новая папка 1 / 773450

4.Назовите формы связи влаги с материалом.

5.Охарактеризуйте основные стадии процесса сушки.

6.Особенности процесса сушки древесины.

Библиографический список

1.Кречетов И.В. Сушка древесины. – М. : Лесн. пром-ть, 1980. – 433 с.

2.Шубин Г.С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины. – М. : Лесн. пром-ть, 1973. – 248 с.

3.Расев А.И. Сушка древесины. – М.: Высш. школа, 1990. – 244с.

4.Сажин Б.C. Основы техники сушки. – М.: Химия, 1934. – 320с.

Работа 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОЛЬНОСТИ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ

Цель работы: определение содержания неорганических веществ в древесине.

Краткие теоретические сведения

Высушенная древесина примерно ка 99% состоит из органических соединений (низко- и высокомолекулярных). Остальную часть составляют неорганические минеральные соединения: соли калия, натрия, кальция, магния, железа и др. Минеральные вещества содержатся в соках дерева, входят в состав экстрактивных веществ и компонентов клеточной стенки. При сжигании древесины они образуют золу. Количество золы характеризует содержание минеральных веществ в древесине, но точно не равно ему, так как при сжигании с последующим прокаливанием многие неорганические соединения переходят в оксиды или карбонаты. При анализе золы применяют эмиссионный спектральный анализ, а также химический анализ с использованием весовых, объемных, фотоколориметрических и других методов. Методы определения зольности древесины основаны на сжигании навески с последующим прокаливанием золы до постоянной массы.

Неопределенность анализа заключается в том, что для одного и того же образца древесина количество золы изменяется в зависимости

11

от температуры озоления. При озолении следует избегать слишком высокой температуры, так как при этом могут улетучиться хлориды и карбонаты щелочных металлов. Карбонаты щелочноземельных металлов частично разлагаются, также проходят вторичные реакции с образованием силикатов и других солей. Поэтому необходимо применять допустимо низкую температуру, обеспечивающую полное сгорание углерода, но не превышающую температуру красного каления муфельной печи (550–600°С). При озелении древесины нельзя допускать ее воспламенения, так как при этом возможны потери золы.

Оборудование, принадлежности, материалы

1.Печь муфельная электрическая МП–2У.

2.Плитка электрическая ЭШ I–0,8/220.

3.Весы лабораторные аналитические BЛA-200-M.

4.Тигель фарфоровый с крышкой.

5.Эксикатор с прокаленным хлоридом кальция.

6.Перекись водорода – H2Q2 (3%-ный раствор).

7.Опилки древесные высушенные.

Методика проведения работы

Предварительно взвешенный фарфоровый тигель с крышкой прокаливают в муфельной печи при стандартной температуре (575 25°С) или другой заданной температуре до постоянной массы. В тигель помещают навеску опилок в 2–3г. Опилки должны занимать не больше половины объема тигля. Осторожно озоляют пробу древесины на электрической плитке (в вытяжном шкафу) или в муфельной печи. Если тигель не вмещает всю навеску, то ее вносят по частям, осторожно добавляя новую порцию после окончания озоления предыдущей порции. Затем тигель с золой прокаливают в муфельной печи при заданной температуре в течение 2–3 ч (до полного удаления углерода, о чем свидетельетвует отсутствие включений черного цвета). Если зола при этом имеет темный цвет, ее смачивают несколькими каплями 3%-ного раствора перекиси водорода, выпаривают жидкость (помещая тигель на электрическую плитку) и вновь прокаливают не менее 1ч. Тигель извлекают из муфельной печи

12

щипцами, закрывают крышку и дают остыть в течение 1–2 мин, поместив на несгораемую подставку, после чего переносят в эксикатор. После охлаждения в эксикаторе (30–40 мин) тигель с золой взвешивают и продолжают прокаливание продолжительностью в 1 ч до достижения постоянной массы (разность результатов двух взвешиваний не более 0,0002 г).

Массовую долю золы в процентах по отношению к сухой древесине рассчитывают по формуле

g m1 m2 100%, m

где g - массовая доля золы, %; m - навеска сухой древесины, г; m1 - масса тигля с золой, г; m2 - масса тигля, г.

С целью получения надежных результатов проводят два параллельных опыта. Расхождение между данными каждого опыта не должно превышать 0,5%, За результат определения зольности древесина принимают среднее арифметическое двух измерений.

Контрольные вопросы

1.Какие вещества в древесине при ее сжигании и прокаливании превращаются в золу?

2.Какие породы (хвойные или лиственные) являются более зольными?

3.Состав растворимой и нерастворимой части золы.

4.Какие методы качественного и количественного анализа используют при анализе золы?

Библиографический список

1.Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. – М. : Лесн. пром–ть, 1986. – 33с.

2.Уголев Б.Н. Испытания древесины и древесных матери-

алов. – М. : Лесн. пром-ть, 1965. – 252с.

