Загрузил Елена Котлярова

общая химическая технология лабораторная работа

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Уральский федеральный университет имени первого Президента
России Б. Н. Ельцина»
Институт новых материалов и технологий.
Лабораторная работы №1
«Определение угла естественного откоса и насыпной
плотности порошкообразных материалов»
Выполнила: Котлярова Елена
Группа: НМТ-391804
Проверила: Инжеватова О.В.
Екатеринбург 2021
Цель работы: определение угла естественного откоса и насыпной плотности
смеси двух фракций; построить зависимости насыпной плотности, пористости и
расстояния между зернами от содержания мелкой и крупной фракции.
Теоретическая часть
Углом естественного откоса называется внутренний угол α, образующийся
между боковой поверхностью свободно насыпанного материала и его горизонтальной
плоскостью.
Величина угла зависит от плотности материала, формы и размера зерен,
характера поверхности зерен (шероховатости), влажности и т. д. Для большинства
сыпучих материалов в воздушно-сухом состоянии углы естественного откоса
находятся в пределах 25-50⁰. При увлажнении порошка углы откоса увеличиваются,
а при сильном переувлажнении – уменьшаются.
В случае полидисперсного материала крупные зерна скатываются на край
насыпаемого материала из-за меньшего сопротивления неровностей поверхности
материала по сравнению с мелкими зернами, которые располагаются ближе к центру
насыпанного материала.
Насыпная плотность — это масса единицы объема порошкообразного
материала в естественном состоянии с учетом его пористости. Пористость – это доля
свободного пространства в слое зернистого материала. Насыпная плотность зависит
от гранулометрического состава порошка, от шероховатости и формы зерен,
влажности и т. д.
Неправильность формы и шероховатость зерен снижают насыпную плотность
и увеличивают расстояние между поверхностями зерен.
Используемое оборудование
1. Металлический бункер
2. Мерный сосуд объёмом 0,7 дм3, mсосуда= 20 г
3. Весы
4. Прибор для определения угла естественного откоса
Рисунок 1. Прибор для определения углов естественного откоса:
1 - съёмный конус; 2 - основание прибора; 3 - вертикальная шкала, отградуированная в градусах
Используемые материалы и реактивы
1. Корундовый песок (Al2O3), d = 0,5 мм, γ = 3,99 г/см3
2. Корундовый песок (Al2O3), d = 1,3 мм, γ = 2,65 г/см3
Ход выполнения работы
1. Исследуемый материал засыпаем в бункер примерно до середины его высоты
и выравниваем материал шпателем.
2. Под бункером устанавливаем прибор для определения угла естественного
откоса и определяем угол естественного откоса. Для каждого материала или смеси
фракций определение повторяем не менее 3 раз.
3. Материал возвращаем в бункер и под ним устанавливаем мерный сосуд,
который предварительно взвешиваем.
4. Материал свободно высыпается в мерный сосуд так, чтобы он полностью
заполнил сосуд с избытком в виде конуса. Избыток материала удаляют линейкой,
держа её в наклонном положении и прижимая к краям сосуда.
5.
Сосуд
с
материалом
взвешивается
и
насыпную
рыхлонасыпанном состоянии рассчитывают по формуле:
𝛾н =
М2 − М1
,
𝑉
где 𝛾н – насыпная плотность материала, г/см3;
плотностью
в
М1 – масса пустого мерного сосуда, г;
М2 – масса сосуда с материалом, г;
V – объём мерного сосуда, см3.
Определение насыпной плотности повторяем не менее 3 раз.
6. Средний диаметр зерен, среднее расстояние между зернами и пористость
вычисляют по формулам:
𝑑ср
2
2 ∙ 𝑑𝜏2 ∙ 𝑑𝑚
=√
,
𝑑 𝜏 + 𝑑𝑚
3
где 𝑑𝜏 – наибольший размер зёрен;
𝑑𝑚 – наименьший размер зёрен.
П
𝑙 = 𝑑𝑛 = 𝑑ср √
,
1−П
2
где П − пористость.
П=1−
𝛾н
.
𝛾
7. Плотность укладки зёрен определим из соотношения:
К=
𝛾н
,
𝛾
и выразим в долях единицы или процентах.
8. По результатам определения строим графики зависимости насыпной
плотности, пористости, среднего расстояния между поверхностями зерен от
соотношения мелкой и крупной фракции.
Экспериментальная часть
1. Результаты определения угла естественного откоса заносим в таблицу 1.
Таблица 1. Определение угла естественного откоса.
№
Состав, г
Состав, %
Угол естественного откоса, град
опр
К
М
К
М
α1
α2
α3
αср
1
2000
-
100
-
36
37
37
36,67
2
1500
500
75
25
36
36
36
36
3
1340
660
67
33
36
37
37
36,67
4
1000
1000
50
50
36
36
36
36
5
660
1340
33
67
35
34
34
34,67
6
485
1455
25
75
35
35
35
35
7
-
1455
-
100
35
35
36
35,33
2. Результаты определения массы материала заносим в таблицу 2.
Таблица 2. Определение массы материала.
Масса
Состав, %
Масса сосуда с материалом, г
К
М
m1
m2
m3
mср
Ммат
1
100
-
1445
1430
1425
1433,33
1413,33
2
75
25
1490
1500
1505
1498,33
1478,33
3
67
33
1510
1520
1515
1515
1495
4
50
50
1510
1510
1520
1513,33
1493,33
5
33
67
1480
1465
1465
1470
1450
6
25
75
1465
1450
1460
1458,33
1438,33
7
-
100
1385
1370
1375
1376,67
1356,67
№
опр
материала, г
3. Результаты расчетов насыпной плотности, пористости и среднего расстояния
между зернами заносим в таблицу 3.
Таблица 3. Расчёт насыпной плотности, пористости и среднего расстояния
между зёрнами.
Состав, %
№
γ, г/см3
П
L, мм
опр
К
М
1
100
-
2,019
0,494
1,290
2
75
25
2,112
0,471
1,058
3
67
33
2,136
0,4646
0,993
4
50
50
2,133
0,4654
0,859
5
33
67
2,071
0,481
0,741
6
25
75
2,055
0,485
0,686
7
-
100
1,938
0,514
0,509
Расчёт насыпной плотности:
𝛾1 =
1413,33
= 2,019;
700
𝛾2 =
1478,33
= 2,112;
700
𝛾3 =
𝛾4 =
1495
= 2,136;
700
1493,33
= 2,133;
700
𝛾5 =
1450
= 2,071;
700
𝛾6 =
1438,33
= 2,055;
700
𝛾7 =
1356,67
= 1,938 .
700
Расчёт пористости:
П1 = 1 −
2,019
= 0,494;
3,99
П2 = 1 −
2,112
= 0,471;
3,99
П3 = 1 −
2,136
= 0,4646;
3,99
П4 = 1 −
2,133
= 0,4654;
3,99
П5 = 1 −
2,071
= 0,481;
3,99
П6 = 1 −
2,055
= 0,485;
3,99
П7 = 1 −
1,938
= 0,514 .
3,99
Расчёт среднего диаметра:
𝑑ср1 = 1,3 ∙ 1 + 0,5 ∙ 0 = 1,3 мм;
𝑑ср2 = 1,3 ∙ 0,75 + 0,5 ∙ 0,25 = 1,10 мм;
𝑑ср3 = 1,3 ∙ 0,67 + 0,5 ∙ 0,33 = 1,04 мм;
𝑑ср4 = 1,3 ∙ 0,4 + 0,5 ∙ 0,5 = 0,90 мм;
𝑑ср5 = 1,3 ∙ 0,33 + 0,5 ∙ 0,67 = 0,76 мм;
𝑑ср6 = 1,3 ∙ 0,25 + 0,5 ∙ 0,75 = 0,70 мм;
𝑑ср7 = 1,3 ∙ 0 + 0,5 ∙ 1 = 0,50 мм.
Расчёт среднего расстояния между зёрнами:
0,494
𝑙1 = 1,3 ∙ √
= 1,290 мм;
1 − 0,494
3
3
0,471
𝑙2 = 1,10 ∙ √
= 1,058 мм;
1 − 0,471
3
0,4646
𝑙3 = 1,04 ∙ √
= 0,993 мм;
1 − 0,465
3
0,4654
𝑙4 = 0,90 ∙ √
= 0,859 мм;
1 − 0,465
3
0,481
𝑙5 = 0,76 ∙ √
= 0,741 мм;
1 − 0,481
3
0,485
𝑙6 = 0,70 ∙ √
= 0,686 мм;
1 − 0,485
3
0,514
𝑙7 = 0,50 ∙ √
= 0,509 мм;
1 − 0,514
Построим графики зависимостей, представленные на рисунках 2, 3 и 4:
Рис. 2 – График зависимости насыпной плотности от соотношения мелкой и крупной фракции.
Рис.3 – График зависимости пористости от соотношения мелкой и крупной фракции.
Рис.4 – График зависимости среднего расстояния между поверхностями зёрен от соотношения мелкой и
крупной фракций.
Вывод: С увеличением содержания крупной фракции:
- насыпная плотность сначала увеличивается, а при достижении 67%
постепенно снижается
- пористость сначала уменьшается, а при достижении 67% начинает
увеличиваться
- среднее расстояние между зернами увеличивается
С увеличением содержания мелкой фракции:
- насыпная плотность сначала увеличивается, а после достижения 33%
постепенно снижается
- пористость сначала уменьшается, а после достижения 33% начинает
увеличиваться
- среднее расстояние между зернами уменьшается
Минимальная пористость и максимальная насыпная плотность достигается
при соотношении крупной и мелкой фракций 67:33.