WPŁYW ENERGII MIESZANIA NA WSPÓŁCZYNNIK WNIKANIA W UKŁADZIE CIAŁO STAŁE-CIECZ

Laboratorium inżynierii chemicznej

SPRAWOZDANIE

1. Wstęp

Rozpuszczanie ciała stałego w mieszalnikach stanowi jedną z prostszych metod realizacji procesu wymiany masy od ciała stałego do cieczy. Szybkość wymiany masy zależy od warunków panujących w bliskim otoczeniu cząstki. W konsekwencji liczba Reynoldsa odnosi się do własności cząstek ciała stałego, a nie mieszalnika czy mieszadła oraz od prędkości poślizgu cieczy względem cząstki. Ruch pojedynczej cząstki ciała w burzliwym strumieniu płynu jest najprostszym przypadkiem burzliwego ruchu mieszaniny dwufazowej .

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika wnikania masy od odlewanych walców kwasu salicylowego zawieszonego w kolumnie dyskowej do cieczy poddawanej mieszaniu.

3. Aparatura

• kolumna dyskowa

• otworki służące do umieszczania ciała stałego wewnątrz kolumny

• korki z haczykami na których wiesza się kształtki ciała stałego

• zbiornik z którego pompowana jest woda do kolumny

4. Oznaczenia

D_k − średnica kolumny dyskowej

D_s − średnica wewnętrzna statora

D − średnica dysków umieszczona na wspólnym wale

H − wysokość sekcji mieszania

m − masa kształtki kwasu salicylowego

h − wysokość kształtki

d_z − średnica zastępcza

d_p − średnica podstawy

β − współczynnik wnikania masy od powierzchni ciała stałego do wody

C^∗ − stężenie nasycenia kwasu salicylowego w wodzie

C − stężenie w rdzeniu cieczy

t − czas mieszania

m − ubytek masy

A − początkowa powierzchnia kształtki

V − objętość wody w instalacji

5. Dane

D_k = 0,2 [m]

D_s = 0,12 [m]

D_m= 0,08[m]

D = 0,8 [m]

H = 0,55 [m]

V = 0,1 [m³]

C^∗ =2,2 [kg/ m³] przy 293 K

t = 45 [min.]

n = 6,66667 obr/s

D_AB = 9,08*10 ^-10

υ = 1,0068* 10 ^-6

6. Użyte wzory

d_z = √[ (d_p∗h )+ (d_p² /2)]

β = (
m/
t) ∗ (1 / A(C^∗- C))

m = m₁ − m₂

A = π ∗ (d_p/2)² ∗ h

7. Przykład obliczeniowy - dla walca numer 1

d_z = √ [(33,0∗ 34,4) + (33,0² / 2)] = 40,82 [mm]

A = 3,14 ∗ (33,0/2) ² ∗ 34,4 = 1782,26 [mm²] = 0,0178226[m²]

m = 31,560 − 31,490 = 0,070 [g]

β = (0,070/2700) ∗ (1 / 0,0178226 ∗ (2,2 ∗ 10³ - 0)) = 6,612*10
[m/s]

t = 45 ∗ 60 = 2700 [s]

= 4933,313

= 29,725

8. Dane pomiarowe i wyniki

Na samym początku zważono i zmierzono cztery kształtki kwasu salicylowego (tabela nr 1). Kształtki zawieszono na haczykach i umieszczono w kolumnie, do kolumny wpompowano wodę ze zbiornika obiegowego przez rotametr przy ustalonym natężeniu przepływu 90 dz. , liczba obrotów rotatora została ustalona na 650 obr/min.

Tabela nr 1.

Nr walca	Masa m1 [g]	Wysokość walca h1 [mm]	Średnica walca d1 [mm]
1	31,560	34,4	33,0
2	19,946	28,4	27,9
3	14,341	27,0	24,4
4	4,863	17,5	17,0

• Po upływie 45 minut mieszania opróżniono zawartość kolumny, wyjęto kształtki i pozostawiono na kilka dni w celu wysuszenia oraz ponownie je zważono.

Tabela nr 2.

Nr walca	Masa m2 [g]
1	31,490
2	19,650
3	14,132
4	4,728

Opracowane wyniki zestawione zostały w tabeli nr 3.

Tabela nr 3.

Nr. walca	Δm. [g]	dz [mm]	A [m^2]	β [m/s]	Re	Sh	log Re	log[(Sh-2)/Sc^1/3]
1	0,070	40,82	0,01782	6,612∗10^-^7	4933,313	29,725	3,6931	0,4279
2	0,296	34,37	0,01735	2,872∗10^-^6	3922,359	108,71	3,0602	1,0133
3	0,209	30,93	0,01262	2,788∗10^-^6	3407,856	94,970	2,9990	0,9534
4	0,135	21,02	0,00397	5,725∗10^-^6	2036,190	132,53	2,7755	1,1007

9.Wykres

10. Wnioski

Wraz ze wzrostem powierzchni geometrycznej danego walca wzrasta wartość współczynnika wnikania masy spowodowane jest to większą powierzchnią kontaktu ciała stałego z cieczą, na duży walec który posiada ostrzejsze krawędzie podstawy, działają dodatkowe zawirowania powodując lepsze rozpuszczanie walca.

- 0 -

Teoretyczne

---