Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Барботажный объемометрический метод и устройство контроля плотности жидкости

Диссертация: Барботажный объемометрический метод и устройство контроля плотности жидкости
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Практическая значимость. Разработано устройство для измерения плотности жидкости при малой глубине погружения измерительного элемента в контролируемую среду в условиях пожарои взрывоопасных производств, которое легко поддается автоматизации и может быть использовано для осуществления непрерывного контроля. Производственные испытания экспериментальных образцов измерительного устройства показали… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Обзор пневматических методов контроля плотности жидкости
    • 1. 1. Значение плотности для контроля за ходом технологических процессов и качеством готовой продукции
    • 1. 2. Методы измерения плотности жидкостей
    • 1. 3. Классификация пневматических методов измерения плотности жидкостей
    • 1. 4. Обобщенный пневмогидравлический измерительный элемент
    • 1. 5. Пневматические колокольные методы измерения плотности жидкости
      • 1. 5. 1. Колокольные методы без подачи газа
      • 1. 5. 2. Колокольные методы с подачей газа (непроточные)
      • 1. 5. 3. Колокольные методы с подачей газа (проточные / барботажные)
    • 1. 6. Влияние глубины погружения измерительного элемента на точность барботажных методов
    • 1. 7. Выводы и постановка задач исследования
  • 2. Теоретические основы барботажного объемометрического метода контроля плотности жидкости
    • 2. 1. Режимы взаимодействия слоя жидкости с проходящим через нее потоком газа
    • 2. 2. Математическое описание барботажного объемометрического метода контроля плотности жидкости
    • 2. 3. Адекватность математического описания барботажного объемометрического метода процессам, происходящим в системе «газжидкость» в барботажном режиме взаимодействия
  • Выводы по второй главе,
  • 3. Барботажный объемометрический метод контроля плотности жидкости
    • 3. 1. Реализация барботажного объемометрического метода
    • 3. 2. Методики измерения плотности барботажным объемометрическим методом
      • 3. 2. 1. Методика измерения при подаче газа с заданным объемным количеством
      • 3. 2. 2. Методика измерения при подаче газа с заданным расходом
    • 3. 3. Экспериментальные исследования точности метода
    • 3. 4. Модификация барботажного объемометрического метода для измерения плотности вязких жидкостей
    • 3. 5. Оценка влияния температуры на точность измерений
    • 3. 6. Погрешность барботажного объемометрического метода контроля плотности жидкости
  • Выводы по третьей главе
  • 4. Устройство, реализующее барботажный объемометрический метод контроля плотности жидкости
    • 4. 1. Схема и принцип действия устройства
    • 4. 2. Выбор конструктивных и режимных параметров устройства
      • 4. 2. 1. Выбор диаметра сопла газоподводящей трубки
      • 4. 2. 2. Выбор угла наклона, а газоподводящей трубки
      • 4. 2. 3. Выбор глубины погружения измерительного элемента и диаметра измерительной емкости
    • 4. 3. Оценка погрешности устройства, реализующего барботажный объемометрический метод контроля плотности жидкости
  • Выводы по четвертой главе

Барботажный объемометрический метод и устройство контроля плотности жидкости (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Одним из важнейших параметров, определяющих качество веществ, является плотность. Измерение плотности играет важную роль в химической, лакокрасочной, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности, где по плотности судят о качестве исходного сырья, полуфабриката или готового продукта, о тех физико-химических изменениях в материале, которые происходят во время технологического процесса.

Одним из важнейших параметров, определяющих качество веществ, является плотность. Измерение плотности играет важную роль в химической, лакокрасочной, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности, где по плотности судят о качестве исходного сырья, полуфабриката или готового продукта, о тех физико-химических изменениях в материале, которые происходят во время технологического процесса.

Существует большое количество методов измерения плотности, отвечающих различным требованиям технологических производств. Распространение в промышленности получили барботажные методы, которые легко поддаются автоматизации, просты в реализации, обладают достаточной точностью, а также высокой пожарои взрывобезопасностью, что приобретает особое значение в условиях потенциально опасных производств.

Недостатком барботажных методов является большая погрешность измерения плотности при малой глубине погружения (Н «1 м) измерительного элемента в контролируемую среду, что обусловлено влиянием поверхностного натяжения жидкости на результат измерения.

В лабораторных условиях, а также в ряде отраслей, к которым относится, например, производство биологических добавок к топливу (биоэтилен, биодизель и т. д.) синтез продукта осуществляется в технологических емкостях небольшого объема, поэтому необходимая глубина погружения измерительного элемента не может быть достигнута и использование известных барботажных методов для проведения контроля становится неприемлемым.

