Диссертация (Разработка метода расчета и создание пневмовакуумной установки концентрирования химических растворов), страница 11

Выход парогазоввой смеси из стеннда осущществляеттся ватмоосферу.Таблицаа 4.1.Внешний виддПараметрПрЗначениеДаттчик давлления 26PPCAИзмерряемое даввлениеОтоссительноееРаабочая среедаМааксимальнноерабочеее давлениие, кПаТочноость, % отт макс.Сухой и влажныйй газВреммя реакциии, мсДиаппазон рабочихтеммператур, ͦ С16,90,25-400…+85858Таблиица 4.1.(ппродолжеение)ГигрометГтр психомметрическкий ВИТ-11Диапаазон измеерениясухогоо термомеетра, ͦ СЦенна деленияя, ͦ СПоогрешносстьтермометровв, ͦ СДиапаазон измеерениявллажности, %Поогрешносстьгиггрометра,, %Весы PS-20Диапаазон измеррения,грРаззрешение, грТочноость, % отт макс.ВоозможносстьтарировкитиТеррмометр CHECKTECEMPДиапаазон измеррения,ͦСРаззрешение, ͦ СПоггрешностьь, ͦ СШтангенциШиркуль GOOLDTOOL GMC-1190Диапаазон измеррения,ммРазррешение, ммПогррешностьь, мм0…2500,2±0,2200…90±60…2000,0010±0,2есть-500…1500,1±0,30…1500,010,01864.2.Методика проведения экспериментальных исследованийДля сокращения погрешности измерения данных, получаемых припроведении экспериментальных исследований и сокращения количестваизмерений, необходимых для подтверждения адекватности составленнойматематической модели была разработана методика проведения эксперимента.Экспериментальныеисследованияпроводятсядлярядазначенийдавлений рабочего газа на входе при различных значениях температурыжидкости в пробирках.

В качестве испаряемых жидкостей используетсятехническийэтанол(концентрацияэтаноласоставляет96%)идистиллированная вода (концентрация примесей менее 0,1%). Проведениеэкспериментальных исследований испарения воды проводится при различныхзначениях влажности рабочего газа на входе. Значения этих параметровприведены в Таблицах 4.2 и 4.3.№ опытаpвх , ПаTж , К№ опытаpвх , ПаТаблица 4.2.Tж , К130030372503132300308840031333003139200303430031810250308530032311400318620031312200323Таблица 4.3.,%№ опытаpвх , ПаTж , К13003034023003134033003234043003037053003137063003237087Перед проведением исследований стенд приводится в рабочее состояние.Весы тарируются, пронумерованные пустые пробирки взвешиваются, массазаносится в журнал эксперимента, а пробирки устанавливаются в ячейку ссоответствующим номером, побудитель расхода рабочего газа подключен кисточнику питания, датчики давления и температуры включены.Каждая пробирка заполняется жидкостью объемом 2 мл, взвешиваются иустанавливаются в ячейку с соответствующим номером.

Пневматический блокконцентраторазакрепляетсянадпробиркамитакимобразом,чтобынаправляющие трубки были погружены в пробирки, но не касались жидкости.Включается побудитель расхода газа, секундомером засекается времяпроведения эксперимента. В журнал заносятся измеренные значения давленияна выходе из побудителя расхода рабочего газа, температура жидкости,температура окружающей среды и атмосферное давление.

