Практическая работа 62



Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

РП.190631.МДК.00.62.ТО

Разработал

Пережогин

Проверил

Климчинский

Инструкция слесаря по ремонту автомобилей

Лит.

Листов

3

МГСТ 1ТОА-11

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

РП.190631.МДК.00.62.ТО

Разработал

Пережогин

Проверил

Климчинский

Инструкция слесаря по ремонту автомобилей

Лит.

Листов

3

МГСТ 1ТОА-11

Практическая работа №62

Тема: ТО и ТР электрооборудование автомобилей, системы зажигания.

Проверка технического состояния, испытания и регулировка приборов системы зажигания.

На автомобиле ГАЗ-3110 установлена бесконтактно-транзисторная система зажигания.

Характерными неисправностями системы зажигания являются: разрушение изоляции проводов и свечей зажигания; нарушение контакта в местах соединений; нагар на электродах свечей зажигания; изменение зазора между электродами свечей; межвитковые замыкания (особенно в первичной обмотке) катушки зажигания; неправильная начальная установка угла опережения зажигания; неисправность центробежного и вакуумного регуляторов.

Для диагностирования системы зажигания широкое распространение получили стационарные мотор-тестеры с электронно-лучевой трубкой, переносные электронные автотестеры (с цифровой индикацией), а также персональные компьютеры со специальным программным обеспечением и устройствами подключения, достоинствами которых являются широчайшие функциональные возможности.

Локализация неисправностей, в том числе и по цилиндрам, здесь осуществляется на основе выделения соответствующей фазы изменения напряжения в первичной и вторичной цепях зажигания при многократном повторе рабочего цикла двигателя (двух оборотов коленчатого вала). На экране ЭЛТ изменение напряжения оценивается визуально, сравнением с эталоном. При этом необходимо понимание процессов, приводящих к изменению напряжения.

При техобслуживании системы зажигания автомобиля следует проверить и при необходимости отрегулировать зазор между контактами прерывателя, установить момент зажигания, осмотреть свечи зажигания и смазать подшипник валика распределителя.

Перед регулировкой зазора между контактами прерывателя проверяют состояние рабочей поверхности контактов. При существенном переносе металла с одного контакта на другой или при наличии нагара на контактах необходимо зачистить их плоским бархатным надфилем. Применять для этих целей шлифовальную шкурку нельзя, так как от нее на контактах остаются абразивные частицы, приводящие к искрообразованию и преждевременному выходу контактов из строя. Не рекомендуется полностью выводить выемку — кратер на контакте — или полировать контакты — за несколько ходов надфиля можно очистить контакты от бугорка и нагара.

После зачистки контактов прерывателя проверяют и при необходимости зачищают контакты в крышке распределителя и на роторе. Затем чистой, смоченной бензином замшей или другим материалом, не оставляющем волокно, протирают контакты прерывателя и ротора, наружную и внутреннюю поверхности крышки распределителя.

Для регулировки зазора между контактами прерывателя необходимо, вращая коленчатый вал, установить кулачок прерывателя в такое положение, при котором контакты будут максимально разомкнуты. Надо проверить щупом величину зазора. Если она превышает заданную (0,35…0,45 мм), следует ослабить стопорные винты крепления контактной панели, вставить отвертку в специальный паз и, поворачивая ее, установить нужный зазор, затем завернуть стопорные винты.

Момент зажигания на автомобиле можно проверить стробоскопом — прибором, позволяющим видеть движущийся объект неподвижным, или 12-вольтовой лампой. При исполь

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

зовании стробоскопа необходимо один его зажим соединить с клеммой Б катушки зажигания, подсоединить клеммы питания и надеть на провод первого цилиндра датчик импульсов, затем установить на двигателе обороты холостого хода и направить мигающий поток света стробоскопа на метку шкива коленчатого вала.

Для проверки свечей зажигания необходимо вывернуть их из двигателя и внимательно осмотреть: изолятор не должен иметь трещин. Надо проверить, нет ли нагарообразования на контактах: если свеча покрыта тонким слоем нагара от серо-желтого до светло-коричневого цвета, его можно не удалять, так как такой нагар появляется на исправном двигателе и не нарушает работы системы зажигания. Матово-черный, бархатистый нагар свидетельствует о переобогащении смеси и необходимости проверки уровня топлива или слишком большом зазоре у электродов свечи. Глянцевито-черный цвет нагара и замасливание свечи указывает на слишком большое количество масла в камере сгорания.

