Основные критериальные зависимости процесса перемешивания

Перемешивание – это процесс многократного перемещения частиц текучей среды относительно друг друга во всем объеме аппарата, протекающий за счет импульса, передаваемого среде механической мешалкой, струей жидкости или газа. Процессы перемешивания широко применяются в химической и пищевой промышленности для приготовления суспензий, эмульсий и растворов, а также для ускорения тепловых, массообменных и химических процессов. На практике наиболее распространенным способом перемешивания является механический, который осуществляется с помощью вращающихся механических мешалок.

Основными характеристиками процессов перемешивания являются интенсивность и эффективность перемешивания. Интенсивность перемешивания определяется количеством энергии, подводимой к единице объема или к единице массы перемешиваемой среды в единицу времени.

Под эффективностью перемешивания понимают технологический эффект, характеризующий качество проведения процесса.

Мощность, затрачиваемая на перемешивание, зависит от целого ряда факторов: конструкции мешалки, аппарата и его внутренних устройств, физических свойств среды и числа оборотов вала мешалки.

Для описания процессов перемешивания широко используются критериальные зависимости. Если при перемешивании на поверхности жидкости не образуется воронка, то влияние силы тяжести на протекание процесса будет невелико.

Установлено, что расход мощности на перемешивание зависит также от вязкости жидкости, размеров аппарата – диаметра D, высоты слоя жидкости Н, расстояния мешалки от дна hм, следовательно, общая функция для определения расхода мощности будет выражаться следующим образом:

N=f (p, μ, g, n, d_M,D, H, h …) (5.52)

Порядок расчета мешалок:

1) выбирают тип мешалки;

2) выбирают диаметр мешалки и число оборотов;

3) определяют критерий Рейнольдса;

4) определяют критерий мощности по зависимости числа Рейнольдса;

5) определяют энергию, потребляемую мешалкой, по уравнению.

Достоинства мешалок:

– высокая эффективность;

– достаточно низкая потребляемая энергия.

Недостатки мешалок:

– сложность использования в сильно агрессивных средах;

– сложность изготовления уплотнительных устройств.

35. Перемешивание жидкостей и газов. Классификация и устройство насосов.

Многие жидкие и газообразные вещества транспортируются по технологическим трубопроводам. В систему трубопроводного транспорта входят трубопроводы, приемные и расходные резервуары, запорные устройства на трубопроводах, а также насосы, вентиляторы и компрессоры.

Насосом называется гидравлическая машина, служащая для перемещения жидкости и увеличения ее энергии. Насосы исполняются, как правило, в нагнетательных трубопроводах.

Насосы принято подразделять на три основные класса:

1. лопастные - к ним относятся центробежные, осевые, вихревые;

2. объемные - поршневые, ротационные, шестеренчатые;

3. струйные - собственно струйные, пневматические установки.

Наибольшее распространение получил центробежный насос.

В центробежном насосе всасывание происходит под действием центробежной силы, возникающей при вращении заключенного в спиралевидный корпус 4 колеса 1 с лопатками 2, которое насажано на вал. Корпус через патрубки подсоединен к всасывающему 5 и нагнетательному 6 трубопроводам.

Центробежный насос приводится во вращение от электродвигателя. Под действием центробежных сил жидкость отбрасывается от центра колеса к его периферии. В результате образуется разряжение (вакуум) во всасывающем патрубке и жидкость, находящаяся в приемном резервуаре под действием атмосферного давления непрерывно поступает в центробежный насос через всасывающий патрубок и далее в канал между лопатками в спиральный корпус, а оттуда в нагнетательный трубопровод. Так как канал корпуса и выходного диффузора переменного сечения, т. е. увеличиваются, то скорость жидкости уменьшается от первоначальной скорости до скорости нагнетания в нагнетательной трубе. При этом, согласно уравнению Бернулли, происходит преобразование скоростного напора или кинетической энергии в статический напор или потенциальную энергию, что способствует повышению давления в нагнетательной трубе. Насос не пускают пустым, то есть без жидкости.

Центробежные насосы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими насосами:

1. не сложны по устройству

2. компактны

3. отличаются простотой обслуживания

4. имеют равномерную подачу жидкости
Недостатки центробежных насосов:

1. возможность возникновения кавитации при перекачивании горячих и летучих жидкостей

Кавитация - вскипание потока жидкости в области пониженного давления с последующей конденсацией пузырьков пара в области повышенного давления. При конденсации в пузырьке создается вакуум и окружающая жидкость устремляясь в пространство создает гидравлический, удар. При этом возможно явление питтинга. Средство борьбы с кавитацией - уменьшение высоты всасывания, которая при нормальной температуре цоставляет 5-6 метров.

2. Объемные гидравлические машины - это поршневые, шестеренчатые, роторные насосы, работающие по принципу вытеснения жидкости рабочими движущимися органами из рабочей камеры насоса.

Поршневой насос состоит из цилиндра 1, поршня 3, кривошипно-шатуиного механизма 2, всасывающей трубы 4 с клапаном 5, нагнетательной трубы 6 с клапаном 7. Поршень с помощью кривошипно-шатунного * механизма совершает возвратно - поступательное движение: при движении поршня с лева на право происходит всасывание жидкости в камеру при открытом клапане 5 и закрытом клапане 7. При ходе справа налево происходит нагнетание жидкости в трубу 6. Применяется для подачи небольших количеств жидкостей, но при высоких давлениях.

Достоинство:

I способность всасывать вместе с жидкостью и воздух, что исключает необходимость предварительного наполнения жидкостью.

Недостатки:

1 не могут перекачивать суспензии и пасты или другие жидкости, содержащие
примеси твердых частиц.

2 Наличие кривошипно-шатунного механизма.

3 Наличие воздушных колпаков.

4 Наличие клапанов,

что делает их металлоемкими. Создают напор до 10-10 ⁴ м. вод. ст. и обеспечивают подачу до 150 м³/ч

3. Струйные насосы. В струйных насосах рабочая жидкость, проходя через сопло, получает большую кинетическую энергию, при этом на выходе из сопла давление в трубе падает, в результате в рабочей камере создается разряжение, в результате которого перемещаемая жидкость всасывается в камеру, в которой она захватывается рабочей жидкостью и выбрасывается в нагнетательную трубу.

Дата добавления: 2015-05-09