實(shí)驗(yàn)四-攪拌槽內(nèi)流體的流動(dòng)與混合講義

實(shí)驗(yàn)四攪拌槽內(nèi)流體的流動(dòng)與混合

[Version2015]

1.教學(xué)目的與要求：

流體混合是攪拌操作的目的之一。除此之外，固體在液體中的懸浮，氣體在液體中的分

散等過(guò)程，都可以通過(guò)攪拌來(lái)達(dá)到。

本試驗(yàn)的重點(diǎn)是攪拌槽中流體的混合過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

測(cè)定攪拌轉(zhuǎn)速、輸入功率、物料量（液位）變化對(duì)混合時(shí)間的影響。

通過(guò)上述試驗(yàn)，了解影響流體混合的主要因素及基本規(guī)律。

2.基本原理：

流體在攪拌槽內(nèi)的流動(dòng)與混合特征是由攪拌槽的結(jié)構(gòu)，攪拌槳的型式、攪拌槳提供給流體

的功率等因素決定的。

攪拌槽內(nèi)的混合特性一般用混合時(shí)間的長(zhǎng)短及輸入功率的大小來(lái)描述。

混合時(shí)間一般定義為使進(jìn)料在全槽范圍內(nèi)分布均勻所需的時(shí)間。

輸入功率定義為攪拌槳提供給流體的實(shí)際功率。

3.實(shí)驗(yàn)裝置：

本實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖如圖I所示：

如簡(jiǎn)圖中所示：電機(jī)及減速機(jī)（3）的轉(zhuǎn)速由調(diào)頻器（2）來(lái)控制。

本實(shí)驗(yàn)裝置電機(jī)轉(zhuǎn)速：1400rpm,功率：l.lkW,減速機(jī)速比：i=2.64；

攪拌最高允許攪拌轉(zhuǎn)速：378rpm?！緦?duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速Nmotor=1000rpm】

空轉(zhuǎn)攪拌轉(zhuǎn)速不允許超過(guò)20rpm,且空轉(zhuǎn)時(shí)間不允許超過(guò)20秒。

圖1攪拌實(shí)驗(yàn)裝置流程圖

1—轉(zhuǎn)速計(jì)(備用)2—調(diào)頻器3—電機(jī)及減速機(jī)4—攪拌軸

5—攪拌槽6—擋板7——攪拌槳

實(shí)驗(yàn)條件：

液相：水，密度p=1000kg/n送攪拌槽直徑T=0.28m,攪拌槽高度：0.35m,CBY槳

直徑0.092m。攪拌槳離底距：0.083m。

4.實(shí)驗(yàn)方法：

(1)攪拌轉(zhuǎn)速的測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)攪拌轉(zhuǎn)速通過(guò)讀取變頻器顯示面板上的電機(jī)轉(zhuǎn)速Nmotor除以減速機(jī)速比i得到。

N=Nmotor/2.64(rpm)(1)

(2)攪拌功率計(jì)算

攪拌功率P：

P=NpPN3D5[W](2)

式中，Np一功率準(zhǔn)數(shù)，P—液體密度N—攪拌轉(zhuǎn)速[1/s],D一攪拌槳直徑[m],攪拌

槳的相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表1。

記錄變頻器顯示面板所顯示功率Pconvem作為參考值。

表1攪拌槳的相關(guān)數(shù)據(jù)

三葉CBY

Np（有擋板）0.27

（3）混合時(shí)間的測(cè)定

混合時(shí)間的測(cè)定采用酸堿中和法。通過(guò)流體中指示劑的顏色變化來(lái)確定流體的混合時(shí)間。

在流體中加入百里香酚藍(lán)作為指示劑。當(dāng)液體為堿性時(shí)指示劑呈藍(lán)色，當(dāng)液體為酸性時(shí)指示劑

呈橙色。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：［物料配制根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展確定。不是每組都需配制物料］

（1）配制適量（?5（）（）ml）濃度為4N［摩爾濃度4mol/L］的NaOH溶液?！綨aOH摩爾質(zhì)量

40g/mol,80g可配4moi/L溶液500ml］

（2）倒出50ml的NaOH在另外一個(gè)燒杯中，加入~0.3g百里香酚藍(lán)作為指示劑；一定要

充分?jǐn)嚢枋沟冒倮锵惴铀{(lán)完全溶解在NaOH中。

（3）配制適量（~500初濃度為4N［摩爾濃度2mol/L］的H2s溶液。［HiSOa摩爾質(zhì)量

98g/mol；54.35ml,濃度98%,密度1840"標(biāo)硫酸可配制2moi/L溶液500mI】

（4）在攪拌槽內(nèi)加入實(shí)驗(yàn)物料（自來(lái)水）；

（5）在攪拌槽內(nèi)加入適量（2ml）濃度為4N的NaOH與指示劑混合溶液，充分?jǐn)?/p>

拌后使攪拌槽內(nèi)流體顏色（藍(lán)色）均勻；

【固定液位，變轉(zhuǎn)速，第一加入入2ml帶指示劑的NaOH溶液，其余兩次加入2ml

不含指示劑的NaOH溶液】

【固定轉(zhuǎn)速，變液位，在攪拌槽內(nèi)重新加入自來(lái)水，從高液位開(kāi)始做，第一加入入

5ml帶指示劑的NaOH溶液（同時(shí)硫酸也為5ml）,其余兩次加入2ml不含指示劑的

NaOH溶液。］

（6）快速加入適量（2ml）濃度為4N的H2so4,加入的同時(shí)開(kāi)始用秒表計(jì)時(shí)，隨著

混合的進(jìn)行流體的顏色逐漸從藍(lán)色變?yōu)槌壬?，?dāng)攪拌槽內(nèi)顏色均勻時(shí)結(jié)束計(jì)時(shí)。即

為混合時(shí)間。

（7）如果需要排放攪拌槽內(nèi)液體，必須用PH試紙進(jìn)行測(cè)試，溶液必須為中性或弱堿性

后才能排放。

5.數(shù)據(jù)處理：

實(shí)驗(yàn)共需測(cè)量6組數(shù)據(jù)；固定液位，變攪拌轉(zhuǎn)速3個(gè)；固定攪拌轉(zhuǎn)速，變液位3個(gè)。

實(shí)驗(yàn)條件：

a.有擋板，CBY,固定液位為0.18m,變攪拌轉(zhuǎn)速：3個(gè)攪拌轉(zhuǎn)速；

b.有擋板，CBY,固定攪拌轉(zhuǎn)速208rpm,變液位0.18m,0.23m,0.27m。

（1）攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)混合時(shí)間的影響（液位：0.18m,攪拌槳離底距：0.083m,減速機(jī)速比：i=2.64）：

攪拌轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速攪拌功率變頻器顯示功率混合時(shí)間

CBY

N[rpm]Nmotor[rpmJP[W]Peonvert[W]IsJ

113.6300

有擋板170450

265700

注：攪拌功率P根據(jù)公式（2）進(jìn)行計(jì)算。變頻器顯示功率Pconvert從變頻器顯示面板上讀取。

（2）液位對(duì)混合時(shí)間的影響（攪拌轉(zhuǎn)速恒定，液位:0.18m/0.23m/0.27m,攪拌槳離底距

0.083m)

攪拌轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速液位H攪拌功率P

CBY混合時(shí)間[s]

N[rpm1Nmotor[rpm1[m][W]

0.18

有擋板2085500.23

0.27

注：1）.攪拌槽內(nèi)注入自來(lái)水，實(shí)驗(yàn)從最高液位0.27m開(kāi)始。

2）.排放攪拌槽內(nèi)液體之前必須用PH試紙進(jìn)行測(cè)試，液體必須為中性或弱堿性后才

能排放。

6.思考題：

（1）攪拌轉(zhuǎn)速（功率）對(duì)混合有何影響？混合時(shí)間與攪拌轉(zhuǎn)速的幾次方成比例？

（2）物料液位對(duì)混合有何影響？混合時(shí)間與液位的幾次方成比例？

7.注意事項(xiàng)：

（1）由于實(shí)驗(yàn)用物品具有強(qiáng)腐蝕性，配制實(shí)驗(yàn)用溶液時(shí)必須帶膠皮手套。

（2）攪拌實(shí)驗(yàn)裝置是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中嚴(yán)禁接觸旋