3.Химия древесины: метод. указания / сост.: Г.К. Кононов, А.Г. Цейтлин; Моск. лосотехн. ик–т. М. : 1989. – 48 с.

13

Работа 3

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ФИЛЬТРОВАНИЕ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цели работы: изучение теоретических основ процесса центробежного фильтрования и ознакомление с конструкциями фильтрующих центрифуг; экспериментальное определение оптимальных значений частоты вращения ротора центрифуги и продолжительности фильтрования.

Краткие теоретические сведения

Центробежным фильтрованием называется технологический процесс рзздоления жидких неоднородных систем, при котором жидкая фаза под действием поля центробежных сил проходит через фильтрующую перегородку перфорированного ротора центрифуги, а твердая фаза (волокна) задерживается на ней. На предприятиях отрасли центробежное фильтрование волокнистых материалов осуществляют перед их сушкой, что позволяет значительно ускорить процесс обработки и снизить энергоемкость. Применение центробежного фильтрования наиболее эффективно в тех случаях, когда необходимо получить продукт с наименьшей влажностью и когда требуется промывка волокон.

Движущей силой процесса разделения в фильтрующих центрифугах, также как и в осадительных центрифугах, является центробежная сила С, а для оценки интенсивности поля центробежной силы служит фактор разделения Fr. Рассмотрим процесс удаления влаги из полуфабриката в центробежном поле. Ротор центрифуги радиусом R (рис. 4), заполненный влажным полуфабрикатом, вращается с постоянной угловом скоростью . Внутренний радиус кольца жидкости обозначим r1.

Определим центробежную силу dC для элементарного кольца массой dm, радиусом r, толщиной dr и шириной, равной единице

dC=dm 2 r.

Подставляя в полученное дифференциальное уравнение значение массы выделенного кольца, определим статическое давление Pц, развиваемое под действием центробежного поля:

14

dP= dCdS 2rdr ,

где dS = 2 r – поверхность элементарного кольца радиусом r;– плотность жидкости, кг/м3.

Рис. 4. Схема центробежного фильтрования

Проинтегрировав уравнение в пределах от r1 до R1, получим

2 R2 r12 . 2

При выводе основного уравнения центробежного фильтрования будем исходить из уравнения для ламинарного фильтрования, вытекающего из выражения

Q = KPSh ,

где Q – количество жидкости? проходящей в ециницу времени через фильтрующую среду, м3/с; h – толщина фильтрующего слоя, м; S – полная площадь поперечного сечения фильтрационного потока, м2;– вязкость жидкости, Па·с; K – коэффициент проницаемости

фильтрующей среды, м2 .

Для центробежного фильтрования площадь поверхности коаксиальных слоев осадка является переменной величиной и

составляет

S=2 r L

где L – высота ротора центрифуги, м.

С учетом переменности площади в условиях центробежного фильтрования Грейсом получено следующее уравнение:

15

где rc – внутренний радиус осадка, м.

Определение ряда параметров в денном уравнении представляет значительные трудности. Поэтому кинетику процесса рассчитывают по опытным данным

Механизм процесса центробежного фильтрования состоит из трех периодов: образование осадка; удаление из осадка избыточной (гравитационной) жидкости и уплотнение осадка; удаление из осадка жидкости, удерживаемой молекулярными силами (механическая сушка осадка).

Первый период центробежного фильтрования аналогичен процессу обычного фильтрования с образованием осадка. Однако в центрифугах движущей силой является гидростатическое давление вращающейся жидкости, осадок и фильтрующая перегородка имеют значительную кривизну, площадь поверхности фильтрования изменяется вдоль радиуса, уплотнение осадка обуславливается не только действием давления жидкости, но также действием массовых сил "скелета" осадка. Когда уплотнение осадка заканчиваемся, в местах соприкосновения твердых частиц и на их поверхности остается жидкость, удерживаемая капиллярами и молекулярными силами. В течение третьего периода под действием центробежных сил и воздушного потока, проходящего через осадок, часть этой жидкости постепенно протекает от одного стыка к другому в направлении фильтрующей перегородки.

Второй и третий периоды иногда объединяют в один и называют центробежным отжимом осадка. Закономерности центробежного отжима могут быть описаны уравнениями гидродинамики двухфазных жидкостей или уравнениями фильтрования жидкости через ил ой пористой среды и течения жидких пленок.

