Hydrodynamika warstwy fluidalnej trójczynnikowej

Podobne dokumenty
1. Część teoretyczna. Przepływ jednofazowy przez złoże nieruchome i ruchome

HYDRAULIKA KOLUMNY WYPEŁNIONEJ

Ćwiczenie 3: Wyznaczanie gęstości pozornej i porowatości złoża, przepływ gazu przez złoże suche, opory przepływu.

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

III r. EiP (Technologia Chemiczna)

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

OKREŚLANIE STANÓW ZŁOŻA FLUIDALNEGO

AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH: TECHNIKA PROCESÓW SPALANIA

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

Kinetyka procesu suszenia w suszarce fontannowej

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI. Ćwiczenie 5 POMIAR WZGLĘDNEJ LEPKOŚCI CIECZY PRZY UŻYCIU

WIROWANIE. 1. Wprowadzenie

Materiały pomocnicze z Aparatury Przemysłu Chemicznego

Ćw. M 12 Pomiar współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa i za pomocą wiskozymetru Ostwalda.

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Destylacja z parą wodną

KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESU PROJEKTOWANIA ODSTOJNIKA

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY NA PODSTAWIE PRAWA STOKESA

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 1/8 PROCESY MECHANICZNE I URZĄDZENIA. Ćwiczenie L6

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

OPADANIE CZĄSTEK CIAŁ STAŁYCH W PŁYNACH

WSPÓŁCZYNNIK PRZEJMOWANIA CIEPŁA PRZEZ KONWEKCJĘ

KATEDRA INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH LABORATORIUM INŻYNIERII CHEMICZNEJ, PROCESOWEJ I BIOPROCESOWEJ

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Rys.1. Zwężki znormalizowane: a) kryza, b) dysza, c) dysza Venturiego [2].

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

WYKŁAD 10 METODY POMIARU PRĘDKOŚCI, STRUMIENIA OBJĘTOŚCI I STRUMIENIA MASY W PŁYNACH

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ

Wojskowa Akademia Techniczna Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

Miniskrypt do ćw. nr 4

Ćwiczenie 8: 1. CEL ĆWICZENIA

Oddziaływania. Wszystkie oddziaływania są wzajemne jeżeli jedno ciało działa na drugie, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze.

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

Człowiek najlepsza inwestycja FENIKS

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Zastosowania Równania Bernoullego - zadania

Zadanie 1. Zadanie 2.

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Instrukcja stanowiskowa

prędkości przy przepływie przez kanał

OKREŚLANIE STRUKTUR PRZEPŁYWU UKŁADU DWUFAZOWEGO GAZ-CIECZ

OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

Ćwiczenie laboratoryjne Parcie wody na stopę fundamentu

BADANIE PARAMETRÓW PROCESU SUSZENIA

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA WNIKANIA CIEPŁA PODCZAS KONWEKCJI WYMUSZONEJ GAZU W RURZE

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY NA PODSTAWIE PRAWA STOKESA

ĆWICZENIE NR 4 WYMIENNIK CIEPŁA

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

Rodzaj/forma zadania Uczeń odczytuje przebytą odległość z wykresów zależności drogi od czasu

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 9: Swobodne spadanie

ĆWICZENIE I POMIAR STRUMIENIA OBJĘTOŚCI POWIETRZA. OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, INSTYTUT INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ I POMIAROWEJ LABORATORIUM POMIARÓW WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH I-21

Ćwiczenie N 13 ROZKŁAD CIŚNIENIA WZDŁUś ZWĘśKI VENTURIEGO

Badania modelowe przelewu mierniczego

BADANIE OPORÓW PRZEPŁYWU PŁYNÓW W PRZEWODACH

OPTYMALIZACJA EFEKTÓW ROZDZIELANIA W KOLUMNACH KAPILARNYCH DOBÓR PRĘDKOŚCI PRZEPŁYWU GAZU

WYMAGANIA EDUKACYJNE FIZYKA ROK SZKOLNY 2017/ ) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

POMIAR STRUMIENIA PŁYNU ZA POMOCĄ ZWĘŻEK.

