10 Перемешивание.DOC

ГЛАВА 10. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ЖИДКИХ СРЕДАХ

Перемешивание в жидкой фазе – процесс многократного относительного перемещения макроскопических элементов жидкой среды под действием импульса, передаваемого среде механической мешалкой, потоком газа или жидкости. Перемешивание используют для интенсификации химических и тепло – и массообменных процессов; для приготовления эмульсий, суспензий, гомогенных растворов.
Поскольку перемешивание применяют в различных технологи-ческих процессах, то и цель перемешивания определяется назначением процесса. Так, при приготовлении эмульсии для интенсивного дробления дисперсной фазы необходимо создавать в перемешиваемой среде значительные срезающие напряжения, зависящие от градиента скорости. В тех зонах аппарата, где градиент скорости жидкости имеет наибольшее значение, происходит наиболее интенсивное дробление дисперсной фазы.
В случае гомогенизации целью перемешивания является снижение концентрационных градиентов в объеме аппарата.
При использовании перемешивания для интенсификации тепло – и массообменных процессов в гетерогенных системах создаются лучшие условия для подвода соответствующей субстанции к границе раздела фаз. Турбулизация системы, достигаемая обычно при перемешивании, приводит к возникновению дополнительного механизма переноса, что вызывает существенное ускорение процессов тепло – и массообмена.
Процесс перемешивания может осуществляться различными способами. Наиболее широко применяется способ механического перемешивания с помощью мешалок различных конструкций, создающих вращательное движение жидкости. Применяются также способы пневматического перемешивания (барботаж газа через слой жидкости); перемешивание в трубопроводах путем установки в них специальных устройств; перемешивание с помощью сопел и насосов.
Основными характеристиками процесса перемешивания являются эффективность и интенсивность перемешивания, а также расход энергии на проведение процесса.
Эффективность перемешивания характеризует технологи-ческий эффект процесса перемешивания. В зависимости от назначения процесса перемешивания эту характеристику выражают различным образом. При использовании перемешивания для интенсификации тепло – и массообменных процессов его эффективность можно оценить соотношением кинетических коэффициентов при перемешивании и без него. При получении суспензий и эмульсий эффективность перемешивания можно охарактеризовать равномерностью распределения дисперсной фазы в сплошной.
Интенсивность перемешивания определяется количеством энергии, подводимой в единицу времени N к единице объема V перемешиваемой жидкости 13 EMBED Equation.2 1415 или к единице массы перемешиваемой жидкости 13 EMBED Equation.2 1415. Интенсивность перемешивания обусловливает характер движения жидкости в аппарате. Повышение интенсивности всегда связано с увеличением энергозатрат, а технологический эффект от увеличения интенсивности перемешивания ограничен строго определенными пределами. Поэтому оптимальную интенсивность перемешивания следует определять исходя из условий достижения необходимого технологического эффекта при минимальных затратах.

Механическое перемешивание

Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение от электродвигателя. Мешалка, находящаяся в сосуде с жидкостью, передает количество движения от двигателя к жидкости и вызывает тем самым ее движение, при котором происходит перемешивание.

Классификация и конструкции мешалок

Классификация перемешивающих устройств осуществляется по ряду характерных признаков:
а) конструктивному устройству лопастей мешалки (лопастные, пропеллерные, турбинные и специальные);
б) скорости вращения мешалки ( тихоходные – окружная скорость конца лопастей примерно 1 м/с, быстроходные – окружная скорость порядка 10 м/с);
в) типу создаваемого мешалкой потока жидкости в аппарате (обеспечение преимущественно тангенциального, радиального или осевого течения).
Ниже приведены схемы конструкций наиболее часто встречающихся в промышленности мешалок и области их применения.