Таким образом, важной и актуальной является задача разработки метода контроля плотности, который, сохранив все достоинства барботажных методов (пожарои взрывобезопасность, простоту и невысокую стоимость реализации), позволит с достаточной точностью измерять плотность при малой глубине погружения измерительного элемента в контролируемую среду благодаря учету влияния поверхностного натяжения на результат измерения.

Цель работы. Разработка и исследование барботажного объемометри-ческого метода и устройства контроля плотности, позволяющих устранить влияние поверхностного натяжения на точность измерения плотности при малой глубине погружения измерительного элемента в контролируемую жидкость.

Для достижения поставленной цели необходимо:

— провести экспериментальное исследование процессов, происходящих в системе «газ-жидкость» при барботировании газа через слой жидкости, величина которого соизмерима с размерами пузырьков;

— составить математическое описание процессов, происходящих в газожидкостной системе в барботажном режиме взаимодействия газа с жидкостью;

— разработать барботажный объемометрический метод измерения плотности жидкости и провести оценку его погрешности;

— разработать устройство для измерения плотности жидкости, реализующее разработанный метод;

— провести экспериментальные и теоретические исследования влияния неконтролируемых параметров окружающей среды и конструктивных параметров измерительного устройства на точность измерений плотности барбо-тажным объемометрическим методом;

— осуществить промышленные испытания разработанного метода и устройства.

Методы и методики исследований. При решении поставленной задачи использовались: методы математической физики, математической статистики, планирования экспериментов, теории измерений и метрологии. Использованы методы компьютерного моделирования с использованием программных пакетов MathCAD, Microsoft Excel, Maple.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований процессов, происходящих в системе «газ-жидкость» в барботаж-ном режиме взаимодействия, доказана возможность создания метода, позволяющего устранить влияние поверхностного натяжения жидкости на точность барботажных методов при малой глубине погружения измерительного элемента в исследуемую жидкость;

— разработан барботажный объемометрический метод контроля плотности, основанный на измерении давления внутри образующихся пузырьков и их отрывного объема, о величине которого судят по количеству пузырьков, поступивших в жидкость в результате подачи в измерительный элемент заданного объема газа;

— в результате теоретических и экспериментальных исследований влияния конструктивных параметров измерительного устройства на точность измерений плотности разработанным методом получены:

• диапазон значений диаметра сопла d0 газоподводящей трубки, при которых погрешность измерений минимальна;

• расчетные зависимости для определения минимально допустимых значений глубины погружения измерительного элемента Н и диаметра измерительной емкости dJ для заданного диаметра сопла do газоподводящей трубки;

• значение угла наклона, а газоподводящей трубки, при котором чувствительность метода максимальна.

Практическая значимость. Разработано устройство для измерения плотности жидкости при малой глубине погружения измерительного элемента в контролируемую среду в условиях пожарои взрывоопасных производств, которое легко поддается автоматизации и может быть использовано для осуществления непрерывного контроля. Производственные испытания экспериментальных образцов измерительного устройства показали их работоспособность.

Оригинальный метод и реализующее его устройство для контроля плотности признаны изобретением и защищены патентом Российской Федерации.

Реализация результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований автора прошли промышленные испытания и рекомендованы к внедрению в ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ВИИТиН)» для проведения непрерывного контроля плотности жидкого биологического топлива в процессе его синтеза. Результаты работы также используются в научно-исследовательской и учебной работе Тамбовского государственного технического университета.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Пятой Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, информатизация» (Барнаул, 2004 г.), на Пятой Международной тепло-физической школе «Теплофизические измерения при контроле и управлении качеством» (Тамбов, 2004 г.) — на Шестой Международной теплофизической школе «Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством» (Тамбов, 2007 г.) — на Восьмой Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (Пенза, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК. Получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть диссертации изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка и 18 таблиц.

Список литературы

включает 77 наименований.

Основные результаты и выводы по работе

В представленной работе проведен ряд теоретических и экспериментальных исследований, на основании которых получены следующие результаты:

1. Проведен литературный обзор существующих барботажных методов контроля плотности жидкости, который выявил отсутствие метода, позволяющего осуществлять непрерывные измерения плотности при малой глубине погружения измерительного элемента в жидкость.

2. Проведены экспериментальные исследования режимов взаимодействия газа со слоем маловязкой жидкости и определены граничные условия их существования.

3. Проведены теоретические и экспериментальные исследования процессов, происходящих в системе «газ-жидкость» в барботажном режиме взаимодействия, и доказана возможность создания метода, позволяющего устранить влияние поверхностного натяжения жидкости на точность барботажных методов при малой глубине погружения измерительного элемента в исследуемую жидкость.

