搅拌槽内流体的流动与混合

1、搅拌槽内流体的流动与混合班级： 姓名： 学号：目录1. 教学目的与要求12. 基本原理13. 实验装置14. 实验方法25. 数据处理45.1 转速对混合时间的影响45.2 液位对混合时间的影响46思考题51. 教学目的与要求流体混合是搅拌操作的目的之一。除此之外，固体在液体中的悬浮，气体在液体中的分散等过程，都可以通过搅拌来达到。本试验的重点是搅拌槽中流体的混合过程。实验目的：（1）测定搅拌转速、输入功率、物料量（液位）变化对混合时间的影响。（2）通过上述试验，了解影响流体混合的主要因素及基本规律。2. 基本原理（1）流体在搅拌槽内的流动与混合特征是由搅拌槽的结构，搅拌桨的型式、搅拌桨提供给

2、流体的功率等因素决定的。（2）搅拌槽内的混合特性一般用混合时间的长短及输入功率的大小来描述。（3）混合时间一般定义为使进料在全槽范围内分布均匀所需的时间。（4）输入功率定义为搅拌桨提供给流体的实际功率。3. 实验装置本实验装置简图如图1所示：如简图中所示：电机及减速机（3）的转速由调频器（2）来控制。本实验装置电机转速：1400rpm，功率：1.1kW，减速机速比：i=6.67；搅拌最高允许转速：165rpm。【对应的电机转速Nmotor=1100rpm】空转转速不允许超过20rpm，且空转时间不允许超过30秒。图1 搅拌实验装置流程图1转速计（备用） 2调频器 3电机及减速机 4搅拌轴 5搅

3、拌槽 6挡板 7搅拌桨实验条件：液相：水，密度r=1000kg/m3；搅拌槽直径T=1.0m，CBY桨直径D=0.333 m；搅拌桨离底距：0.32m。4. 实验方法（1）转速的测定本实验搅拌转速通过读取变频器显示面板上的电机转速Nmotor除以减速机速比i得到。N=Nmotor/6.67 (rpm)（2）搅拌功率计算 搅拌功率P：P=NpN3D5 W式中，Np功率准数，液体密度kg/m3，N搅拌转速1/s，D搅拌桨直径m，搅拌桨的相关数据见下表1。记录变频器显示面板上搅拌功率Pconvert，作为参考值。表1 搅拌桨的相关数据三叶CBYNp(有挡板)0.27（3）混合时间的测定混合时间的测定

4、采用酸碱中和法。通过流体中指示剂的颜色变化来确定流体的混合时间。在流体中加入百里香酚蓝作为指示剂。当液体为碱性时指示剂呈蓝色，当液体为酸性时指示剂呈橙色。 实验步骤如下：（1） 配制适量(500ml)浓度为4N 摩尔浓度4mol/L 的NaOH溶液。【NaOH摩尔质量 40g/mol， 80g可配4mol/L溶液500ml】（2） 在500ml的NaOH中加入1.52.0g百里香酚蓝作为指示剂；一定要充分搅拌使得百里香酚蓝完全溶解在NaOH中。（3） 配制适量(500ml)浓度为4N 摩尔浓度2mol/L 的H2SO4溶液。【H2SO4摩尔质量 98g/mol； 54.35ml，浓度98%，密

5、度1840g/m3硫酸可配制2mol/L溶液500ml】（4） 在搅拌槽内加入实验物料（自来水）；（5） 在搅拌槽内加入适量(50ml)浓度为4N的NaOH与指示剂混合溶液，充分搅拌后使搅拌槽内流体颜色（蓝色）均匀；（6） 快速加入适量(50ml)浓度为4N的H2SO4，加入的同时开始用秒表计时，随着混合的进行流体的颜色逐渐从蓝色变为橙色，当搅拌槽内颜色均匀时结束计时。即为混合时间。（7） 如果需要排放搅拌槽内液体，必须用pH试纸进行测试，溶液必须为中性或弱碱性后才能排放。5. 数据处理实验共需测量6组数据；固定液位，变转速3个；固定转速，变液位3个。实验条件：a.有挡板，CBY，固定液位为0

6、.18m，变转速：3个转速；b.有挡板，CBY，固定转速120rpm，变液位0.5m，0.6m，1.0m。5.1 转速对混合时间的影响（液位:0.18m，搅拌桨离底距：0.083m，减速机速比：i=2.64）：以第一组数据为例，计算搅拌功率：其它数据计算方法相同，详见表5.1：表5.1转速对混合时间的影响CBY搅拌转速电机转速搅拌功率变频器显示功率混合时间NrpmNmotorrpmPWPconvertWts有挡板113.63002611.2970301704508813.10802126570033173.04110155.2 液位对混合时间的影响(转速恒定，液位:0.18m / 0.23m

7、/0.27m，搅拌桨离底距0.083m)表5.2 液位对混合时间的影响CBY搅拌转速电机转速搅拌功率液位混合时间NrpmNmotorrpmPWHmts有挡板20855016090.90.18270.23290.2730注：1. 搅拌槽内注入自来水，直至液位高度为：1.0m；从高液位开始实验。2. 排放搅拌槽内液体之前必须用pH试纸进行测试，液体必须为中性或弱碱性后才能排放。6思考题（1）转速（功率）对混合有何影响？混合时间与转速的几次方成比例？利用MATLAB对表5.1中的N和t进行一次和二次的多项式拟合，结果如下：图5-1 时间、转速图一方面，从一次和二次的多项式拟合图像来看，混合时间明显和转速的二次方成正比；另一方面，从拟合结果的方差来看，一次拟合的方差，而二次拟合的方差，显然二次拟合的结果更为合适。综上所述，混合时间与转速的二次方成正比。（2）物料液位对混合有何影响？混合时间与液位的几次方成比例？利用MATLAB对表5.2中的H和t进行一次和二次的多项式拟合，结果如下：图5-2 时间、液位图一方面，从一次和二次的多项式拟合