Перемешивание жидких сред

   Федеральное агентство по образованию

   Государственное образовательное  учреждение высшего  профессионального  образования

   Казанский государственный  технологический  университет 

   Кафедра Процессов и аппаратов  химической технологии 
 
 
 
 
 
 
 
 

   СРС на тему:

   Перемешивание жидких сред 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Механическое  перемешивание 

   ДВИЖЕНИЕ  ЖИДКОСТИ В АППАРАТЕ С МЕШАЛКОЙ 

   В промышленности для  перемешивания в  основном используют механические мешалки с вращательным движением. При работе таких мешалок возникает сложное трёхмерное течение жидкости (тангенциальное, радиальное, аксиальное) с преобладающей окружной составляющей скорости. Тангенциальное течение, образующееся при работе всех типов мешалок, является первичным.

   Сопоставление теоретической и  экспериментальной  кривой тангенциальных скоростей жидкости в аппарате с вращающейся мешалкой (рис. 7-1) показывает, что существует некоторая переходная область II между областью центрального вихря I и периферийной областью III. 

   

   

     
 

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

   

   

   Под действием центробежной силы, возникающей при вращении любого типа мешалки с достаточно большой частотой, жидкость стекает с лопастей в радиальном направлении. Дойдя до стенки сосуда, этот поток делится на два: один движется вверх, другой – вниз. Возникновение радиального течения приводит к тому, что в переходной области создаётся зона пониженного давления, куда и устремляется жидкость, текущая от свободной поверхности жидкости и от дна сосуда, т. е. возникает аксиальный (осевой) поток, движущийся в верхней части сосуда сверху вниз к мешалке. Таким образом, в аппарате создаётся устойчивое аксиальное течение, или устойчивая циркуляция (рис. 7-2)

   При работе вращающихся  механических мешалок  на поверхности жидкости возникает воронка, глубина которой  растёт с увеличением  частоты вращения мешалки (в пределе она может достигать дна сосуда). Это явление отрицательно сказывается на эффективности перемешивания и значительно снижает устойчивость работы мешалки. На глубину и форму воронки большое влияние оказывают диаметр мешалки и частота её вращения (рис. 7-3)

     
 

   РАСХОД  ЭНЕРГИИ НА ПЕРЕМЕШИВАНИЕ 

   Сила  сопротивления R жидкости, действующая на лопасть мешалки:

   R = ζF_лρω²/2, где F_л – площадь лопасти (рис. 7-4), равная произведению её ширины на удвоенный радиус r, т.е. F_л = 2br

   Величину  K_N = N/(ρn³d_M⁵) принято называть критерием мощности, или модифицированным критерием Эйлера (для мешалок); его называют также центробежным критерием Эйлера.

   Для наиболее распространённых типов мешалок  в литературе приводятся экспериментальные  кривые зависимости K_N от Re_M. Для некоторых мешалок эти кривые представлены на рис. 7-5.

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

   

   

   КОНСТРУКЦИИ МЕШАЛОК 

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

   Обычно  аппарат для перемешивания представляет собой вертикальный сосуд с мешалкой, ось вращения которой совпадает с осью аппарата (рис. 7-6). 
 
 
 
 
 

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Для перемешивания высоковязких сред при ламинарном режиме используют ленточные, ленточные, скребковые и шнековые мешалки (рис. 7-7 а, б, в). Для перемешивания жидкостей сравнительно невысокой вязкости (обычно при подводе теплоты, т. е. в аппарате с рубашкой) применяют тихоходные мешалки – якорные и рамные (рис. 7-7 г, д).

   

   

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Быстроходные  лопастные, турбинные, пропеллерные мешалки (рис. 7-8) различаются способностью создавать своё осевое циркуляционное течение. В аппаратах без внутренних устройств эти мешалки обеспечивают насосный эффект, вдвое превышающий насосный эффект обычных мешалок.

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

   

   

   Пневматическое  перемешивание 

   Этот  способ перемешивания  осуществляется пропусканием через жидкость потока газа (обычно воздуха) или пара. Пневматическое перемешивание позволяет проводить технологические процессы при отсутствии в аппарате движущихся частей и с относительно низкими эксплуатационными характеристиками.

   При введении воздуха  в нижнюю часть  аппарата в последнем создаётся эрлифт, обеспечивающий интенсивное перемешивание жидкости (рис. 7-9 а). Для интенсификации воздушного перемешивания в аппаратах устанавливают циркуляторы – газлифтные (эрлифтные) трубы, создающие многократную циркуляцию жидкости в аппарате (рис. 7-9 б). Для отвода или подвода теплоты разработаны кожухотрубчатые газлифтные аппараты (рис. 7-9 в).

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    
 
Другие способы  перемешивания 

   ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ЦИРКУЛЯЦИОННОМ КОНТУРЕ 

   В химической промышленности часто используют винтовые мешалки с направляющей трубой – диффузором (рис. 7-10). При этом в аппарате создаётся замкнутый циркуляционный контур, и винтовая мешалка практически служит насосом.

   Для создания циркуляционного  контура наряду с  аппаратами с диффузором используют так называемые петлевые реакторы (рис 7-11). Применение их целесообразно при проведении реакций с высоким удельным тепловыделением.