4. Разработан барботажный объемометрический метод контроля плотности, основанный на измерении давления внутри образующихся пузырьков и их отрывного объема через их количество, поступившее в жидкость в результате подачи в измерительный элемент заданного объема газа. Разработанный метод признан изобретением и защищен патентом РФ.

5. Разработано устройство для измерения плотности жидкости при малой глубине погружения измерительного элемента в контролируемую среду в условиях пожарои взрывоопасных производств, которое легко поддается автоматизации и может быть использовано для проведения непрерывного контроля.

6. Проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния конструктивных параметров измерительного устройства на точность барботажного объемометрического метода, определен диапазон значений диаметра газоподводящей трубки, в котором погрешность измерения минимальна, и получены расчетные зависимости для определения минимально допустимых значений диаметра измерительной емкости и глубины погружения газоподводящей трубки.

7. Предложен способ повышения чувствительности измерительного устройства путем увеличения угла наклона газоподводящей трубки от 0 до 90°.

8. Разработанный метод и устройство контроля плотности жидкости прошли испытания и рекомендованы к внедрению в ГПУ «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ВИИТиН)».

Показать весь текст

Список литературы

  1. И.П. Автоматические плотномеры и концентратомеры в пищевой промышленности / И. П. Глыбин. — М.: Пищевая промышленность, 1975. — 270с.
  2. М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств: учебник для вузов. / М. В. Кулаков. М.: Машиностроение, 1983. — 424с.
  3. Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник. В 2-х томах. Под ред. М. А. Шлугера. М: Машиностроение, 1985. — Т. 1.- 240с.
  4. Гальванотехника благородных и редких металлов / П. М. Вячеславов, Г. К. Буркат и др. JL: Машиностроение, 1970. 248с.
  5. И.В. Оптимизация процессов и состава оборудования для нанесения электрохимических покрытий: дис. к.т.н. / И. В .Милованов. -Тамбов, 1983. 183с.
  6. Н.М. Электрохимические покрытия металлами / М. В. Кудрявцев. М.: Химия, 1979. — 352с.
  7. Ютт В. Е. Электрооборудование автомобилей: Учебник для студентов вузов. М.: Транспорт, 1995. — 304с.
  8. В.Н. Отечественная и мировая нефтедобыча. М.: Газойл пресс, 2004.
  9. .А., Богатое Г. Ф., Герасимов А. А. Теплофизические свойства нефти, нефтепродуктов, газовых конденсатов и их фракций / Под редакцией Б. А. Григорьева. — М: Издательство МЭИ, 1999. — 372с
  10. ГОСТ Р 51 069−97 «Нефть и нефтепродукты. Метод определения плотности, относительной плотности и плотности в градусах API ареометром».
  11. В.Н. О Банке качества нефти//Нефтяное хозяйство, 1997, № 3, с. 62−63.
  12. Н., Хохлов А., Цодиков Ю. Перед тем как смешать // Нефть России, 2000, № 3, с. 39−41.
  13. Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов Л.: Недра, 1983. 263с.
  14. .С. Технология топлива и энергетических масел. — М: Изд-во МЭИ. 2003. 340с.
  15. А. А., Жоров Ю. М., Смидович Е. В. Производство высокооктановых бензинов. — М.: Химия, 1981. — 224 с.
  16. , Э. Ф. Нетрадиционная энергетика в XXI веке / Э. Ф. Вайнштейн, Д. С. Стребков, В. Г. Чирков.— Киев: ИТТФ Национальной академии наук Украины, 2001.— С. 18−21.
  17. В. Н., Голубкович А. В. Перспективы использования растительных отходов в качестве биотоплив // Теплоэнергетика. 2004., № 5. -С 60−65.
  18. И. Новые дизельные топлива // Автомобильный транспорт, 2004. № 8. С 41−42.
  19. В.М., Зысин JI.B., Сергеев В. В. Итоги и научно-технические проблемы использования растительной биомассы и органосодержащих отходов в энергетике // Известия РАН. Энергетика. 2002. № 6. С 13−19.
  20. Н.Г. Моторное топливо XXI века // Энергия. 2007. № 8. С2.5.
  21. С.В. Физические основы технических измерений: Учеб. / С. В. Мищенко, Д. М. Мордасов, М. М. Мордасов. Тамбов: ТГТУ, 2003. — 336с.
