2 Контрольно-вимірювальні прилади, реактиви

1.Ваги технічні	1шт.
2.Секундомір	1шт.
3.Набір ареометрів	1комплект.
4.Віскозиметр	1шт.
5.Термометр /0-100 ˚С/	1шт.
Реактиви:
Глина.

Перемішувальне устаткування (рис. 1) складається із закріпленого на штативі (1) рушія (2) , до якого за допомогою патрона (3) закріплюється вал (4). На кінець вала нагвинчена мішалка (5), яка занурюється у посудину (6) з рідиною. Регулювання частоти обертання вала мішалки здійснюється регулятором (7) за шкалою (8), що знаходиться на корпусі рушія.

Рисунок1. Схема установки для вивчення перемішування рідини.

1 - штатив; 2 - рушій мішалки; 3- затискач патрону; 4- вал ; 5-мішалка; 6-посудина; 7- регулятор числа обертів; 8. - шкала частоти обертання.

3 Послідовність виконання роботи

Перед початком роботи відповідно до рис.2 вимірюють і записують у таблицю спостережень усі розміри мішалки і посудини, які впливають на витрату енергії під час перемішування.

Рисунок 2. – Основні геометричні характеристики мішалки і посуди

Потім на валу мішалку досліджуваного типу, встановлюють задане число обертів мішалки (150,200,300,400,500) наливають у посудину певну кількість розчинника (на 1см нижче від потрібного рівня розчину), задають необхідну наважку розчинної речовини і доливають розчинник до потрібного рівня Н в посудині, після чого вмикається рушій мішалки.

Наважку розчинної речовини розраховують відповідно до заданої концентрації розчину (кг/м³) . Разом з увімкненням рушія мішалки вмикається секундомір, яким вимірюють час повного розчинення речовини. Після кожного розчинення рушій вимикається, знімається вал з мішалкою, одержаний розчин виливається і дослід повторюється із іншим числом обертів мішалки. Після останнього досліду вимірюють температуру, густину і в'язкість розчину. Усі покази приладів записують у таблицю спостережень.

4 Опрацювання результатів роботи

Знайдені експериментальні дані опрацьовують відповідно до табл.2. Для узагальнення табличних даних у вигляді залежності будують графік залежності I від n у напівлогарифмічній системі координат (рис. З). Для ділянки прямолінійної залежності можна записати:

ln I = a + bn

Нахил прямої лінії показує значення сталої b= tgά. Оскільки кут міститься в другій чверті, то величина b буде від'ємною.

Для будь-якої точки прямої лінії, проведеної на графіку, стану а визначають з рівняння

a=ln I–bn

Таблиця 2 - Виміряні і обчислені величини дослідження процесу перемішування.

Виміряні і обчислені величини	Розрахункові рівняння і розмірність	Числові значення
		Досліди
		1	2	3
1	2	3	4	5
Тип мішалки	-
Діаметр мішалки	d, м	0,053	0,053	0,053
Ширина лопаті мішалки	b, м	0,0031	0,0031	0,0031
Довжина лопаті мішалки	l, м	0,0375	0,0375	0,0375
Крок пропелерної мішалки	S, м	0,061	0,061	0,061
Діаметр посудини	D, м	0,0982	0,0982	0,0982
Висота шару рідини	Н, м	0,079	0,079	0,079
Кількість відбивних перегородок	Z, шт	–	–	–
Висота відбивної перегородки	L, м	–	–	–
Ширина відбивної перегородки	B, м	–	–	–
Висота розміщення мішалки над дном	h, м	0,013	0,013	0,013
Концентрація розчину	С, кг/м³
Наважка розчинної речовини	m, кг	0,05	0,05	0,05
Об’єм розчину	V, м³	0,610^-3	0,610^-3	0,610^-3
Температура розчину	t, ◦С	12◦	12◦	12◦
Густина розчину	ρ, кг/м³
В’язкість розчину	γ, м²/с μ, Паּс
Частота обертання вала	n, с	50	200	600
Інтенсивність (час) перемішування	I, с	600, 1200, 1800	600, 1200, 1800	600, 1200, 1800

Розрахункова частина

Приймаю [1, табл..VI, с. 514]

Приймаю

.