Если на юбке изолятора свечи образуются металлические шарики, выгорают электроды и сам изолятор, значит свеча перегрелась. Причинами этого могут быть неправильная установка момента зажигания, применение низкооктанового бензина, слишком бедная смесь, недостаточное охлаждение и, как следствие, перегрев двигателя.

Нагар от свечи следует удалять специальной щеткой с применением специальной жидкости или на специальном пескоструйном аппарате типа Э-203. Если очистить свечи невозможно и слой нагара значительный, свечи заменяют.

После очистки свечей надо с помощью круглого проволочного щупа проверить зазор между электродами и отрегулировать его, подгибая боковой электрод. Величина зазора должна быть 0,5…0,9 мм при обычной системе зажигания и 1,0…1,2 мм при транзисторной.

Никогда не следует подгибать центральный электрод свечи — это неизбежно приведет к появлению трещин в изоляторе и к выходу свечи из строя.

Свечи, очищенные от нагара, с отрегулированным зазором между электродами перед установкой на двигатель необходимо проверить на приборе для испытания их под давлением. В исправных свечах при давлении 800…900 кПа искра должна появляться регулярно без перебоев между центральным и боковым электродами и без поверхностного разряда. При давлении 1 МПа новая неработающая свеча должна полностью быть герметична: не пропускать воздух ни по соединению корпуса с изолятором, ни по соединению центрального электрода с изолятором. Для свечей, работавших на двигателе, допускается пропуск воздуха до 40 см3 /мин.

Если в системе зажигания двигателя нет искры, необходимо проверить исправность первичной и вторичной цепей, а также исправность конденсатора.

Для определения неисправности в первичной цепи следует взять контрольную лампу и присоединить один ее провод к корпусу автомобиля, а другой последовательно (при включенном зажигании и разомкнутых контактах прерывателя) к включателю стартера, к входной и выходной клеммам замка и катушки зажигания и, наконец, к клемме низкого напряжения прерывателя. Отсутствие в цепи контакта будет на том участке, в начале которого лампа горит, а в конце не горит. Отсутствие накала лампы, присоединенной к выводной клемме катушки зажигания или к клемме прерывателя, помимо обрыва цепи на этом участке может указать и на неисправность изоляции подвижного контакта (замыкание контакта на корпус автомобиля). Рычажок подвижного контакта с неисправной изоляцией следует заменить.

Для проверки исправности цепи высокого напряжения (при исправной цепи низкого напряжения) следует снять крышку распределителя, поворотом коленчатого вала поставить контакты прерывателя на полное смыкание и вынуть провод высокого напряжения из центральной клеммы распределителя. Затем надо включить зажигание и, удерживая конец провода на расстоянии 3… 4 мм от корпуса автомобиля, пальцем размыкать контакты прерывателя. Отсутствие искры на конце провода свидетельствует о неисправности в цепи высокого напряжения или пробое обмоток конденсатора. Для окончательного выявления

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

причин необходимо заменить конденсатор и снова проверить цепи: если искры нет — заменить катушку зажигания.

Проверяя исправность конденсатора при отсутствии специальных диагностических стендов, следует отсоединить его от корпуса распределителя, положив на головку блока так, чтобы корпус конденсатора имел надежное соединение с корпусом автомобиля. Затем надо поставить контакты прерывателя на полное смыкание, включить зажигание, подвести провод высокого напряжения к проводу конденсатора, оставив небольшой зазор, обеспечивающий проскакивание искры. Размыкая Рукой контакты прерывателя, следует зарядить конденсатор тремя-четырьмя последовательными искрами, а затем, сближая провод конденсатора с его корпусом, Разрядить. Если при разрядке будет проскакивать искра (слышен щелчок), конденсатор исправен; если искра не появляется, конденсатор неисправен и его необходимо заменить.






ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 6_2



Практическая работа №4.

Расчет насадочного абсорбера

1 Теоретическая часть

1.1 Устройство и принцип действия насадочного абсорбера

Тема то и тр электрооборудования автомобиля

1 — насадка; 2 — опорная решетка; 3 — распределитель жидкости; 4 — перераспределитель жидкости

Рисунок 1 . Насадочная колонна

В насадочной колонне (рисунок 1) насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Жидкость с помощью распределителя 3 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз.