Рис. 10.1. Лопастная мешалка: 1 – лопасть; 2 – отража-тельная перегородка; 3 – сосуд. b – ширина перегородки,
·м –коэффициент гидравлического сопротивления мешалки

Лопастная. Условия работы: перемешивание взаимо-растворимых жидкостей, взвеши-вание твердых и волокнистых частиц в жидкости, взмучивание легких осадков, медленное растворение криста-ллических и волокнистых веществ; wокр = 1,5
·
·5 м/с при
·
·
· 0,5 Па с; wокр = 1,5
·
·3,2 м/с при
· = 0,5 ( 3 Па(с.
13 EMBED Equation.2 1415.
Рамная. Условия работы: перемешивание вязких и высокоплот-ных жидкостей, предотвращение выпадения осадка на стенках и днище, суспензирование в вязких средах, интенсификация теплообмена; wокр = 0,5
·
·4,0 м/с при
·
·
· 10 Па(с.

Рис. 10.2. Рамная мешалка:
1 – мешалка; 2 – сосуд.

13 EMBED Equation.2 1415
Рис. 10.3. Турбинная мешалка:
1 – мешалка; 2 – отражательная перегородка; 3 – сосуд

Турбинная. Условия работы: взвешивание и растворение твер-дых кристалллических частиц (с массовым содержанием до 80%); эмульги-рование жидкостей с большой разностью плотностей, дисперги-рование газа в жидкости; переме-шивание ньютоновских жидкостей; wокр = 2,5
·
·10 м/с при
·
·
· 10 Па(с; wокр = 2,5
·
·7 м/с при
· = 10
·
·40 Па(с.
13 EMBED Equation.2 1415

Рис. 10.4. Пропеллерная мешалка:
1 – мешалка; 2 – отражательная перегородка; 3 – сосуд

Пропеллерная. Условия работы: взвешивание твердых (с массовым содержанием до 50%) и волокнистых частиц; взмучивание шламов; эмульгирование жидкостей; интенсификация теплообмена; wокр = 3,8
·
·16 м/с при
·
·
· 0,1 Па(с; wокр = 3,8
·
·10 м/с при
· = 0,1
·
·4 Па(с.

13 EMBED Equation.2 1415

Движение жидкости в аппаратах с мешалками

Мешалка, вращающаяся в сосуде с жидкостью, передает количество движения от двигателя жидкости и вызывает тем самым ее
движение, при котором происходит перемешивание. Передача количества движения происходит за счет давления лопастей мешалки на жидкость. В результате этого движения часть жидкости обтекает кромку лопасти и смешивается с окружающей жидкостью, которая начинает вращаться в направлении вращения мешалки. За лопастью возникает разрежение, вызывающее подсасывание жидкости из окружающей среды. В результате обтекания и подсасывания около лопастей возникают турбулентные вихри. При вращении жидкости возникают центробежные силы, вследствие которых происходит движение жидкости в радиальном направлении от мешалки к стенкам сосуда и подсасывание жидкости к центру мешалки.
Течение жидкости в сосуде, вызванное мешалкой, характеризуется линиями тока. В зависимости от направлений линий тока различают три главных типа течения: тангенциальное, радиальное и аксиальное (осевое).
При тангенциальном течении жидкость в сосуде движется, в основном, параллельно пути, описываемому мешалкой; такое движение изображено на рис. 10.5, где через wт обозначена тангенциальная скорость. Вытекание жидкости из пространства между лопастями мешалки и ее подсасывание незначительно. Перемешивание в вертикальном направлении мало. Преимущественно тангенциальное течение имеет место при перемешивании лопастными мешалками с малым числом оборотов, при котором еще не возникают ярко выраженные потоки, вызванные центробежной силой.


Рис. 10.5. Линии тока тангенциального движения

Радиальное течение, при кото-ром жидкость течет преимущественно от мешалки перпендикулярно оси ее вращения по направлению к стенкам сосуда, изображено на рис. 10.6, где wр – радиальная скорость.

Рис. 10.6. Радиальное течение жид-кости от периферии мешалки к стенкам сосуда

Радиальное течение возможно лишь тогда, когда центробежная сила, зависящая от диаметра мешалки и числа ее оборотов, будет достаточной для преодоления сопротивления окружающей жидкости. В некоторых случаях тангенциальное течение в сосуде можно изменить на радиальное увеличением числа оборотов мешалки. На рис. 10.6 показаны линии тока при радиальном течении жидкости. В этом случае мешалка образует в сосуде две зоны течения: в нижней части сосуда жидкость подсасывается снизу вверх, а в верхней части сосуда – сверху вниз.
Аксиальное (осевое) течение, при котором жидкость поступает и вытекает из мешалки параллельно оси ее вращения (wа – аксиальная скорость), в основном характерно для пропеллерных мешалок (рис. 10.7).


Рис. 10.7. Аксиальное (осевое) течение жидкости

В зависимости от поворота лопастей пропеллера по отношению к направлению вращения (правый или левый винт) различают два типа вертикальных мешалок с осевым течением жидкости в сосуде:
а) мешалка, засасывающая жидкость со дна и нагнетающая жидкость к поверхности;
б) мешалка, засасывающая жидкость от поверхности и нагнетающая ее ко дну.
В промышленных аппаратах с мешалками возможны различные сочетания вышеперечисленных типов течения жидкости. Таким образом, при работе мешалок возникает сложное трехмерное течение жидкости, при котором в зависимости от конструкции мешалок и частоты их вращения может превалировать один из указанных типов движения (тангенциальное, радиальное, аксиальное).
Большое влияние на интенсивность перемешивания в аппарате с мешалкой оказывает циркуляция жидкости в нем, которая вызывается насосным эффектом, т.е. способностью мешалки транспортировать жидкость подобно насосу. Насосный эффект характеризуется объемным расходом жидкости в радиальном 13 EMBED Equation.2 1415 и аксиальном 13 EMBED Equation.2 1415 направлениях.
Насосный эффект мешалки, создающий радиальный поток жидкости, определяется величиной средней радиальной скорости 13 EMBED Equation.2 1415 и вычисляется по уравнению
13 EMBED Equation.2 1415, (10.1)
где dм и hм – диаметр и высота лопастей мешалки. Величину 13 EMBED Equation.2 1415 – принимают пропорциональной окружной скорости мешалки 13 EMBED Equation.2 1415 ~ ndм (n – частота вращения мешалки). Для геометрически подобных мешалок отношение 13 EMBED Equation.2 1415 – величина постоянная. Отсюда
13 EMBED Equation.2 1415, (10.1а)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – постоянная величина для данного типа мешалок.
Насосный эффект в аксиальном направлении движения жидкости 13 EMBED Equation.2 1415, определяется уравнением
13 EMBED Equation.2 1415, (10.2)
где 13 EMBED Equation.2 1415 – средняя скорость жидкости в аксиальном направлении. Величина 13 EMBED Equation.2 1415 пропорциональна частоте вращения мешалки n и ее шагу S, т.е. 13 EMBED Equation.2 1415~ nS.
Для группы геометрически подобных мешалок 13 EMBED Equation.2 1415, отсюда
13 EMBED Equation.2 1415. (10.2а)
Для пропеллерных мешалок шаг винта определяется выражением
13 EMBED Equation.2 1415, (10.3)
где ( – угол наклона лопасти. Константы 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 и 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 определены экспери-ментально для различных конструкций мешалок и приводятся в справочной литературе.
Механическая мешалка, помещенная в центре сосуда, вызывает вращательное движение всего объема жидкости, находящейся в сосуде, что вызывает центробежную силу, и в соответствии с (5.19) в этом случае свободная поверхность жидкости примет форму параболоида вращения. При малых числах оборотов наблюдается небольшое понижение уровня жидкости у вала. С увеличением же числа оборотов возникшая воронка постепенно углубляется и может достигать лопастей мешалки. С целью предотвращения создания воронки или уменьшения ее глубины в сосуде устанавливают вертикальные перегородки 1 (рис. 10.8). На этом рисунке сплошной линией изображена воронка при отсутствии перегородок в сосуде, а пунктирной линией – при наличии перегородок.

Рис. 10.8. Образование воронки в сосуде с мешалкой

Поскольку в зависимости от конструкции мешалок и их числа оборотов движение жидкости в сосудах для перемешивания имеет свои особенности, то ниже рассмат-риваются условия работы ряда мешалок.
Мешалки лопастного типа. Лопастными мешалками называются устройства, состоящие из двух или большего числа лопастей прямоугольного сечения, закрепленных на вращающемся вертикальном валу (см. рис. 10.1). К лопастным мешалкам относятся также и рамные мешалки (см. рис. 10.2). Основные достоинства лопастных мешалок – простота устройства и невысокая стоимость изготовления. К недостаткам мешалок этого типа следует отнести низкое насосное действие мешалки (слабый осевой поток), не обеспечивающее достаточно полного перемешивания во всем объеме аппарата. Развитие турбулентности в объеме перемешиваемой жидкости происходит медленно, циркуляция жидкости невелика.
Некоторое увеличение осевого потока жидкости достигается при наклоне лопастей под углом 30-45( к оси вала. Для перемешивания жидкостей в аппаратах, обогреваемых с помощью рубашки, в тех случаях, когда возможно выпадение осадка, применяют рамные мешалки, которые имеют форму, соответствующую внутренней форме аппарата.
При высоких скоростях вращения лопастных мешалок в аппарате устанавливают отражающие перегородки, которые служат для уменьшения окружной скорости жидкости (предотвращает создание воронки на поверхности жидкости) и для организации осевого и радиального потоков.
Турбинные мешалки. Эти мешалки имеют форму колес водяных турбин с плоскими, наклонными или криволинейными лопастями, укрепленными на вертикальном валу (см. рис. 10.3). В аппаратах с турбинными мешалками создаются преимущественно радиальные потоки жидкости. При работе турбинных мешалок с большой частотой вращения наряду с радиальным потоком возможно возникновение тангенциального (кругового) течения жидкости в аппарате и образование воронки. В этом случае в аппарате устанавливаются отражательные перегородки.
Мощность, потребляемая турбинными мешалками при наличии в аппарате отражательных перегородок, при турбулентном режиме перемешивания практически не зависит от вязкости среды. Поэтому мешалки данного типа могут применяться для смесей, вязкость которых во время перемешивания изменяется.
Пропеллерные мешалки. Рабочей частью пропеллерной мешалки является пропеллер (см. рис. 10.4) – устройство с несколькими фасонными лопастями, изогнутыми по профилю гребного винта. Наибольшее распространение получили трехлопастные пропеллеры. Вследствие более обтекаемой формы пропеллерные мешалки при одинаковом числе Рейнольдса потребляют меньшую мощность, чем мешалки прочих типов. К достоинствам пропеллерных мешалок следует отнести высокую скорость вращения и возможность непосредственного присоединения мешалки к электродвигателю.
Пропеллерные мешалки создают преимущественно осевые потоки перемешиваемой среды и, как следствие этого, – большой насосный эффект, что позволяет существенно сократить продолжительность перемешивания. Вместе с тем пропеллерные мешалки отличаются сложностью конструкции и сравнительно высокой стоимостью изготовления. Пропеллерные мешалки следует применять в цилиндрических аппаратах с выпуклыми днищами. При установках их в прямоугольных баках или аппаратах с плоскими днищами интенсивность перемешивания падает вследствие образования застойных зон. Для улучшения перемешивания больших объемов жидкостей и организации направленного движения жидкости (при большом отношении высоты к диаметру аппарата) в сосудах устанавливают направляющий аппарат, или диффузор (рис. 10.9). Диффузор представляет собой короткую цилиндрическую или коническую трубу, внутри которой помещается мешалка. При большой частоте вращения мешалки в отсутствие диффузора в аппарате устанав-ливают отражающие перегородки.
Рис. 10.9. Пропеллерная мешалка с диффузором: 1 – диффузор.





10.1.3. Физическое моделирование аппаратов с мешалками

Найти трехмерные поля скорости и давления в аппарате с мешалкой путем аналитического решения уравнения движения (2.55) и неразрывности (2.16) даже в стационарном однофазном случае не представляется возможным. В связи с этим для описания перемешивания используется метод физического моделирования. Критерии гидродинамического подобия получаются путем преобразования системы дифференциальных уравнений (2.55), (2.16). Определяемым критерием, как правило, является критерий Эйлера, а определяющими – критерии Рейнольдса, Фруда и симплексы геометрического подобия. В качестве характерных величин обычно рассматриваются: перепад давлений между лобовой и кормовой сторонами лопасти вращающейся мешалки (р; величина, пропорциональная окружной скорости мешалки wокр; диаметр мешалки dм. Тогда модифицированные критерии подобия для аппаратов с мешалками, связав окружную скорость с частотой вращения мешалки n, будут иметь вид
wокр =
·dмn ~ dмn, (10.4)
13 EMBED Equation.2 1415 , (10.5)
13 EMBED Equation.2 1415, (10.6)
13 EMBED Equation.2 1415 . (10.7)
Симплексы геометрического подобия будут зависеть от конструкции аппарата и мешалки. Так, например, для аппарата, изображенного на рис. 10.1, приняты следующие обозначения:
D – диаметр (внутренний) аппарата;
H – его высота;
Hж – высота слоя жидкости в сосуде;
hм – высота лопасти;
h – расстояние от мешалки до днища аппарата.
В этом случае симплексы геометрического подобия примут вид
13 EMBED Equation.2 1415; 13 EMBED Equation.2 1415; 13 EMBED Equation.2 1415; 13 EMBED Equation.2 1415. (10.8)
Тогда критериальное уравнение, описывающее гидродинамику процесса перемешивания, можно записать как
13 EMBED Equation.2 1415. (10.9)
Вид критериального уравнения зависит от конструкции мешалки, режима движения и находится обобщением опытных данных.
При перемешивании механическими мешалками различают два режима перемешивания: ламинарный и турбулентный. Ламинарный режим (Reм < 30) соответствует неинтенсивному перемешиванию, при котором жидкость плавно обтекает кромки лопасти мешалки, захватывается лопастями и вращается вместе с ними. При ламинарном режиме перемещаются только те слои жидкости, которые непосредственно примыкают к лопастям мешалки.
С увеличением частоты вращения мешалки возрастает сопротивление среды вращению мешалки, вызванное турбулизацией пограничного слоя и образованием турбулентного кормового следа в пространстве за движущимися лопастями. Формируется вынужденная циркуляция, которая обеспечивает трехмерное течение жидкости в аппарате. Ориентировочно это соответствует числам Reм = 102 - 103.
В области развитой турбулентности (Reм > 104) происходит интенсивное перемешивание жидкости. Приведенные критические значения критерия Рейнольдса являются приближенными и зависят от конструкции и размеров мешалки и аппарата (сосуда).
На практике при расчете аппаратов с мешалками, как правило, необходимо определить не перепад давлений (р, а требуемую мощность перемешивающего устройства. Поскольку мощность есть работа, совершаемая за единицу времени, а работа равна произведению силы на перемещение в направлении действия силы, то можно записать:
13 EMBED Equation.2 1415. (10.10)
Сила, заставляющая вращаться мешалку, уравновешивается силой сопротивления среды, равной перепаду давления, умноженному на площадь лопасти мешалки S. Величину S можно найти как произведение высоты лопасти hм на ее диаметр dм. Для нормализованных мешалок эти величины взаимосвязаны 13 EMBED Equation.2 1415. Используя окружную скорость в (10.10), можно представить
13 EMBED Equation.2 1415, (10.11)
13 EMBED Equation.2 1415. (10.12)
Подставив (р из (10.12) в выражение для критерия Эйлера мешалки (10.5), можно получить еще одну его модификацию, называемую критерием мощности KN:
13 EMBED Equation.2 1415 (10.13)
Критерий мощности имеет зависимость, аналогичную (10.9). В случае, когда действием центробежной силы по сравнению с силой тяжести можно пренебречь (воронка у оси вращения имеет незначительную глубину), исключается влияние критерия Фруда:
13 EMBED Equation.2 1415, или 13 EMBED Equation.2 1415. (10.14)


10.1.4. Схема расчета мешалок

Как уже отмечалось, цели перемешивания могут быть различными: приготовление эмульсий и суспензий, увеличение интенсивности тепло – и массообменных процессов. Эффективность перемешивания оценивается, как правило, критерием Рейнольдса мешалки Reм (10.6), его иногда называют центробежным критерием Рейнольдса и обозначают Reц. Эффективность перемешивания, необходимая для осуществления определенного процесса, находится из критериальных уравнений. Определяемым критерием при этом является, как правило, Reм. Например, для достижения равномерного распределения твердых частиц в жидкости (приготовление суспензии) существуют эмпирические уравнения для различных типов мешалок, связывающие Reм с критерием Архимеда и геометрическими симплексами:
13 EMBED Equation.2 1415. (10.15)
Таким образом, первым этапом расчета является выбор нормализованной мешалки с учетом объема перемешиваемой среды и определение для нее из уравнений типа (10.15) критерия Рейнольдса. По величине Reм можно найти из (10.6) число оборотов мешалки n. Затем рассчитываются критерий Фруда (10.7) и критерий мощности мешалки KN (10.14). Далее определяют мощность, расходуемую на перемешивание в стационарном режиме N из (10.13). Если требуется найти установочную мощность электродвигателя, то ее увеличивают в 2 - 3 раза, учитывая необходимый запас для запуска мешалки (в момент запуска сопротивление лопастям мешалки оказывается значительно выше, вследствие большей скорости движения лопасти относительно покоящейся жидкости), а также потери энергии в самом электродвигателе (к.п.д. меньше единицы).
Для мешалок периодического действия требуется определить продолжительность процесса перемешивания 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. C этой целью вводится критерий времени перемешивания Kt:
13 EMBED Equation.2 1415. (10.16)
Минимальная величина данного критерия находится из эмпирических соотношений типа
13 EMBED Equation.2 1415. (10.17)
Поскольку процесс перемешивания может осуществляться с помощью мешалок различных типов, правомерна постановка задачи оптимизации, заключающаяся в выборе типа мешалки, обеспечивающей необходимую эффективность процесса при минимуме затрат.

10.2. Пневматическое перемешивание

Пневматическое перемешивание сжатым инертным газом или воздухом является малоэффективным процессом. Расход энергии при пневматическом перемешивании больше, чем при механическом. Перемешивание жидкости сжатым газом осуществляется двумя способами: свободным барботированием и циркуляционным методом.
При свободном барботировании на дне аппарата устанавливают барботер, представляющий собой трубу с отверстиями (рис. 10.10). В барботер подается сжатый газ, который выходит из отверстий барботера в жидкость в виде пузырьков. При подъеме пузырек выталкивает жидкость перед собой и в стороны. Кроме того, при подъеме пузырьков жидкость, находящаяся в непосредственной близости к их поверхности, под действием касательного напряжения приводится в движение и увлекается пузырьками. При массовом барботаже происходит как коалесценция, так и разрушение пузырьков. Все эти явления и ведут к перемешиванию жидкости.
При циркуляционном пневматическом перемешивании газ подается в циркуляционную трубу (рис. 10.11). Пузырьки газа увлекают за собой вверх по трубе жидкость, находящуюся в сосуде, которая по выходе из трубы затем опускается вниз по кольцевому пространству между трубой и стенками аппарата, обеспечивая циркуляционное перемешивание жидкости.
13 EMBED PBrush 1415
Рис. 10.10. Схема барботажного Рис. 10.11. Барботажный смеситель смесителя с циркуляционной трубой

Давление газа на входе в барботер p определяется по формуле
13 EMBED Equation.2 1415, (10.18)
где р0 – давление над слоем жидкости в аппарате, H/м2; H – высота слоя жидкости над барботером, м; (ж, (г – плотности жидкости и газа, кг/м3; 13 EMBED Equation.2 1415 – суммарный коэффициент сопротивления барботера; wог – скорость газа на выходе из отверстий барботера, м/с.
Другие способы перемешивания

Под другими способами перемешивания подразумевается перемешивание жидкостей (иногда и газов) в трубопроводах, инжекционных смесителях и циркуляционное перемешивание при помощи насосов.

10.3.1. Перемешивание в трубопроводах

Перемешивание в трубопроводах является наиболее простым видом осуществления этого процесса. В этом случае используется энергия турбулентного потока жидкости (газа), движущейся в трубе, где за счет турбулентных пульсаций скорости осуществляется перемешивание.


Рис. 10.12. Схема устройств для перемешивания в потоке: а – вставка из полуперегородок; б – диафраг-мовая вставка; в – винтовая вставка; 1, 2 – входы компонентов смеси; 3 – выход смеси

В ряде случаев перемешивание жидкостей и газов осуществляют в трубопроводах путем создания искусственной турбулизации потока. Для этой цели в трубопроводе после ввода компонентов 1 и 2 (рис. 10.12) размещаются соответствующие неподвижные детали, обеспечивающие многократное изменение величины и направления скорости потока с целью получения смеси исходных компонентов 3. В качестве таких деталей, вызывающих турбулизацию потока, используют полуперего-родки (рис. 10.12а) и диафрагмы со смещенными по оси трубы отверстиями (рис. 10.12б); здесь поток многократно расширяется, сужается и изменяет свое направление. Размещение в трубопроводе винтовых вставок, часто с чередованием направления винтового хода (вправо и влево), приводит к многократному разнонаправленному закручиванию потока (рис. 10.12в).
Указанные методы перемешивания применимы в случае взаимной растворимости и невысокой вязкости компонентов смеси при больших скоростях их движения и достаточной длине трубопровода. Они требуют значительных затрат энергии при сравнительно невысокой эффективности смешения. В расчете такого трубопровода используемые турбулизаторы рассматриваются как местные сопротивления.

Перемешивание инжекционными смесителями

Инжекционные смесители, как и струйные насосы, работают по принципу трубы Вентури (рис. 10.13) в сочетании с винтовыми вставками для закрутки потока при его дальнейшем движении.


Рис. 10.13 Инжекционный смеситель: 1, 2 – входы компонентов; 3 – выходы смеси; 4 – винтовая вставка

Закручивание потока смеси повышает процесс перемешивания. Инжекционные смесители рационально можно использовать в тех случаях, когда одновременно требуется и перекачивание жидкостей, и их перемешивание.

Циркуляционное перемешивание

Смесители циркуляционного типа (рис. 10.14) широко распространены в промышленности. Они состоят из емкости (резервуара) и центробежного насоса, который забирает жидкость из нижней части емкости и подает в верхнюю часть, осуществляя ее циркуляцию. Для усиления турбулизации в емкость иногда помещают решетку или перфорированный трубопровод, что обеспечивает еще и равномерное распределение жидкости по сечению емкости. В ряде случаев циркулирующая жидкость после насоса подается для нагревания или охлаждения в теплообменный аппарат, а затем уже поступает в емкость. Такой способ вынужденной циркуляции жидкости в сочетании с теплообменом используют для поддержания в резервуаре определенной температуры.
13 EMBED PBrush 1415
Рис. 10.14 Схема циркуляционного смесителя:
1 – резервуар; 2 – циркуляционный насос

Контрольные вопросы к главе 10

Что понимается под интенсивностью и эффективностью перемешивания жидких сред?
Какие основные методы используются для перемешивания жидких сред?
Какой вид имеет модифицированный критерий Рейнольдса для мешалки и что он характеризует?
В каких случаях в обобщенном критериальном уравнении для механических мешалок можно не учитывать влияние критерия Фруда?
Какова цель установки отражательных перегородок в сосуде при механическом перемешивании?
Для чего в пропеллерных мешалках устанавливается диффузор?
По какой причине критерий Эйлера для мешалок называется еще и критерием мощности?
Что называется насосным эффектом мешалки и какие виды насосных эффектов существуют при перемешивании механическими мешалками?
Каким образом интенсифицируется процесс перемешивания жидкостей при их движении в трубопроводах?








13PAGE 15


13PAGE 14- 142 -15




13 EMBED PBrush 1415










Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native1 Equation NativeEquation Native1 Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native1 Equation Native1 Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 26737104
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий