Część A. Aparat wyparny jednodziałowy



Podobne dokumenty
BADANIE WYMIENNIKÓW CIEPŁA

ĆWICZENIE NR 4 WYMIENNIK CIEPŁA

AUTOMATYKA I POMIARY LABORATORIUM - ĆWICZENIE NR 15 WYMIENNIK CIEPŁA CHARAKTERYSTYKI DYNAMICZNE

Badanie zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia

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

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

Pomiary ciepła spalania i wartości opałowej paliw gazowych

WNIKANIE CIEPŁA PRZY KONDENSACJI PAR

RÓWNOWAGA CIECZ PARA W UKŁADZIE DWUSKŁADNIKOWYM

PRZENIKANIE CIEPŁA W CHŁODNICY POWIETRZNEJ

WNIKANIE CIEPŁA PRZY WRZENIU CIECZY

KATEDRA APARATURY I MASZYNOZNAWSTWA CHEMICZNEGO Wydział Chemiczny POLITECHNIKA GDAŃSKA ul. G. Narutowicza 11/ GDAŃSK

12.1. Proste obiegi cieplne (Excel - Solver) Proste obiegi cieplne (MathCad) Proste obiegi cieplne (MathCad) Proste obiegi cieplne

EKSPERYMENTALNE OKREŚLENIE WPŁYWU DOBORU CZYNNIKA CHŁODNICZEGO NA MOC CIEPLNĄ CHŁODZIARKI SPRĘŻARKOWEJ**

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

K raków 26 ma rca 2011 r.

ĆWICZENIE 22 WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA WODY W TEMPERETATURZE WRZENIA

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Przypomnienie. Dostępne metody. Obliczanie zapotrzebowania ciepła na cele c.w.u. m zam = m max = ms co + ms cw max. m śr = ms co + ms cw śr

Destylacja z parą wodną

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA WNIKANIA CIEPŁA PODCZAS KONWEKCJI WYMUSZONEJ GAZU W RURZE

EFEKTYWNE WYKORZYSTANIE CIEPŁA TRACONEGO ZAWARTEGO W KONDENSACIE

Instrukcja montażu pompy ciepła Air 1,9 ST

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

Metody odzyskiwania ciepła zawartego w odsolinach odprowadzanych z kotła parowego.

Przykłady wybranych fragmentów prac egzaminacyjnych z komentarzami technik technologii chemicznej 311[31]

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

podgrzewacze wody zbiorniki ze stali nierdzewnej

Ćwiczenie 4: Wymienniki ciepła. Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła.

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Wymiennik ciepła. Dane wyjściowe i materiały pomocnicze do wykonania zadania projektowego. Henryk Bieszk. Gdańsk 2011

1 Manometr instalacji górnego źródła ciepła 2 Manometr instalacji dolnego źródła ciepła

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

Nagrzewnica elektryczna LEO EL

ZADANIE 1 W temperaturze 700 K gazowa mieszanina dwutlenku węgla i wodoru reaguje z wytworzeniem pary wodnej i tlenku węgla. Stała równowagi reakcji

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 4

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Laboratorium odnawialnych źródeł energii

BILANS CIEPLNY CZYNNIKI ENERGETYCZNE

SI 35TU. 2-sprężarkowe gruntowe pompy ciepła. Rysunek wymiarowy

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

MGR Analiza energetyczna przejść fazowych.

K05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa

NAGRZEWNICE ELEKTRYCZNE LEO EL 23 LEO EL 23

KARTA INFORMACYJNA APARAT NAWIEWNY TYP ANB KI - K

Wymienniki typu S

1. Logika połączeń energetycznych.

BADANIE PARAMETRÓW PROCESU SUSZENIA

Laboratorium z Konwersji Energii. Kolektor słoneczny

PRZEWODNOŚĆ ROZTWORÓW ELEKTROLITÓW

AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH: TECHNIKA PROCESÓW SPALANIA

ĆWICZENIE NR 2 FILTRACJA PRASA FILTRACYJNA

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

BADANIE SPRĘŻARKOWEJ POMPY CIEPŁA

PRZYCHODNIA W GRĘBOCICACH GRĘBOCICE ul. Zielona 3działki nr 175/7, 175/4, 705 PROJEKT BUDOWLANY BUDOWY BUDYNKU PRZYCHODNI CZĘŚĆ SANITARNA

Obiegi rzeczywisty - wykres Bambacha

Materiały techniczne 2015/1 kompaktowe gruntowe pompy ciepła

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

ĆWICZENIE I etap transestryfikacji

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Ćwiczenie 6. Wyznaczanie parametrów eksploatacyjnych kolektora słonecznego

KOLEJNOŚĆ CZYNNOŚCI DO ĆWICZENIA NR 2

Pompy ciepła powietrze woda serii T-CAP, czyli stała wydajność grzewcza do temperatury zewnętrznej -15stC.