По всей высоте слоя насадки равномерное распределение жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом — большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой (35)D и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости 4.

В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки главным образом в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки, и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, а в насадочных колоннах — только по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.

Основными конструктивными характеристиками насадки являются ее удельная поверхность и свободный объем.

Удельная поверхность насадки а — это суммарная поверхность насадочных тел в единице занимаемого насадкой объема аппарата. Удельную поверхность обычно измеряют в м23. Чем больше удельная поверхность насадки, тем выше эффективность колонны, но ниже пропускная способность и больше гидравлическое сопротивление.

Под свободным объемом насадки ε понимают суммарный объем пустот между насадочными телами в единице объема, занимаемого насадкой. Свободный объем измеряют в м33 . Чем больше свободный объем насадки, тем выше ее пропускная способность и меньше гидравлическое сопротивление, однако при этом снижается эффективность работы насадки.

Конструкции насадок, применяемых в промышленных аппаратах можно разделить на две группы — нерегулярные (насыпные) и регулярные насадки.

В зависимости от используемого для изготовления насадки материала они разделяются на металлические, керамические, пластмассовые, стеклянные, стеклопластиковые и др. В таблице П2 даны характеристики некоторых нерегулярных насадок, загружаемых в навал.

1.2 Равновесие при абсорбции

При абсорбции содержание газа в растворе зависит от свойств газа и жидкости, давления, температуры и состава газовой фазы (парциального давления растворяющегося газа в газовой смеси).

В случае растворения в жидкости (С) бинарной газовой смеси (распределяемый компонент А, носитель В) взаимодействуют две фазы (Ф=2), число компонентов равно трем (К = 3) и, согласно правилу фаз, число степеней свободы системы равно трем.

Для данной системы газ-жидкость переменными являются температура, давление и концентрации в обеих фазах. Следовательно, в состоянии равновесия при постоянных температуре и общем давлении зависимость между парциальным давлением газа А (или его концентрацией) и составом жидкой фазы однозначна. Эта зависимость выражается законом Генри парциальное давление р*А растворенного газа пропорционально его мольной доле хА в растворе:

(1)

Или растворимость газа (поглощаемого компонента А) в жидкости при данной температуре пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью:

,(2)

где – парциальное давление поглощаемого газа, находящегося в равновесии с раствором, имеющим концентрацию хА (в мол. долях); – концентрация газа в растворе (в мол. долях), равновесном с газовой фазой, в которой парциальное давление поглощаемого компонента равно рА; Е – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом, или константой Генри.

Числовые значения коэффициента Генри для данного газа зависят от природы поглотителя и газа и от температуры, но не зависят от общего давления в системе.

Тема то и тр электрооборудования автомобиля

Рисунок 2 – Растворимость газа в жидкости при различных температурах (t1>t2>t3 и соответственно E1>E2>E3)

Зависимость Е от температуры выражается уравнением:

(3)

где q – дифференциальная теплота растворения газа;

R – газовая постоянная;

С – постоянная, зависящая от природы газа и поглотителя.

Для идеальных растворов на диаграмме рх (рисунок 2) зависимость равновесных концентраций от давления изображается прямой, имеющей наклон, равный Е – коэффициенту Генри. Из рисунка 2 и уравнения (3) следует, что с повышением температуры (при прочих равных условиях) увеличивается значение Е и соответственно уменьшается, согласно уравнению (2), растворимость газа в жидкости.

Если уА мольная доля извлекаемого компонента А в газовой смеси и Р общее давление в системе, то парциальное давление , по закону Дальтона, можно выразить зависимостью:

.(4)

Подставив значение в уравнение (1), получим:

.(5)

или закон Генри может быть представлен в форме:

.(6)

где т = E / P коэффициент распределения, или константа фазового равновесия.

Уравнение (6) показывает, что зависимость между концентрациями данного компонента в газовой смеси и в равновесной с ней жидкости выражается прямой линией, проходящей через начало координат и имеющей угол наклона, тангенс которого равен т. Числовые значения величины т зависят от температуры и давления в системе: уменьшаются с увеличением давления и снижением температуры. Таким образом, растворимость газа в жидкости увеличивается с повышением давления и снижением температуры.

Когда в равновесии с жидкостью находится смесь газов, закону Генри может следовать каждый из компонентов смеси в отдельности.

