Mieszadła z łamanymi łopatkami. Wpływ liczby łopatek na wytwarzanie zawiesin



Podobne dokumenty
Dobór mieszadeł do bioreaktorów

Moc mieszadła cyrkulacyjnego W warniku cukrowniczym * Streszczenie:

LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

Materiały pomocnicze z Aparatury Przemysłu Chemicznego

WIROWANIE. 1. Wprowadzenie

KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESU PROJEKTOWANIA ODSTOJNIKA

Wybrane aparaty do rozdzielania zawiesin. Odstojniki

LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

PL B1. POLITECHNIKA ŚLĄSKA, Gliwice, PL BUP 20/07. JAN HEHLMANN, Kędzierzyn-Koźle, PL MACIEJ JODKOWSKI, Zabrze, PL

OPADANIE CZĄSTEK CIAŁ STAŁYCH W PŁYNACH

Henryk Bieszk. Odstojnik. Dane wyjściowe i materiały pomocnicze do wykonania zadania projektowego. Gdańsk H. Bieszk, Odstojnik; projekt 1

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI. Ćwiczenie 5 POMIAR WZGLĘDNEJ LEPKOŚCI CIECZY PRZY UŻYCIU

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

BADANIA INTENSYWNOŚCI TURBULENCJI CIECZY W MIESZALNIKACH Z DWOMA MIESZADŁAMI

Porównanie efektywności wnikania masy dla mieszadeł z napowietrzaniem bełkotkowym 1

1. Część teoretyczna. Przepływ jednofazowy przez złoże nieruchome i ruchome

LABORATORIUM: ROZDZIELANIE UKŁADÓW HETEROGENICZNYCH ĆWICZENIE 1 - PRZESIEWANIE

Ćwiczenie 3: Wyznaczanie gęstości pozornej i porowatości złoża, przepływ gazu przez złoże suche, opory przepływu.

Hydrostatyczne Układy Napędowe Laboratorium

. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest porównanie na drodze obserwacji wizualnej przepływu laminarnego i turbulentnego, oraz wyznaczenie krytycznej licz

W zaleŝności od charakteru i ilości cząstek wyróŝniamy: a. opadanie cząstek ziarnistych, b. opadanie cząstek kłaczkowatych.

WIROWANIE. 1. Wprowadzenie

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

Pomiar siły parcie na powierzchnie płaską

WYTWARZANIE KONCENTRATÓW ROZPUSZCZALNEJ KAWY ZBOśOWEJ W MIESZALNIKU Z MIESZADŁEM ŁAPOWYM

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW. Ćwiczenie N 2 RÓWNOWAGA WZGLĘDNA W NACZYNIU WIRUJĄCYM WOKÓŁ OSI PIONOWEJ

PL B1. POLITECHNIKA ŚLĄSKA, Gliwice, PL FUNDACJA ROZWOJU KARDIOCHIRURGII IM. PROF. ZBIGNIEWA RELIGI, Zabrze, PL

( ) ( ) Frakcje zredukowane do ustalenia rodzaju gruntu spoistego: - piaskowa: f ' 100 f π π. - pyłowa: - iłowa: Rodzaj gruntu:...

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

Ćwiczenie 2: Wyznaczanie gęstości i lepkości płynów nieniutonowskich

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Prędkości cieczy w rurce są odwrotnie proporcjonalne do powierzchni przekrojów rurki.

OPORY PRZEPŁYWU TRANSPORTU PNEUMATYCZNEGO MATERIAŁÓW WILGOTNYCH

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

m OPIS OCHRONNY PL 59465

WYDZIAŁ LABORATORIUM FIZYCZNE

BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 1/8 PROCESY MECHANICZNE I URZĄDZENIA. Ćwiczenie L6

PROCES CIĄGŁEJ SEDYMENTACJI WIELOSTRUMIENIOWEJ W ZASTOSOWANIU DO URZĄDZEŃ ODLEWNICZYCH

Ćwiczenie 5: Wyznaczanie lepkości właściwej koloidalnych roztworów biopolimerów.

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Mieszadło estryfikatora E-0

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 13: Współczynnik lepkości

Wykorzystanie energii naturalnej.

III r. EiP (Technologia Chemiczna)

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

POLITECHNIKA GDAŃSKA

J. Szantyr Wyklad nr 6 Przepływy laminarne i turbulentne

PROCEDURA DOBORU POMP DLA PRZEMYSŁU CUKROWNICZEGO

Ćw. M 12 Pomiar współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa i za pomocą wiskozymetru Ostwalda.

Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy oraz zależności lepkości od temperatury

Sprawozdanie. z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: Współczesne Materiały Inżynierskie. Temat ćwiczenia

Opory ruchu. Fizyka I (B+C) Wykład XII: Tarcie. Ruch w ośrodku

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 7 BADANIE POMPY II

HYDRODYNAMIKA MIESZANIA CIECZY W APARACIE Z DWOMA MIESZADŁAMI

Ć W I C Z E N I E N R J-1

Ćwiczenie 2: Wyznaczanie gęstości i lepkości płynów. Rodzaje przepływów.

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

HYDRAULIKA KOLUMNY WYPEŁNIONEJ

WSPÓŁCZYNNIK PRZEJMOWANIA CIEPŁA PRZEZ KONWEKCJĘ

Rys.1. Zwężki znormalizowane: a) kryza, b) dysza, c) dysza Venturiego [2].

Źródła zasilania i parametry przebiegu zmiennego

(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/LV01/00008 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

ODWADNIANIE OSADÓW PRZY POMOCY WIRÓWKI SEDYMENTACYJNEJ

Ćwiczenie M-2 Pomiar mocy

Hydrodynamika warstwy fluidalnej trójczynnikowej

INŻYNIERIA RZECZNA Konspekt wykładu

Ćw. 4. BADANIE I OCENA WPŁYWU ODDZIAŁYWANIA WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA ROZKŁAD CIŚNIEŃ W ŁOśYSKU HYDRODYNAMICZNYMM

Ćwiczenie 8: 1. CEL ĆWICZENIA

Ćwiczenie laboratoryjne Parcie wody na stopę fundamentu

Modele matematyczne procesów, podobieństwo i zmiana skali

Nieustalony wypływ cieczy ze zbiornika przewodami o różnej średnicy i długości

Instrukcja stanowiskowa

BADANIE WYMIENNIKÓW CIEPŁA

ZWARTE PRĘTY ROZRUCHOWE W SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

1. Podstawowe pojęcia w wymianie ciepła

WPŁYW NIEJEDNORODNOŚCI STĘŻENIA ZAWIESINY NA WIELKOŚCI PROCESU CIĄGŁEJ SEDYMENTACJI WIELOSTRUMIENIOWEJ

ĆWICZENIE NR 2 FILTRACJA PRASA FILTRACYJNA

Ć w i c z e n i e K 4

Parametry układu pompowego oraz jego bilans energetyczny

Wyznaczanie charakterystyk przepływu cieczy przez przelewy

MMB Drives 40 Elektrownie wiatrowe

Najnowsze rozwiązania stosowane w konstrukcji wirówek odwadniających flotokoncentrat i ich wpływ na osiągane parametry technologiczne

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

Badania modelowe przelewu mierniczego

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Skraplanie czynnika chłodniczego R404A w obecności gazu inertnego. Autor: Tadeusz BOHDAL, Henryk CHARUN, Robert MATYSKO Środa, 06 Czerwiec :42

Aparatura Chemiczna i Biotechnologiczna Projekt: Filtr bębnowy próżniowy

Filtracja prowadzona pod stałą różnicą ciśnień

BADANIE PROCESU SEDYMENTACJI ZAWIESINY

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Zadanie 1. Zadanie 2.

CZASOWE I PRZESTRZENNE SKALE TURBULENCJI W MIESZALNIKU WIELOSTOPNIOWYM TIME AND LENGTH SCALES OF TURBULENCE IN A MIXING VESSEL WITH MULTIPLE IMPELLERS

MIESZANIE PŁYNÓW SPOŻYWCZYCH O WŁAŚCIWOŚCIACH REOLOGICZNYCH ZMIENNYCH W CZASIE

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, INSTYTUT INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ I POMIAROWEJ LABORATORIUM POMIARÓW WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH I-21

Prawo dyfuzji (prawo Ficka) G = k. F. t (c 1 c 2 )

Transkrypt:

