Лабораторна робота № 4.

1. ТЕМА: Визначення розходу енергії на перемішування.

2. МЕТА: Експериментальне визначення залежності розходу енергії на перемішування від умов роботи мішалки і ознайомлення з основними конструктивними типами мішалок.

3. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Перемішування - це процес багатократного переміщення частинок неоднорідного текучого середовища один відносно іншого в усьому об'ємі апарата, який протікає за рахунок імпульсу, що передається середовищу механічною мішалкою, струменем рідини або газу.

Перемішування - обов'язкова умова успішного проведення багатьох найрізноманітніших технологічних операцій. На виробництві перемішування здійснюється з метою:

1. Забезпечення рівномірного розподілу і подрібнення до заданої дисперсності газу у рідині або рідини в рідині, а також рівномірного розподілу твердих частинок в об'ємі рідини;

2. Інтенсифікації нагрівання або охолодження оброблюваних мас, а також забезпечення рівномірного розподілу температури в об'ємі, що перемішується;

3. Інтенсифікації масообміну в перемішуваному середовищі, а також рівномірного розподілу розчиненої речовини в перемішуваній масі.

Таким чином перемішування значно впливає і на швидкість різних процесів хімічних перетворень, оскільки в промислових умовах швидкість цих процесів визначається не тільки хімічною кінетикою, а в значній мірі умовами передачі тепла і маси.

В залежності від мети і умов проведення процесу застосовують апарати з перемішуючими пристроями різних конструкцій. Найпоширеніші в наш час апарати з обертаючими механічними мішалками різних типів. При перемішуванні такими мішалками виникає складна трьохмірна течія рідини. Первинним у цій течії є тангенціальний рух, який у просторі, обмеженому дном і стінками апарату і вільною поверхнею рідини, викликає радіальні і аксіальні потоки.

Оскільки аналітичного опису для швидкостей в апаратах з мішалками до теперішнього часу одержати не вдалося, то їх характеризують технологічною інтенсивністю і ефективністю.

Інтенсивністю 7 дії апарату з мішалкою називають можливість досягнення деякого заданого строго визначеного технологічного результату (якості перемішування) за певний час : Іn=const=ѓ()

При однаковій частоті обертання n (об/с) дія мішалки буде тим інтенсивнішою, чим менше часу перемішування витрачається на проведення
процесу.

Якщо необхідна якість перемішування буде забезпечена тільки при частоті обертання мішалки не менше деякого визначеного значення, то інтенсивність буде виражатися: І=const=ѓ(n)

Зрозуміло, що при однаковому часі досягнення заданого технологічного результату, дія мішалки буде тим інтенсивнішою, чим з меншою частотою вона обертається.

Ефективністю Е апаратів з перемішуючими пристроями будемо називати можливість досягнення заданого технологічного результату (якості перемішування) при затраті певної роботи

Е= ѓ(N,)

де N - потужність, споживана мішалкою, Bт.

Очевидно, що дія мішалки тим більш ефективна, чим менше роботи витрачається на досягнення необхідного технологічного результату.

Потужність, яку споживають механічні мішалки, залежить від багатьох факторів. Методи і розрахункові формули, прийняті в даний час для визначення потужності, ще не можуть рахуватися достатньо повними.

Для опису руху рідини в апараті з мішалкою при встановленому режимі можна скористатися загальним критеріальним рівнянням:

Eu= ѓ(Re, Fr, Г1, Г2...)

Др - втрати тиску, Па;

w - середня швидкість руху потоку, м/с;

d - визначаючий лінійний розмір, м;

- густина рідини, кг/м3;

ц - в'язкість рідини, Па•с;

g - прискорення вільного падіння, рівне 9,81 м/с2.

Для апаратів з обертаючими механічними мішалками в якості визначаючого лінійного розміру доцільно прийняти діаметр мішалки dм. Так як дійсну швидкість руху визначити важко, то цю величину заміняють пропорційною їй величиною - добутком n•dм, а замість втрати тиску вводять значення споживаної потужності. Тоді критерії гідродинамічної подібності можуть бути перетворені наступним чином.

Аналогом критерію Ейлера для мішалок можна рахувати критерій потужності

який є безрозмірним виразом потужності, що витрачається на перемішування.

Відцентровий критерій Рейнольдса:

Відцентровий критерій Фруда:

Таким чином при умові герметичної подібності узагальнена залежність для визначення потужності на валу мішалки буде мати вигляд:

У тих випадках, коли на поверхні однорідної рідини не утворюється лійка (наприклад, при установці відбивальних перегородок) вплив сили тяжіння буде дуже малим і останнє рівняння можна спростити:

КN=C•Reуm

4. ОПИС УСТАНОВКИ І ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Установку (рис. 1) приводять в дію електродвигуном 1 постійного струму (потужністю 1 кВт) з пускорегулюючим реостатом 2. Наявність трьохступеневої коробки передач 4 забезпечує плавну зміну частоти обертання мішалки від 1 до 20 об/с. Вимірюють частоту обертання електромагнітним тахометром, який складається із датчика, жорстко зв'язаного з валом коробки передач, і дистанційного вказуючого приладу 3. Підйомний стіл 10 служить для зміни положення мішалки в ємності по висоті.

Рис. 1. Схема установки для визначення розходу енергії на перемішування:

1 - електродвигун постійного струму;

2 - пускорегулювальний реостат;

З - дистанційний показник частоти обертання;

4 - трьохступенева коробка передач;

5 - динамометр;

6 - вал; 7 – ємність;

8 - відбивальна перегородка;

10 - підйомний стіл.

Для визначення потужності, що споживається мішалкою, використовують пружинний динамометр. Досліди по визначенню розходу потужності на перемішування починають з установки "нульового" показника динамометра Ао, тобто показника, що відповідає холостому ходу установки. Далі приступають до тарировки пружини динамометра, для чого встановлюють тарировочне пристосування і при двох-трьох різних частотах обертання (в межах заданих) навантажують вал так. щоб одержати 4-5 точок на ділянці прямолінійної залежності кута повороту вала від навантаження.

Дійсне число поділок шкали динамометра, що відповідає кожному навантаженню, визначають як різницю між показником навантаженого динамометра і "нульовим" показником. При тарировці пружини необхідно враховувати масу чашки (62 г). Всі дані заносять в таблицю.

Після побудови тарировочного графіка встановлюють ємність певних розмірів і форми (висотою Н і діаметром Dа) мішалку вказаного розміру і типу, заповнюють ємність тою чи іншою рідиною (вода або технічний гліцерин, або його водні розчини різних концентрацій) і вимірюють її температуру. В умовах сталого режиму роботи мішалки визначають показники динамометра (А) при 6-8 заданих частотах обертання. Для