Ćwiczenie 425. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych. Woda. Ciało stałe Masa kalorymetru z ciałem stałym m 2 Masa ciała stałego m 0

Supraeco T STE C 35 C A ++ A + A B C D E F G. db kw kw /2013

WYMIANA CIEPŁA i WYMIENNIKI CIEPŁA

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

całkowite rozproszone

Sprawność pompy ciepła w funkcji temperatury górnego źródła ciepła

Materiały techniczne 2019 rewersyjne pompy ciepła do grzania i chłodzenia

prędkości przy przepływie przez kanał

Karta produktu dot. zużycia energii Logatherm WPS 10K

Instrukcja stanowiskowa

Wyznaczenie WRPT w rektyfikacyjnej kolumnie z wypełnieniem

Z Z S. 56 Materiały techniczne 2019 gruntowe pompy ciepła

POMIARY WILGOTNOŚCI POWIETRZA

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

KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESU PROJEKTOWANIA STACJI WYPARNEJ

POMIARY CIEPLNE KARTY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH V. 2011

Model solarny materiał szkoleniowy dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych

Dane techniczne SIW 8TU

Dane techniczne SIW 11TU

LABORATORIUM - TRANSPORT CIEPŁA I MASY II

12 Materiały techniczne 2018/1 wysokotemperaturowe pompy ciepła

Pomiar pompy wirowej

Dane techniczne SI 30TER+

Wykorzystanie ciepła odpadowego dla redukcji zużycia energii i emisji

40** 750* SI 50TUR. Rewersyjne gruntowe pompy ciepła. Rysunek wymiarowy. Materiały techniczne 2019 rewersyjne pompy ciepła do grzania i chłodzenia

NAGRZEWANIE ELEKTRODOWE

Ćwiczenie 26 KATALITYCZNE ODWODNIENIE HEPTANOLU

24 Materiały techniczne 2019 rewersyjne pompy ciepła do grzania i chłodzenia

Amoniakalne urządzenia chłodnicze Tom I

ZAŁĄCZNIK NR 1 DO OGŁOSZENIE O ZAMÓWIENIU WMP/Z/42/2014. Specyfikacja sprzętu laboratoryjnego Zadanie nr 1

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 5

PL B1. Sposób geotermalnego gospodarowania energią oraz instalacja do geotermalnego odprowadzania energii cieplnej

32 Materiały techniczne 2015/1 powietrzne pompy ciepła do montażu wewnętrznego

Transkrypt:

ZATĘŻANIE ROTWORÓW W APARATACH WYPARNYCH Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i pracą aparatów wyparnych o działaniu ciągłym wraz z praktycznym zatężaniem rozcieńczonego roztworu wodnego. Ćwiczenie obejmuje przeprowadzenie zatężania wodnych roztworów soli w aparacie jedno- i dwudziałowym, sporządzenie bilansów materiałowych i cieplnych dla osiągniętych stanów stacjonarnych w obu aparatach oraz porównanie działania stosowanych wyparek. Część A. Aparat wyparny jednodziałowy 1

