Małgorzata Krawczyk Grupa III A JiBŻ

Mieszanie

Uwagi oceniającego:

Data
Wykonania ćwiczenia 10/11/2009	Oddania sprawozdania 17/11/2009	Ocena i podpis

Ćwiczenie 1

Mieszanie ciała stałego z cieczą

Cel ćwiczenia:

• Zbadanie procesu mieszania ciała stałego z cieczą, tj. przebiegu rozpuszczania cukru w wodzie oraz mieszanie w mieszalniku przepływowym.

Wykonanie ćwiczenia:

• do zlewki odważono 90 g cukru i dolano delikatnie po ściance naczynia 150 ml wody;

• pobrano z trzech różnych wysokości zlewki roztwory i zbadano stężenie cukru w każdej z próbek przy pomocy refraktometru;

• tuż nad powierzchnią cukru umieszczono mieszadło laboratoryjne, włączono i rozpoczęto mierzenie czasu mieszania;

• podczas mieszania pobrano 7 próbek (z trzech różnych wysokości zlewki) w odstępach 30 sekundowych, a próbki pobierano do momentu kiedy stężenie roztworu się już nie zmieniało. Stężenie cukru w każdej z próbek badano za pomocą refraktometru. Wyniki przedstawiono w TABELI 1.

Tabela 1. Przedstawienie wartości stężeń doświadczalnych, które zostały odczytane podczas wykonywania ćwiczenia z refraktometru, zależnych od czasu. Wartości obliczonego stężenia względnego oraz obliczone wartości indeksu mieszania.

Lp.	Czas t [s]	Stężenie x [%]			Stężenie względne X			I
				x1	x2	x3	X1		X2	X3
1	0	4	4	6	0,107	0,107	0,160	0,125
2	30	25	25,5	33	0,667	0,680	0,880	0,742
3	60	30	30,5	31	0,800	0,813	0,827	0,813
4	90	35	35,5	35,5	0,933	0,947	0,947	0,942
5	120	37	35,5	37,5	0,987	0,947	1	0,978
6	150	38	38,5	38,5	0,992	0,984	0,984	0,987
7	180	38,5	38,5	38,5	0,984	0,984	0,984	0,984

Obliczenia:

• Przeciętne stężenie składnika w mieszaninie (
  )

Dane: ilość cukru: 90g

ilość wody: 150 ml

• Stężenie względne(X)

Wzory według których przeprowadzono poniższe obliczenia:

gdy x_i <

lub

gdy x_i >

• Dla t= 0

• Dla t= 30 s

• Dla t= 60 s

• Dla t= 90 s

• Dla t= 120 s

• Dla t= 150 s

• Dla t= 180 s

• Indeks mieszania (
  )

Wzór według którego przeprowadzono poniższe obliczenia:

• dla t= 0

• dla t= 30 s

• dla t= 60 s

• dla t= 90 s

• dla t= 120 s

• dla t= 150 s

• dla t= 180 s

• Wszystkie otrzymane wyniki umieszczono w TABELI 1.

• Zależność indeksu mieszania od czasu mieszania zobrazowano na WYKRESIE 1 (który znajduje się z załączniku sprawozdania)

Wynikiem doświadczenia jest otrzymanie mieszaniny cukru z wodą, o stężeniu 38,5%.

Z wykresu zależności indeksu mieszania od czasu mieszania wynika, że stopień wymieszania wzrasta w miarę upływu czasu. Wzrost ten następuje do wartości indeksu mieszania równej w przybliżeniu jeden, ale nie przekracza tej wartości.

Wartość indeksu powinna być równa jeden, ponieważ cukier jest całkowicie rozpuszczalny w wodzie, czyli stan idealnego wymieszania jest możliwy do osiągnięcia w tym przypadku.

Jak wynika z wykresu w miarę upływu czasu indeks dąży do jedynki, jednak nie uzyskuje tej wartości ponieważ roztwór mógł być zanieczyszczony, wykonujący ćwiczenie mógł popełnić błąd w wykonywaniu ćwiczenia, lub jest to błąd spowodowany przez niedokładność przyrządów.

