Ćwiczenie 15. Fluidyzacja

ĆWICZENIE NR 15
FLUIDYZACJA
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie minimalnej (krytycznej) prędkości fluidyzacji badanego złoŜa, a następnie na tej podstawie średnicy jego cząstek.
BUDOWA STANOWISKA
WyposaŜenie stanowiska stanowią:
• kolumna wykonana ze szkła organicznego /pleksi/ wypełniana warstwą porowatą
• układ doprowadzenia wody składający się z kurka odcinającego, dwóch równolegle połączonych rotametrów, z których kaŜdy wyposaŜony jest w zawór regulujący przepływ
• termometru mierzącego temperaturę doprowadzanej wody
• dystrybutora wody usytuowanego w dnie kolumny
• układu mierzącego spadek ciśnienia na warstwie porowatej składającego się z
rurki impulsowej umieszczonej w kolumnie /wlot rurki impulsowej usytuowany
nad dystrybutorem wody przy dnie kolumny/, manometru cieczowego połączonego z rurką impulsową oraz odpowietrzenia manometru
• odprowadzenie wody do kanału
WyposaŜenie dodatkowe to:
• miara do pomiaru wysokości złoŜa
• waga wykorzystywana przy określaniu porowatości złoŜa
• naczynia szklane
• pojemnik z zapasem ziarna
WYKONANIE ĆWICZENIA
Pomiary naleŜy wykonać dla dwu róŜnych wysokości warstwy złoŜa w kolumnie.
1. Określenie porowatości złoŜa i gęstości ciała stałego:
♦ sprawdzić działanie i ustawić zero wagi
♦ zwaŜyć pustą kalibrowaną zlewkę lub cylinder miarowy – mT
♦ do przygotowanej zlewki lub cylindra wsypać (nie ubijać nasypanej warstwy złoŜa) znaną objętość złoŜa (min. 100 ml) - VZ, zwaŜyć, zanotować masę – mZ
♦ wypełnić przestrzeń międzyziarnową złoŜa kontrolowaną objętością wody tak,
aby wypełnić pory złoŜa, a menisk cieczy odpowiadał przyjętej objętości złoŜa,
zwaŜyć, zanotować masę - mW
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 15
2. Wyznaczenie minimalnej (krytycznej) prędkości fluidyzacji dla dwóch wysokości
warstwy złoŜa.
♦ do kolumny fluidyzacyjnej nasypać złoŜe ciała stałego do wysokości podanej
przez prowadzącego ćwiczenie
♦ napełnić kolumnę wodą, aŜ do jej wypływu przez króciec przelewowy, przepłukać i wymieszać złoŜe, usunąć pęcherze powietrza
♦ odciąć dopływ wody zaworem odcinającym
♦ otworzyć kurek znajdujący się pomiędzy rurką impulsową i manometrem do pomiaru ciśnienia, odczekać do wyrównania poziomu cieczy w manometrze Ururkowym
♦ zamknąć kurek - ciecz w obu ramionach manometru musi być na jednakowym
poziomie /∆p = 0/
♦ odczytać początkową wysokość warstwy złoŜa w kolumnie - HP
♦ otworzyć dopływ wody, ustawić na rotametrze określone przez prowadzącego
ćwiczenie natęŜenie przepływu, zanotować wskazania manometru /odczyty z
obu ramion manometru/ oraz wysokość złoŜa – H
♦ w pierwszej fazie pomiarów, do wartości natęŜenia przepływu wody 400 dm3/h
korzystać z prawego manometru, następnie zwiększać strumień wody otwierając
przepływ przez lewy manometr
♦ zwiększać przepływ wody do czasu uzyskania praktycznej niezaleŜności mierzonego spadku ciśnienia na kolumnie od nastawianej wartości natęŜenia przepływu wody. W obszarze obserwowanego wpływu natęŜenia przepływu wody na
wartość spadku ciśnienia na warstwie złoŜa w kolumnie, naleŜy wykonać 5 - 7
pomiarów spadku ciśnienia dla zmieniającego się natęŜenia przepływu wody. W
obszarze gdzie wpływ ten zanika odnotować kolejne 4 - 6 wartości spadku ciśnienia na warstwie złoŜa przy wzrastającym objętościowym natęŜeniu przepływu wody.
♦ powtórzyć opisane wyŜej czynności i pomiary po dosypaniu nowej porcji złoŜa.
DANE
♦ średnica wewnętrzna kolumny 70 mm.
♦ cząstki złoŜa przyjąć jako kuliste.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Obliczyć masę złoŜa i objętość wody wypełniającej przestrzeń międzyziarnową –
m, VH2O
- w obliczeniach przyjmujemy gęstość wody ρ = 1000 kg/m3 (1g/cm3)
2. Obliczyć gęstość ciała stałego ς S :
ςS =
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
m
V z − V H 2O
2
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 15
3. Obliczyć porowatość złoŜa ε :
ε=
V H 2O
Vz
4. Na podstawie przeliczonych wyników doświadczenia sporządzić wykres:
lg (∆p) = f (lg uL)
♦ ∆p - spadek ciśnienia na złoŜu [ Pa ]
♦ uL - pozorna prędkość przepływu wody przez kolumnę, [ m/s ]
Wyznaczyć prostą w obszarze wzrostu ciśnienia oraz punkt przecięcia tej prostej
z prostą dla lg ∆P = const. Odczytać z wykresu lg uK a następnie obliczyć uK.
5. Dla prędkości uK odczytać z tabeli pomiarów wysokości warstwy odpowiadającą jej
wysokość złoŜa HK.
6. Obliczyć minimalną porowatość fluidyzacji (porowatość krytyczną złoŜa nieruchomego) ε K
H
εK = 1 −
P
(1 − ε )
H
K
7. Teoretyczną zaleŜność na krytyczną prędkość fluidyzacji:
d 2 ( ς s − ς L ) ε 3K g
uK = 0, 005
ηL ϕ 2 (1 − ε K )
przekształcić do postaci pozwalającej obliczyć średnicę cząstki złoŜa.
8. Obliczyć średnią z dwu wyznaczonych wartości krytycznej prędkości fluidyzacji uK,
i średnią z dwu wyznaczonych wartości porowatości krytycznej złoŜa, podstawić do
przekształconego wzoru i obliczyć średnicę cząstki złoŜa - d .
Porównać uzyskaną wartość z obserwowaną wielkością ziaren złoŜa.
♦ lepkość wody występującą we wzorze oblicza się z tablic dla zmierzonej temperatury.
temperatura wody [oC]
0
5
10
15
20
lepkość dynamiczna [ Pa s ]
1,789 x 10-3
1,516 x 10-3
1,306 x 10-3
1,141 x 10-3
1,005 x 10-3
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
3
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 15
TABELA POMIARÓW
zlewka
mT
Lp
[g]
wyniki waŜenia - masa
Zlewka+złoŜe
zlewka+złoŜe+woda
mZ
[g]
mW
[g]
warstwa nr 1
temperatura wody
°C
warstwa nr 2
wysokość początkowa Hp............[mm] wysokość początkowa Hp............[mm]
natęŜenie
przepływu
wody
V
3
[dm /h]
spadek
ciśnienia
wysokość
warstwy
∆p
[mm H2O]
H
[mm]
natęŜenie
przepływu
wody
V
3
[dm /h]
spadek
ciśnienia
wysokość
warstwy
∆p
[mm H2O]
H
[mm]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
4