LABORATORIUM INŻYNIERII CHEMICZNEJ

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

Wpływ energii mieszania na współczynnik wnikania masy w układzie ciało stałe – ciecz

Prowadzący: mgr Anna Bastrzyk

1. Wstęp teoretyczny

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. Według tej teorii liczbę Reynoldsa odnosi się do własności cząstek ciała stałego, nie zaś własności mieszadła lub mieszalnika. Wyklucza również odnoszenie liczby Reynoldsa do prędkości poślizgu cieczy względem cząstki. Ruch pojedynczej cząstki ciała w burzliwym strumieniu płynu jest najprostszym przypadkiem burzliwego ruchu mieszaniny dwufazowej .

Poznanie warunków hydrodynamicznych panujących w bezpośrednim sąsiedztwie cząstki pozwala do opisu procesu wymiany masy od ciała stałego do cieczy. Ponieważ trudne jest wyznaczenie prędkości poślizgowych w liczbie Reynoldsa, do opisu procesu stosowana jest teoria izotropii lokalnych burzliwości Kołmogorowa. Przyjmuje ona, że prędkość burzliwego strumienia cieczy jest sumą składowej stacjonarnej i składowych periodycznych o pewnych częstościach i fazach początkowych.

2. Cel ćwiczenia

Eksperymentalne wyznaczenie współczynników wnikania masy od odlewanych walców kwasu salicylowego do wody w procesie rozpuszczania tych cząstek w strumieniu cieczy przepływającym przez kolumnę z wirującymi dyskami.

3. Opis doświadczenia

1. Zważyć i zmierzyć cztery kształtki kwasu salicylowego

2. Umieścić kształtki w aparaturze

3. Zamknąć zawór spustowy, włączyć pompę i napełniać kolumnę wodą

4. Ustalić strumień objętości wody ( w naszym przypadku 745/min)

5. Uruchomić silnik

6. Doświadczenie zakończyć po upływie godziny od zanurzenia najwyższej kształtki

7. Kształtki suszyć minimum dobę i zważyć

4. 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

Parametry aparatury:

D_k  średnica kolumny dyskowej 0,2 [m]

H  wysokość kolumny dyskowej 0,55 [m]

D_s  średnica wewnętrzna statora 0,12 [m]

D_m – średnica mieszadła 0,08 [m]

D – średnica dysków 0,8 [m]

V- objętość wody w instalacji 0,1 [m³]

5. Dane i oznaczenia

Δm – ubytek masy

Δt – czas mieszania 3600 [s]

A – pole powierzchni wymiany masy

d_p – średnica podstawy

h – wysokość walca

C^  stężenie nasycenia kwasu salicylowego w wodzie 2,2 [kg/ _m3]

_C  stężenie w rdzeniu cieczy 0 [kg/ _m3]

_{n – ilość obrotów 12,4 [obr/s]}

_{Dd – współczynnik dyfuzji 9,08 ∙ 10-10 [m2/s]}

_{ν – współczynnik lepkości kinematycznej 1,31∙10-6 [m2/s]}

Kształtka	Masa początkowa [g]	dp [mm]	h [mm]	Masa końcowa [g]	Δm [g]	A [mm^2]
1	17,90	26,8	28,3	17,39	0,51	3509,138
2	10,68	23,2	23,6	10,33	0,35	2564,25
3	6,56	19,0	19,6	6,35	0,21	1736,106
4	3,57	15,2	15,5	3,38	0,19	1102,517

6. Wzory

	Doświadczalne	Teoretyczne
[m] [m^2] [

7. Zestawienie danych doświadczalnych

Kształtka	dz [m]	β [m/s]	Re	Sh [m/s]	log Re	log [(Sh-2)/Sc^1/2)]
1	0,033	1,84∙10^-5	5358,82	675,6	3,73	1,78
2	0,029	1,72∙10^-5	4347,53	542,4	3,64	1,68
3	0,024	1,53∙10^-5	3352,12	395,5	3,53	1,54
4	0,019	2,18∙10^-5	2476,62	449,0	3,39	1,60

8. Zestawienie danych teoretycznych

Kształtka	Sh [m/s]	log [(Sh-2)/Sc^1/2)]	β [m/s]
1	498,3	1,64	1,35∙10^-5
2	449,0	1,60	1,43∙10^-5
3	394,5	1,54	1,52∙10^-5
4	339,4	1,48	1,64∙10^-5

9. Przykładowe obliczenia (dla kształtki 1)

[m] = = 0,033 [m]

[m²] = [m²]

[ =

=5358,82

= =1442,731 [m/s]

= =675,6 [m/s]

= =1,84* [m/s]

= 2+0,6*5358,82^1/2*1442,731^1/3=498,3 [m/s]

= [m/s]

10.Wykres

11.Wnioski

Współczynnik wymiany masy wzrasta wraz ze wzrostem powierzchni kształtki. Zależność tą powoduje większa powierzchnia kontaktu ciała stałego i cieczy.