Ćwiczenie 2

Mieszanie przepływowe

Wykonanie ćwiczenia:

• Przygotowano roztwór cukru o stężeniu podanym przez prowadzącego a mianowicie 35% (obliczenia zostaną przedstawione w dalszej części sprawozdania) następnie sprawdzono stężenie tego roztworu na refraktometrze

• Następnie zmierzono objętość kolby stożkowej ssawkowej. Kolbę napełniono roztworem, do momentu przelania się przez tubus, a następnie jej zawartość ostrożnie przelano do cylindra miarowego mierząc objętość kolby;

• Zmierzono objętościowe natężenia przepływu, nalewając wodę do biurety i mierząc czterokrotnie czas przepływu 10 ml wody

• Następnie do kolby wprowadzono mieszadło, a nieco powyżej mieszadła wprowadzono wlot rurki z pompki perystaltycznej, w taki sposób aby podczas obrotów mieszadło nie zawadzało o rurkę;

• Włączono stoper i pompkę perystaltyczną oraz rozpoczęto pobieranie próbek cieczy wypływających przez rurkę z kolby początkowo w odstępach jednej minuty a następnie odstępach dwuminutowych i mierzono ich stężenie za pomocą refraktometru. Wyniki przedstawiono w TABELI 2.

Tabela 2. Przedstawienie zależności stężeń doświadczalnych (w procentach) zmierzonych za pomocą refrektometru od czasu, oraz wyniki obliczeń: stężeń doświadczalnych przeliczonych na g/dm³, wyciągniętych z nich logarytmów oraz c_obl i wartości pomocnicze do wykonania dalszych obliczeń.

Lp.	Czas t [min]	Stężenie xdośw [%]	Stężenie cdośw [g/dm^3]	Y=ln(c)	cobl	X· Y	X^2
1.	0	35,8	412,15	6,02	412,15	0,00	0
2.	2	29,3	328,81	5,79	323,04	11,58	4
3.	3	25,4	280,30	5,64	285,99	16,92	9
4.	4	22,5	245,23	5,50	253,20	22,00	16
5.	5	20,6	222,67	5,41	224,16	27,05	25
6.	6	19,0	204,54	5,32	198,46	31,92	36
7.	7	16,2	172,28	5,15	175,70	36,05	49
8.	8	14,0	147,69	4,99	155,55	39,92	64
9.	10	10,8	112,12	4,72	121,92	47,20	100
10.	12	9,5	98,23	4,59	95,56	55,08	144
11.	14	7,8	80,02	4,38	74,90	61,32	196
12.	16	5,9	60,05	4,09	58,71	65,44	156

Obliczenia

• Początkowe stężenie roztworu cukru C₀ [%] 35,8

Stężenie różni się od podanego przez prowadzącego, spowodowane jest to niedokładnością użytych przyrządów laboratoryjnych.

Obliczenia które zostały wykonane w celu przygotowania 35% roztworu:

m_sach.= 122,5g

m_wody= 227,5 ml

• Objętość roztworu w kolbie V [ml] 270

• Objętościowe natężenie przepływu
  [ml/min] 32,88

Czas przepływu t [s] na 10 ml: t₁=18,3 t₂=18,0 t₃=18,2 t₄=18,5

Średni czas to: 18,25s

Następnie dokonano przeliczeń:

18,25s- 10 ml

60,00s- x x=32,88 ml

• Zastępczy czas przebywania
  8,21

Obliczono dzieląc objętość roztworu w kolbie przez objętościowe natężenie przepływu wody

-Uzyskane procentowe stężenie przeliczono na g/dm³ korzystając z tabeli 2.4 zamieszczonej na str. 44 skryptu do ćwiczeń „Ogólna technologia żywności” pod redakcją Ewy Hajduk (Kraków 2001).

-W momencie gdy stężenie odczytane w procentach nie było liczbą całkowitą, odpowiadającą mu wartość c przeliczono korzystając ze wzoru na interpolację:

gdzie: x - otrzymana w doświadczeniu wartość stężenia nie będąca liczbą całkowitą

x₁ - stężenie mniejsze od wartości x będące liczbą całkowitą

c₁ i c₂ - stężania (g/dm³) odczytane z tabeli i odpowiadające wartością stężeń (%) będących liczbami całkowitymi, najbliższymi x

• Dla t=0 min, stężenie x_dośw= 35,8 %

c= (416,2464- 402,9445)(35,8- 35)+ 402,9445= 412,15466 [g/dm³]

• Dla t=2 min, stężenie x_dośw= 29,3 %

c= (338,0940- 325,4467)(29,3- 29)+ 324,4467= 328,81339 [g/dm³]

• Dla t=3 min, stężenie x_dośw= 25,4 %

c= (288,1242- 275,8850)(25,4- 25)+ 275,8850= 280,29916 [g/dm³]

• Dla t=4 min, stężenie x_dośw= 22,5 %

c= (251,7143- 239,7780)(22,5- 22)+ 239,7780= 245,2275

• Dla t=5 min, stężenie x_dośw= 20,6 %

c= (227,9340- 216,1880)(20,6- 20)+ 216,1880= 222,67364

• Dla t=6 min, stężenie x_dośw= 19,0 %

c= 204,5407

• Dla t=7 min, stężenie x_dośw= 16,2 %

c= (181,5226- 170,1520)(16,2- 16)+ 170,1520= 172,2789

• Dla t=8 min, stężenie x_dośw= 14,0 %

c= 147,6860

• Dla t=10 min, stężenie x_dośw= 10,8 %

c= (114,6508- 103,8130)(10,8- 10)+ 103,8130= 112,11804

• Dla t=12 min, stężenie x_dośw= 9,5 %

c= (103,8130- 93,0618)(9,5- 9)+ 93,0618= 98,2319

• Dla t=14 min, stężenie x_dośw= 7,8 %

c= (82,3944- 71,8109)(7,8- 7)+ 71,8109= 80,01786

• Dla t=16 min, stężenie x_dośw= 5,9 %

c= (61,3110- 50,8920)(5,9- 5)+ 50,8920= 60,05256

• 
  -równanie krzywej teoretycznej

• Dla t= 0 min.

• Dla t= 2 min.

• Dla t= 3 min.

• Dla t= 4 min.

• Dla t= 5 min.

• Dla t= 6 min.

• Dla t= 7 min.

• Dla t= 8 min.

• Dla t= 10 min.

• Dla t= 12 min.

• Dla t= 14 min.

• Dla t= 16 min.

Współczynnik krzywej doświadczalnej

• Obliczono posługując się metodą najmniejszych kwadratów
  

• Obliczono logarytmy
  

• Obliczono sumy
  ,
  ,
  ,
  ² (gdzie
  )

• Obliczono współczynniki zlinearyzowanej krzywej:

= 88

= 61,6

= 414,48

²= 799

A= e^6,92= 1012,32

• c= 1012,32 exp
  -równanie krzywej doświadczalnej

Wnioski:

Wykres numer 2, (który jest załączony na końcu sprawozdania) świadczy o tym, że możliwe są odstępstwa od stanu idealnego wymieszania. Z obrazu graficznego, jakim jest w tym wypadku sporządzony wykres możemy stwierdzić, że w naszym przypadku spotkaliśmy się z cyrkulacją. To odstępstwo od stanu idealnego wymieszania nie jest zbyt duże, dlatego wartości krzywej doświadczalnej oscylują w bliskim sąsiedztwie z wartościami krzywej teoretycznej. Prawdopodobnie w mieszalniku ciecz cyrkulująca jednostajnie, wywołała wahania stężenia oscylujące wokół wielkości teoretycznych. W wyniku czego ciecz w swej masie nie miesza się intensywnie, lecz jedynie cyrkuluje wewnątrz mieszalnika.

Załączniki:

1. wykres numer 1

2. wykres numer 2

2

- stężenie względne

- ułamek masowy/objętościowy składnika w próbce

- przeciętne stężenie tego składnika w całej mieszaninie

---