Через равныепромежутки времени пробирки взвешиваются. Эксперимент проводится до техпор, пока вся жидкость в пробирках не испарится.После проведения эксперимента побудитель расхода газа выключается,отключаютсядатчики,экспериментальныйстендподготавливаетсякпроведению следующего эксперимента (с другими значениями температурыжидкости и скорости рабочего газа).4.3.Обработка результатов экспериментаНа первом этапе обработки экспериментальных данных был проведенпоиск выбросов по методикам, указанным в работах [108-110]. За выброспринималось показание, при котором значение нормализованного остатка eiн(разности между фактически измеренным значением и аппроксимированным)превышало максимальное значение случайной погрешности emax :eiн  ei /   emax ,(4.1)88где ei - разность между действительным значением и значением, полученным врезультате аппроксимации,  - среднее квадратичное отклонение.После обработки нормализованных остатков проводилась оценкастудентизированных остатков eicт :eicт  ( J i  Jˆi ) /   emax ,(4.2)где Jˆi - оценка значения удельного массового потока пара Ji , основанная нааппроксимированной зависимости с отброшенным значением, подозрительнымна выброс.Максимальное значение случайной погрешности с определяется постандартной методике, приведенной например в [111]:emax t,n(4.3)где t - коэффициент Стьюдента, n - число экспериментальных точек.Суть метода состоит в последовательном удалении экспериментальныхзначений, отклонение которых от аппроксимирующей кривой большемаксимального значения случайной погрешности.

Таким образом, с каждымшагом мы сокращаем количество экспериментальных точек, используемых дляпостроения зависимости удельного массового потока пара от минимальногорасстояния между границей раздела фаз и направляющей трубкой.В результате проведенного анализа были выявлены значения удельногомассовогополученнойпотокавпаразначительнорезультатеобработкиотклоняющиесяотэкспериментальныхзависимости,данныхсприменением метода наименьших квадратов (МНК). Было определено, чтозначения удельного массового потока, являющиеся выбросами, были полученыв результате неверного расположения одной из пробирок относительнонаправляющей трубки экспериментального стенда.На Рисунке 4.3 представлена зависимость удельного массового потока Jпаров воды от минимального расстояния h между границей раздела фаз и898напрравляющей трубкой, поллученная при обработкеое эксперрименталььныхданнных.Рисунокк 4.3. Обрработка экксперименнтальныхх данныхОкончаательныммэксппериментальныхрезулььтатомданныххудаленияуявляетсявыброссовполлучениеизполученнныхэксперрименталььныхзавиисимостейй уровеннь случаайной погрешноспсти котоорых нее превышшаетзначчения emaxx .4.4.Оценкка погрешшности экксперимеентаДля аннализа поллученныхх эксперииментальнным путемм данныхх необходдимоопрееделить погрешнопость.

Для определеения погррешностеей были использовиваныметоодики обрработки эксперимэментальныых данныхх, приведденные в работе [1112].Поггрешностьь измеренния складдывается из случаайной Асл и прииборной Апрсосттавляющеей и опредделяется по формууле:90А  Асл2  Апр2(4.4)Данное значение можно записать также в виде относительнойпогрешности:Аа(4.5)где а - среднее значение измеряемых величин:а1 n ain i 1(4.6)где n – общее число повторяемых измерений.4.5.Оценка приборной погрешности экспериментаПогрешность, вносимая в результат измерения прибором, называетсяприборной и может оказывать существенное влияние на точность полученныхрезультатов. Определить значение данной погрешности можно по формуле:Aпр  t ;гдеt ;(4.7)3- коэффициент Стьюдента для заданной доверительнойвероятности  и бесконечного числа степеней свободы;  – погрешностьприбора.Для определения удельного потока массы пара проводились измерениямассы жидкости, времени и площади поверхности.

Максимальная величинаприборной погрешности не превышает 4%.4.6.ВОценка случайной погрешности экспериментакачествевеличиныслучайнойпогрешностиэкспериментапредставляют длину доверительного интервала. Границы доверительногоинтервала определяются величиной принятой доверительной вероятности.91Формула для определения величины случайной погрешности выглядит какпроизведениесреднеквадратическогоотклоненияS0ибезразмерногокоэффициента Стьюдента, величина которого зависит от доверительнойвероятности.