Schemat instalacji wyparki jednodziałowej przedstawia rysunek 1. Rysunek 1. Schemat instalacji wyparki jednodziałowej. 1- aparat wyparny, 2,2 termostaty, 3 - wymiennik ciepła (podgrzewacz surówki), 4 wymiennik ciepła (chłodnica oparów), 5- wymiennik ciepła (chłodnica roztworu zatężonego), 6 zbiorniki: surówki, roztworu zatężonego i rozpuszczalnika, 7- pompa perystaltyczna, 8,8 zawory czerpalne, 9- rotametr, K 1 K 2 elektrody konduktometryczne, t 1,,,,t 13 punkty pomiaru temperatury (opis w tekście) Aparat wyparny (1) jest stalowym zbiornikiem wyposażonym w poziomowskaz i wężownicę /długość 200cm, średnica zewnętrzna 14mm/. Do wężownicy doprowadzane jest medium grzejne /olej, gliceryna lub inne/ ogrzewane w termostacie (2) o mocy grzałki 1.63kW. Z aparatem wyparnym współpracują trzy wężownicowe wymienniki ciepła /długość wężownicy 80cm, średnica zewnętrzna 14mm, wewnętrzna 10mm/. Wymiennik (3) służy do podgrzewania roztworu zasilającego wyparkę, czynnikiem ogrzewającym jest para odprowadzana z aparatu wyparnego i doprowadzana do płaszcza wymiennika. Wymiennik (4) służy do wychładzania nadmiaru oparów, 2

czynnikiem pobierającym ciepło jest woda doprowadzana do płaszcza wymiennika. Wymiennik (5) służy do schładzania roztworu zatężonego, medium pobierającym ciepło jest woda doprowadzana do płaszcza wymiennika. Przepływ wody chłodzącej w wymiennikach ciepła (4 i 5) mierzony jest rotametrami (9). Aparat wyparny i wymienniki ciepła izolowane są pianką poliuretanową w celu zmniejszenia strat ciepła do otoczenia. Działanie aparatu wyparnego w trybie pracy ciągłej Roztwór rozcieńczony /surówka/ podawany jest pompą perystaltyczną (7) ze zbiornika (6) do podgrzewacza (3) gdzie jest ogrzewany wstępnie oparami dopływającymi z aparatu wyparnego (1). Na drodze między zbiornikiem a podgrzewaczem odbywa się konduktometryczny pomiar stężenia surówki (K 1 ). Wstępnie ogrzany roztwór doprowadzany jest do aparatu wyparnego (1) w powierzchniowe warstwy znajdującej się w nim cieczy. W aparacie wyparnym zachodzi wrzenie roztworu. Powstające opary odprowadzane są do płaszcza podgrzewacza (3) gdzie kondensując podgrzewają wstępnie surówkę. Kondensacja pozostałości oparów i ich całkowite schłodzenie zachodzi w wymienniku (4). Roztwór zatężony z dna aparatu wyparnego kierowany jest do wymiennika ciepła (5), gdzie jest schładzany wodą doprowadzaną z termostatu (2 ) do płaszcza wymiennika. Ochłodzony roztwór zatężony kierowany jest do odpowiedniego zbiornika (6). Między wymiennikiem ciepła (5) a zbiornikiem roztworu zatężonego (6) odbywa się konduktometryczny pomiar przewodnictwa roztworu zatężonego (K 2 ). Do regulacji objętościowego natężenia przepływu wody chłodzącej w wymienniku (4) służą zawór czerpalny (8) a w wymienniku (5) zawór (8 ). Odczytu przepływu wody chłodzącej w obu wymiennikach dokonuje się za pomocą rotametrów (9). Mierzone parametry 1. Pomiary objętościowego natężenia przepływu: a) objętościowe natężenia przepływu roztworu rozcieńczonego (v 1, cm 3 /min ) b) objętościowe natężenie przepływu wody chłodzącej w wymiennikach (4) i (5) (v 4, v 5 dm 3 /h) odczytuje się przy pomocy rotametrów (9). 2. Stężenia roztworu rozcieńczonego i zatężonego mierzy się konduktometrycznie (elektrody K 1, K 2 ). 3. Pomiar temperatur (T 1 T 13 ) dokonywany jest z wykorzystaniem elektronicznego zestawu pomiarowego z odczytem cyfrowym (T, ). Uwaga : W celu dokonania odczytu temperatury należy przycisnąć przycisk sekcji (A,B,D) oraz w wybranej sekcji przycisk żądanej temperatury. Odczyt temperatury dokonać po ~30sek. Dla ułatwienia orientacji pomiar temperatury sygnalizowany jest mruganiem diody w określonym punkcie na schemacie wyparki. Wykaz punktów pomiaru temperatury T 1 temperatura roztworu rozcieńczonego zasilającego aparat wyparny 3