Ćwiczenie 402. Wyznaczanie siły wyporu i gęstości ciał. PROSTOPADŁOŚCIAN (wpisz nazwę ciała) WALEC (wpisz numer z wieczka)

Ć W I C Z E N I E N R M-2

ZALEŻNOŚĆ CIŚNIENIA PARY NASYCONEJ WODY OD TEM- PERATURY. WYZNACZANIE MOLOWEGO CIEPŁA PARO- WANIA

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA DYFUZJI W FAZIE GAZOWEJ

1. Za³o enia teorii kinetyczno-cz¹steczkowej budowy cia³

DZIAŁ TEMAT NaCoBeZu kryteria sukcesu w języku ucznia

Hydrostatyczne Układy Napędowe Laboratorium

Warunki izochoryczno-izotermiczne

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

FIZYKA KLASA 7 Rozkład materiału dla klasy 7 szkoły podstawowej (2 godz. w cyklu nauczania)

Ćwiczenie nr 2 Wpływ budowy skraplacza na wymianę ciepła

1. SEDYMENTACJA OKRESOWA

WYDZIAŁ LABORATORIUM FIZYCZNE

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą kalorymetryczną

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 13: Współczynnik lepkości

Kontrola procesu spalania

Nieustalony wypływ cieczy ze zbiornika przewodami o różnej średnicy i długości

Załącznik Nr 5 do Zarz. Nr 33/11/12

O 2 O 1. Temat: Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego

KARTA PRZEDMIOTU. 10. WYMAGANIA WSTĘPNE: 1. Ma podstawową wiedzę i umiejętności z zakresu matematyki, fizyki, mechaniki i termodynamiki.

W NACZYNIU WIRUJĄCYM WOKÓŁ OSI PIONOWEJ

BADANIE WSPÓŁCZYNNIKA WNIKANIA MASY W ZRASZANEJ KOLUMNIE WYPEŁNIONEJ

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Henryk Bieszk. Odstojnik. Dane wyjściowe i materiały pomocnicze do wykonania zadania projektowego. Gdańsk H. Bieszk, Odstojnik; projekt 1

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 5

Prędkości cieczy w rurce są odwrotnie proporcjonalne do powierzchni przekrojów rurki.

WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIECZY ZA POMOCĄ WAGI HYDROSTATYCZNEJ. Wyznaczenie gęstości cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej.

1\:r.o:cpnięcie Metali i Stopów, Nr 33, 1997 PAN- Oddzial Katowice l' L ISSN

LABORATORIUM: ROZDZIELANIE UKŁADÓW HETEROGENICZNYCH ĆWICZENIE 1 - PRZESIEWANIE

Transkrypt:

Politechnika Śląska Gliwice Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów Ćwiczenia laboratoryjne Hydrodynamika warstwy fluidalnej trójczynnikowej PROWADZĄCY dr inż. Wojciech Olczyk GLIWICE, 014 rok 1

I. WPROWADZENIE TEORETYCZNE Fluidyzacją nazywamy stan wzajemnych relacji zachodzących pomiędzy ciałem stałym, gazem lub cieczą powodujących pozorne zawieszenie cząstki ciała stałego w ośrodku fluidyzującym (fluidyzacja stacjonarna) lub jej przemieszczenie w określonych warunkach (fluidyzacja cyrkulacyjna). Z tego względu rozważamy procesy fluidalne gazowe, ciekłe, a także trójczynnikowe ciało stałe, ciecz (ciecze) i gaz. Ponadto można wyróżnić warstwy fluidalne monodyspersyjne (utworzone z cząstek o jednakowych kształtach i wymiarach) lub polidyspersyjne o jednakowych własnościach fizycznych lub wieloskładnikowe o cząstkach mono- lub polidyspersyjnych o różnych gęstościach, a także różnych wielkości ziaren. Warstwa fluidalna stanowiąc zespół cząstek zawieszonych w strumieniu gazu lub cieczy może być traktowana jako pseudopłyn wykazujący podobne właściwości jak ciecz (lepkość, gęstość). Do podstawowych jej właściwości upodabniających ją do cieczy zaliczyć należy to, że większe elementy o mniejszej gęstości niż warstwa lub dla których siła wyporu jest większa od siły ciężkości pływają po jej powierzchni. Zjawisko zawieszenia cząstek fazy stałej w fazie gazowej lub ciekłej wymaga spełnienia warunku równowagi sił działających na cząstkę tj. siły oporu warstwy (wyrażonych spadkiem ciśnienia w warstwie o przekroju poprzecznym F w i wysokości zależnej od stanu rozwinięcia fluidyzacji, przy czym dla warunku początku fluidyzacji wysokość ta wynosi H mf ) z siłami ciężkości i wyporu. p F F H ( 1 )[( ) g] ( 1 ) w w w mf Pojęcie fluidyzacji trójczynnikowej. W ostatnich latach bardzo dużym powodzeniem w oczyszczaniu gazów cieszą się aparaty z trójczynnikową warstwą fluidalną. Znalazły one bardzo szerokie zastosowanie w energetyce i przemyśle. Fluidyzacja trójczynnikowa polega na połączeniu trzech faz fazy ciekłej, stałej i gazowej. Polega ona na fluidyzacji złoża stałego poprzez fazę gazową i jednoczesny przepływ przez układ w/w fazy ciekłej. Fazę gazową podaje się zawsze od dołu kolumny, natomiast fazę ciekłą można realizować na kilka sposobów: - fluidyzacja trójczynnikowa przeciwprądowa ciecz jest wprowadzana od góry aparatu poprzez zraszacze i porusza się w dół w przeciwprądzie ze strumieniem gazu, - fluidyzacja trójczynnikowa przeciwprądowo-współprądowa ciecz wprowadzana jest od dołu aparatu (pod rusztem lub bezpośrednio na ruszt) i jest rozprowadzana w całej objętości złoża fluidalnego, dzięki intensywnemu ruchowi elementów złoża, mf s g