При определении доверительного интервала число степенейсвободы берется на единицу меньше числа проведенных измерений:Aсл  t ;n  S .(4.8)Максимальная величина относительной погрешности не превышает 7%.4.7.Сравнение результатов экспериментальных и численныхисследованийВ результате экспериментальных исследований испарения различныхжидкостей из пробирок были получены зависимости изменения массыжидкости от времени проведения эксперимента при различных температурахжидкости и рабочего газа. Поскольку в процессе испарения уровень жидкостипонижался, то наиболее наглядными являются зависимости потока массы параот расстояния между межфазной границей и срезом направляющей трубки.

НаРисунке 4.4 представлены экспериментальные зависимости, полученные прииспарении дистиллированной воды в поток воздуха с относительнойвлажностью40%,вызванныйперепадомдавленияp  300 Па .Экспериментальная зависимость показывает уменьшение массового потокапара при отдалении межфазной границы от среза трубки, что соответствуетрезультатам численного исследования. При повышении температуры значениемассового потока возрастает.

Наличие паров воды в рабочем газе такжесущественно влияет на скорость испарения.В качестве жидкости, концентрация паров которой практическиотсутствует в воздухе, был выбран этиловый спирт. На Рисунке 4.5представлены экспериментальные зависимости, полученные при его испарениив поток воздуха, вызванный перепадом давления p  300 Па .929Рисуунок 4.4. ЗависимоЗость массоового потока паровв дистилллированноойвооды от паараметра h при раззличной температутуре жидккости: 1 – T  298 К ;2 – T  308 К ; 3 – T  318 КРисуннок 4.5. Зависимоссть массоввого потоока паров этиловогго спиртаа отпараметра h прри различчной темппературе жидкостижи: 1 – T  298 К ;2 – T  3008 К ; 3 – T  318 К ; 4 – T  323 К939Значенния массоового потоока паровв спирта значителльно болььше значеениймасссового потокаппаров водды, что объясняеется разлличнымии свойстввамииспааряемых жидкостежей и отсуттствием в рабочем газе пароов этиленна.Послеобрабооткиэкссперименнтальныхданныыхбылииполучченызавиисимости удельноого массоового поттока параа от темппературыы жидкостти ипереепада даввления раббочего гааза на гранницах рассчетной ообласти прри различчномполоожении межфазномой границцы.

Эти зависимоости такжже были полученны врезуультатечисленноогоиссследованиия.Сраввнениеполученнныхданнныхпреддставленоо на Риссунках 44.6 и 4.7. Максиммальное отклоненние значеенияуделльного маассового потока паара, опредделенногоо эксперииментальнным путеем отрасччетных заависимосттей не преевышает 5%.РРисунок4.6.4 Зависсимость удельногоуо массовогго потокаа паровдиистиллироованной водывот теемпературурыХорошшо видно, что макссимальныый вклад в увеличеение масссового поотокапараа вносит увеличенние темппературы жидкостти, однакоо пределлы изменеенияданнного параметра сильносогграниченыы, посколльку поввышение температтурыможжет негатиивно сказзаться наа материаале пробыы.

Влияниие перепаада давлеения,котоорый выззывает дввижение ррабочего газа в прроточнойй полостии прибораа, нестолль заметнно, а таккже огранничено в связи с вероятнностью поотери пробы.949Наииболее безопаснымм фактороом воздеййствия наа скоростть испареения раствораявляяется рассстояние от межфазной грааницы доо среза ннаправляюющей труубки,однаако для того, чтобычпооддерживвать значчение даанного параметрапа наминнимальномм уровнне (что обеспечиит максиимальнуюю эффекктивностьь) впроццессе рааботы, необходимнмо разрработать конструккцию, позволяющпщуюпогрружать нааправляюющую труббку в прообирку в процессепрработы.РРисунок4.7.4 Зависсимость удельногоуо массовогго потокаа паровдистииллированнной водыы от перепада давлления.4.8.ЭЭксперимментальнные исслеедованияя на реалььных расстворахДля поодтвержддения эфффективноости рабооты разр аботанноого в данннойрабооте прибоора при концентрикировании рабочих раствороов эксперрименталььныеисслледованияя были проведеныпы на обрразцах, полученныпых в ЗААО «Синттол»,г.