Перемешивание жидкостей.

Перемешивание жидкостей.

Перемешиванием называется процесс взаимного перемещения частиц в жидкой среде друг относительно друга с целью равномерного распределения во всем перемещаемом объеме

Процессы перемешивания широко применяются в химической и других отраслях промышленности для изготовления гомогенных растворов, суспензий, эмульсий и для интенсификации теплообменных и массообменных процессов, для ускорения химических реакций

Выбор метода перемешивания зависит главным образом от состояния перемешиваемых материалов, поэтому различают перемешивание в жидкой, сыпучей и пастообразной средах

Перемешивание осуществляется за счет подводимой извне механической энергии, которая расходуется на преодоление сил трения и сил взаимодействия между молекулами и частицами перемешивающихся сред. Механическая энергия для этого может подаваться различными способами, в связи с чем и различают перемешивание:

1. механическое

2. барботажное (пневматическое)

3. циркуляционное

4. перемешивание с помощью неподвижных устройств.

Барботажное перемешивание осуществляется путем пропускания через жидкую среду потока воздуха или газа, раздробленного на мелкие пузырьки. Пузырьки, поднимаясь и слое жидкости под действием Архимедовой силы, интенсивно перемешиваю» жидкость. Простейшим примером является воздушный барботер.

Барботирование применяется для перемешивания жидкостей, обладающих высокой химической активностью, поэтому очень быстро происходит разрушение механической мешалки.

Барботажные мешалки просты в устройстве, у них отсутствуют движущие части.

При расчете пневматических мешалок определяют необходимое давление, с которым подается газ и расход газа.

Необходимое давление рассчитывается по формуле:

H - высота столба жидкости

- плотность перемешиваемой жидкости.

- давление к аппарате. Расход определяют по справочнику в зависимости от размера барботера. Через 1м² поверхности аппарата пропускается 0.4 - 1.2 м³/мин газа

Циркуляционное перемешивание осуществляется путем создания многократных циркуляционных потоков жидкости в сосуде с помощью центробежного или струйного насоса Перемешивание происходит в колесе центробежного насоса и в его проточной части

Система: аппарат - насос.

Интенсивность перемешивания определяется кратностью циркуляции.

Кратность циркуляции - это отношение производительности насоса к объему аппарата

Механическое перемешивание (наиболее распространенное в промышленности) осуществляется при помощи мешалок различного типа. Каждая мешалка представляет собой туили иную комбинацию лопастей, насажанных на вал.

Различают следующие типы мешалок:

• лопастные

• пропеллерные

• турбинные

• специальные

Лопастные мешалки разделяются на:

1. собственно лопастные (для высоковязких сред)

2. листовые (для маловязких сред)
3 рамные

4. якорные (для высоковязких, способных налипать, сред)

5. Z образные (применяются в резиновой промышленности для перемешивания
клеев.

Пропеллерные мешалки в качестве рабочего органа имеют устройство, напоминающее гребной винт, лопасти которого укреплены на втулке, насажанной на вал. Диаметр лопастей d не должен превышать 0,2 - 0.33 диаметра корпуса D. Окружная скорость вращения до 15 м/с.

Пропеллерные мешалки применяются для создания эмульсий, тонких суспен­зий и аэрозолей путем диспергирования газа в дисперсионной среде.

Циркуляционные потоки жидкости приводят к образованию воронки

Турбинные мешалки в качестве рабочего органа имеют устройство, напоминающее колесо турби­ны. Колеса турбинной мешалки бывают открыты­ми и закрытыми. При вращении турбины создаю­тся два циркуляционных потока (зоны) в следст-. вии отбрасывания жидкости от колеса в радиаль-. ном направлении Турбинные мешалки являются быстроходными Они используют­ся для перемешивания вязких жидких масс, полу­чения эмульсий и суспензий с крупными тверды-, ми-частицами.

Для перемешивания неньютоновских и вязкопластичных сред используются шнековые и ленточные мешалки. Для сред с ;

Основные параметры процесса перемешивания.

Основными параметрами мешалок являются:

• мощность, потребляемая на перемешивание.

• эффективность перемешивания,

• интенсивность ее действия

Мощность мешалки характеризует количество энергии, подводимой в единицу времени к перемешиваемой жидкости

Эффективность –перемешивания характеризует качество проведения процесса перемешивания и может быть выражена через различные величины, например в процессе получения суспензии эффективность перемешивания определяется степенью равномерного распределения твердой фазы в объеме аппарата.

Интенсивность перемешивания определяется величиной энергии, вводимую в перемешивающуюся жидкость. Для экономичного проведения процесса необходимо, чтобы требуемый эффект перемешивания достигался за наиболее короткий промежуток

времени, т.е. с наименьшей затратой энергии. Очевидно, что время перемешивания будет
тем меньше, чем больше частота вращения мешалки. Следовательно, время
перемешивания будет обратно пропорционально час готе вращения мешалки t – C/n, где
С - const Например, для перемешивания гомогенных взаимнорастворимых жидкостей
справедливо соотношение: (tn)_min = C₁ = const. (С₁ - из таблицы), определено опытным
путем. Для различных сред эффективность перемешивания представляется
эмпирическими зависимостями, т.е. определение n_min для этих сред и входящие в эти
зависимости коэффициенты определены опытным путем для различных типов мешалок.
Например, для суспензий:

• С из справочника, в зависимости от типа мешалки

• d, - диаметр твердых частиц

• D - диаметр корпуса мешалки

• d- диаметр мешалки

Определение мощности, затрачиваемой на перемешивание жидкости.

Т.к. жидкость н мешалке циркулирует по определенному контуру, го ее мощность можно определить, как мощность жидкости, перекачиваемой насосом где.

Q - расход жидкости;

- разность давлений, создаваемая мешалкой

из уравнения неразрывности.

Можно считать, что площадь поперечного сечения потока жидкости в сосуде мешалки , а , из тогда

. Движение жидкости по трубам и каналам, когда действием силы тяжести пренебрегать нельзя, описывается критериальным уравнением Эйлера (обобщенным):

Eи = f(Re, Fr, Г₁ ,Г₂...).

Это уравнение применимо и к процессу перемешивания, но эти критерии записываются в преображенном, т.е. модифицированном виде:

- линейная скорость движения по каналам, которую при перемешивании определить практически невозможно, поэтому вкритерий Re подставляем вместо величину пропорциональную мешалки величину ~

где n – число оборотов мешалки.

d – диаметр мешалки

Тогда, подставив эти величины в критерии получим

Подставим в уравнение Е_{Им ,} получим

- критерий мощности

Обобщенное уравнение гидродинамики запишется:

K_N = f(Re_М, Fr_M, Г₁, Г₂...)

Без учета Fr_M, (т.е. при наличии отр-х перегородок):

K_N = f(Re_М, Г₁, Г₂...)

или

Значения A, m, n, р, q определяются опытным путем, в зависимости от типа мешалки, режима перемешивания, конструкции аппарата.

Для расчета мощности используется график зависимости критерия мощности от критерия Re:

Т.о. порядок определения мощности, потребляемой на перемешивание, будет следующим:

1 по соответствующим критериальным уравнениям находят п число, оборотов
мешалки

2 по определенному числу оборотов рассчитывают критерий

3 по графику определяют Kn. при этом предварительно задаются типом мешалки
4 по Kn определяют мощность, затраченную на перемешивание.

[кВт]

Энергия, расходуемая на перемешивание , где t – время перемешивания

Дата добавления: 2015-09-29