Перемешивание


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ЖИДКИХ СРЕДАХ

А.Г. Касаткин «Основные процессы и аппараты

химической технологии» стр. 266
-
270


Механические перемешивающие устройства состоят из трех основных частей;
собственно мешалки, вала и привода. Мешалка является рабочим элементом
устройства,
закрепляемым на вертикальном, горизонтальном или наклонном валу. Привод может быть
осуществлен либо непосредственно от электродвигателя (для быстроходных мешалок),
либо через редукт
ор или клиноременную передачу.

По устройству лопастей различают
мешалки лопастные, пропеллерные, турбинные
и специальные.

По типу создаваемого мешалкой потока жидкости в аппарате различают мешалки,
обеспечивающие преимущественно тангенциальное, радиальное и осевое течения.

При тангенциальном течении жидкость в аппарат
е движется преимущественно по
концентрическим окружностям, параллельным плоскости вращения мешалки.
Перемешивание происходит за счет вихрей, возникающих на кромках мешалки. Качество
перемешивания будет наихудшим, когда скорость вращения жидкости равна скор
ости
вращения мешалки. Радиальное течение характеризуется направленным движением
жидкости от мешалки к стенкам аппарата перпендикулярно оси вращения мешалки.
Осевое течение жидкости направлено параллель
но оси вращения мешалки.

В промышленных аппаратах с ме
шалками возможны различные сочетания этих
основных типов течения. Ти
п создаваемого потока, а также
конструктивные особенности
мешалок определяют
области их применения.

При высоких скоростях вращени
я мешалок перемеши
ваемая жидкость вовлекается
в круговое дв
ижение и вокруг вала образуется воронка, глубина которой увеличивается с
возрастанием числа оборотов и уменьшени
ем плотности и вязкости среды. Для
предотвращения образов
ания воронки в аппарате пом
ещают отражательн
ые п
ерегородки,
которые, кроме того,
способ
ствуют возникнове
нию вихрей и увеличению турбулен
тности
системы. Об
разован
ие воронки можно предотвратить и при
полном заполнении
жидкостью аппарата, т. е. при отсутс
твии воздушной п
рослойки между
перемешиваемой
жидкостью и крыш
кой аппарата, а также
при уст
ановке вала мешалки эксц
ентрично к оси
аппарата или применении ап
парата прямоугольного сечения.

Помимо этого, отражательные перегородки устанавливают во всех случаях при
перемешивании в системах газ

жидкость. Применение отражательных перегородок, а
также э
ксцентричное или наклонное расположение вала мешалки приводит к увелич
ению
потребляемой ею мощности.

Мешалки лопастного типа
. Лопастными меш
алками называются устройства,
состоящие из двух или большего числа лопастей прямоугольного сечения, закрепленных
на
вращающемся вертикальн
ом или наклонном валу
(рис.1)
. К лопастн
ым мешалкам
относятся также и некоторые мешалки специального назначения: якорные, рамные и
лист
овые.










Рис.1. Лопастная мешалка


Основные
достоинства лопастных мешалок
-

простота устройс
тва 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. Вследствие незначительности осевого

потока лопастные мешалки перемешивают только те слои жидкости, которые находятся в
непосредственной близости от лопастей мешалки. Развитие турбулентности в объеме
перемешиваемой жидкости

происходит медленно, циркуляция жидкости невелика.
Поэтому лопастные
мешалки применяют для перемешивания жидкостей, вязкость
которых не превышает 10
3

мн·сек/м
2
.
Эти мешалки непригодны для перемешивания в
протоке, например в ап
паратах непрерывного действия.

Некоторое увеличение осевого потока жидкости достигается при наклон
е лопастей
под углом 30

45° к оси вала. Такая вешалка способна удерживать во взвешенном
состоянии частицы, скорость осаждения которых
невелика. Лопастные мешалки с
наклонным
и лопастями используют при проведении медленных химических реакций, для
которых
ста
дия, определяющая скорость подвода реагентов в зону реакции, не является
лимитирующей.