  22. С.С. Плотномеры. / С. С. Кивилис. М.: Энергия, 1980.279с.
  23. М.М. Физические основы измерения плотности и поверхностного натяжения пневматическими методами: Учеб. / М. М. Мордасов, С. В. Мищенко, Д. М. Мордасов. Тамбов: ТГТУ, 1999. — 76с.
  24. Д.М. Теоретический анализ пневмометрических первичных измерительных преобразователей плотности жидких сред / Д. М. Мордасов, Ю. Ф. Мартемьянов, М. М. Мордасов, А. А. Тышкевич // Сб. научных трудов ТГТУ. 4.2. — Тамбов: Изд-во ТГТУ, 1998. — С. 12−27.
  25. А.с. 493 702 СССР, Пьезометрический плотномер / М.М. Мордасов// Открытия. Изобретения. 1975. — № 44.
  26. В.И. Барботажно-пьезометрические методы контроля физико-химических свойств жидкостей. / В. И. Лаптев. М.: Энергоиздат, 1984.-79 с.
  27. М.М. Пьезометрическое устройство для автоматического контроля плотности жидких сред / М. М. Мордасов, С. В. Мищенко, Д. М. Мордасов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1996. -Т.62, № 12. — С. 32−35.
  28. М.М. Контроль плотности жидких веществ пневмометрическими методами / М. М. Мордасов, С. В. Мищенко, Д. М. Мордасов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1998. -Т.64, № 7. — С. 31−37.
  29. А.с. 1 255 898 СССР, Способ определения плотности жидких сред / М.М. Мордасов// Открытия. Изобретения. 1986. № 33.
  30. А.с. 1 257 463 СССР, Пьезометрический плотномер/ М.М. Мордасов// Открытия. Изобретения. 1986. — № 34.
  31. М.М., Герасимов Б. И., Тютгонник В. М. Пьезометрический плотномер импульсного действия// Автоматизация и
  32. КИП в нефтеперераб. и нефтехим. промышленности. М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ. — 1976. — № 6. — С. 15−17.
  33. А.с. 1 187 016 СССР, Пьезометрический плотномер/ М. М. Мордасов,
  34. A.ВТрофимов// Открытия. Изобретения. 1985. № 39.
  35. JI.A. Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем. / Л. А. Залманзон. М.: Наука, 1973. -464 с.
  36. А. с. 641 317 СССР, Пневмометрический плотномер / М. П. Асмаев,
  37. B.И.Левченко, Ю. А. Юнаев // Открытия. Изобретения. 1979. № 1.
  38. А. с. 494 659 СССР, Пневмометрический плотномер жидкости / Л. С. Жидков, В. П. Авдеев, Г. С. Учитель, А. И. Четвериков // Открытия. Изобретения. 1975. № 45.
  39. А. с. 894 469 СССР, Плотномер / В. Н. Прилепский, Ю. В. Самаркин, И. В. Александров, В.Ф.Кортунова// Открытия. Изобретения. 1981. № 48.
  40. А. с. 960 578 СССР, Компенсационный плотномер / Ю. П. Радзиевский, А. С. Лихачев, Л. Б. Дорфман // Открытия. Изобретения. 1982. № 35.
  41. М.Н. Повышение точности дифференциальных пневматических устройств контроля плотности / М. Н. Баршутина // Новые идей молодых ученых в науке 21-го века: Сборник статей магистрантов. — Тамбов: «Тамбовполиграфиздат», 2006. Вып. 4. — С. 194 — 198.
  42. М.Н. Пьезометрический плотномер с импульсной подачей газа в измерительный элемент / М. Н. Баршутина, М. М. Мордасов // Труды ТГТУ: Сборник научных статей молодых ученых и студентов. -Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2006. Вып. 19. — С. 73 — 76.2.
  43. А.с. 1 821 681 СССР, Устройство для определения плотности жидкостей / И. И. Дунюшкин, В.И. Логинов// Открытия. Изобретения. 1993. № 22.
  44. И.П. Автоматические плотномеры. / И. П. Глыбин. Киев: Техника, 1965. — 258с.
  45. Я.В. Пузыри. / Я. В. Гегузин. М: Наука, 1985. — 176с.
  46. А. А. Струйно-барботажный метод и устройство измерения вязкости жидкостей: Дисс.. канд. техн. наук спец. 05.11.13. — Тамбов, 2007. 123с.
  47. Справочник физических величин. / Под ред. Г. А. Рябинина. С.-Пб.: Лениздат, 2001. — 248с.
  48. А.И. Гидравлика. / А. И. Богомолов, К. А. Михайлов. М: Стройиздат, 1972. — 648с.
  49. Л.Д. Курс общей физики. Механика и молекулярная физика. /Л.Д.Ландау, А. И. Ахиезер, Е. М. Лившиц.-М.: Наука, 1965. -384с.
