Wioletta Zięba, Karolina Rutkowska, Donata Walczyk

Sprawozdanie ćwiczenie nr 10

Aparaty i urządzenia do pomiaru i regulacji temperatury oraz do ciągłego dostarczania surowców do reakcji chemicznych.

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Temperatura jest to wielkość określająca stopień ogrzania jakiegoś ciała, zależna od średniej energii kinetycznej cząstek tego ciała. Im intensywniejszy jest ruch, tym wyższą temperaturę ma ciało. Oprócz tego charakteryzuje ona kierunek wymiany ciepła od ciał bardziej ogrzanych do zimniejszych.

Przyrządy do pomiaru temperatury:

1. Stykowe (termometry):

• Nieelektryczne

1. Rozszerzalność ciał stałych (dylatacyjne, bimetalowe)

2. Rozszerzalność cieczy (szklane, manometryczne cieczowe)

3. Zmiana prężności pary nasyconej (manometryczne parowe)

4. Rozszerzalność gazów (manometryczne gazowe)

• Elektryczne

1. Termoelektryczne (wychyłowe, kompensacyjne)

2. Rezystancyjne (ilorazowe, mostkowe niezrównoważone, mostkowo-ilorazowe, mostkowo zrównoważone)

3. Półprzewodnikowe

2. Bezstykowe (pirometry):

1. Radiacyjne

2. Fotoelektryczne

3. Monochromatyczne z zanikającym włóknem

4. Dwubarwowe

Aparatura wykorzystywana w ćwiczeniu:

Termoelement (termopara) - urządzenie do pomiaru temperatury. Pomiar temperatury oparty jest na zjawisku powstawania napięcia elektrycznego w obwodzie zamkniętym wykonanym z drutów z dwóch różnych metali (lub półprzewodników), których końce mają inne temperatury: spoinę mierzącą - jest to „gorący” koniec i „zimny” wolny koniec znajdujący się w temperaturze odniesienia.

Rotametr - należy do przepływomierzy grawimetrycznych, które działają na zasadzie równoważenia sił grawitacji i siły naporu wywieranego na element pomiarowy wprowadzony do strumienia płynu. Służy do pomiaru czystych lub lekko zanieczyszczonych płynów (cieczy i gazów) i znajduje bardzo szerokie zastosowanie w technice laboratoryjnej i przemyśle. Rotametr składa się z pionowej szklanej rury, lekko rozszerzającej się ku górze, w której umieszczony jest pływak. Strumień płynu wprowadzany w dolnej części rury wywiera napór na pływak, unosząc go do punktu zapewniającego równowagę sił. Punkt równowagi pływaka odpowiada określonej wielkości przekroju strumienia płynu, co przy stożkowym kształcie rury jest jednoznaczne z określonym położeniem pływaka. Działanie rotametru sprowadza się więc do eksperymentalnie obserwowanego zjawiska „unoszenia” pływaka na wysokość proporcjonalną do wielkości strumienia płynu.

Przepływomierz kapilarny - należy do grupy przyrządów manometrycznych, których zasada działania polega na pomiarze spadku ciśnienia na kapilarze przy laminarnym przepływie płynu. Z uwagi na techniczny problem pomiaru ciśnienia na kapilarze w istniejących rozwiązaniach praktycznych pomiar sprowadza się do określenia ciśnienia różnicowego pomiędzy punktami strumienia zlokalizowanymi przed i za kapilarą.

Fleometr pęcherzykowy - jest prostym urządzeniem przeznaczonym do laboratoryjnego pomiaru objętościowej szybkości przepływu gazów. Zasadniczą część przyrządu stanowi kalibrowana rura (np. wykonana z biurety), która jest połączona z wejściem gazu i elastycznym zbiorniczkiem wypełnionym cieczą pieniącą (np. wodą z detergentem). Przez chwilowe ściśnięcie zbiorniczka i podniesienie poziomu cieczy ponad poziom wlotu gazu uzyskuje się jego „barbotowanie” i uniesienie powstałej błonki w strumieniu gazu. Pomiar szybkości przepływu polega na określeniu czasu przepływu określonej objętości gazu przez kalibrowaną rurę oleometru. Praktycznie pomiar objętościowej szybkości przepływu gazu polega na określeniu (za pomocą sekundomierza) czasu migracji błonki niesionej przez strumień gazu pomiędzy dwoma kreskami na skali przyrządu określającymi znaną objętość biurety.

Manostat - służy do stabilizacji ciśnienia w instalacjach dozowania i regulacji przepływu gazów. Zasadniczym elementem manostatu jest cylindryczny zbiornik wypełniony do określonego poziomu cieczą i zaopatrzony w wewnętrzną rurę doprowadzający gaz z ciągu dozowania przez trójnik. Manostat stabilizuje ciśnienie gazu na poziomie równoważnym wysokości słupa cieczy. Celem podwyższenia ciśnienia gazu w instalacji można odpowiednio podwyższyć poziom cieczy w manostacie lub zastosować do wypełnienia manostatu specjalne ciecze o dużej gęstości. W czasie pracy układu dozowania gazu przez cały czas gaz musi spokojnie barbotować przez ciecz wypełniającą manostat, co warunkuje stabilność ciśnienia reagentów w instalacji doświadczalnej za manostatem. W przypadku stosowania gazów palnych lub szkodliwych „nadmiar” gazu przepływający przez ciecz manostatu należy przewodem odprowadzić do kolektora wentylacji lub do unieszkodliwienia.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Cel ćwiczenia

Zapoznanie ze sprzętem kontrolno-pomiarowym oraz zasadami pracy laboratoryjnej, umożliwiającej prowadzenie eksperymentów w warunkach dynamicznych, z udziałem operacji i procesów wymagających ciągłego strumienia reagentów gazowych i przebiegających w podwyższonych temperaturach. Ćwiczenie to służy opanowaniu techniki pomiarów temperatury i przepływu płynów oraz poznaniu metod kontroli i kalibracji sprzętu pomiarowego.

Wykonanie ćwiczenia

1) Dokonano oceny połączeń elektrycznych oraz stanu bezpieczeństwa pracy z piecem elektrycznym przy pomocy omomierza.

2a) Określono dynamiki ogrzewania pieca przepływowego przy napięciu 80 V

- sprawdzono czy układ jest zmontowany w taki sposób jak na rysunku

- włączono przewód zasilający

- włączono autotransformator i ustalono wartości 80 V

2b) określono rozkład temperatury wewnątrz reaktora umieszczonego w piecu wzdłuż jego długości bez przepływu gazu

-wytworzono pęcherzyk powietrza, aby zwilżyć fleometr na całej długości pomiaru

-ustawiono końcówki termopary w początku obudowy pieca

- mierzono temperaturę co 2 cm w głąb pieca do wysokości 50cm

3) Kalibracja rotametru za pomocą fleometru

- ustawiono wskazówki rotametru na wysokości 5

- wytworzono pęcherzyk powietrza w fleometrze

- mierzono czas przepływu pęcherzyka przez fleometr na drodze 3cm, 5, 10, 15, 20, 25, 30cm

- powtarzano każdy pomiar 2 krotnie

4) Określono rozkład temperatury wewnątrz reaktora z przepływem gazu

-wykonano czynności takie jak w punkcie 2b

Opracowane wyniki

1) Ocena połączeń elektrycznych oraz stanu bezpieczeństwa pracy z piecem elektrycznym przy pomocy omomierza.

OBWÓD POMIAROWY	OPORNOŚĆ (Ω)
Element grzejny pieca	329
Obudowa pieca-pierwszy bolec wtyczki	Brak
Obudowa pieca- drugi bolec wtyczki	Brak
Obudowa pieca- miejsce uziemienia pieca	Brak

2b) Zestawienie wyników pomiarów temperatury pieca podczas nagrzewania, napięcie zasilania 80V

[cm]	Temperatura °C
0	22
2	24
4	30
6	38
8	46
10	53
12	60
14	66
16	71
21	82
26	88
31	93
36	96
41	98
46	99
51	101

3) Kalibracja rotametru za pomocą fleometru.

Wskazania rotametru	Szybkość przepływu [cm/s ]
3	1,04
5	1,72
10	3,33
15	5
20	7,14
25	8,33
30	10

4) Rozkład temperatury wewnątrz reaktora bez przepływu gazu

[Cm]	Temperatura °C
0	75,5
5	78,3
10	81,9
15	85,8
20	89,9
25	92,8
30	96,2
35	96
40	88,5
45	77,2
50	66,8

5. Rozkład temperatury wewnątrz reaktora z przepływem gazu

[Cm]	Temperatura °C
0	60,8
5	59,7
10	64,7
15	73,8
20	78,5
25	84,2
30	89,7
35	93,1
40	87,9
45	82,4
50	78,1

Sporządzone wykresy

---