Описание лабораторной установки

ОРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ОСАЖДЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ

И КАПЕЛЬ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ

Методические указания

К лабораторной работе №2

Методику составил

профессор кафедры ХТП Жирнов Б. С.

Согласовано

Инженер по т/б Кирова И. П.

Салават 2004 г.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментальное определение скорости осаждения частиц (капель) в жидкой среде.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Осаждение представляет собой процесс, при котором взвешенные в жидкости твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, сил инерции или электростатических сил. Осажде­ние различных суспензий, эмульсий и пыли, происходящее под действием силы тяжести, называется отстаиванием. Отстаивание - один из гидромеха­нических методов разделения, которое проводят в аппаратах, называемых от­стойниками. Скорость осаждения частиц является одной из необходимых ве­личин при расчете отстойников.

Осаждение частиц в неограниченном объеме определяется скоростью свободного осаждения. Скорость свободного осаждения частиц (капель) в сплошной среде неограниченных размеров в зависимости от физических свойств жидкостей, размера частиц и режима их движения могут быть найде­ны по известным формулам, приведенным в литературе.

При ламинарном режиме осаждения, когда Re < 2, скорость осажде­ния шарообразной частицы определяется формулой Стокса:

(1)

В случае переходной области, когда 2 < Re < 500, скорость осаждения шарообразной частицы равна:

(2)

Для автомодельной области при Re > 500 скорость осаждения шарообразной частицы равна:

(3)

Однако для того, чтобы выбрать расчетное уравнение, соответствую­щее данной области осаждения, необходимо предварительно знать величину критерия Re, в который входит искомая скорость осаждения. Поэтому расчет скорости осаждения по приведенным уравнениям (1, 2, 3) возможен методом последовательных приближений, который оказывается весьма трудоемким.

Для описания в критериальной форме процесса осаждения шарообраз­ной частицы в неподвижной среде могут быть применены критерии подобия Архимеда (Ar) и Рейнольдса (Re).

Определение скорости осаждения шарообразных частиц (капель) при любом режиме осаждения осуществляется по методу П.В.Лященко следую­щим образом:

1. Определяется критерий Архимеда:

Ar=gd³(ρ_ч-ρ_c)ρ_c)/μ² (4)

где d - диаметр шарообразной частицы (капли), м; ρ_ч - плотность частиц, кг/м³; ρ_c - плотность среды, кг/м³; μ - динамическая вязкость среды, Па^.с.

2.По найденному значению критерия Arопределяют критерий Re:

если Аг<36,то режим ламинарный и

Re=Ar/18; (5)

если 36<Аг<83000,режим переходный и

Re=0,152Аг^0,715(6)

если Аг>83000,режим турбулентный, то

Re=l,74√Ar (7)

Таким образом, рассчитав величину критерия Аr,определяют по его значению область, в которой происходит осаждение. Зная область осаждения, можно рассчитать и критерий Reпо одному из уравнений (5), (6) или (7).

Скорость осаждения W (м/с) частиц шарообразной формы может быть найдена по величине критерия Re:

W=μ Re/(d ρ_c)(8)

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Схема лабораторной установки показана на рисунке. Установка включает: цилиндрический сосуд 1, заполненный водой; цилиндрический сосуд 2, заполненный глицерином; цилиндрический сосуд 3, заполненный водой, мерную бюретку 4 с краном, которая заполняется четыреххлористым углеродом (находится под вытяжкой). Внутренний диаметр цилиндрических сосудов составляет 40 мм.

Свойства веществ, используемых в работе, приводятся в таблице 2.

1,2,3 – цилиндры, 4 – мерная бюретка

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки