实验4  多相搅拌实验

一、  实验目的

掌握搅拌功率曲线的测定方法。

了解影响搅拌功率的因素及其关联方法。

二、实验内容

    用羧甲基纤维素纳(CMC)水溶液,测定液—液相搅拌功率曲线。

    CMC水溶液和空气,测定气—液相搅拌功率曲线。

    三、实验原理

    搅拌操作是重要的化工单元操作之一,它常用于互溶液体的混合、不互溶液体的分散和接触、气液接触、固体颗粒在液体中的悬浮、强化传热及化学反应等过程,搅拌聚合釜是高分子化工生产的核心设备。

    搅拌过程中流体的混合要消耗能量,即通过搅拌器把能量输入到被搅拌的流体中去。因此搅拌釜内单位体积流体的能耗成为判断搅拌过程好坏的依据之一。

    由于搅拌釜内液体运动状态十分复杂,搅拌功率目前尚不能由理论得出,只能由实验获得它和多变量之间的关系,以此作为搅拌器设计放大过程中确定搅拌功率的依据。

    液体搅拌功率消耗可表达为下列诸变量的函数:

    式中:N—搅拌功率,W

          K—无量钢系数;

          n—搅拌转数,r/s

          d—搅拌器直径,m

   —流体密度,kg/m3

          —流体粘度,pa·s

          g—重力加速度,m/s2

    由因次分析法可得下列无因次数群的关联式:

                                                4-1

          称为功率无量纲数

             称为搅拌雷诺数

             Fr称为搅拌佛鲁德数

                                                            4-2

        称为功率因数 

                                                                4-3

对于不打旋的系统重力影响极小,可忽略Fr的影响,即

                                                           4-4

因此,在对数坐标纸上可标绘出的关系。

搅拌功率计算方法:

16套设备     

                      4-5

式中:I—搅拌电机的电枢电流,A

      V—搅拌电机的电枢电压,V

      R—搅拌电机的内阻,5.6Ω;

      n—搅拌电机的转数,r/s

K—常数,见实验现场给出的数据。  

78套设备 

                                  4-6

                                                               4-7

  式中:—扭矩,Nm

        C—搅拌轴中心至传感器距离,m

    —扭力,N

    四、实验装置

本实验使用的是标准搅拌槽,其直径为280mm;搅拌浆为六片平直叶圆盘涡轮。装置流程图见图4-1

五、实验方法

    测定CMC溶液搅拌功率曲线

打开总电源,各数字仪表显示“0”。打开搅拌调速开关,慢慢转动调速旋纽,电机开始转动。在转速约250~600r/min)之间, 10~12个点测试(实验中适宜的转速选择:低转  速时搅拌器的转动要均匀;高转速时以流体不出现旋涡为宜)。实验中每调一个转速,待数据显示基本稳定后方可读数,同时注意观察流型及搅拌情况。每调节一个转速记录以下数据:

电机的电压(V)、电流(A)、转速(r/min)。

                           4-1  多相搅拌实验装置流程图

           1—空压机;2—调节阀;3—流量计;4—气体分布器;5—搅拌浆;6—挡板;7—注入器;

           8—电机;9—电机调速器;10—扭距测量仪;11—溶氧仪;12—电导率仪;13—搅拌槽

测定气液搅拌功率曲线

各套均以空气压缩机为供气系统,用各套的气体流量计调节相同的空气流量输入到搅拌槽内,应同时记录每一转速下的液面高度,其余操作同上。

    实验结束时一定把调速降为“0,方可关闭搅拌调速。

    实验过程中每组需测定搅拌槽内流体粘度。(测定方法见实验台上说明书,使用过程中请爱护仪器。)

    六、注意事项

    电机调速一定是从“0开始,调速过程要慢,否则易损坏电机。

  ⒉ 不得随便移动实验装置。

粘度测定仪使用后要清洗干净、吹干,否则影响以后使用。

七、实验报告

    将实验数据整理在数据表中。

    八套装置的数据放在一起,在对数坐标纸上标绘曲线,将两条曲线做在同一坐标纸上。        

回答下列两个问题:

搅拌功率曲线对几何相似的搅拌装置能共用吗?

试说明测定-Re曲线的实际意义。