Изучение работы емкостного реактора с механическим перемешивающим устройством

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

НИЖЕГОРРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра «Машины и аппараты химических и пищевых производств»

 

Курс «Машины и аппараты химических производств»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОТЧЕТ

по лабораторной работе

 

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЕМКОСТНОГО АППАРАТА

С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Факультет __________МАХП __________

 

 Группа ____________08-МАХП________

 

Студент _______Бурлакова М.А.    ______

 

                                          Работа принята

      «____» ____________________  ______г.

 

Преподаватель _____Коновалов В. С. _____

 

 

 

 

 

 

 

Дзержинск 2013

 

 

 

1. Цель работы:

 

1) изучение устройства и принципа работы аппарата механическим перемешивающим устройством для жидких сред и ознакомление с конструкциями мешалок;

2) экспериментальное определение мощности, затрачиваемой на перемешивание жидких сред при различных типов мешалок, построение графика зависимости KN = f(Reц) и его сопоставление с литературными данными.

 

2. Краткие теоретические положения:

 

Механическое  перемешивание используют для интенсификации гидромеханических процессов (диспергирования), тепло- и массообменных, биохимических процессов в системах жидкость-жидкость, жидкость-газ и жидкость-твердое тело.

Основными элементами типового смесителя являются корпус с рубашкой или без нее, крышка, привод со стойкой, мешалка с валом, сальниковое или торцевое уплотнение. В ряде случаев смеситель дополнительно снабжается отражательной перегородкой.

По частоте вращения мешалки для жидких сред можно разделить на тихоходные и быстроходные. К тихоходным мешалкам относятся: якорные, рамные, шнековые, ленточные и скребковые. Частота вращения составляет 30…90 мин-1, окружная скорость на конце лопастей для вязких жидкостей – 2…3 м/с.

Якорные и рамные имеют форму днища аппарата. Их применяют для перемешивания вязких сред. Эти мешалки при перемешивании очищают стенки и дно от осевших взвесей.

Шнековые и ленточные мешалки имеют винтовую форму и применяются также для перемешивания вязких сред.

Скребковые мешалки применяют для интенсификации теплообмена. Скребки в таких мешалках крепятся с помощью пружин, тем самым обеспечивая плотное прилегание их к стенке аппарата.

К быстроходным мешалкам относятся лопастные, пропеллерные и турбинные мешалки. Частота  их вращения составляет от 100 до 3000 мин-1 при окружной скорости от 8 до 20 м/с.

Лопастные мешалки просты по конструкции, относительно дешевы. к недостаткам относятся слабый осевой поток жидкости, что не обеспечивает полного перемешивания.

Пропеллерные мешалки  изготавливают с двумя или тремя пропеллерами. Они используются для создания интенсивной циркуляции жидкости.

Турбинные мешалки изготавливают  в форме колес турбин с плоскими, наклонными и криволинейными лопастями. Они бывают открытого и закрытого  типов. Турбинные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание во всем объеме смесителя.

 

                               

              а)                                         б)                                           в)                                          г)

 

Рис. 1. Мешалки:

а – турбинная закрытая; б – турбинные открытые; в – пропеллерная; г – лопастная.

 

 

 

 

 

 

 

3. Схема лабораторной установки.

 

А – аппарат с перемешивающим устройством; Б – пульт управления; 1 – корпус; 2 –мешалка;

3 –днище; 4 –автоматический выключатель; 5 –прибор управления; 6 –индикатор сети; 7 –переключатель режима работы ПЧВ;

8 -двигатель; 9 –перегородка;В1 – В2 - вентили.

 

4. Порядок работы:

 

1) ослабили винты днища и отвели его в сторону;

2) установили мешалку и обратно закрепили днище;

3) заполнили аппарат водой до отметки 20 л;

4) включили перемешивающее устройство и ручкой реостата установили начальное число оборотов (при этом сняли показания тахометра, вольтметра и термометра);

5) сняли эти же показания для чисел оборотов через каждые 50-100 об/мин;

6) установили отражательные перегородки и повторили эксперимент;

7) воду слили в канализацию;

8) провели аналогичные испытания  для всех трех типов мешалок;

9) по окончании опытов с мешалками  при заполненной водой аппарате снимаются показания приборов для определения мощности холостого хода (без мешалки).

 

5. Результаты опытов:

Таблица 1. Данные опытов по перемешиванию

 

Номер опыта	Тип мешалки	Число перегородок, шт.	Число оборотов n, с-1	Потребляемая мощность N, N0 , Вт	Температура среды, ̊С
Рабочие условия
1	Турбинная открытая	-	1,7	40	12
2		-	3,35	31
3		-	4,95	31
4		-	5,85	33
5		4	6.65	36
Холостой ход
1		4	1,7	38
2	Турбинная открытая	4	3,35	23
3		-	4,95	24
4		-	5,85	23
5		-	6,65	25
Рабочие условия
1	Лопастная	-	1,7	40	12
2		-	3,35	35
3		-	4,95	44
4		-	5,85	58
5		4	6,65	105
Холостой ход
1	Лопастная	-	1,7	38
2		-	3,35	25
3		-	4,95	30
4		-	5,85	31
5		-	6,65	33

 

6. Обработка опытных данных:

 

- вязкость воды при t=12ºС μ = 0,001236 Па·с;

- плотность воды при t=12ºС ρ=999 кг/м³;

- диаметр мешалки dм = 0,11 м.

 

Мощность перемешивания  определяется как разность мощностей  при рабочих условиях и на холостом ходу

                                                               

,                                                         (1)

 

Критерий Рейнольдса для каждого типа мешалки и  числа оборотов определяется по уравнению

                                                             

,                                                    (2)

где ρ – плотность  перемешиваемой среды, кг/м³;

       n – частота вращения мешалки, об/с;

       dм – диаметр мешалки, мм.

 

Критерий мощности KN

                                                            

.                                                    (3)

 

 

Таблица 2. Таблица расчетных  данных

 

Номер опыта	Тип мешалки	Число перегородок, шт	Число оборотов n, c-1	Мощность перемешивания  N, Вт	Критерий Рейнольдса Reц	Критерий мощности КN
1	Турбинная открытая	-	1,7	2	16626	25,3
2		-	3,35	8	32763	13,2
3		-	4,95	7	48410	4
4		-	5,85	10	57212	3,1
5		-	6.65	9	65036	1,9
1		-	1,7	2	16626	25,3
2		-	3,35	8	32763	13,2
3		-	4,95	7	48410	4
4		-	5,85	10	57212	3,1
5		4	6.65	9	65036	1,9
1	Лопастная	-	1,7	2	16626	52,7
2		-	3,35	10	32763	34,4
3		-	4,95	14	48410	14,9
4		-	5,85	27	57212	17,5
5		-	6.65	72	65036	31,7
1		-	1,7	2	16626	52,7
2		-	3,35	10	32763	34,4
3		-	4,95	14	48410	14,9
4		-	5,85	27	57212	17,5
5		4	6.65	72	65036	31,7

 

 

 Расчет данных:

 

Пример расчета: турбинная открытая мешалка, без перегородок

 

n = 102 об/мин  ;  ;   

n = 201 об/мин  ;  ;   

n = 297 об/мин  ;  ;   

n = 351 об/мин  ;  ;  

n = 399 об/мин  ;  ;     

8. Графические зависимости:

 

По результатам опытов построим графики зависимостей Kn = f(Reц) для каждого из типов мешалок, и сравним их с литературными данными.

 

Графики по расчетным  данным:

 

Примечание: маркером помечены графики, взятые из [Касаткин, с. 263].

 

а) турбинная открытая

б) лопастная

 

 

 

 

 

Рис. 2. График зависимости KN = f(Re) [Касаткин, с. 263]

 

 

 

 

5. Вывод

 

В результате проведения опыта мы получили данные, необходимые для построения графических зависимостей kN = f(Re), которые имеют расхождение с теоретическими данными. Это объясняется погрешностью снятия показаний и несовершенством лабораторной установки.