  50. С.С. Гидродинамика газожидкостных систем / С. С. Кутателадзе, М. А. Стырикович. М: «Энергия», 1976. — 296с.
  51. В., Kuloor N. В. The Formation of Bubbles and Drops, in: Advances in Chemical Engineering, Bd. 8, S. 255 368, Academic Press, New York 1970.
  52. Т.И. Курс физики / Т. И. Трофимова. — М.: Высшая школа 1994.-542с.
  53. B.C. Справочник по теории вероятностей и математической статистике / В. С. Королюк, Н. И. Портенко, А. В. Скороходов. -М: Наука, 1985.-640с.
  54. Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т.Корн. М: Наука, 1985. — 640с.
  55. Методы испытаний водных растворов поверхностно активных веществ: Обзор, 4.1. / Составители: И. К. Гетманский и Л. И. Бавик. М., 1965. — 100с.
  56. Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. / Э.Камке. М.: Наука, 1974. — 711с.
  57. М.Н. Пневматический метод совокупного контроля плотности и поверхностного натяжения жидкости / М. Н. Баршутина, Д.М.
  58. , М.М. Мордасов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. — № 9. — С. 50−52.
  59. М.Н. Объемометрический принцип измерения физико-химических свойств жидкости / М. Н. Баршутина, М. М. Козадаева, М. М. Мордасов // Вопросы современной науки и практики. Университет имени Вернадского. 2008. — № 1(11). — С. 104−108.
  60. М.Н. Барботажный объемометрический метод контроля вязкости жидкости / М. Н. Баршутина, М. М. Козадаева, М.М. Мордасов// Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. — № 12. — С. 35−37.
  61. К.Г. Метрологическая обработка результатов технических измерений: Справ, пособие / К. Г. Рего.- Киев: Техника, 1987. — 128с.
  62. .Г. Справочное пособие для работников метрологических служб / Б. Г. Артемьев, С. М. Голубев. 3-е изд., доп. и перераб. -М: Изд-во стандартов, 1990. — 320с.
  63. А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. / .Д.Зимон. — М.: Химия, 1974.-416с.
  64. М.Н. Повышение точности барботажного объемометрического метода контроля плотности и поверхностного натяжения жидкости / М. Н. Баршутина, М. М. Мордасов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. — № 4. — С. 35−37.
  65. М.М. Повышение точности барботажного метода измерения плотности жидкостей / М. М. Мордасов, М. Н. Баршутина, Д. М. Мордасов // Вестник ТГТУ. 2007. — Т. 13. № 1 А. — С. 20−25.
  66. , Г. С. Системы аэрации сточных вод / Г. С. Попкович, Б. Н. Репин.-М, 1986.-136с.
  67. М.Н. Выбор объема пробы при реализации барботажного объемометрического метода измерения плотности и поверхностного натяжения / М. Н. Баршутина, М. М. Мордасов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. — № 7. — С. 29−33.
  68. Д.М. Пневмодинамический числоимпульсный метод измерения плотности веществ / Д. М. Мордасов, М. Н. Баршутина // Измерение, контроль, информатизация: материалы 5-й Международной научно-технической конференции / АГТУ. Барнаул, 2004. — С. 26 — 29.
  69. Патент РФ № 2 328 722. МКИ G01 N 13/02, G01 N 9/26. Способ определения поверхностного натяжения и плотности жидкости / Баршутина М. Н., Мордасов Д. М., Мордасов М. М. № 2 006 137 502- Заявл. 23.10.2006- Опубл. 10.07.2008- Бюл.№ 19.
  70. ГОСТ 3900–85. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. М: Изд-во стандартов, 1985. — 23с.
  71. В.А. Международная система единиц / Под общ. ред. проф. Г. Д. Бурдуна. Харьков: Изд-во Харьковского университета, 1970. -210с.
  72. В.А. Методы повышения точности измерений в промышленности / В. А. Брюханов. М: Изд-во стандартов, 1991. — 108с.
  73. JI.M. Математические методы в химической технике / Л. М. Батунер, М. Е. Позер. М: Химия, 1968. — 824с.
  74. В.Н. Основы пневмоавтоматики. / В. Н. Дмитриев, В. Г. Градецкий.-М: Машиностроение, 1973. 360 с.
  75. В.И. Контроль поверхностного натяжения жидких веществ в промышленных условиях / В. И. Гализдра, С. В. Мищенко, Д. М. Мордасов, М. М. Мордасов // Заводская лаборатория, 1997. № 5. — С. 2830.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!