Закон Генри справедлив только для идеальных растворов. Поэтому он с достаточной точностью применим лишь к сильно разбавленным реальным растворам, приближающимся по свойствам к идеальным, т. е. соблюдается при малых концентрациях растворенного газа или при его малой растворимости. Для хорошо растворимых газов, при больших концентрациях их в растворе, растворимость меньше, чем следует из закона Генри. Для систем, не подчиняющихся этому закону, коэффициент т в уравнении (6) является величиной переменной, и линия равновесия представляет собой кривую, которую строят обычно по опытным данным.

Для описания равновесия между газом и жидкостью уравнение (6) применимо только при умеренных давлениях, невысоких температурах и отсутствии химического взаимодействия между газом и поглотителем.

1.3 Материальный баланс процесса

Примем расходы фаз по высоте аппарата постоянными и выразим содержание поглощаемого газа в относительных мольных концентрациях. Обозначим: М – расход распределяемого компонента кмоль/сек; G – расход инертного газа, кмоль/сек; Yн и Yк – начальная и конечная концентрации абсорбтива в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа; L расход абсорбента, кмоль/сек; его концентрации Хн и Хк, кмоль/кмоль абсорбента. Тогда уравнение материального баланса будет:

.(7)

Отсюда общий расход абсорбента (в кмоль/сек):

(8)

а его удельный расход (в кмоль/кмоль инертного газа):

.(9)

Это уравнение можно переписать так:

.(10)

Уравнение (10) показывает, что изменение концентрации в абсорбционном аппарате происходит прямолинейно и, следовательно, в координатах YX рабочая линия процесса абсорбции представляет собой прямую линию с углом наклона, тангенс которого равен .

Между удельным расходом абсорбента и размерами аппарата существует определенная связь. Через точку В с координатами Хн и Yк (рисунок 3) проведем, рабочие линии ВА, ВА1, ВА2, ВА3, отвечающие различным концентрациям абсорбента или разным удельным его расходам. При этом точки А, А1, А2, А3 будут лежать на одной горизонтальной прямой в соответствии с заданной начальной концентрацией Yн газа в смеси.

В случае растворов небольшой концентрации для любого значения Х и выбранной величины l движущая сила процесса выражается разность ординат YY*, изображенных вертикальными отрезками, соединяющими соответствующие точки рабочей линии и линии равновесия Y* = f (X). Для всего аппарата можно принять среднее значение Yср, величина которого, например для рабочей линии BA1 изображена на рисунке отрезком Yср1. Величина Yср будет тем больше, чем круче наклон рабочих линий и, следовательно, чем больше удельный расход абсорбента. Если рабочая линия ВА совпадает с вертикалью, то движущая сила процесса имеет максимальное значение, однако удельный расход абсорбента l при этом будет бесконечно большим (так как Хк = Хн).

Тема то и тр электрооборудования автомобиля

Рисунок 3 – К определению удельного расхода абсорбента

Если же линия рабочих концентраций ВА3 касается линии равновесия, то удельный расход абсорбента минимален (l = lmin), а движущая сила в точке касания равна нулю, поскольку в этой точке рабочая концентрация равна равновесной.

В первом случае размеры абсорбционного аппарата будут наименьшими при бесконечно большом расходе абсорбента, во втором – расход абсорбента наименьший при бесконечно больших размерах аппарата. Таким образом, оба случая являются предельными и практически неосуществимы.

В реальном абсорбционном аппарате равновесие между фазами не достигается и всегда Хк < Х*к, где Х*к концентрация поглощаемого газа в жидкости, находящейся в равновесии с поступающим газом. Отсюда следует, что значение l всегда должно быть больше минимального значения lmin отвечающего предельному положению рабочей линии (линия BA3 на рисунке 3). Значение lmin можно определить по уравнению (9) при замене Хк на Х*к:

(11)

Необходимо отметить, что увеличение удельного расхода l абсорбента одновременно со снижением высоты аппарата приводит к определенному увеличению его диаметра. Это объясняется тем, что с увеличением l возрастает также расход поглотителя L, а при этом, как показано ниже, снижаются допустимые скорости газа в аппарате, по которым находят его диаметр. Вот почему в тех случаях, когда удельный расход абсорбента не задан технологическими условиями, т. е. когда не задана конечная концентрация Хк абсорбента, следует выбирать такое соотношение между размерами абсорбционного аппарата и удельным расходом l абсорбента, при котором величина l и размеры аппарата будут оптимальными.