TOMÁŠ JIROUT FRANTIŠEK RIEGER Wydział Mechaniczny. Czeski Uniwersytet Techniczny. Praha EDWARD RZYSKI Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska. Politechnika Łódzka. Łódź Mieszadła z łamanymi łopatkami. Wpływ liczby łopatek na wytwarzanie zawiesin W pracy przedstawiono wyniki badań mieszadeł z łamanymi łopatkami, użytych do uzyskania zawiesin cząstek stałych. Liczba łopatek mieszadła (, 4 lub 6) ma znaczny wpływ na częstość obrotów mieszadła, konieczną do uniesienia cząstek. Nie ma natomiast wpływu na bezwymiarową moc mieszania. Słowa kluczowe: mieszadła z łamanymi łopatkami, mieszanie, zawiesiny Folded blade impellers. Influence of blade number on mixing of suspensions In the paper the results of the investigation of impellers with diagonally folded blades used for mixing of suspensions are presented. The number of blades (, 4 or 6) has a great influence on the rotational frequency of the impeller, necessary to obtain a suspension. The influence of the blade number on the dimensionless mixing power was not observed. Key words: folded blade impellers, mixing, number of blades, suspensions Wprowadzenie Prawie 60% wszystkich przemysłowych operacji mieszania związanych jest z mieszaniem zawiesin. Używa się do tego celu szybkobieżnych mieszadeł wywołujących w zbiornikach przepływ osiowy. W pracy [1] dokonano porównania efektów pracy trzyłopatkowych mieszadeł o różnym kształcie łopatek. Okazało się, że z energetycznego punktu widzenia najwygodniejsze jest mieszadło z łamanymi łopatkami. Dlatego też celem niniejszej pracy jest określenie wpływu liczby łopatek tego właśnie mieszadła na jego przydatność do uzyskania zawiesiny. Podstawy teoretyczne Zdolność mieszadła do uzyskania zawiesiny można ocenić na podstawie częstości obrotowej mieszadła, przy której nastąpi zawieszenie cząstek stałych. To zawieszenie fazy stałej definiuje się jako stan, w którym wszystkie cząstki są rozproszone w cieczy, tzn. nie ma cząstek na dnie zbiornika i wszystkie cząstki są całkowicie otoczone cieczą. Pomiary częstości obrotów mieszadła, przy której następuje stan zawieszenia cząstek w obszarze burzliwym mieszania przedstawia się w postaci bezwymiarowych charakterystyk [2]

( d D, ) Fr ' = f (1) p Zdolność uzyskania zawiesiny cząstek stałych może być oceniana na podstawie mocy mieszania potrzebnej do podniesienia cząstek z dna. W tym celu zaproponowano [] bezwymiarowe kryterium 2 P ρ 7 Π = 2 D = Po Fr' ( d D) 7 z g (2) ρ ρ gdzie Po liczba mocy mieszania, Po = P/(n d 5 ρ z ), Fr = zmodyfikowana liczba Froude a, Fr = (n 2 d/g)(ρ/ ρ). Wielkości występujące we wzorach to: P moc mieszania, n częstość obrotów mieszadła, ρ z gęstość zawiesiny, g przyspieszenie ziemskie, ρ gęstość cieczy, ρ = ρ s -ρ, ρ s - gęstość ciała stałego, stężenie objętościowe ciała stałego, d p średnica cząstki stałej. Doświadczenia Pomiary wykonywano w przezroczystych walcowych zbiornikach z wypukłym dnem o średnicy D = 0,2 oraz 0, m. Zbiorniki były zaopatrzone w cztery standardowe przegrody, a wysokość napełnienia zbiornika wynosiła H = D. Schemat stanowiska badawczego pokazano na rys. 1. Rys. 1. Stanowisko badawcze Mierzono częstość obrotów mieszadła konieczną do uzyskania zawiesiny oraz zapotrzebowanie mocy dla mieszadeł z łamanymi łopatkami o stałej szerokości. Liczba łopatek wynosiła, 4 lub 6. Kształt łopatek mieszadeł [4] charakteryzuje się stosunkiem skoku zastępczej płaszczyzny śrubowej do średnicy mieszadła, s/d. Badane mieszadła miały średnice d = 67 i 100 mm, skok s/d = 1,5 oraz kąty: α = 67, β = 25 i γ = 48 (p. rys. 2). Inwariant średnic zbiornika i mieszadła wynosił zawsze D/d =, zaś wysokość umieszczenia mieszadła nad dnem H 2 = d/2. Kierunek obrotów mieszadeł był taki, by ciecz była pompowana w kierunku dna.

Rys. 2. Schemat mieszadła z łopatkami łamanymi Fazę stałą stanowiły kulki szklane o średnicach d p = 0,52 4 mm (średnice wyznaczano na drodze analizy sitowej i sedymentacyjnej), fazą rozpraszającą była woda. Wszystkie pomiary prowadzono dla dwóch wartości średniego stężenia ciała stałego: = 2,5% oraz 10%. Moment wzniesienia wszystkich cząstek z dna określano wizualnie jako stan, kiedy żadna z cząstek nie przebywa na dnie przez czas dłuższy niż 1 s [5]. Wyniki pomiarów Pomiary częstości obrotowej mieszadeł przedstawiono w postaci zależności (1), podanej w części teoretycznej. Wyniki dla mieszadła z trzema łopatkami przykładowo podano na rysunku. Zależności dla wszystkich badanych mieszadeł przedstawione są w pracy [6]. 10 0 Fr' =2,5% =10% 10-10 -2 d p/d Rys.. Zależność Fr = f(d p /D) dla mieszadła z trzema łopatkami Wyniki pomiarów mocy mieszania zostały opracowane w postaci bezwymiarowych charakterystyk mocy. Statystyczne opracowanie tych pomiarów pozwoliło na stwierdzenie, że w badanym burzliwym obszarze mieszania wartości liczby mocy mieszania były stałe. Ich wartości przedstawiono w tabeli 1. Przedstawiono tam także badany zakres wartości liczb Reynoldsa, Re = nd 2 ρ/η (gdzie η współczynnik lepkości cieczy).

