Лабораторная работа 7

"Определение расхода энергии на перемешивание"

Цель работы: опытное исследование зависимости расхода энергии на перемеши­вание от природы жидкости и условий работы мешалки.

Теоретические основы процесса перемешивания

Перемешивание - это процесс многократного перемешивания частиц неодно­родной текучей среды друг относительно друга во всем объеме аппарата, протекаю­щий за счет импульса, передаваемого среде механической мешалкой, струей жидкости или газа.

Перемешивание - обязательное условие успешного проведения многих самых разнообразных технологических операций. На производстве перемешивание осущест­вляют в целях:

1. обеспечения равномерного распределения и дробления до заданной дисперсности газа в жидкости или жидкости в жидкости, а также равномерного распределения твердых частиц в объеме жидкости;

2. интенсификации нагревания или охлаждения обрабатываемых масс, а также обес­ печения равномерного распределения температуры в перемешиваемом объеме;

3. интенсификации массообмена в перемешиваемой среде, а также равномерного распределения растворенного вещества в перемешиваемой массеГ"~ "

Таким образом, перемешивание оказывает решающее влияние и на скорость различных процессов химических превращений, поскольку в промышленных условиях скорость этих процессов определяется не только химической кинетикой, а в значитель­ной мере условиями передачи теплоты и массы.

В зависимости от целей и условий проведения процесса применяют аппараты с перемешивающимися устройствами различных конструкций.

Наиболее распространены в настоящее время аппараты с вращающимися ме­ханическими мешалками разных типов. При перемешивании такими мешалками возни­кает сложное трехмерное течение жидкости. Первичным в этом движении является тангенциальное движение, которое в пространстве, ограниченном дном и стенками ап­парата и свободной поверхностью жидкости, вызывает радиальные и аксиальные по­токи.

Поскольку аналитического описания поля скоростей в аппаратах с мешалками до настоящего времени получить не удалось, то их характеризуют технологической ин­тенсивностью и эффективностью.

Интенсивностью / действия аппарата с мешалкой называют возможность дости­жения некоторого заданного, строго определенного технологического результата (каче­ства перемешивания) за определенное время Т :

При одинаковой частоте вращения п (об/с) действие мешалки будет тем более интенсивным, чем меньше время перемешивания затрачивается на проведения про­цесса.

Если требуемое количество перемешивания может быть обеспечено лишь при частоте вращения мешалки не меньше некоторого определенного значения, то интен­сивность будет выражаться:

Ясно, что при одинаковом времени достижения заданного технологического ре­зультата действие мешалки будет тем более интенсивным, чем с меньшей частотой она вращается.

Эффективностью Е аппаратов с перемешивающимися устройствами будем на­зывать возможность достижения заданного технологического результата (качества пе­ремешивания) при затрате определенной работы Л/г

E = f(Nt) Здесь N - мощность, потребляемая мешалкой, Вт.

Очевидно, что действие мешалки тем более эффективно, чем меньше работы затрачивается на достижение требуемого технологического результата.

Мощность, потребляемая механическими мешалками, зависит от многих факто­ров. При вращении лопасти мешалки энергия затрачивается на преодоление трения, а также на образование и срыв вихрей.

Схема установки

1. - электродвигатель постоянного тока

2. - вал

3. - регулятор частоты вращения вала

4. - мешалка

5. - сосуд

6. - счетчик электроэнергии

Порядок проведения опыта № 1

1. Налить в сосуд исследуемую жидкость до метки.

2. Включить мешалку.

3. Замерить время, за которое диск электросчетчика совершит "п" полных оборотов.

4. Отключить мешалку.

5. Слить жидкость.

6. Опыт повторить с другими исследуемыми жидкостями.

7. Результаты записать в таблицу.

Таблица опытных и расчетных данных

	Жидкость		п об/с	Т с		Ri м			N Вт	Ng Вт
	1.
	2.
	3.

Обработка опытных данных

1. Определение модифицированного критерия Реинольдса

= p n d

р- плотность жидкости, кг/м³ d- диаметр мешалки, м п - частота вращения мешалки, об/с // - вязкость жидкости, Па-с

2. Определение значения коэффициента мощности Kn по графику зависимости

K_N = f(RiM) (см. приложение)

3. Определение мощности, потребляемой мешалкой

4. Если высота уровня Н жидкости не равна диаметру аппарата D_an, то величину мощ­ ности умножают на поправочный коэффициент.

5. Построение графика зависимости для опыта №2.

6. Вывод по работе.

Вопросы для самопроверки

1. В чем сущность перемешивания?

2. Каковы цели перемешивания?

3. Перечислите основные способы перемешивания, кратко охарактеризуйте их.

4. Объясните методику определения мощности, потребляемой мешалкой.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8

"Определение коэффициента теплопередачи

при установившемся тепловом процессе"

Цель работы: Провести наблюдение за работой аппарата непрерывного действия, снять параметры, необходимые для определения значения коэффициента теплопередачи. Сравнить опытный коэффициент с расчетным.

В теплообменной аппаратуре непрерывного действия имеет место установившийся тепловой режим, при котором температура теплоносителей изменяется по длине (или поверхности) аппарата, не остается постоянным во времени.

Основное уравнение теплопередачи:

где Q - тепловой поток, Вт

К - коэффициент теплопередачи, Вт/м²*К х - продолжительность процесса, с At_cp - средний температурный напор.

Теплообменные аппараты могут работать по принципу прямотока и противотока в зависимости от направления движения теплоносителей.