T 2 temperatura oparów /nad wrzącym roztworem w aparacie wyparny T 3 temperatura roztworu zatężonego na wyjściu z aparatu wyparnego T 4 temperatura medium grzejnego na wejściu do wejściu do aparatu wyparnego T 5 temperatura medium grzejnego na wylocie wężownicy aparatu wyparnego T 6 temperatura surówki na wejściu do podgrzewacza T 7 temperatura kondensatu na wylocie wymiennika ciepła (4) T 8 temperatura wody chłodzącej na wlocie wymiennika (4) T 9 temperatura wody chłodzącej na wylocie wymiennika (4) T 11 temperatura roztworu zatężonego na wylocie wymiennika ciepła (5) T 12 temperatura wody chłodzącej na wlocie wymiennika (5) T 13 temperatura wody chłodzącej na wylocie wymiennika (5) Uwaga : Do sekcji A należą temperatury T 1 T 5 Do sekcji B należą temperatury T 6 T 9 Do sekcji D należą temperatury T 11 T 13 Wykonanie ćwiczenia wyparka jednodziałowa 1. Uruchomić termostat (T 1 ). 2. Uruchomić termostat (T 2 ) 3. Ustawić przepływ wody chłodzącej (rotametry R1 i R2) w wymiennikach (4 i 5) według wskazówek asystenta [dm 3 /h]. 4. Włączyć zestaw pomiarowy temperatury. 5. Ustawić zasilanie wyparki surówką za pomocą pompy perystaltycznej (7). Wartość liczbową przepływu podaje asystent. 6. Uruchomić program zapisujący wartości przewodnictwa elektrycznego mierzonego przez elektrody konduktometryczne K 1 i K 2 odpowiednio surówki i roztworu zatężonego. 7. W odstępach 30 min. odczytywać i zapisywać temperatury od T 1 do T 13 aż do uzyskania wartości ustalonych w funkcji czasu. 8. Obserwować zmiany przewodnictw do uzyskania wartości ustalonych w funkcji czasu. Uwaga: Ilość pomiarów i ich szczegółowe warianty należy ustalić z asystentem prowadzącym ćwiczenie. 9. Po zebraniu parametrów charakteryzujących stan równowagi wyparki (temperatura, przewodnictwo, przepływy, zużycie energii elektrycznej itd.) wyłączyć instalację. Decyzję o wyłączeniu instalacji podejmuje asystent prowadzący ćwiczenie. 10. Przeliczyć przewodnictwa surówki i roztworu zatężonego na stężenia roztworów w [kg/kg] z wykorzystaniem arkusza kalkulacyjnego w programie Excel. 11. Wykonać w programie Grapher wykres zależności stężeń surówki i roztworu zatężonego od czasu pracy wyparki. 4

12. Wybrać okres stacjonarnej pracy wyparki i wykonać w programie Excel bilans materiałowy i energetyczny dla wyparki. 13. Na podstawie uzyskanych wyników należy narysować wykres Sankey a dla bilansu materiałowego wyparki jednodziałowej. Opracowanie wyników pomiarów Stężenia solanki (c) wyznacza się z równania empirycznego (dla stężeń do 5%): c = A*L^3 + B*L^2 + C*L + D gdzie: L przewodność właściwa roztworu soli mierzona konduktometrycznie [ms/cm] c - stężenie roztworu w [kg/kg] A,B,C,D współczynniki wielomianu (dobierane) Gęstości roztworów (d) wyznacza się z równania empirycznego: d = - 3.24 E-4 c^3 + 1.1194 E-2 c^2 + 8.425 E-1 c + 1 gdzie: c stężenie roztworu d- gęstość [kg/dm 3 ] Pkt pom. L miano c miano ms / 1 DZ 1 cm ###### kg/kg 1 DZ 2 ms / cm ###### kg/kg 5

I. Bilans materiałowy aparatu wyparnego jednodziałowego 1. Masowe natężenie przepływu roztworu surowego /surówki/ - G 1 Wyznaczanie szybkości tłoczenia v1 = ( VP - VK ) / t gdzie: Vk objętość końcowa w cylindrze miarowym Vp objętość początkowa w cylindrze miarowym t czas pompowania [min] VK VP miano t miano v1 miano cm^3 min ###### dm^3 / h G1 = v1 * d1 [kg/h] v1 dm 3 /h d1 kg/dm 3 G1 ###### kg/h 2. Masowe natężenie przepływu roztworu zatężonego G2 G2 = G1 * x1 / x2 [kg/h] G1 x1 x2 G2 kg/h kg/kg kg/kg ###### kg/h 3. Ilość odparowanego rozpuszczalnika w jednostce czasu - W W = G1 - G2 [kg/h] G1 kg/h -G2 kg/h W ###### kg/h 6