- fluidyzacja trójczynnikowa współprądowa ciecz jest doprowadzana od dołu kolumny i we współprądzie z fazą gazową przepływa do góry aparatu gdzie zostaje odprowadzona przelewem. Najczęściej stosowanymi elementami wypełnień w aparatach fluidalnych trójczynnikowych są kule (pełne), sfery (puste), bądź rozety o powierzchniach gładkich lub porowatych. Minimalna prędkość fluidyzacji trójczynnikowej Minimalna prędkość fluidyzacji jest to stan, przy którym spadek ciśnienia odpowiada parciu hydrostatycznemu warstwy złoża, w której następuje ekspansja złoża. Wartość krytyczna prędkości gazu złoża trójfazowego różni się od wartości dla złoża niezraszanego. Na prędkość tą oprócz czynników uwzględnionych w teorii dla złoża bez zraszania, zasadniczy wpływ ma strumień cieczy zraszającej oraz powierzchnia swobodna rusztu F śr. Nie opracowano dotychczas uniwersalnego modelu matematycznego, pozwalającego z dużą dokładnością wyznaczyć parametry pracy kolumny z ruchomym wypełnieniem. W literaturze [1, 4] przedstawiono równanie empiryczne Gelperin a dla określonych warunków: - układ woda powietrze - wypełnienie kuliste ( wk = 160 910 kg/m 3 ) - w kolumnach o średnicy 60 370 mm, - dla rusztów o szerokości szczeliny s = 6 mm. u mft gd k K F 1,45 śr c exp 1,6 g gdzie : K = f ( s ) ; s = mm, K =,8 10 3 s = 3 6 mm, K = 4,6 10 3, 0,5 d k średnica elementów wypełnienia [m], ( ) - objętościowy strumień cieczy zraszanej [m 3 /s], c - objętościowy strumień gazu zraszanego [m 3 /s]. g Błąd powyższego równania oszacowano na 1%. 3

Charakterystyka warstwy fluidalnej Geometrię warstwy charakteryzuje taka wartość jak porowatość, która określana jest stosunkiem objętości wolnych przestrzeni w warstwie p.w. do całkowitej objętości warstwy c w danych warunkach ( m - objętość wypełnienia): p. w. c m ( 3 ) c c Następnym parametrem określającym charakterystykę warstwy to jednostkowa powierzchnia wypełnienia a [m /m 3 ]. Parametr ten można przedstawić w odniesieniu do łącznej objętości cząstek (a z ) lub do objętości warstwy (a w ). [3] N d 6 a z ( 4 ) 3 d d N 6 N d 6(1 ) a w ( 5 ) 3 d d N 6(1 ) W układach rzeczywistych kształt cząstek warstwy odbiega od kształtu kuli a średnicę ekwiwalentną wyznaczamy ze wzoru [3] : d 6 3 e ( 6 ) cz Odstępstwo kształtu cząstek od kształtu kuli można ująć w postaci współczynników kształtu lub sferyczności [7] : S S z z ( 7 ) Sk de Natomiast współczynnik sferyczności stanowi odwrotność współczynnika kształtu = -1. Oba współczynniki dla ziarna idealnie kulistego osiągają wartość równą jedności, a w pozostałych przypadkach osiągają wartość 1 i 1 [3]. Aby warstwa fluidalna pracowała w sposób prawidłowy należy pamiętać, aby stosunek średnicy kolumny fluidyzacyjnej do średnicy ekwiwalentnej wypełnienia zachował nierówność [1, 3] : D d e 10 ( 8 ) 4

Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki warstwy fluidalnej trójczynnikowej, dla trzech ustawień rusztu, oraz dla różnych strumieni cieczy zraszających. Należy również obliczyć minimalną prędkość fluidyzacji i porównać z wartością wyznaczoną doświadczalnie na stanowisku badawczym. Schemat stanowiska Rys.1. Schemat stanowiska pomiarowego. 1 - komora fluidalna, - komora fluidalna II, 3 - zraszacz, 4 - rotametr, 5 - przepływomierz do pomiaru strumienia powietrza, 6 - zawór regulacyjny, 7 - wentylator. Przebieg ćwiczenia Do komory fluidalnej wsypać wybrany typ wypełnienia, Włączyć wentylator tłoczący powietrze, wyregulować przepływ wody, Określenie spadku ciśnienia na warstwie zwiększając stopniowo natężenie przepływu powietrza, o ustaloną podziałkę odczytujemy na U- rurce spadek ciśnienia i rejestrujemy w tabeli pomiarowej, pomiar dla złoża suchego. Określenie spadku ciśnienia na warstwie zwiększając stopniowo natężenie przepływu powietrza, o ustaloną podziałkę odczytujemy na U- rurce spadek ciśnienia i rejestrujemy w tabeli pomiarowej, pomiar dla złoża zraszanego przy ustalonym strumieniu przepływającej cieczy (trzy charakterystyki dla trzech różnych wartości strumienia cieczy). 5

Pomiary należy wykonać przy wzrastającej prędkości przepływu powietrza (charakterystyka rosnąca), a następnie przy malejącej prędkości przepływu powietrze (charakterystyka malejąca). Opracowanie wyników Odczyty wskazań przyrządów pomiarowych należy zanotować w tabeli pomiarowej (Tabela1). Tabela powinna zawierać następujące pozycje w układzie kolumnowym: objętościowe natężenie przepływu powietrza p [m 3 n/h] temperaturę przepływającego powietrza t p [C], różnica wysokości słupa cieczy odczytana na U-rurce to spadek ciśnienia na warstwie materiału p s [mmh O]. Tabela 1. Wartości zmierzone i obliczone Typ wypełnienia: Wysokość złoża - h w = Średnica wew. aparatu D k = Temp. otoczenia t ot = l.p. pow(n) t pow p 1s p s zr1 p w1 p w pow(rz) w p 1.. 3. 4. 5. 6. [m 3 n/h] [C ] [mmh O] [mmh O] [m 3 /h] [Pa] [Pa] [m 3 /h] [m/s] Obliczenia: strumień rzeczywisty przepływającego powietrza: [m 3 /h] prędkość przepływu powietrza przez aparat (jest to tzw. prędkość na pusty aparat) w p [m/s], średnica wewnętrzna kolumny wynosi D k = 0,90 [m]. [m/s] Obliczyć wartość spadku ciśnienia na warstwie w [Pa] 6

g p s pw ( m p ) [Pa] 1000 gdzie: p s [mmh O] - zmierzony spadek ciśnienia w warstwie, m [kg/m 3 ] - gęstość cieczy manometrycznej ( m = 1000 [kg/m 3 ]), p [kg/m 3 ] - gęstość powietrza nad cieczą manometryczną, g [m/s ] - przyspieszenie ziemskie (g = 9,81 [m/s ]). Wyniki obliczeń przedstawić w tabeli oraz przedstawić graficznie na wykresach spadku ciśnienia na warstwie w funkcji prędkości przepływającego powietrza p w = f(w p ), i w zależności od strumienia przepływającej cieczy (każda charakterystyka oddzielnie). Wykonać jeden wykres zbiorczy dla wszystkich strumieni cieczy, p w = f(w p ), (tylko charakterystyki rosnące). Obliczyć minimalną prędkość fluidyzacji na podstawie wzorów z literatury (przykładowo wzór Gelperin`a) i porównać z danymi doświadczalnymi z wykresów i obserwacji stanowiska laboratoryjnego. LITERATURA 1. Laszuk A.: Hydrodynamika Fluidyzacji trójfazowej; Zeszyt nr 4 / 1995 r.. Troniewski L.: Tablice do obliczeń procesowych; Skrypt uczelniany nr 117, Wyższa Szkoła Inżynierska w Opolu, Opole 1987 r. 3. Wandrasz J., Zieliński J.: Procesy fluidalne utylizacji odpadów; PAN, Warszawa 1984 r. 4. Razumow I.M.: Fluidyzacja i transport pneumatyczny materiałów sypkich. WNT Warszawa 1975r. 5. Koch R., Noworyta A.: Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej, WNT, Warszawa 1995. 6. Warych J., Center J.: Inżynieria chemiczna i procesowa; Politechnika Wrocławska, Wrocław 1995 r. 7