Накопленный в роторе осадок часто подвергают промнаке, которую обычно проводят в конце второго периода центробежного фильтрования в порах осадке промывной жидкостью, смешивающейся с первой. При контакте промывной жидкости с фильтратом, в котором расстворено вещество, подлежащее вымыванию, наряду с простым вытеснением фильтрата промывной жидкостью в порах осадка наблюдаются более сложные процессы вымывания из тупиковых пор

16

и диффузионного переноса вещества из пор осадка в промывную жидкость путем конвективной и молекулярной диффузии. Осадок, образующийся в роторе фильтрующей центрифуги, представляет собой пористую среду, структура которой определяется такими параметрами, как пористость, удельнаяповерхность и дисперсионный состав твердой фазы. Кроме того, на структуру осадка влияют физико

– химические факторы: степень коагуляции, электрокинетический потенциал на границе раздела фаз и т.д. После промывки производят центробежный отжим осадка, т.е. повторные второй и третий периоды центробежного фильтрования. Следует отметить, что при вращении ротора в его нейтральной, части создается вакуум, вследствие чего вместе с отходящим фугатом через слой материала просасывается воздух.

В промышленности наиболее широкое применение нашли фильтрующие центрифуги следующих типов: с ручной выгрузкой через, верхний борт; с ручной выгрузкой через днище; с контейнерной или кассетной выгрузкой; с ножевой (скребковой) выгрузкой; с гравитационной выгрузкой; со шнековой выгрузкой; с поршневой выгрузкой осадка толкателем, совершающим возвратнопоступательное движение вдоли оси ротора; с центробежной (инерционной) выгрузкой.

Оборудование, приборы, инструменты, приспособления и материалы

1.Лабораторная стаканчиковая центрифуга,

2.Фильтрующие вкладыши для стаканчиков - 4 шт.

3.Аналитические весы.

4.Секундомер.

5.Сушильный шкаф.

6.Бюксы - 10 шт.

7.Волокнистый материал (марки целлюлозы ЦА, ХЦ или РБ) – 10 г.

Содержание лабораторной работы

1.Изучение теоретической части и рекомендованной литературы.

2.Подготовка центрифуга.

17

3.Экспериментальное изучение кинетики центробежного фильтрования.

4.Обработка результатов эксперимента.

Описание экспериментальной установки

В работе используется лабораторная стаканчиковая центрифуга, устройства которой приведено в работе № 5. Для проведения исследований процесса центробежного фильтрования центрифуга снабженаа фильтрующими вкладышами. Конструкция фильтрующего вкладыша 1, установленного в стаканчике центрифуги 2, показана на рис. 5.

1 2

Рис. 5. Стаканчик центрифуги с фильтрующим вкладышем

Порядок выполнения работы

1.Предварительно замоченные образцы волокнистого материала помещают в стаканчики с фильтрующими вкладышами и устанавливает в ротор в соответствии с их маркировкой.

2.Закрывают крышку ротора, включают центрифугу и выво на заданное число оборотов.

3.После проведения центробежного фильтрования останавливают центрифугу начатием светящейся кнопки «Тормоз».

4.Открывают крышку и помещают образец в предварительно взвешенную бюксу.

18

5.Проводят взвешивание образца. При взвешивании образца крышка бюксы должна быть закрыта. Заносят данные в табл. 1.

6.При открытой крышке высушивают образец в сушильном шкафу при температуре 100°С до тех пор, пока не установится постоянная масса остатка, т.е. пока два последующих взвешивания навески не покажут практически одинаковую массу. Результат взвешивания округляют до тысячных долей грамма, заносят данные в табл. 1. и определяют влажность образца.

7.Повторяют опят при других значениях чисел оборотов рото-

ра.

8.Определяют оптимальное значение числа оборотов ротора и проводят замеры влажности при различной длительности цикла центробежного фильтрования. Заполняют табл. 2.

9.По данным табл. 1 и 2 строят графики зависимости влажности от числа оборотов ротора и от времени фильтрования.

19

Содержание отчета

1.Перечень исходных материалов, инструмента, приборов.

2.Схема экспериментальной установки.

3.Краткое изложение теории.

4.Таблицы экспериментальных данных и расчетов.

5.Графики зависимости влажности от числа оборотов ротора и от времени фильтрования.

6.Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Поясните механизм процесса центробежного фильтрования.

2.Какие основные типы центрифуг применяются для центробежного фильтрования?

3.Проведите анализ экспериментальных данных.

4.Поясните от чего больше зависит влажность образца – от времени фильтрования или от числа оборотов ротора.

Библиографический список

1.Лукьяненков В.М., Таранец А.В. Центрифуги: Справ. изд. – М. :

Химия, 1988. – 384с.

2.Шкоропад Д.Е., Новиков О.П. Центрифуги и сепараторы для химических производств. – М. :Машиностроение, 1987. – 256с.

3.Соколов В.И. Центрифугирование. – М.: Химия, 1976. – 408с.

4.Малиновская Т.А. Разделение суспензий в химической промышленности. – М. : Химия, 1983. 264с.

Ответственный за выпуск проф. В. Н. Башкиров

Издательство Казанского национального исследовательского технологического университета

Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального

исследовательского технологического университета

420015, Казань, К. Маркса, 68

20