II. Bilans cieplny aparatu wyparnego jednodziałowego 1. Moc grzałki Odczyty licznika kwh Czas : : T4 T5 Q 2. Ciepło właściwe roztworu rozcieńczonego -c r cr=cw*xw + cs*xs [kj/kg ] cw 4,18 kj/kg xw [ ] cs kj/kg xs [ ] cr ###### kj/kg 3. Ciepło zużyte na podgrzanie roztworu rozcieńczonego do temp. wrzenia Q 1. Q 1 = G 1 c r (T 3 T 1 ) 4. Ciepło zużyte na odparowanie wody - Q 2 gdzie Q 2 =Wr T3 r T3 = 1.903E-5 T3 ^3-1.2E-3 T3 ^2-0.717 T3 +2433.6 *) W rt3 Q2 kg/h kj/kg 5. Straty ciepła Q 3 7

Q 3 = Q (Q 1 + Q 2 ) Q Q1 Q2 Q3 kj/h kj/h kj/h III. Bilanse cieplne wymienników ciepła. 1. Ciepło oddawane przez opary Q 4 Q4 = W * r + W * cw * ( 100 - T7 ) + W * cp * ( T2-100 ) W 0,6897 kg/h r 2371 kj/kg cw 4,18 kj/kg cp 1,86 kj/kg T2 T7 Q4 gdzie: C p = 1.86 C w = 4.18 R = 2260 [kj/kg ] ciepło właściwe pary wodnej [kj/kg ] cieplo właściwe wody [kj/kg] ciepło parowania (skraplania) wody 2. Ciepło odzyskane na wstępne podgrzanie roztworu rozcieńczonego Q 5 Q 5 = G 1 c r (T 1 T 6 ) G1 cr T1 T6 Q5 kg/h kj/kg 8

Ciepło pobrane przez wodę chłodzącą w wymienniku kondensującym opary Q 6 Q 6 = v 4 d w c w (T 9 T 8 ) gdzie: d w gęstość wody w danej temperaturze w kg/dm 3 v2 dm 3 /min dm^3/h dw kg/dm 3 kj/kg cw T9 T8 Q6 4. Ciepło strat w wymienniku kondensującym opary Q 7 Q 7 = Q 4 (Q 5 Q 6 ) Q4 Q5 Q6 Q7 kj/h kj/h kj/h 5. Sprawność podgrzewacza roztworu rozcieńczonego s S = (Q 5 /Q 2 ) 100 [%] Q5 kj/h Q2 kj/h s ###### % 6. Ciepło właściwe roztworu zatężonego c z c z = c w x w1 *+ c s x s1 [kj/kg ] cw kj/kg xw1 [ ] cs kj/kg xs1 [ ] cz ###### kj/kg 9

gdzie: x w1 * - ułamek masowy wody i x s1 * - ułamek masowy soli c s, c z - ciepło właściwe odpowiednio soli i roztworu zatężonego [kj/kgc] 7. Ciepło oddawane przez roztwór zatężony Q 8 Q 8 = G 2 c z (T 3 T 11 ) G2 cz T3 T11 Q8 ###### kg/h 4,18 kj/kg 8. Ciepło pobrane przez wodę chłodzącą w wymienniku (5) Q 9. Q 9 = v 5 d w c w (T 13 T 12 ) v5 dm 3 /min dw 1 kg/dm 3 cw 4,18 kj/kgk T13 T12 Q9 gdzie: v 5 średni przepływ wody chłodzącej d w gęstość wody [kg/dm 3 ] c w ciepło właściwe wody [kj/kg ] 9. Ciepło strat w wymienniku chłodzącym roztwór zatężony Q 10 Q 10 = Q 8 Q 9 Q8 kj/h Q9 kj/h Q10 10