Tab. 1. Wartości liczby mocy mieszania (95% przedział ufności) Liczba łopatek mieszadła, z Zakres Re Wartość liczby mocy Po 20000-10000 0,79 ± 0,0 4 20000-120000 0,99 ± 0,04 6 14000-90000 1,4 ± 0,05 Dyskusja wyników Na rysunku 4 dokonano zestawienia charakterystyk badanych mieszadeł dla jednego ze stężeń ( = 2,5%). Z przedstawionego wykresu widać, że w całym mierzonym zakresie inwariantu średnic d p /D częstość obrotowa mieszadła potrzebna do osiągnięcia stanu zawieszenia cząstek zmniejsza się przy zwiększaniu liczby łopatek badanych mieszadeł. Dla tego stężenia stan zawieszenia jako ostatnie osiągają cząstki znajdujące się w środkowej części dna pod mieszadłem. Jedynie w obszarze stosunkowo dużych cząstek ostatnimi miejscami, z których unoszą się cząstki są jednocześnie: obszar w środkowej części dna pod mieszadłem i pierścieniowy obszar przylegający do połączenia dna ze ścianką zbiornika. 10 0 Fr' 10-1 = 2,5% liczba łopatek 4 6 10 - d 10-2 p/d Rys. 4. Charakterystyki Fr = f(d p /D) dla wszystkich badanych mieszadeł Po zwiększeniu średniego stężenia objętościowego cząstek do 10% mamy podobny mechanizm porywania z dna jak przy mniejszym stężeniu. Jedyna różnica polega na tym, że jako ostatnie wprowadzane są do zawiesiny cząstki stałe nagromadzone w pierścieniowym obszarze przyległym do połączenia dna ze ścianką. Tylko dla zawiesin najmniejszych cząstek ostatnim miejscem, z którego cząstki stałe wprowadzane są do zawiesiny są: środek dna oraz wspomniany pierścieniowy obszar. Na rysunku 5 przedstawiono bezwymiarową moc konieczną do wprowadzenia cząstek w stan zawieszenia w zależności od inwariantu średnic. Z zależności tych widać, że moc konieczna do wytworzenia zawiesiny jest niezależna od liczby łopatek badanego mieszadła.

Odstępstwo od tej reguły, występuje w obszarze obejmującym stosunkowo duże cząstki stałe o stężeniu 2,5%, można przypisać trudnościom związanych z wizualnym określaniem momentu podniesienia cząstek. Warstwa cząstek przy uniesieniu pulsuje i dlatego przedstawiona wyżej definicja stanu zawieszenia cząstek jest w tej sytuacji trudna do zastosowania. W przypadku najmniejszych cząstek z energetycznego punktu widzenia najlepsze jest mieszadło z trzema łopatkami. 10-2 Π 10 - liczba łopatek =2,5% =10% 4 6 10 - d 10-2 p /D Rys. 5. Zależność kryterium Π od inwariantu średnic d p /D Wnioski 1. Kryterium Π może być podstawą oceny przydatności mieszadeł w procesu wytwarzania zawiesin. 2. Częstość obrotowa mieszadła konieczna do uzyskania zawiesiny cząstek jest dla badanych mieszadeł zależna od liczby łopatek. Częstość ta maleje dla rosnącej liczby łopatek.. Liczba łopatek mieszadła nie ma natomiast wpływu na moc mieszania potrzebną do wytworzenia zawiesiny. Jedynie dla zawiesin tworzonych z najdrobniejszych cząstek najmniejszej mocy wymagają mieszadła trzyłopatkowe. LITERATURA [1] T. Jirout, F. Rieger: Strojnícky Časopis 51, nr 2, 92 (2000) [2] F. Rieger, P. Ditl: Chem. Eng. Science 49, nr 14, 2219 (1994) [] F. Rieger: Mater. VI Ogólnopolsk. Semin. MIESZANIE, Kraków-Zakopane, 78 (199) [4] Czeska Norma CVS 69 104 [5] F. Rieger, E. Rzyski: Inż. Aparat. Chem. 7, nr 5, 20 (1998) [5] T. Jirout, F. Rieger: Mater. (CD-ROM) 48 Konf. CHISA 01, Srni (2001) Część badań prezentowanych w niniejszej pracy była finansowana z projektu badawczego Ministerstwa Edukacji Republiki Czeskiej (Grant No J04/98: 212200008).