Для першого режиму перемішування n=50 об/хв=0,83 об/с

, хв., с	10 хв 600 с	20 хв 1200 с	30 хв 1800
Vтв,м^310^6	0,44	0,5	0,6
ReM	1729
Вт

1. 10 см³ – 100 % об.

0,44 см³ – х % об. х=4,4 % об.

Якщо то

,

де –обємна доля твердої фази в суспензії.

.

.

Визначаємо масу суспензії:

Знаходимо масову частку лини в суміші:

у=6%

Густина суміші визначається за формулою:

,

де густина суспензії, кг/м3;

– густина рідкої фази, кг/м3;

– масова частка твердої фази суспензії;

Критерій Рейнольдса визначаю за формулою:

,

де ρ – густина рідини, кг/м³;

μ – в’язкість рідини, нс/м²;

d – визначальний лінійний розмір (діаметр мішалки)

n – частота обертання мішалки, с .

Залежність K_N=f(Re_M) для трьохлопатевої мішалки визначається за рисунком VIІ[1,с.558]

K_N=f(Re_M=1729)=0,8

Визначаємо витрати енергії на перемішування за формулою:

_,

де N – потужність двигуна мішалки, Вт;

критерій потужності.

Звідки N дорівнює:

_.

Потужність в пусковий момент зазвичай в 2-3 рази перевищує робочу:

_.

Встановлюємо установчу потужність, приймаючи, що ККД електродвигуна з передачею 0,95 і з запасом потужності в 20%:

.

2. 10 см³ – 100 % об.

0,5 см³ – х % об. х=5 % об.

Якщо то

,

де –обємна доля твердої фази в суспензії.

.

Визначаємо масу суспензії:

Знаходимо масову частку лини в суміші:

у=6,7%

Густина суміші визначається за формулою:

,

Критерій Рейнольдса визначаю за формулою:

Залежність K_N=f(Re_M) для трьохлопатевої мішалки(21), за відношення D/d_м=3,3 визначається за рисунком VIІ [1,с.558]

K_N=f(Re_M=1715)=0,8

Визначаємо витрати енергії на перемішування за формулою:

_,

Звідки N дорівнює:

_,

де N – потужність двигуна мішалки, Вт;

критерій потужності.

_.

Потужність в пусковий момент зазвичай в 2-3 рази перевищує робочу:

_.

Встановлюємо установчу потужність, приймаючи, що ККД електродвигуна з передачею 0,95 і з запасом потужності в 20%:

.

3. 10 см³ – 100 % об.

0,6 см³ – х % об. х=6 % об.

Якщо то ,

де –обємна доля твердої фази в суспензії.

.

Визначаємо масу суспензії:

Знаходимо масову частку лини в суміші:

у=8,1%

Густина суміші визначається за формулою:

.

Критерій Рейнольдса визначаю за формулою:

Залежність K_N=f(Re_M) для трьохлопатевої мішалки(21), за відношення D/d_м=3,3 визначається за рисунком VIІ [1,с.558]

K_N=f(Re_M=1690)=0,8

Визначаємо витрати енергії на перемішування за формулою:

_,

Звідки N дорівнює:

_,

де N – потужність двигуна мішалки, Вт;

критерій потужності.

_.

Потужність в пусковий момент зазвичай в 2-3 рази перевищує робочу:

_.

Встановлюємо установчу потужність, приймаючи, що ККД електродвигуна з передачею 0,95 і з запасом потужності в 20%:

.

Для другого режиму перемішування n=200 об/хв=3,33 об/с

, хв., с	10 хв 600 с	20 хв 1200 с	30 хв 1800 с
Vтв,м^310^6	0,97	1,56	2,4
ReM
Вт

1. 10 см³ – 100 % об.

0,97 см³ – х % об. х=9,7 % об.

Якщо то

,

де –обємна доля твердої фази в суспензії.

.

.

Визначаємо масу суспензії:

Знаходимо масову частку лини в суміші:

у=12,93%

Густина суміші визначається за формулою:

,

де густина суспензії, кг/м3;

– густина рідкої фази, кг/м3;

– масова частка твердої фази суспензії;

Критерій Рейнольдса визначаю за формулою:

,

де ρ – густина рідини, кг/м³;

μ – в’язкість рідини, нс/м²;

d – визначальний лінійний розмір (діаметр мішалки)

n – частота обертання мішалки, с .

Залежність K_N=f(Re_M) для трьохлопатевої мішалки визначається за рисунком VIІ[1,с.558]

K_N=f(Re_M=6293)=0,65

Визначаємо витрати енергії на перемішування за формулою:

_,

де N – потужність двигуна мішалки, Вт;

критерій потужності.

Звідки N дорівнює:

_.

Потужність в пусковий момент зазвичай в 2-3 рази перевищує робочу:

_.

Встановлюємо установчу потужність, приймаючи, що ККД електродвигуна з передачею 0,95 і з запасом потужності в 20%:

.

2. 10 см³ – 100 % об.

1,56 см³ – х % об. х=15,6 % об.

Якщо то використовується формула :

,

де –об’ємна доля твердої фази в суспензії.

.

.

Визначаємо масу суспензії:

Знаходимо масову частку лини в суміші:

у=20,4%

Густина суміші визначається за формулою:

,

де густина суспензії, кг/м3;

– густина рідкої фази, кг/м3;

– масова частка твердої фази суспензії;

Критерій Рейнольдса визначаю за формулою:

,

де ρ – густина рідини, кг/м³;

μ – в’язкість рідини, нс/м²;

d – визначальний лінійний розмір (діаметр мішалки)

n – частота обертання мішалки, с .

Залежність K_N=f(Re_M) для трьохлопатевої мішалки визначається за рисунком VIІ[1,с.558]

K_N=f(Re_M=5128)=0,7

Визначаємо витрати енергії на перемішування за формулою:

_,

де N – потужність двигуна мішалки, Вт;

критерій потужності.

Звідки N дорівнює:

_.

Потужність в пусковий момент зазвичай в 2-3 рази перевищує робочу:

_.

Встановлюємо установчу потужність, приймаючи, що ККД електродвигуна з передачею 0,95 і з запасом потужності в 20%:

.

3. 10 см³ – 100 % об.

2,4 см³ – х % об. х=24 % об.

Якщо то використовується формула :

,

де –об’ємна доля твердої фази в суспензії.

.

.

Визначаємо масу суспензії:

Знаходимо масову частку лини в суміші:

у=30,3%

Густина суміші визначається за формулою:

,

де густина суспензії, кг/м3;

– густина рідкої фази, кг/м3;

– масова частка твердої фази суспензії;

Критерій Рейнольдса визначаю за формулою:

,

де ρ – густина рідини, кг/м³;

μ – в’язкість рідини, нс/м²;

d – визначальний лінійний розмір (діаметр мішалки)

n – частота обертання мішалки, с .

Залежність K_N=f(Re_M) для трьохлопатевої мішалки визначається за рисунком VIІ[1,с.558]

K_N=f(Re_M=3922)=0,7

Визначаємо витрати енергії на перемішування за формулою:

_,

де N – потужність двигуна мішалки, Вт;

критерій потужності.

Звідки N дорівнює:

_.

Потужність в пусковий момент зазвичай в 2-3 рази перевищує робочу:

_.

Встановлюємо установчу потужність, приймаючи, що ККД електродвигуна з передачею 0,95 і з запасом потужності в 20%:

.

Для третього режиму перемішування n=600 об/хв=10 об/с

, хв., с	10 хв 600 с	20 хв 1200 с	30 хв 1800 с
Vтв, м^310^6	2,8	4,5	6
ReM
Вт

1. 10 см³ – 100 % об.

2,8 см³ – х % об. х=28 % об.

Якщо то використовується формула :

,

де –об’ємна доля твердої фази в суспензії.

.

.

Визначаємо масу суспензії:

Знаходимо масову частку лини в суміші:

у=32,6%

Густина суміші визначається за формулою:

,

де густина суспензії, кг/м3;

– густина рідкої фази, кг/м3;

– масова частка твердої фази суспензії;

Критерій Рейнольдса визначаю за формулою:

,

де ρ – густина рідини, кг/м³;

μ – в’язкість рідини, нс/м²;

d – визначальний лінійний розмір (діаметр мішалки)

n – частота обертання мішалки, с .

Залежність K_N=f(Re_M) для трьохлопатевої мішалки визначається за рисунком VIІ[1,с.558]

K_N=f(Re_M=10136)=0,62

Визначаємо витрати енергії на перемішування за формулою:

_,

де N – потужність двигуна мішалки, Вт;

критерій потужності.

Звідки N дорівнює:

_.

Потужність в пусковий момент зазвичай в 2-3 рази перевищує робочу:

_.

Встановлюємо установчу потужність, приймаючи, що ККД електродвигуна з передачею 0,95 і з запасом потужності в 20%:

.

2. 10 см³ – 100 % об.

4,5 см³ – х % об. х=45 % об.

Якщо то використовується формула Стейнура :

,

де –об’ємна доля твердої фази в суспензії.

.

.

Визначаємо масу суспензії:

Знаходимо масову частку лини в суміші:

у=53,1%

Густина суміші визначається за формулою:

,

де густина суспензії, кг/м3;

– густина рідкої фази, кг/м3;

– масова частка твердої фази суспензії;

Критерій Рейнольдса визначаю за формулою:

,

де ρ – густина рідини, кг/м³;

μ – в’язкість рідини, нс/м²;

d – визначальний лінійний розмір (діаметр мішалки)

n – частота обертання мішалки, с .

Залежність K_N=f(Re_M) для трьохлопатевої мішалки визначається за рисунком VIІ[1,с.558]

K_N=f(Re_M=4924)=0,7

Визначаємо витрати енергії на перемішування за формулою:

_,

де N – потужність двигуна мішалки, Вт;

критерій потужності.

Звідки N дорівнює:

_.

Потужність в пусковий момент зазвичай в 2-3 рази перевищує робочу:

_.

Встановлюємо установчу потужність, приймаючи, що ККД електродвигуна з передачею 0,95 і з запасом потужності в 20%:

.

3. 10 см³ – 100 % об.

6 см³ – х % об. х=60 % об.

Якщо то використовується формула Стейнура :

,

де –об’ємна доля твердої фази в суспензії.

.

.

Визначаємо масу суспензії:

Знаходимо масову частку глини в суміші:

у=67,5%

Густина суміші визначається за формулою:

,

де густина суспензії, кг/м3;

– густина рідкої фази, кг/м3;

– масова частка твердої фази суспензії;

Критерій Рейнольдса визначаю за формулою:

,

де ρ – густина рідини, кг/м³;

μ – в’язкість рідини, нс/м²;

d – визначальний лінійний розмір (діаметр мішалки)

n – частота обертання мішалки, с .

Залежність K_N=f(Re_M) для трьохлопатевої мішалки визначається за рисунком VIІ[1,с.558]

K_N=f(Re_M=2818)=0,69

Визначаємо витрати енергії на перемішування за формулою:

_,

де N – потужність двигуна мішалки, Вт;

критерій потужності.

Звідки N дорівнює:

_.

Потужність в пусковий момент зазвичай в 2-3 рази перевищує робочу:

_.

Встановлюємо установчу потужність, приймаючи, що ККД електродвигуна з передачею 0,95 і з запасом потужності в 20%:

.

Висновки: в даній лабораторній роботі встановлювався найоптимальніший режим перемішування. Для швидкості обертання мішалки в 50 обертів за хв. установча потужність в середньому склала

Вт, для швидкості в 200 об./хв. в середньому _, а для швидкості в 600 об/хв. середня установча потужніть склала _. Найкращих результатів перемішування вдалося досягти за шв. об. в 600 об/хв., але це стала і найзатратніша швидкість з енергетичної точки зору.