С целью увеличения турбулентности среды при перемешивании лопастным
и
меш
алками в аппаратах с большим отношением
высоты к диаметру используют
многорядны
е двухлопастные ме
шалки с установкой на валу нескольких рядов мешалок,
повернутых друг относительно друга на 90°. Расстояние между отдельными рядами
выбирают в пределах (
0,3

0
,8
·
d
), где
d


диаметр мешалки, в зависимости от вязкости
перемешиваемой
среды.

Д
ля перемешивания ж
идкостей вязкостью не более 10
4

мн·
сек/м
2
,
а также для
перемешивания в аппаратах, обогреваемых с
помощью рубашки или внутренних
з
меевиков, в тех случаях, когда возможно выпадение осадка или загрязнение
теплопередающей поверхност
и, применяют якорны
е
(рис
.2
)
или рамны
е
(рис.3
) мешалки.
Они имеют форму, соответствующую внутренней форме аппарата, и диаметр, близкий к
внутреннему д
иаметру аппара
та ил
и змеевика. При вращении эти
мешалки очищают
с
тенки и дно аппарата от налипающих загрязнений.










Рис.2. Як
орная мешалка

Рис.3. рамная мешалка


Листовы
е
мешалки (рис.4
) имеют лопасти большей ширины, чем у лопастных
мешалок, и относятся к мешалкам, обеспечивающим тангенциальное течение
перемешиваемой среды. Кроме чисто тангенциального потока, который является
п
реобладающим, верхние и нижние кромки мешалки создают вихревые потоки, подобные
тем, которые возникают при обтекании жидкостью плоской плас
тины с острыми краями
.
При больших скоростях вращения листовой мешалки на тан
генциальный поток
накладывается радиальн
ое течение, в
ызванное центробежными силами.















Рис.4. Листовая мешалка

.

Листо
вые мешалки применяют для перемешивания м
аловязких жидкостей
(вязкостью менее 50
мн·сек/
м
2
),
интенсификации процессов тепло
обмена, при проведении
химических реакций в
объ
еме и растворении.

Для процессов ра
створения
используют
листовые мешалки с отверстиям
и в лопастях. При вращении такой мешалки на выходе из
отверстий образуются струи, способствующие р
астворению твердых материалов.

Основные размеры лопастных мешалок из
меняются в зависимости от вязкости
среды. Обычно для лопастных мешалок принимают следующие соотнош
ения размеров:
диаметр мешалки
d
= (0,66

0,9
)
·
D

(
D

-

внутренний диаметр аппарата), ширина лопасти
мешалки
b
= (0, 1

0
,2
)
·
D
,
высота уровня жидкости в сосуде
Н
= (0,8

1,3

D
,
расстояние
от мешалки до дна сосуда

h
<=0.3·
D
. Для листовых мешалок
d
= (0,3

0,5

D
,
b
= (0,5

1,0

D
,

h
=

(0,2

0,5)
·
D
.

Окружная скорость собственно лопастных и листовых мешалок в зависимости от
вязкости перемешиваемой среды может изменяться в
широких пределах (от 0,5

5,0
1/сек
),
причем с увеличением вязкости и ширины лопасти скорость
вращения мешалки
уменьшается.

При высоких скоростях вращения лопастных мешалок в аппарате устанавливают
отражательные перегородки. Листовые мешалки, как правило, б
ез отражательных
перегородок не применяют.

Пропеллерные мешалки. Рабочей
частью пропеллерной мешал
ки является
пропеллер (рис.5
) устройство с несколькими фасонными лопастями, изогнутыми по
профилю гребного винта. Наибольшее распространение получили трехлопа
стные
пропеллеры. На валу мешалки, который может быть расположен вертикально,
горизонтально или наклонно, в зависимости от высоты слоя жидкости один или несколько
пропеллеров.








Рис.5. Пропеллерная мешалка


Вследствие более обтекаемой формы пропеллер
ные мешалки при одинаковом
числе Рейнольдса потребляют меньшую мощность, чем ме
шалки прочих типов
. Переход в
автомодельную область для них наблюдается при относительно низких значениях
критерия Рейнольдса (
Re
=10). К достоинствам пропеллерных мешалок следуе
т отнести
также относительно высокую скорость вращения
и
возможность непосредственного

присоединения мешалки к электродвигателю, что приводит к уменьшению механических
потерь.