IV. Ruch ciepła 1. Przenikanie ciepła od medium grzewczego (gliceryna) do wrzącej cieczy w aparacie wyparnym Obliczamy zastępczą średnią różnicę temperatur - t 1 : t 1 = (T 4 T 5 ) / [ln (T 4 T 3 ) / (T 5 T 3 )] [ ] T3 T4 T5 t1 ###### Obliczamy współczynnik przenikania ciepła K 1 : K 1 = Q / (F 1 t 1 3600) [kj/m 2 s] Q kj/h F1 0,088 m 2 t 1 K1 ###### kj/m 2 Cs gdzie: F 1 = 0.088 m 2 2. Przenikanie ciepła od roztworu zatężonego do wody w wymienniku (5) Obliczamy zastępczą średnią różnicę temperatur t 2 : (T 3 T 13 ) (T 11 T 12 ) t 2 = -------------------------------- [ ] ln [(T 3 T 13 )/(T 11 T 12 )] T3 T11 T12 T13 t 2 0 0 0 0 ###### 11

Obliczamy współczynnik przenikania ciepła K 2 : K 2 = Q 8 / F 2 t 2 3600 [kj/m 2s] gdzie: F 2 = 0.03 m 2 Q8 kj/h F2 0,03 m 2 t 2 C ###### kj/m 2 Cs K 2 Część B. Aparat wyparny dwudziałowy Schemat instalacji wyparki dwudziałowej przedstawia rysunek 2. 12

Rysunek 2. Schemat instalacji wyparki dwudziałowej. 1,2 aparaty wyparne, 3,4,5 wymienniki ciepła, 6 termostat, 7 zbiornik surówki, P 1, P 2, P 3, P 4 pompy perystaltyczne, 11 manostat i manometr, 12- pompka wodna, 13 zawór czerpalny, t 1 t 5, t s punkty pomiaru temperatury (opis w tekście), k 3, k 4 elektrody konduktometryczne Budowa poszczególnych elementów aparatury jest identyczna jak w przypadku aparatu jednodziałowego. Głównymi elementami instalacji wyparki dwudziałowej są aparaty wyparne (1) i (2) stanowiące kolejne stopnie zatężania roztworu. Zasada działania wyparki dwudziałowej w trybie pracy ciągłej Do wężownicy aparatu wyparnego (1) doprowadzane jest medium grzejne /olej, gliceryna lub inne/ ogrzewane w termostacie (6) o mocy grzałki 1.63kW. Roztwór surowy doprowadzany jest ze zbiornika (7) przy pomocy pompy perystaltycznej P 1. Roztwór surowy podgrzewany jest wstępnie w wymienniku wężownicowym (3). Roztwór zatężony w aparacie wyparnym (1) przepompowywany jest pompą perystaltyczną P 2 do aparatu wyparnego (2). Do wężownicy aparatu wyparnego (2) doprowadzana jest para z aparatu wyparnego (1), która stanowi czynnik grzewczy w drugim stopniu wyparki. Nadmiar oparów wychładzany jest w wymienniku (5), czynnikiem pobierającym 13

ciepło jest woda doprowadzona do płaszcza wymiennika. Roztwór zatężony z aparatu wyparnego (2) jest wypompowywany przez pompę perystaltyczną P 3. Aparat wyparny (2) pracuje pod zmniejszonym ciśnieniem. Para z aparatu wyparnego (2) kierowana jest do wymiennika (3), gdzie wykorzystywana jest do wstępnego ogrzewania surówki zasilającej aparat wyparny (1). Nadmiar oparów wychładzany jest w wymienniku (4). Do wytworzenia i stabilizacji obniżonego ciśnienia w aparacie wyparnym (1) stosowana jest pompka wodna (12) połączona z manostatem i manometrem (11). Kondensat oparów z aparatu wyparnego (2) wypompowywany jest pompą P 4. Mierzone parametry 1. Pomiary objętościowego natężenia przepływu roztworu rozcieńczonego /surówki/ oraz roztworu zatężonego i kondensatu wykonywane są automatycznie i zapisywane w pamięci liczników pomp. 2. Pomiar temperatury dokonywany jest z wykorzystaniem elektronicznego zestawu pomiarowego z odczytem cyfrowym (T, ) Uwaga : W celu dokonania odczytu temperatury należy przycisnąć przycisk sekcji D w mierniku temperatury. Wybór punktu pomiarowego dokonywany jest przyciskami 1-5 w bloku sterującym (ELRP2). Wykaz punktów pomiaru temperatury T r temperatura roztworu rozcieńczonego T 1 temperatura w aparacie wyparnym (1) T 2 temperatura w aparacie wyparnym (2) T 3 temperatura kondensatu na wylocie wymiennika W 3 T 4 temperatura kondensatu na wylocie wymiennika W 2 T 5 temperatura roztworu rozcieńczonego zasilającego aparat wyparny (1) Wykonanie ćwiczenia wyparka dwudziałowa 1. Uruchomić termostat (6). 2. Włączyć zestaw pomiarowy temperatury. 3. Uruchomić przepływ wody chłodzącej wymienniki (zawór czerpalny). * 4. Ustawić zadaną wartość ciśnienia w aparacie wyparnym (2). * 5. Po rozpoczęciu wrzenia w aparacie (1) uruchomić pompę zasilającą instalację surówka. 6. Uruchomić program zapisujący wartości przewodnictwa elektrycznego mierzonego przez elektrody konduktometryczne k 3 i k 4 odpowiednio surówki i roztworu zatężonego (punkt realizowany także dla wyparki jednodziałowej) 7. Odczytywać i zapisywać temperatury od T 1 do T 5 aż do uzyskania wartości ustalonych w czasie. 8. Śledzić zmiany przewodnictw do uzyskania wartości ustalonych w funkcji czasu. 9. Pomiary i odczyty przepływów, temperatury i zużycie energii elektrycznej dokonywać zgodnie ze wskazaniami asystenta prowadzącego ćwiczenie. * czynności wykonywane w obecności asystenta prowadzącego ćwiczenie 14

Uwaga: Ilość pomiarów i ich szczegółowe warianty należy ustalić z asystentem prowadzącym ćwiczenie. 10.Po zebraniu parametrów dla warunków ustalonej pracy wyparki wyłączyć instalację. Decyzje o wyłączeniu instalacji podejmuje asystent prowadzący ćwiczenie. 11. Przeliczenie przewodnictw surówki i roztworu zatężonego na stężenia roztworów w [kg/kg] z wykorzystaniem arkusza kalkulacyjnego w programie Excel. 12. Wykonanie w programie Grapher wykresu zależności stężeń surówki i roztworu zatężonego od czasu pracy wyparki. 13. Wybranie okresu stacjonarnej pracy wyparki i wykonanie w programie Excel bilansu materiałowego i energetycznego. 14. Na podstawie uzyskanych wyników należy narysować wykres Sankey a dla bilansu materiałowego wyparki dwudziałowej. Opracowanie wyników pomiarów I. Bilans materiałowy dwudziałowego aparatu wyparnego 1. Wyznaczanie stałych pomp k = v... / n... gdzie: V... - objętość cieczy mierzona cylindrem n... - liczba obrotów pompy Nr pompy n... v...[dm3] k 1 1 0,0077 0.0033 dm3/obr 2 1 0,0014 0.0043 dm3/obr 3 1 0,0027 0.0040 dm3/obr 4 1 0,0061 0.0039 dm3/obr Uwaga: Ponieważ nie ma możliwości pomiaru objętości cieczy tłoczonej przez pompę P2, należy zmierzyć objętość kondensatu Vk z pierwszego stopnia, gdyż (z pewnym przybliżeniem) vp1 = vp2 + vk. Wyliczenie stałej następuje wówczas wg formuły: k = ( vp1 - vk ) / n Pomiarów vp1 i vp2 należy zatem dokonywać jednocześnie 2. Obliczanie objętościowych natężeń przepływu V... = N / t 15

gdzie: V... - objętościowe natężenie przepływu N - stan liczników pomp k - stała danej pompy (pomocniczo) t - czas pracy aparatu Nr pompy N k t [h] V 1 0 0.0033 0 ###### dm^3 / h 2 0 0.0043 0 ###### dm^3 / h 3 0 0.0040 0 ###### dm^3 / h 4 0 0.0039 0 ###### dm^3 / h 3. Wyznaczanie stężenia i gęstości roztworów Stężenia solanki (c) wyznacza się z równania empirycznego (dla stężeń do 5%): c = A*L^3 + B*L^2 + C*L + D gdzie: L przewodność właściwa roztworu soli mierzona konduktometrycznie [ms/cm] c - stężenie roztworu w [kg/kg] A,B,C,D współczynniki wielomianu (dobierane) Gęstości roztworów (d) wyznacza się z równania empirycznego: d = - 3.24 E-4 c^3 + 1.1194 E-2 c^2 + 8.425 E-1 c + 1 gdzie: c stężenie roztworu d- gęstość [kg/dm 3 ] Pkt pom. L miano c miano ms / 1 DZ 1 cm ###### kg/kg 1 DZ 2 ms / cm ###### kg/kg 16

4. Masowe natężenie przepływu rozcieńczonego /surówki/ - G 1. G 1 = v 1 d 1 [kg/h] v1 d1 G1 ###### dm^3 kg / 1 dm3 ###### kg / h 5. Masowe natężenie przepływu roztworu zatężonego G2 G 2 = G 1 (W 1 W 2 ) [kg/h] 6. Ilość rozpuszczalnika odparowanego w jednostce czasu: a) w drugim stopniu wyparki W 2 =v 4 *dk 2 [kg/h] v4 d4 W2 ###### dm^3 kg / 1 dm^3 ###### kg / h b) w pierwszym stopniu wyparki W1=G1-(G2+W2) [kg/h] G1 G2 W2 W1 ###### kg/h #DZIEL/0! kg / h ###### kg / h ###### kg / h II. Elementy bilansu cieplnego wyparki dwudziałowej 1. Moc grzałki Odczyty licznika Moc kwh 0 0 Czas 00:00 00:00 2. Ciepło właściwe roztworu rozcieńczonego - c r cr = cw * xw + cs * xs [kj/kgc] cw xw cs xs cr 4,18 kj/kgc 1 kg/kg 0,9 kj/kgc 6E-06 kg/kg 4,18 kj/kgc 17

3. Ciepło zużyte na podgrzanie roztworu rozcieńczonego to temperatury wrzenia Q1 G1 cr T1 T5 Q1 ###### kg/h 4,18 kj/kgc 0 C 0 C Q1 = G1 * cr * ( T1 - T5 ) 4. Ciepło zużyte na odparowanie wody Q2 Q2 = W1 * rt1 gdzie: rt1 = 1.903 T1 ^3-0.012 T1 ^2-0.717 T1 +2433.6 *) W1 rt1 Q2 ###### kg/h 2433,6 kj/kg 5. Ciepło strat w wyparce AW1 Qst = Q - ( Q1 + Q2 ) Q Q1 Q2 Qst 18

III. Bilanse cieplne wymienników ciepła 1. Ciepło oddawane przez opary Q3 Q3 = W1 * ( r + cw * ( 100 - T3 ) + cp * ( T1-100 )) [ kj / h ] W1 r cw cp T1 T3 Q3 ###### kg/h 2433,6 kj/kg 4,18 kj/kgc 1,86 kj/kgc 0 C 0 C 2. Ciepło odzyskane przez roztwór w wyparce AW2 Q4 Q4 = W2 * rt2 W2 T2 rt2 Q4 ###### kg/h 0 C 2433,6 kj/kgc gdzie: rt2 = 1.903 T2 ^3-0.012 T2 ^2-0.717 T2 +2433.6 *) 3. Stopień odzyskania ciepła oparów W1 s1 s1 = Q4 / Q2 Q4 Q2 s1 ###### [ ] 19

4. Ciepło oddawane przez opary W2 Q5 Q5 = W2 * r + W2 * cw * ( T2 - T4 ) W2 r cw T2 T4 Q5 ###### kg/h 2433,6 kj/kg 4,18 kj/kgc 0 C 0 C 5. Ciepło odzyskane w wymienniku (3) na wstępne ogrzanie roztworu rozcieńczonego Q6 Q6 = G1 * cr * ( T5 - Tr ) G1 cr T5 Tr Q6 kg/h 4,18 kj/kgc 6. Stopień odzyskania ciepła oparów W2 s2 s2 = Q6 / Q4 [ ] Q6 kj/h Q4 kj/h s2 ###### [ ] * ) na podstawie: Pawłow K., Romankow P., Noskow A., Przykłady z zakresu aparatury i inżynierii chemicznej WNT Warszawa 1969 Sprawozdanie z ćwiczenia należy wykonać zgodnie ze wzorem zamieszczonym na stronie internetowej: http://www.chem.uw.edu.pl/people/jskupinska/spr02.htm Dokładny opis konduktometrycznej metody pomiaru stężeń pod: http://www.chem.uw.edu.pl/people/amyslinski/konduk/kond.html 20