搅拌槽内流体的流动与混合

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1、实验六搅拌槽内流体的流动与混合一、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。本实验的重点是搅拌槽中流体的混合过程。实验目的有两点：（1）观察搅拌槽内流体的流动特性，了解搅拌器型式、挡板对流型的影响。（2）测定搅拌转速、输入功率、叶轮形式、挡板条件、物料量（液位）变化对混合时间的影响。通过上述实验，了解影响流体混合的主要因素及基本规律。二、基本原理流体在搅拌槽内的流动与混合特征，是由搅拌槽的结构，搅拌器的型式、搅拌叶轮提供

2、给流体的功率等因素决定的。搅拌叶轮产生的流动的基本形式有两种：轴向流和径向流。径向流叶轮将流体从水平或径向排出至槽壁；轴向流叶轮使流体产生平行于叶轮轴的流动。在无挡板的情况下，流体的流动通常呈现出以搅拌轴为中心的圆周运动。这种流动现象叫打漩。打漩的存在对混合特性有显著影响。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。混合时间一般定义为是进料在全槽范围内分布均匀所需的时间。输入功率定义为叶轮提供给流体的实际功率。三、实验装置本实验装置共有两套，实验流程如图1所示：如流程图中所示：电机

3、（4）的转速由调频器（1）来控制，通过皮带传动，驱动搅拌叶轮转动。四、试验方法（1）转速的测定搅拌器转速由转速计来测定（2）搅拌功率计算搅拌功率P：P=NpρN3D5式中，Np——功率准数，ρ——液体密度[kg/m3],N——搅拌转速[1/s],D——搅拌桨直径[m]，不同搅拌桨的相关数据见下表1。图1搅拌实验装置流程图1、调频器2、电压表3、电流表4、电机5、皮带轮6、轴承座7、搅拌轴8、搅拌槽9、叶轮10、挡板11、转速计表1不同搅拌桨的相关数据六直叶涡轮三叶CBY搅拌槽直径T[m]0.280.

4、28液体高度H[m]0.280.28搅拌桨离底C[m]0.0950.095D[m]0.0950.12Np（有挡板）60.27Np（无挡板）1（3）混合时间的测定混合时间的测定采用酸碱中和法。通过流体中指示剂的颜色变化来确定流体的混合时间。在流体中加溴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在槽内加入实验物料（自来水）；②在槽内加入适量（~5ml）浓度为4N的NaOH与指示剂，充分搅拌后使流体颜色（蓝色）均匀；③快速加入适量（~5ml）浓度为8N的

5、H2SO4，加入的同时开始计时，随着混合的进行流体的颜色逐渐从蓝色变为橙色当颜色均匀时结束计时。记录所需时间即为混合时间。相同条件下需重复一次，取两次数平均。五、数据处理表2、转速（变化四个）及挡板对混合时间的影响（H=0.28m,C=0.095m）六直叶涡轮NP[W]混合时间有挡板800.1147.751000.21519.841200.37116.25无挡板181.70.21549.62表3、桨型对混合时间的影响（H=0.28m,C=0.095m）有挡板NP[W]混合时间流型六直叶涡轮1000.

6、21519.84径向流CBY190.50.21525.66轴向流表4、液位对混合时间的影响（C=0.095m）有挡板N液位H[m]混合时间六直叶涡轮1000.2819.840.3219.310.3618.66六、思考题（1）简单画出不同条件流型图答：六直叶涡轮产生的是径向流，CBY产生的是轴向流，其分别产生的流型如下：轴向流径向流（2）转速（功率）对混合物有何影响？混合时间与转速几次方成正比？答：由表2数据可知：转速（功率）越大，混合时间越短，即越有利于混合。将混合时间与转速所对应的数据作出混合时间

7、与转速曲线如下：图2混合时间与转速曲线对曲线拟合可得关系式：y=6E+06x-2.70，所以可得，混合时间与转速的-2.7次方成正比。（3）相同功率下，不同桨型对混合有何影响？答：由表3数据可得：在相同功率下六直叶涡轮的混合时间要小于CBY的混合时间，即桨型不同，其混合时间也不同。（4）物料液位对混合有何影响？混合时间与液位几次方成正比？答：由表4数据可得：液位越高，混合时间越短，即越有利于混合过程的进行。由表中数据所得的混合时间与液位关系图如下：图3混合时间与液位曲线由混合时间与液位曲线可得混合时

8、间与液位关系为：y=-14.75x+23.99，即混合时间与液位大小呈负相关的关系，即混合时间与液位呈负线性关系。（5）相同功率下，挡板对混合物有何影响？答：由表1数据可得，在相同功率下，有挡板的混合时间要远小于无挡板的混合时间。原因是：轴流式叶轮和径向流叶轮在装有低粘度流体的无挡板槽内往往会引起打旋和旋涡，这种打旋和旋涡是不利于混合物的混合的；而安装挡板会破坏这种旋涡，有助于混合的进行。