Оптимальный удельный расход поглотителя lопт может быть найден только с помощью технико-экономического расчета.

1.4 Гидравлические условия работы насадочных колонн

В насадочной колонне потоки газа (пара) и жидкости взаимодействуют в противотоке. В зависимости от нагрузок колонны по газу (пару) G и жидкости L изменяется характер взаимодействия фаз, проявляющийся в различных гидродинамических режимах. Наиболее четко эти режимы выявляются на кривых, показывающих зависимость сопротивления насадки от ее нагрузки по газу (пару) и жидкости, построенных в логарифмических координатах (рисунок 4).

При малых нагрузках потоков взаимодействие между фазами незначительно. Жидкость смачивает поверхность насадочных элементов, а сопротивление насадки потоку пропорционально сопротивлению сухой насадки. Это так называемый пленочный режим. Пленочный режим заканчивается в первой переходной точке (точка А, рис. 4), называемой точкой подвисания.

Тема то и тр электрооборудования автомобиля

1 — сухая насадка; 2 — орошаемая насадка

Рисунок 4 — Зависимость гидравлического сопротивления насадки от скорости газа в колонне (L = const)

При дальнейшем увеличении скоростей потоков контактирующих фаз возрастает трение между ними, происходит торможение потока жидкости и в связи с этим увеличивается количество жидкости Н0, удерживаемой в насадке. Этот режим характеризуется как начало подвисания жидкости и принимается в качестве нижнего предела устойчивой работы колонны. При больших жидкостных нагрузках этот режим выявляется не всегда четко. Сопротивление насадки в режиме подвисания пропорционально скорости газа в степени 3-4. Интенсивность массопередачи в этом режиме сильно возрастает. Этот режим заканчивается во второй переходной точке (точка В, рисунок 4).

Дальнейшее увеличение скоростей взаимодействующих фаз приводит к еще большему увеличению сопротивления насадки и количества удерживаемой жидкости в объеме, занятом насадкой. При определенных величинах газовой и жидкостной нагрузок происходит резкое увеличение количества удерживаемой насадкой жидкости и рост гидравлического сопротивления слоя насадки. Этот режим называется захлебыванием колонны и считается верхним пределом ее устойчивой работы (ВС). Количество удерживаемой насадкой жидкости зависит от удельной поверхности насадки а, доли свободного объема ε, скоростей движения взаимодействующих фаз. Полную задержку жидкости Н0 рассматривают как сумму двух составляющих: статической задержки Нс и динамической Hд. Статическая составляющая Нс определяет объем жидкости, удерживаемый насадкой за счет капиллярных сил, и не зависит от гидродинамических условий. Динамическая составляющая задержки Hд обусловлена гидродинамическим взаимодействием потоков газа и жидкости с насадочными телами.

Режим захлебывания характеризуется значительным количеством жидкости, удерживаемым на насадке, при этом сильно возрастает поверхность контакта фаз и интенсифицируется процесс массообмена. Однако при этом резко возрастает сопротивление движению потока газа. Поэтому для обеспечения эффективного массообмена при относительно небольшом гидравлическом сопротивлении желательно, чтобы гидродинамический режим работы колонны был, возможно, ближе к режиму захлебывания, но не достигал его, т. е. рабочая скорость пара в колонне должна быть меньше, чем скорость захлебывания захл. Обычно принимают, что эти скорости связаны соотношением:

=(0.75÷0.85)захл . (12)

Для колонн, работающих под вакуумом, с целью снижения потерь давления по высоте колонны рекомендуется принимать более низкие значения рабочей скорости: =(0.5÷0.7)захл .

Насадка занимает только часть объема колонны, поэтому скорость движения газа в каналах между элементами насадки выше, чем скорость, отнесенная к свободному сечению аппарата. Скорость движения газа в сухой насадке составляет:

0 = /ε.(13)

Действительная скорость пара при работе колонны будет несколько выше скорости 0, так как в этом случае часть свободного объема насадки занята стекающей по ней жидкостью.

Для расчета скорости захлебывания имеются различные уравнения, в том числе уравнение [4,5]:

(14)

где ε — свободное сечение насадки, м2/ м2;

а — удельная поверхность насадки, м23;

ρг, ρж – плотности газовой смеси и жидкости при рабочих условиях в абсорбере соответственно, кг/м3;

ж вязкость абсорбента при температуре абсорбции, мПа·с;

L и G — массовые расходы жидкости и газа, кг/с;

Коэффициенты А и В в уравнении определяются экспериментально и зависят от условий эксплуатации аппарата, конструкции элементов насадки и ее размеров. Определив скорость захлебывания, из уравнения (12) находят рабочую скорость газа и затем, зная величину заданной производительности по газовой смеси, определяют диаметр колонны.

1.5 Расчет высоты абсорбера

Для расчета высоты слоя насадки, обеспечивающей заданную эффективность процесса массообмена в абсорбционном аппарате, используют различные методы расчета кинетических характеристик процесса. В инженерной практике наиболее часто применяют метод расчета числа единиц переноса (ЧЕП) ny и высоты насадки эквивалентной единицы переноса (ВЕП) hВЕП.

ЧЕП представляет собой отношение изменения концентрации распределяемого компонента, которая может быть выражена как по газовой, так и по жидкой фазе, к движущей силе процесса:

(15)

Понятие общего числа единиц переноса, разумеется, не решает проблемы вычисления определенного интеграла; такая возможность связана только с конкретным видом равновесной зависимости Y*(X).

В случае линейной равновесной зависимости число единиц переноса можно определять по формуле:

(15а)

согласно которой общее число единиц переноса есть отношение общей разности концентраций компонента в газовой фазе к средней по всему аппарату движущей силе процесса. Индекс «Y» при обозначении числа единиц переноса означает, что это понятие определено по концентрации компонента в газовой фазе. Аналогично рассматривается величина общего числа единиц переноса в жидкой фазе: nх = (ХкХн)/ΔХср. Численные значения nY и пх в общем случае не совпадают.

Усредненная по всему аппарату движущая сила процесса массопередачи имеет вид:

,(16)

где ΔYн и ΔYк — движущие силы процесса массопередачи на концах аппарата.

В общем случае, когда равновесная зависимость Y*(X) имеет произвольный вид и может быть задана любым способом (в форме нелинейного алгебраического уравнения, графика или таблицы экспериментальных данных), значение определенного интеграла вычисляется любым приближенным методом: графического интегрирования, единичных объёмов, численного интегрирования (метод Эйлера или метод Симпсона).

В качестве примера рассмотрим универсальный графический метод, который часто используется при однократном вычислении интеграла, не требующем многократного вычисления при каких-либо изменяющихся параметрах. Вычисление базируется на геометрическом смысле определенного интеграла, согласно которому численное значение интеграла равно площади под подынтегральной функцией (рисунок 5).

Тема то и тр электрооборудования автомобиля

Рисунок 5 — Графический способ вычисления общего числа единиц переноса

Порядок построения графика иллюстрируется последовательностью заполнения столбцов таблицы 1.

Таблица 1

Y

X

Y*(X)

(Y-Y*(X))-1

YK

XH

Y*(XH)

(YK-Y*(XH)) -1

Yi

Xi

Y*(Xi)

(Yi-Y*(Xi)) -1

YH

XK

Y*(XK)

(YH-Y*(XK)) -1

Сначала производится разбивка интервала изменения концентрации компонента в газовой фазе YH — YK на произвольное число малых интервалов. Затем для каждого из значений Yi по уравнению материального баланса вычисляются соответствующие значения действительных концентраций Xi в жидкой фазе, после чего по этим значениям находятся концентрации компонента Y*(Xi) в газовой фазе, которые были бы при равновесии газа с жидкостью, имеющей действительную концентрацию Xi. Наконец, для каждой строчки производится вычисление подынтегральной функции [Yi – Y*Xi)]-1 и по данным первой и последней колонок таблицы 1 строится график подынтегральной функции, площадь под кривой которого и дает значение искомого определенного интеграла.

Вычисленное значение интеграла, согласно определяющему соотношению (15), равно общему числу единиц переноса nY. Используя соотношение (15а) можно определить величину средней движущей силы процесса.

Еще один графический метод определения величины nY называют методом единичных объемов. Этот метод не связан с определением площади, а состоит в построении прямоугольных ступенек в координатах X — Y в интервале YH — YK (рисунок 6). Построение проводится следующим образом: между рабочей линией процесса (сплошная прямая линия) и равновесной кривой (пунктирная кривая) строится линия, являющаяся геометрическим местом точек деления пополам вертикальных отрезков между рабочей линией и равновесной кривой (сплошная кривая между рабочей линией и равновесной кривой).

X

Тема то и тр электрооборудования автомобиля

Рисунок 6 — Определение числа единичных объемов

От произвольной точки А на рабочей линии проводится сначала горизонталь до точки С пересечения ее со сплошной линией, а затем эта горизонталь продолжается до точки В’, расположенной так, что отрезок СВ’ равен отрезку АС . От точки Впроводится отрезок вертикальной линии В’А’ до рабочей линии процесса. Через точку С проводится вертикальная линия, т.е. отрезок Dd, длина которого соответствует среднему значению движущей силы процесса для участка аппарата между точками А и А’ на рабочей линии. При этом считается, что на относительно небольшом участке массообменного аппарата среднюю движущую силу процесса (отрезок Dd) можно считать средней арифметической между значениями движущих сил, соответствующих отрезкам Аа и А‘а‘.

Из подобия треугольников ACD и АВ’Аследует, что АВ’ = = 2DC = Dd. Таким образом, изменение концентрации YA. — YB= А’В’ между точками А и А’ равно средней движущей силе процесса Dd на этом участке. Поскольку число единиц переноса равно отношению изменения концентрации на элементе аппарата к движущей силе на этом элементе, то для участка аппарата, отвечающего положению между точками А и А’, такое отношение AB‘/Dd=1 и прямоугольная ступенька ABAсоответствует единичному значению числа единиц переноса nY = 1.

По тому же правилу строятся ступеньки от YK до YH (ступеньки А’В»А» и т. д.); их число равно общему числу единиц переноса nY.

Метод единичных объемов менее трудоемкий, но и менее точный по сравнению с методом графического интегрирования и используется обычно при равновесной зависимости Y*(X), не слишком сильно отличающейся от прямолинейной, и при близком расположении рабочей линии процесса и равновесной линии.

В заключение отметим, что величину поверхности массопередачи можно определить как через общее число единиц переноса, так и из уравнения массопередачи:

(17)

После определения величины поверхности массопередачи F производится расчет высоты колонного аппарата Н, обеспечивающей найденное значение F. Удельная поверхность используемой насадки а 23) обычно известна, и тогда из очевидного геометрического соотношения F = HSа, где S — площадь поперечного сечения колонны, высота выразится в виде Н=F/(Sа), а подстановка сюда значения F, согласно соотношению (17), с учетом выражений (7) и (15а) дает расчетную формулу:

,(18)

где G/(KYSа)=hвеn — так называемая высота единицы переноса, представляющая собой некоторую высоту насадочного аппарата, изменение концентрации на которой Y) равно средней движущей силе ΔY массопереноса на этой высоте. Действительно, Н=hвеп·1, м, при nY= δY/ΔY=1.

Из соотношения (18) следует, что высота единицы переноса hвеп обратно пропорциональна коэффициенту массопередачи KY. Следовательно, простота расчетной формулы (18) кажущаяся, поскольку, чтобы определить значение hвеп, необходимо уметь вычислять значение KY; а для вычисления коэффициента массопередачи KY, согласно формуле, необходимо иметь явный вид корреляционных соотношений, из которых находятся коэффициенты массоотдачи βу и βх для обеих фаз.

Проведение опытов по определению значений βх и βY — довольно сложная и длительная процедура, требующая создания непростой экспериментальной установки, моделирующей условия реального процесса массопереноса. Поэтому для последующего использования опытных данных в инженерных расчетах методику проведения опытов несколько загрубляют и по результатам таких опытов вычисляют не значения коэффициентов массоотдачи βY и βх по каждой из фаз, а непосредственно высоту единицы переноса hвеп. Преимущество таких интегральных опытов состоит в том, что при вычислении hвеп по экспериментальным данным не требуется находить площадь поверхности межфазного контакта, как это необходимо при вычислении значений коэффициентов массоотдачи.

Найденные по опытным данным значения hвеп представляют в виде корреляционного соотношения между hвеп и влияющими на нее критериями и симплексами подобия:

hвеп=f(Re, PrD, Ar, Г1, Г2, …).(19)

Явный вид функциональной зависимости (19), найденный как наилучшая аппроксимация экспериментальных данных, позволяет вычислять значения высоты единиц переноса hвеп, вместо того чтобы находить значения коэффициентов массоотдачи βу и βх по иным корреляционным соотношениям, получаемым из более сложных опытов, и затем вычислять значения коэффициента массопередачи KY.

При работе аппарата в режиме эмульгирования высота единиц переноса может быть вычислена по формуле:

(20)

где т – тангенс угла наклона линии равновесия;

г , ж вязкость газовой смеси и абсорбента при температуре абсорбции, Па·с;

Остальные значения см. в формуле (14).

Расчет высоты колонны требует предварительного определения поперечного сечения колонны S, м2. Поскольку в большинстве случаев колонны имеют круглое сечение, то расчет S сводится к определению диаметра колонны D.

2 Расчет насадочного абсорбера

2.1 Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя

Расчет процесса абсорбции ведут в относительно мольных или относительно массовых концентрациях. Перевод исходных концентраций производят по следующим формулам:

;

где y — объёмная (мольная) концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе, кмоль А/кмоль (А+В);

– относительная массовая концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе, кг А/кг В;

МА, МВ – соответственно мольные массы поглощаемого компонента и инертного газа, кг/кмоль.

Для жидкой фазы справедливы те же соотношения, но с заменой Y на X.

Если исходные концентрации будут заданы другим способом, то перевод из одной размерности в другую следует производить по (таблице 6.1 с.282 [6]).

Конечное содержание поглощаемого компонента в газовой фазе можно определить с учетом степени поглощения по формуле:

; (21)

где η – степень поглощения компонента.

Массу переходящего из газовой смеси в поглотитель компонента М находят из уравнения материального баланса:

(22)

где L, G — расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кмоль/с;

Хн,, Хк — начальная и конечная концентрации поглощаемого компонента в жидком поглотителе, кмоль А/кмоль С;

Yн. Yк — начальная и конечная концентрации поглощаемого компонента в газе, кмоль А/кмоль В.

Конечная концентрация вещества в поглотителе Хк обусловливает его расход, который, в свою очередь, влияет на размеры абсорбера и часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому Хк выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. В химических производствах расход абсорбента L принимают на 30 – 50% больше минимального Lmin . В этом случае конечную концентрацию Хк определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию (рисунок 7).

При выражении состава фаз в относительных мольных концентрациях уравнение равновесия можно записать в виде:

, или

.(23)

Следовательно, при выражении закона Генри в относительных концентрациях равновесие в системе газ–жидкость изображается также кривой линией. Однако для сильно разбавленных растворов (малые концентрации X газа в жидкости) можно принять (1 – т) X0. Тогда знаменатель уравнения (23) обращается в единицу, и уравнение принимает вид:

(24)

Тема то и тр электрооборудования автомобиля

1 – равновесная линия; 2 – рабочая линия

Рисунок 7 – Зависимость между содержанием поглощаемого компонента в газовой смеси Y и абсорбенте – X

Конечное равновесное содержание поглощаемого компонента в жидкости:

, (25)

где т – коэффициент распределения;

где Е – коэффициент Генри для поглощаемого компонента в жидком поглотителе при температуре абсорбции (Приложение, таблица П4), МПа;

П – абсолютное давление в аппарате, МПа.

В случае если на орошение подается чистый поглотитель, то принимают . Минимальный удельный расход поглотителя можно найти, используя условие пересечения рабочей линии с равновесной:

.(26)

Удельный расход абсорбента с учетом коэффициента избытка орошения.

. (27)

Конечное содержание поглощаемого компонента в жидкости, соответствующее оптимальному расходу абсорбента:

.(28)

Массовый расход инертной части газа, кг/ч:

(29)

где V0 – расход газовой смеси при нормальных условиях, м3/ч;

— плотность инертного газа (воздуха) при нормальных условиях, кг/м3.

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту, кмоль/ч:

(30)

Расход поглотителя, кмоль/ч:

(31)

2.2 Расчет движущей силы

В насадочном абсорбере жидкая и газовая фазы движутся противотоком. Принимая модель идеального вытеснения, движущую силу можно определить по уравнению (16) (см. рисунок 7).

2.3 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

Предельную скорость газа в насадочных абсорберах можно рассчитать по уравнению (14).

Значения коэффициентов А и В приведены ниже:

Тип насадки

А

В

Трубчатая

1,75



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст




map