
22
5.2.4. Проведение работы
5.2.4.1. Построение калибровочного графика
Методика построения калибровочного графика приведена в лабораторной работе 2. График рекомендуется построить для интервала концентраций
красителя от 0,1 до 10 мг/л.
5.2.4.2. Определение показателей работы адсорбционного фильтра
Приготовленный с заданной концентрацией исследуемый раствор помещается в резервуар 7. Заполнение установки осуществляется снизу вверх
дистиллированной водой при максимальной подаче насоса для вытеснения из
загрузки воздуха. Затем устанавливается необходимая подача воды на установку, соответствующая заданной скорости фильтрования. Эта операция
также выполняется на дистиллированной воде. После этого насос переключают на работу из резервуара исходной воды и начинают отсчет времени.
Отбор проб осуществляют по возможности одновременно из всех пробоотборников через заданные промежутки времени. В пробах определяется концентрация красителя, значения которой заносят в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Условия
опыта
Номер
пробоотборника
(i)
Длина пути
Фильтрации, L,
м
t ,ч
t 1
…
t n
3
Сорбент: e = ; u ф = м/ч; Со= г/м
1
2
…
…
…
…
I
Текущая концентрация вещества в слоях, Сi, мг/л
Опыт продолжают до появления начальной концентрации красителя в
пробах, отобранных на 3-4 уровнях. Оставшиеся уровни можно использовать
для проведения следующей серии опытов без перезагрузки фильтра.
Для определения k и t 0 , используя экспериментальные данные (см.
табл. 5.1), находят функцию распределения адсорбата в подвижной фазе при
движении воды через неподвижный слой адсорбента, пример которой приведен на рис. 5.2.
23
Рис.5.2. Распределение адсорбента в подвижной фазе при движении
потока воды через неподвижный слой адсорбента
на условиях фиксации 1-5
Графоаналитической обработкой этой функции получают зависимость
периода защитного действия слоя адсорбента t ф от длины слоя L, приведенную на рис. 5.3.
Рис.5.3. Зависимость времени защитного действия слоя адсорбента
от длины слоя L: Lo-длина работающего слоя; Lм-длина
«мертвого слоя»; t 0 -потеря времени защитного действия
фильтра
24
Математическая обработка полученной зависимости позволяет определить величины Lм, Lо, k и t 0 , так как аппроксимирующим уравнением является формула (5.1).
Результаты расчетов показателей процесса динамической сорбции приводят в табл. 5.2.
По данным табл. 5.1 построить график функции распределения красителя по слоям загрузки Сi/Co = f ( t ) для n слоев и определить периоды проскока t пр ; затем построить график зависимости t пр = f (L).
Таблица 5.2
Ар, г/м3
k, ч/м
t0 , ч
tф , ч
Lо, м
Lм, м
Библиографический список
1. Рамм, В.М. Абсорбция газов / В.М. Рамм. – М,: Химия, 1976. – 562 с.
2. Авдеев, Н.Я. Расчет гранулометрических характеристик полидисперсных систем / Н.Я. Авдеев. – М.: Химия, 1966. – 377 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Лабораторная работа № 1. Изучение метода кондуктометрии……...
Лабораторная работа № 2. Изучение метода фотометрии…………...
Лабораторная работа № 3. Изучение процесса тепломассообмена
в насадочном абсорбере………………….
Лабораторная работа № 4. Определение дисперсного состава
экспериментальной пыли……………….
Лабораторная работа № 5. Изучение процесса адсорбции
в динамических условиях…………….....
Библиографический список……………………………………………...
25
3
3
6
9
14
20
25
Охрана воздушного бассейна
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
для студентов заочного факультета, обучающихся
по специальности 290109 «Теплогазоснабжение и вентиляция»
Составитель: проф., д.т.н. Сотникова Ольга Анатольевна
Редактор Аграновская Н.Н.
Подписано в печать 25.02. 2009. Формат 60х84 1/16. Уч.-изд.л. 1,9. Усл.-печ.л. 2,0.
Бумага писчая. Тираж 100 экз. Заказ № 99
Отпечатано: отдел оперативной печати Воронежского государственного
архитектурно-строительного университета
394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
.
26
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
321 Кб
Теги
799, бассейн, охране, воздушного
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа