Расход энергии на перемешивание

При вращении мешалки затрачивается энергия на преодоление сопротивления движению лопастей в жидкости.

Мощность, затрачиваемая на перемешивание равна

(1)

Где ρ- плотность среды,

n- число оборотов мешалки, об/сек,

d - диаметр мешалки, м.

K_N – критерий мощности.

Из предыдущего уравнения определим показатель величины критерия мощности:

(2)

Величина критерия мощности K_N зависит от физических свойств жидкости (главным образом, от вязкости и плотности), скорости вращения мешалки и размеров аппарата. В соответствии с теорией подобия зависимость K_N определяющих факторов можно представить в следующем виде:

(3)

где — модифицированное число Рейнольдса;

— модифицированное число Фруда.

Коэффициент А и показатели степени α и βопределяются экспериментально для данного типа мешалок. Уравнение (3) используется для определение критерия мощности при найденном значении которого из уравнения (2) определяется необходимая мощность при выбранном режиме и конструктивных параметрах.

Если воронка отсутствует или мала (силой тяжести можно пренебречь), то число Фруда можно исключить из уравнения (. С увеличением числа Re_ц величина K_Nубывает, стремясь к постоянной величине около 0,005.Различают два режима перемешивания. Ламинарный режим Re_ц<30 соответствует малоинтенсивному перемешиванию. При увеличении числа оборотов возрастает сопротивление среды вращению Re_ц>100, При высокой Re_ц>10⁵ критерий мощности практически не зависит от критерия Re_ц . Эта область называется автомодельной, в ее пределах расход энергии определяется только инерционными силами.

БАРБОТАЖНОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ

Этот способ перемешивания применяют для маловязких жидкостей. В качестве перемешивающего агента используют воздух, водяной пар, азот и другие газы. При перемешивании этим способом в нижней части аппарата устанавливают барботер—устройство, обеспечивающее распределение газа (пара) по площади поперечного сечения аппарата (рис. XIX-8). Обычно в качестве барботера используют перфорированные трубы. Выходное сечение отверстий для выхода газа должно быть меньше сечения коллектора в несколько десятков раз, чтобы обеспечить достаточное сопротивление на выходе газа в жидкость и его более равномерное распределение по отдельным отверстиям. Желательно упорядочить движение жидкости, создавая восходящий поток в центральной части аппарата и нисходящий (опускной) поток у стенок аппарата. Для этого в центре аппарата необходимо установить специальную подъемную трубу.

i ' -.ill' '..1-

При использовании того или иного газа в качестве барботирующего агента необходимо учитывать возможность образования взрывоопасных смесей, а также взаимодействия перемешиваемого продукта с барботирующим газом.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

При гидравлическом способе перемешивания используют диафрагмовые, инжекторные и циркуляционные смесители.

Диафрагмовые смесители (рис. XIX-9) представляют собой систему диафрагм, установленных в трубопроводе, по которому перекачиваются смешиваемые жидкости. При прохождении потока через отверстия диафрагм происходит его турбулизация, приводящая к интенсивному перемешиванию перекачиваемых жидкостей.

В инжекторных смесителях (рис. XIX-10) одна из жидкостей с большой скоростью проходит через сопла, создавая разрежение окружающем сопла пространстве. Сюда подсасывается вторая жидкость, которая интенсивно перемешивается с первой. Скорость жидкости в соплах должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить необходимую подачу второй жидкости.

.

Рис. XIX-10. Инжекторный многотрубный смеситель

Циркуляционное перемешивание (рис. XIX-11) широко применяют в различных технологических системах. Циркуляционный насос забирает жидкость из резервуара (аппарата) и возвращает ее обратно в тот же сосуд. Поскольку насос может обеспечить высокие скорости движения жидкости (более 1 м/с) и необходимый объемный расход, представляется возможность достаточно быстро перемешать соответствующие потоки или обеспечить необходимые условия для протекания тепло- и массообменных процессов.

Рис. XIX-11. Смеситель циркуляционного типа:

1— циркуляционный насос; 2 — резервуар.

Специальные методы перемешивания. Наряду с аппаратами традиционной конструкции в промышленности используют также аппараты или перемешивающие устройства специальных конструк­ций. К ним можно отнести устройства для вибрационного и пульса-ционного перемешивания.

Вибрационные мешалки выполняют в форме дисков, закрепленных на вертикальных штангах и совершающих возвратно-поступательное движение. Пульсационное перемешивающее устройство представляет собой камеру с распределительной полостью и системой сопел, погруженных в аппарат. Эта камера соединена с пульсатором-устройством, генерирующим пульсации давления газа.

Для смешения потоков жидкостей различного состава в последнее время начали применять статические смесители - устройства, не содержащие подвижных частей и устанавливаемые непосредственно на трубопроводах. Действие таких устройств основано на использо­вании энергии потока для создания высоких локальных напряжений сдвига. С этой целью в смесительной секции устанавливают различные турбулизующие вставки (например, в виде спирали).

Рис. 7-11. Петлевой реактор:

1-винтовая мешалка (осевой насос); 2 -корпус; 3- рубашка; Т - теплоноситель; Ж-перемеши­ваемая жидкость