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. Их эффективность силь
но зависит от формы аппарата и
расположения в нем мешалки. Пропеллерные Мешалки следует применять в
цилиндрических аппаратах с выпуклыми днищами. При ус
тановке их в
прямоугольных
баках или а
ппаратах с плоскими или вогнуты
ми днищами интенсивность перемешива
ния
падает вследств
ие образования застойных зон.









Рис.6. Пропеллерная мешалка с диффузором.

1

корпус аппарата; 2

в
ал; 3

пропеллер; 4

диффузор


Для улучшения п
еремешивания больших объемов жидкостей и организации
направ
ленного течения жидкости (при большом отношении высоты к диаметру апп
арата)
в сосудах устанавливают направляю
щ
ий аппара
т
, или диффузо
р
(рис.6
). Д
иффузор
п
редставляет собой короткий цилин
др
ический или конический стакан, в
нутри которого
помещают мешалку. При
больших скоростях вращения мешалки в отсутствие диффузора
в аппарате устанавлив
ают отражательные перегородки.

Пропеллерные мешалки применяют для перемешивания жидкостей вязкостью не
более

10
3

мн·
сек/м
2
,
для растворения, образования
взвесей, быстрого пер
емешивания,
проведения химических реакций в жидкой среде,
образования маловязких эмульси
й и
гомогениза
ции больших объемов жидкости.

Для пропеллерных меш
алок прини
мают следующие соотношения основ
ных
размеров: диаметр мешалки
d
=
(
0
,2

0,5)
D
,
шаг винта
s
=
(1
,0

3,0)
D
,
рассто
яние от
меш
алки до дна сосуда
h

= (0,5

1,0
)
d
, высота уровня жидкости в сосуде Н = (
0
,8

1,2)
D
.
Число оборотов пропеллерных мешалок достигает 40 в секунду, окружная скорость


1
5
м/с
ек.

Турбинные мешалки.
Эти мешалки имеют форму колес водяных

турбин с
плоскими, наклонными или криволинейными лопатками, укрепленными, как правило,
на
вертикальном валу (рис.7
).










Рис.7. Турбинные мешалки:

а

открытая с прямыми лопатками; б
-
открытая с кривыми лопатками; в
-
открытая с
наклон
ными лопатками; г

закрытая с направляющим аппаратом; 1

турбинная мешалка;
2


направляющий аппарат


В апп
аратах с турбинными мешалками создаю
тся преимущественно радиальные п
ото
ки
ж
идкости. При
работе турбинных мешалок с больш
им числом оборотов наряду с

радиальным потоком возможно возникновение тангенциального (кругового) течения
содержимого аппарата и образование воронки. В этом случае в аппарате устанавливают
отражательные перегородки. Закрытые т
ур
бинные мешалки (рис.7, г
) в отличие о
т
открытых (рис.7,
а, б, в
)
создают более четко выраженный радиальный поток. Закрытые
а

б

в

г

мешалки имеют два диска с отверстиями в центре для прохода жидкости; диски
сверху и
снизу прива
риваются к плоским лопастям. Жидкость
п
оступает в мешалку параллельно
оси вала, выбрасывается
мешалкой в радиальном направлении и достигает наиболее
удаленных точек аппарата. Турбинные мешалки обеспечивают интенсивное
перемешивание
во всем объеме
аппарата.

При больших значениях отношения высоты к диаметру аппарата применяю
многорядны
е
турбинные ме
шалки.

Мощность, потребляемая
ту
рбинными мешалками, работающим в аппаратах с
отражательны
м
и перегородками, при

турбулентном режиме перемешивания практически
не зависит от вязкости среды. Поэтому
мешалк
и этого типа могут применяться для
смесей, вязкость кот
орых во время перемешивания изменяется.

Турбинные мешалки широко применяют для образования
взвесей (размер частиц
для закрытых мешалок может достигать 25
мм
)

растворения, при проведении химической
реакции, абсорбции газов
и
интенсификации теплообмена. Д
ля
перемешивания в больших
объемах (например, при гомогенизации жидкостей в хранилищах, объем которых
достигает 2500
м
3

и более) турбинные меш
алки менее пригодны, чем пропеллерны
е
мешалки или сопла.

В зависимости от о
бласти применения турбинные мешалки обычн
о имеют диаметр
d
= (0,15

0,65)
D
при отношении высоты уровня жидкости к диаметру аппара
та не более
двух. При бо
льших значениях этого отношения и
спользуют многорядные мешалки.

Число оборотов
мешалки колеблется в
пределах 2

5 в секунду,
а окружная
скорость с
оставляет
3
-

8
м/сек.














ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ЖИДКИХ СРЕДАХ

Н.И. Гельперин «Основные процессы и аппараты

химической технологии» часть 1, стр. 177
-
182


Наиболее простыми являются лопастные мешалки (рис.1,а
),
состоящие из ряда
вертикальных лопастей п
рямо
угольной формы, прикрепленных к валу. Основные
размеры:
H
/
D
=0,8

l
,3;
d
/
D
=
0,7

0,9;
b
/
D

= 0,06

0,1;
h
1
/
D

= 0,1;

h
2
/
d
=
2;
h
3
/
d

= 0,3.


















а

б

















в

г


Рис.1. Механические мешалки тихоходные:

а

лопастная; б

листова
я; в

якорная; г

якорно
-
лопастная (рамная); 1

аппарат; 2


лопасти; 3

от
ражательное ребро; 4

ось вала


В аппаратах большой высоты на валу располагают несколько пар лопастей,
повернутых относи
тельно друг друга на 90°, с рас
стоянием между ними, рав
ным (0,3

0,8)
d
.
Здесь преобладает радиальное перемещение жидкости, причем последняя вовлека
-
ется вращающимися лопастями во вращательное движение и свободная поверхность
уровня и приобретает форму, близкую к параболоиду вращения. Осевая составляющая
движен
ия жидкости очень мала, ее циркуляция в аппарате незначительна и
пе
ремешивание происходит с неболь
шой интенсивностью. Большая площадь свободной
поверхности уровня способствует всасыванию воздуха. Во избежание большой глубины
воронки (высоты параболоида) ок
ружная скорость на концах вращающихся лопастей на
практике редко превышает 1 м/с. Для ликвидации воронки
часто устанавливают по
образую
щей аппарата 2

4 плоских отражательных ребра шириной
с
= 0,1
D
и высотой
h
2

=
2
d
.
Ребра несколько интенсифицируют процесс
перемешивания, но вызывают рост
расхода энергии в 1,3

1,5 раза. Низкая интенсивность перемешивания ограничи
вает
область применения лопастных мешалок жидкостями с вязкостью
не более
50

Па·с
.
Некотор
ое повышение интенсивности пере
мешивания может быть достиг
нуто отгибом
лопастей под углом 30

45° к оси вала за счет усиления осевого потока.

Разновидностями лопастных мешалок являются листовые (Рис.1, б), якорные
(Рис.1,
в),
якорно
-
лопастные, или рамные (Рис.1,
г)
мешалки, основные размеры которых
при
ведены в сл
едующей таблице:


Мешалки

d/D

b/d

h
1
/
D

e/D

f/D

Листовые

Якорные

Якорно
-
лопастные (рам
-
ные)

0,5

0,9

0,98
0,9

0,98

0,9

1,0
0,5

0,90
0,5

0,90

0,1

0,01

0,05
0,01

0,05



0,06

0,06





0,15


Листовые мешалки можно рассматривать как лопастные с большой высотой
лопасти. Они, однако, сообщают вращательное движение большему объему жидкости,
поэтому используются в аппаратах, всегда снабженны
х отражательными ребрами.
Интен
сивность перемешивания несколько усиливается, если просверлить в листовых
лопастях отверстия. Ли
стовые мешалки применимы для маловязких жидкостей (до 50

Па·с) и непригодны для пере
мешивания суспензий.

Якорные мешалки, создающие преимущественно танген
циальное движение,
используют в случае более вязких жидкостей (

100

Па·с
), особенно при необходимости
интенсифицировать движение слоя жидкости вблизи стенки аппарата. Отражательные
ребра устанавливают выше уровня самой мешалки, причем во избежание возникновения
застойных зон возле ребер последние располагают на расстоянии (0,1

1,0)
e
от стенки
аппарата. Окружная скорость листовых и якорных мешалок обычно не превышает 1 м/с.



















Рис.2. Механические мешалки быстроходные:

а

пропеллерная; б

турбинная; в

закрытое лопастное колесо; 1

аппарат; 2

рабоче
е
колесо; 3

вал;
4

соосный цилиндр (диффузор)


Для интенсивного перемешивания жидкостей с вязкостью до 10
Па·с
широко
испо
льзуются быстроходные пропеллер
ные мешалки, окружная скорость которых
достигает 10 м/с. Рабочим органом этой мешалки являются лопа
сти (от 2 до 6) с
непрерывно изменяющимся наклоном, прикрепленные к втулке; по внешнему виду
мешалка похожа на пропеллер самолета или гребной винт (Рис.2,
а).
Мешалка сидит на
валу, часто соеди
ненном непосредственно с электромотором, и при своем вращении
создает радиальное и осевое движение жидкости (наряду с
враща
тельным). В результате
возникают циркуляционные потоки жидкости, схематически показанные на
Рис.2, а.
Объем цирку
лирующей жидкости в единицу времени является важной характе
ристикой
мешалки и наз
ывается насосным эффектом
V
M
.
Последний уменьшается с ростом
вязкости жидкости, понижая эффективность мешалки.

Вследствие вращательного движения жидкости в центральной части аппарата
образуется воронка, которая может быть устранена путем прикрепления к вну
трен
ней
поверхности аппарата отража
тельных ребер.

а

б

в

Осевое движение жидкости и величина
V
M
могут быть значи
тельно повышены
путем размещения мешалки внутри соосного цилиндра (показан пунктиром на
рис.2
, а); в
этом случае мешалка подобна осевому насосу.

В прак
тике приняты следующие основные размеры пропел
лерных мешалок:
d
/
D
=
0,15

0,40;
s
/
d

= 1

2;
h
2
/
D
= 0,8

1,6;

h
1
/
d

=
1,2

2,0, где
s


шаг винта.

При большой высоте перемешиваемого объема
(
H
/
D

> 2) на валу размещают
несколько пропеллеров, всасывающих и выбрас
ы
вающих жидкость в одинаковых
направлениях. В пространстве между двумя соседними пропеллерами происходит
особенно интен
сивное перемешивание благодаря встречному движению всасы
ваемого и
выбрасываемого потоков.

Пропеллерные мешалки рекомендуют для перемеш
ивания и образования
маловязких эмульсий, для процессов растворения и химического превращения, для
получения тонких суспензий (размер твердых частиц не более 0,5 мм) с объемной
концентрацией твердой фазы не более 8

10%, для диспергирования газов в жидкостя
х.

К числу быстроходных относятся также турбинные мешалки, которые чаще всего
состоят из набора (от 4 до 12) верти
кальных лопастей прямоугольной формы,
прикрепленных радиально к горизонтальному диску (
Рис.2
,
б)
или непосред
ственно к
ступице. При вращении
этого лопастного колеса в его центральной части, как и у
центробежных насосов, создается

разрежение, а на периферии

избыточный напор.
Благодаря этому, отброшенная к стенкам аппарата жидкость разделяется на два потока
(вверх и вниз), которые устремляются
(всасываются) в центральную часть колеса с обеих
его сторон. В результате возникают два циркуляционных потока, способствующие
переме
шиванию жидкости (
Рис.2
,
б).
Интенсивность циркуляции падает с увеличением
вяз
кости жидкости и прибли
жением мешалки к дн
ищу аппарата.

Турбинные мешалки применяются в
сочетании с отражательными реб
рами, а при
необходимости усиления осевого движения

жидкости лопастное колесо размещают,
подобно пропеллерам, внутри соосной трубы (диффузора) или лопатки располагают с
наклоном д
о 45° к оси вала. Вязкость перемешиваемых жидкостей доходит до 100

Па·с
;
при более высокой вязкости целесообразно применять лопатки, изогнутые по окружности
или спирали. Наконец, лопасти могут быть закрытыми и тогда турбинная ме
шалка
аналогична колесу це
нтробежного насоса с двусторонним всасыванием жидкости (рис.2,
в). Турбинные мешалки изготов
ляют со следующими относительными размерами:
d
/
D
=
0,70

0,35;
b
/
d
= 0,2

0,3;
d
/
b
=
1,0;
h
1
/
d
=
0,5

1,0. Области применения турбин
ных и
лопастных мешалок большей ч
астью совпадают, но первые эффективнее для
диспергирования жидкостей и газов в жидкостях, а также при вязкости перемешиваемых
жидкостей более 10 Па·с. В случае
H
/
D
>2 на валу располагается несколько турбинных
ме
ш
алок. Для перемешивания высоковязких жидкосте
й используются шнековые (рис.3, а)
и ленточные (рис.3,
б)
мешалки; первые до
вязкости
500

Па·с
, а вторые
-
до 3000

Па·с
. У
шнековых мешалок
d
/
D
=
0,65,
s
/
d

= 1,4; у ленточных
d
/
D
=
0,94 и
s
/
d

= 1,1 , где
s


шаг
винтовой линии (ширина ленты
b
=
0,1
d
).
















Рис.3. Шнековая (а) и ленточная (б) мешалки



БАРБОТАЖНОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И СУСПЕНЗИЙ


Барботажным называется метод перемешивания жидкостей и суспензий путем
пропускания через их объем потока диспергированного газа. Применение э
того метода
особенно целесообразно в тех случаях, когда газ или отдельные его компоненты
(например, кислород
воздуха) должны вступать в хими
ческую реакцию с
перемешиваемой жидкостью. Барботажный метод, широко используется в процессах
массообмена между жидк
остями и газами ил
и парами, где, благодаря диспер
гированию
последних, наряду с перемешиванием достигается большая межфазная поверхность.

Важным условием эффективной работы барботажного перемешивающего
устройства является равномерное распределение дисперги
рованного потока газа по
поперечному сечению аппарата.

При небольших диаметрах последнего это условие обеспечивается при помощи
горизонтальной перфорирован
ной решетки с мелкими отверстиями или пористой плиты
(
рис.4
,
а).
В аппаратах средних размеров
целесо
образно пользоваться труб
чатым
барботером (
рис.4
, б), т. е. трубой, изогнутой в форме спирали, с просверленными в ее
стенках отверстиями. В аппаратах больших размеров и при более вязких жидкостях
а

б

пользуются сочетанием барботера и лопастной, мешалки (
рис.4
,

в);
последняя имеет в
качестве лопастей трубы с перфорированными стенками. Аппараты средних и больших
размеров часто снабжаются внутренними (
рис.4
,
г)
или наруж
ными (
рис.4
,
д)
циркуля
ционными перемешивающими устрой
ствами. В обоих случаях циркуляция
жидко
с
ти создается благодаря образова
нию в подъемных трубах газожидкостной смеси,
имеющей меньшую плотность, чем жидкость.
































Рис.4. Схемы барботажных перемешивающих устройств:

а

аппарат с сетчатым
распределителем; б

аппарат со спиральным трубчатым
барботером; в

сочетание трубчатого барботера с лопастной мешалкой; г

аппарат с
внутренней циркуляционной трубой; д

аппарат с внешней циркуляционной трубой; 1


аппарат; 2

газораспреде
литель; 3,4

вход и выход газа


Достоинствами барботажного перемеши
вания являются отсутствие движу
щихся
частей, простота устройства и легкость поддержания тв
ердой фазы суспен
зий во
взвешенном состоянии. Недостатки эт
ого метода: большой расход энер
гии на получение
сжа
того газа и его применимо
сть только для маловязких жидко
стей. Интенсивность
перемешивания при прочих равных условиях возрастает и удельный расход воздуха
падает по мере увеличения высоты слоя жидкости.

а


б

в

г

д

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ЖИДКИХ СРЕДА

Ю.И. Дытнерский «Процессы
и аппараты

химической технологии» часть 1, стр. 155
-
160


По скорости вращения мешалки условно подразделяют на две группы: тихоходные
(якорные, рамные и другие, у которых окружная скорость концов лопастей примерно 1
м/с) и быстроходные (пропеллерные, тур
бинные и другие, у которых окружная скорость
порядка 10 м/с).

Иногда мешалки классифицируют по направлению основного потока жидкости
(тангенциальное, радиальное, аксиальное), но этот вид классификации мешалок не
получил широкого распространения ввиду трудн
ости в ряде случаев определения
распределения скоростей движения жидкости в аппарате.

Обычно аппарат для перемешивания представляет собой вертикальный сосуд с
мешалкой, ось вращения которой совпадает с осью аппарата (рис.1).























Рис.1. А
ппарат с мешалкой:

1

двигатель с приводом; 2

крышка; 3

вал мешалки; 4

штуцер для подачи сжатого
газа; 5

корпус; 6 и 11

штуцеры входа и выхода теплоносителя; 7

рубашка; 8


отражательная перегородка; 9

днище; 10

мешалка; 12

штуцер слива
продукта; 13


труба передавлив
ания


В зависимости от условий проведения того или иного процесса объем аппарата с
мешалкой может составлять от нескольких долей до нескольких тысяч кубических
метров. Основными узлами таких аппаратов являются корпус, привод
и вал с мешалкой.

Корпус аппарата обычно состоит из вертикальной цилиндрической обечайки 5,
крышки 2, на которой установлен привод мешалки 1, и днища 9. Аппараты, рабочее
давление в которых отличается от атмосферного, имеют, как правило, эллиптические
днищ
а и крышки, при чем в аппаратах большого диаметра крышки и днища выполняются
неразъемными (цельносваренными с корпусом), а для внутреннего осмотра и чистки
таких аппаратов на крышке устанавливают люк достаточно большого диаметра. На
крышке размещают также
патрубки 4 и 11 для подвода и отвода веществ, подачи сжатого
газа, установки контрольно
-
измерительных приборов и т.п. Для подвода и отвода теплоты
корпус аппарата снабжают рубашкой 7. Приводом перемешивающего устройства обычно
служит электродвигатель, соед
иненный с валом мешалки прямой или понижающей
передачей. Для уменьшения частоты вращения вала мешалки по сравнению с валом
электродвигателя применяют различные по устройству редукторы.

Конструктивным элементом, непосредственно предназначенным для приведени
я
жидкости в движение, является мешалка. Как показывает практика, большинство задач
перемешивания может быть успешно решено путем использования ограниченного
количества конструкций мешалок. При этом существуют наиболее характерные области
применения и ди
апазоны геометрических соотношений отдельных типов мешалок. Для
перемешивания высоко вязких сред при ламинарном режиме используют ленточные,
скребковые и шнековые мешалки (рис.2). Скребковые мешалки применяют
преимущественно для интенсификации теплообмена
; скребки крепят с помощью пружин,
тем самым, обеспечивая плотное прилегание их к стенкам аппарата.











Рис.2. Мешалки для перемешивания высоковязких сред:

ленточная; скребковая;
шнековая с направляющей трубой

Для перемешивания жидкостей сравнител
ьно не высокой вязкости (обычно при
подводе теплоты, т.е. в аппаратах с рубашкой) применяются тихоходные мешалки (рис.3).













Рис. 3. Мешалки для перемешивания сред средней вязкости:

якорная; рамная


Отношение
D
a
/
d
м
у этих мешалок не велико (1,05


1,25), поэтому их часто используют
при перемешивании суспензий, частицы которых характеризуются склонность к
налипанию на стенки.
























Р
ис.4. Быстроходные мешалки:

а

пропеллерная; б

двухлопастная; в

трехлопаст
ная; г

турбинная открытая;

д

турбинная закрытая; е

фрезерная.

а

б

в

г

д

е

Быстроходные лопастные, турбинные, пропеллерные мешалки (рис.4) обычно
имеют отношение
D
a
/
d
м

≥ 1,5.
они различаются способностью создавать осевое
циркуляционное течение. В аппаратах без в
нутренних устройств эти мешалки
обеспечивают насосный эффект, вдвое превышающий насосный эффект обычных
мешалок.

Следует отметить, что целесообразность использования мешалок тех или иных
конструкций часто определяется особенностями технологии их изготовлен
ия. Например,
при гуммировании или эмалировании мешалок наличие острых углов и кромок
препятствует образованию надежного покрытия. Для гуммирования удобны лопастные
мешалки, а для эмалирования

мешалки из сплющенных труб. За последние годы из
новых констр
укций мешалок в практику перемешивания прочно вошли только
эмалированные мешалки из сплошных труб и фрезерные. Фрезерная мешалка
обеспечивает высокую разность скоростей лопастей мешалки и потока обтекающей их
жидкости.

Они применяются в основном для пригот
овления тонких суспензий.

Интенсивность перемешивания зависит от наличия внутренних неподвижных
устройств. По функциональному значению эти устройства можно подразделить: 1) для
организации потока; 2) теплообменные; 3) технологические трубопроводы для пода
чи
(жидких и газообразных компонентов) и трубопроводы для размещения контрольно
измерительных приборов.

Для организации потока наиболее часто используют отражательные перегородки,
основное назначение которых

уменьшение окружной составляющей скорости при
соответствующем увеличении осевой и радиальной составляющих. Для увеличения в
аппарате насосного эффекта служат направляющие трубы (диффузоры). Их применяют
как при ламинарном, так и при турбулентном режиме перемешивания, причем в первом
случае в сочетании
со шнековыми, а во втором

с пропеллерными мешалками.

В качестве внутренних теплообменных устройств в аппаратах объемом менее 5 м
3

змеевик обычно устанавливают соосно с валом перемешивающего устройства, а в
аппаратах большого объема может быть использова
но несколько змеевиков,
расположенных по периферии.






ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ


Этот способ перемешивания осуществляется пропусканием через жидкость потока
газа (обычно воздуха) или пара. Пневматическое перемешивание позволяет проводить
технологичес
кие процессы при отсутствии в аппарате движущихся частей и с
относительно низкими эксплутационными характеристиками. Работа при воздушном
перемешивании производится за счет сжатого воздуха.























а

б

в


Рис.5. Принципиальные схемы перем
ешивания с помощью сжатого газа:

а

с центральным барботером; б

с газлифтной (эрлифтной) трубой; в


кожухотрубчатый аппарат с газлифтными трубами и циркуляционной трубой; 1


газлифтные трубы; 2
-
циркуляционная труба; 3

трубные решетки; Ж

жидкост
ь; Г


газ; Т

тепл
оноситель


При введении воздуха в нижнюю часть аппарата в последнем создается эрлифт,
обеспечивающий интенсивно перемешивание жидкости (рис. 5). Чем выше по высоте
аппарата возводится воздух, тем меньше затраты на его сжатие. Поэтому в
оздух выгоднее
вводить на небольшой глубине, т.е. использовать для пневматического перемешивания
широкие, но низкие аппараты.

Для интенсификации воздушного перемешивания в аппаратах устанавливают
циркуляторы

газлифтные (эрлифтные) трубы, создающие многок
ратную циркуляцию
жидкости в аппарате. Газлифтную трубу, открытую с обоих концов, устанавливают в
центре аппарата. Воздух подают внутрь циркулятора, причем чем больше создаваемый
восходящий поток, тем лучше перемешивание.

Для отвода и подвода теплоты разра
ботаны кожухотрубчатые газлифтные
аппараты.
































Приложенные файлы

  • pdf 26737107
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий