Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Процессы и аппараты в производстве строительных материалов и. МУ лаб. работы. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу процессы и аппараты в технологии строительных материалов
 Скачать 0.95 Mb.
|
|
Лабораторная работа № 7 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ Теоретическая часть Перемешивание и смешивание широко применяется для равномерного распределения составных частей в смесях жидких, сыпучих и пластических материалов, а также для интенсификации массообменных, тепловых и биохимических процессов. При перемешивании значительно повышается скорость процесса в результате увеличения поверхности взаимодействующих тел и турбулизации потоков. Турбулизация потоков приводит к уменьшению толщины пограничного слоя, увеличению и непрерывному обновлению поверхности взаимодействующих фаз. Основными показателями работы перемешивающих устройств, которые могут быть положены в основу их сравнения, являются эффективность и интенсивность перемешивания. Эффективность перемешивания характеризуется качеством проведения процесса перемешивания, а интенсивность определяется временем достижения заданного технологического результата. Интенсивность может выражаться частотой вращения рабочего органа мешалки при определенной длительности (времени) процесса. Для экономичного проведения процесса перемешивания желательно, чтобы необходимый эффект перемешивания достигался за наиболее короткое время. Широко распространены в промышленности стройматериалов способы перемешивания в жидкой среде. Независимо от того, какая среда смешивается с жидкостью, различают следующие способы перемешивания: механический - с помощью мешалок различных конструкций; пневматический - сжатым воздухом или инертным газом; перемешивание в трубопроводах и с помощью сопел и насосов. Механическое перемешивание осуществляется с введением в перемешивающую среду механической энергии с внешнего источника с помощью мешалок различной конструкции (лопастных, пропеллерных, турбинных и якорных). Известны также мешалки с возвратно-поступательным движением, имеющие привод от механического или электромагнитного вибратора. Один из главных вопросов техники перемешивания - определение расхода энергии на вращение рабочего органа мешалки при известных размерах ее и физических свойствах жидкости. С гидродинамической точки зрения процесс перемешивания при установившемся режиме можно рассматривать как процесс внешнего обтекания тел потоком жидкости, описываемым общим критериальным уравнением, связывающим физические характеристики движения жидкости.  , (7.1)где  - критерий Эйлера (мера отношения сил давления к силам инерции); ; - потеря давления, Па;  - плотность жидкости, кг/м3;  - средняя скорость движения потока, м/с; - критерий Рейнольдса (мера отношения сил инерции к силам вязкости); ; - критерий Фруда (мера отношения сил инерции к силам тяжести); ; - определяющий линейный размер, м;  - коэффициент динамической вязкости, Па.с;  - ускорение свободного падения; =9,81 м/с2;  - симплексы геометрического подобия.Обычно для мешалок с перемешивающим устройством в качестве определяющего линейного размера принимают диаметр мешалки. Так как действующую линейную скорость перемешивания жидкости определить трудно, то эту величину заменяют пропорциональной ей величиной – частотой Вращения мешалки, а вместо величины потери давления вводят величину потребляемой мощности. Тогда критерии гидродинами-ческого подобия приводятся к виду критерий Эйлера для перемешивания  ;критерий Рейнольдса для перемешивания  ;критерий Фруда для перемешивания  ,где  - мощность на валу мешалки, Вт;  - частота вращения мешалки, с-1.Следовательно, при условии геометрического подобия перемешивающих устройств и сосудов обобщенная зависимость для определения мощности на валу мешалки будет иметь вид  . (7.2)Если на поверхности однородной жидкости не образуется воронка и рабочие органы мешалки погружены в жидкость на достаточную глубину, то гидравлическое сопротивление будет обусловлено силой трения, а влияние сил тяжести будет настолько мало, что им можно пренебречь. Тогда уравнение (7.2) упрощается:  (7.3)где  и  - константы, определяемые опытным путем.Цель работы Изучить основные конструктивные элементы мешалок; Определить расход энергии, необходимой для перемешивания при различных режимах работы мешалки и различной вязкости жидкости. Обработать и обобщить экспериментальные данные. Описание экспериментальной установки Схема установки изображена на рис. 7.1; основные геометрические характеристики - на рис. 7.2.  Рис.7.1. Для вращения мешалки в основание корпуса 1 встроен электродвигатель постоянного тока мощностью 0,5 кВт. Частота вращения электродвигателя устанавливается регулирующим реостатом источника постоянного тока 12. Частота вращения мешалки изменяется в пределах от 30 до 250 об/мин и определяется электромагнитным тахометром, состоящим из датчика 8, жестко связанного с валом мешалки, и дистанционного указывающего прибора 10. Потребляемая мощность для перемешивания жидкости перемешивающим устройством определяется ваттметром 11, включенным в электрическую схему двигателя. Действительная мощность, потребляемая мешалкой на перемешивание, находится как разность между показаниями ваттметра при работе мешалки и вращении вала ее на холостом ходу при определенной частоте. На вращающемся валу мешалки закреплены рабочие лопасти 4. Корпус мешалки на внутренней поверхности имеет контрлопасти 5, а с наружной стороны - электродвигатель 6, помещенный в теплоизолирующий кожух 7. На панели управления расположены тумблер 2 и табло индикации 3 нагрева, а также кнопка пуска электродвигателя 9.  Рис.7.2 Методика проведения испытания 1. Ознакомившись со способом измерения частоты вращения рабочего органа мешалки, измеряют потребляемую мощность на холостом ходу при заданных частотах вращения вала мешалки и заполняют форму 7-1. Форма 7-1
2. Определяют потребляемую мощность при тех же частотах вращения, что и на холостом ходу, в рабочем состоянии мешалки. Для этого заполняют сосуд жидкостью, измерив ее температуру. Данные заносят в форму 7-2. Форма 7-2
3. Рассчитывают полезную мощность, которая потребляется на перемешивании жидкости при заданной частоте вращения рабочего органа мешалки, по формуле  и заполнят форму 7-3.Форма 7-3
4. Затем, используя рис. 7.1, заполняют форму 7-4. Форма 7-4
5. Включают питание электронагревателя на 1  2 мин (не более).Затем вращают электродвигателем рабочие лопасти с небольшой скоростью в течение нескольких секунд для равномерного перемешивания нагретых слоев жидкости. Определяют температуру жидкости. Определяют полезную мощность перемешивания по пп. 2 и 3 (при частоте вращения 50 и 100 с-1). Между измерениями контролируют температуру жидкости, поддерживая ее постоянной (  1 °С) включениемнагревателя на несколько секунд. Обработка опытных данных Основная функциональная зависимость между критериями для мешалки, при определенных условиях, определяется уравнением (7.3). Для определения констант и при начальной температуре жидкости  строят график  (рис.7.3.). При этом пользуются формой 7-5. Рис. 7.З. Форма 7-5
 ;  Логарифмируя формулу (7.3), получают уравнение прямой линии:  (7.4)Показатель степени  находят как тангенс угла наклона подученной примой к оси абсцисс, причем на оси абсцисс откладывают значение  . Поскольку угол находится в другой четверти, то величина будет отрицательной (см. рис. 7.3), т.е. .Постоянная С находится как отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, или из уравнения  (7.5)Следует провести не менее трех определений и получить из них вреднее значение коэффициентов. Определяют коэффициенты  и для жидкости, нагретой до температуры  . На основании данных, внесенных в протокол наблюдений, проводят анализ зависимости расхода энергии от частоты вращения рабочего органа мешалки и вязкости жидкости. |
с-1
