współczynnik wnikania masy.docx

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

1. 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.               Porównanie doświadczalnych i obliczonych teoretycznie wartości współczynników               wnikania masy.

2. Aparatura:

Zasadniczym elementem aparatury badawczej jest kolumna dyskowa o średnicy Dk=0,2 m i wysokości 0,55 m. Kolumna podzielona jest na cztery sekcje mieszania o wysokości H = 0,1m i średnicy wewnętrznej statora Ds= 0,12 m. Średnica dysków umieszczonych na wale w  połowie każdej sekcji mieszania wynosi D = 0,08 m. W ścianie kolumny znajdują się cztery otwory (każdy w jednej sekcji) służące do umieszczenia cząstek ciała stałego wewnątrz aparatu. Otwory są zamykane korkami z haczykami, na którym wiesza się kształtki ciała stałego. Woda do kolumny pompowana jest ze zbiornika obiegowego przez rotametr. Przepływa w górę kolumny i rurą odpływową spływa do zbiornika pośredniego skąd pompą zawracana jest do obiegu. Objętość wody w instalacji wynosi 0,1 m3. W momencie zakończenia doświadczenia kolumna jest opróżniana zaworem spustowym znajdującym się w jej dnie.

1. Kolumna dyskowa

2. Wewnętrzny stator

3. Dysk

4. Wał

5. Kształtki ciała stałego

6. Zbiornik obiegowy

7. Rotametr

8. Rura odpływowa

9. Zbiornik pośredni

10. Zawór spustowy

3. Pomiary:

4. Obliczenia:

a) średnica zastępcza:

dz=dp∙h+dp2212m

dz=0,0268∙0,0277+0,02682212=0,0332[m]

dz – średnica zastępcza [m]

dp – średnica podstawy [m]

h – wysokość walca (kształtki) [m]

b) pole powierzchni kształtki liczone jako pole powierzchni walca:

A=2πdz22+2πdz2h [m2]

A=2∙3,14∙0,033222+2∙3,14∙0,03322∙0,0277=1,731∙10-3+2,888∙10-3=4,616∙10-3 [m2]

A -  pole powierzchni [m2]

dz – średnica zastępcza [m]

h - wysokość walca (kształtki) [m]

c) współczynnik wnikania masy od powierzchni ciała stałego do wody:

β=-∆mτ∙1A∙C*-C [ms]

β=0,000433300∙10,0046162,2-0=1,283∙10-5 [ms]

β – współczynnik wnikania masy [m/s]

∆m – różnica masy kształtki [kg]

τ – czas (55 minut) [s]

A – pole powierzchni [m2]

C* - stężenia nasycenia kwasy salicylowego w wodzie (2,2) [kg/m3]

C – stężenie nasycenia w rdzeniu cieczy (0) [kg/m3]

d) ilość energii dostarczonej do układu:

ε=n3∙D5Dk2∙H [ms]

ε=9,983∙0,0850,22∙0,1=0,815 [ms]

ε – energia dostarczona do układu [m2/s2]

n – częstość obrotowa mieszadła (599 obrotów/minutę) [1/s]

D – średnica dysków (0.089)  [m]

Dk – średnica kolumny dyskowej (0,2) [m]

H – wysokość kolumny wyjściowej (0,1) [m]

e) liczba Reynoldsa:

Re=dz43∙ε13v

Re=0,033243∙0,815130,998∙10-6=0,01067∙0,93370,998∙10-6=9982,629

Re – liczba Reynoldsa [bezwymiarowa]

dz -  średnica zastępcza [m]

ε – energia dostraczona do układu [m2/s2]

v- lepkość kinetyczna wody (0,998*10-6) [m2/s]

g) liczba Schmidta:

Sc=vDAB

Sc=0,998∙10-69,08∙10-10=1099,119

Sc -  liczba Schmidta [bezwymiarowa]

v – lepkość kinetyczna wody (0,998*10-6) [m2/s]

DAB – współczynnik dyfuzji kwasu salicylowego w wodzie (9.08*10-10) [m2/s]

h) liczba Sherwooda:

·         liczona doświadczalnie:

Sh=β∙dzDAB

Sh=1,283∙10-5∙0,03329,08∙10-10=468,996

Sh – liczba Sherwooda [bezwymiarowa]

β – współczynnik wnikania masy [m/s]

DAB - współczynnik dyfuzji kwasu salicylowego w wodzie (9.08*10...