Мощность мешалки

При расчете потребляемой мощности, во-первых, определяют полезную мощность, сообщаемую валу.

Для описания процесса используют модифицированные критерии Re_м, E_r, E_u.

В выражение этих критериев входит окружная скорость, которая пропорциональна числу оборотов и диаметру мешалки.

(82)

В критерий Эйлера входит величина ∆р, которая показывает разность давлений между плоскостями лопасти мешалки (со стороны набегания жидкости и противоположной). Этот перепад давлений преодолевается усилием Р, которое приложено к валу мешалки, по величине пропорционально полезной мощности, сообщаемой жидкости N:

(83)

Перепад давления можно заменить пропорциональной величиной:

(84)

F – площадь, на которой распределено усилие Р; F~d².

Тогда критерий E_u преобразуется следующим образом:

(85)

К_N – называется критерием мощности.

Критерий F_r отражает действие сил тяжести, влияние которых выражается в образовании воронки. Если используются отражательные перегородки, то критерий F_r можно исключить.

Значения коэффициентов в уравнениях указываются в таблицах в зависимости от типа мешалки и ее геометрии (Таблица XXI Павлов).

Чаще используют график К_N=f(Re_м), построенный для каждого вида мешалок.

Если перемешивается гетерогенная смесь, то в уравнение подставляют характеристики дисперсной фазы или смеси.

Характеристики построены, исходя из условия равенства высоты слоя жидкости диаметру аппарата. Если это условие не выполняется, то рассчитанное значение мощности умножают на поправочный коэффициент k:

(86)

Также необходимо увеличить мощность в 1,1 раза, если в аппарате установлены внутренние устройства или шероховатые стенки.

Зная полезную мощность, определяют мощность на валу электродвигателя:

(87)

η – кпд передачи.

Двигатель выбирают с учетом пускового момента, в который мощность может превышать N на валу в 2 раза.

Выбор числа оборотов мешалки

Выбор осуществляют по критериальному уравнению в зависимости от вида процесса, типа и конструкции мешалки, режима процесса. Эмпирические константы и показатели степени определяются по таблице.

По виду процесса выделяют следующие:

1. Приготовление суспензий:

(88)

d_ч – диаметр частиц; D – диаметр аппарата.

2. Эмульгирование жидкостей:

(89)

W_ем – модифицированный критерий Вебера, показывающий отношение сил инерции и сил поверхностного натяжения:

3. Гомогенизация жидкостей – т.е. выравнивание градиентов концентраций и температур:

τ – время достижения заданной степени однородности;

С_τ – выбирают по таблице.

Конструкции мешалок

Мешалки подразделяют по скорости вращения:

• тихоходные (скорость концов лопастей ≈1 м/с);

• Быстроходные (окружная скорость ≈10 м/с).

Иногда Мешалки классифицируют по направлению основного потока жидкости.

Основными узлами аппаратов с мешалкой являются: корпус, привод и вал с мешалкой.

Во избежание образования застойных зон днище как правило выполняют эллиптическим (особенно при ↑ р). Для подвода или отвода Q аппарат снабжают рубашкой. Приводом служит электродвигатель, который соединен с валом прямой или понижающей передачей.

Наиболее существенной является классификация по конструкции мешалки, которая определяет области применения:

1. ленточные, скребковые, шнековые – тихоходные мешалки, которые используют для перемешивания высоковязких сред;

2. якорные, рамные – для перемешивания сред невысокой вязкости, при приготовлении суспензий. Т.к. D/d_м невелико, то их часто используют при перемешивании сред, склонных к налипанию;

3. быстроходные: лопастные турбинные, пропеллерные – (D/d_м≥1,5) – создают осевой циркуляционный поток и обеспечивают высокий насосный эффект;

4. фрезерная мешалка имеет лопасти в форме зубцов, обеспечивает высокую разность скоростей лопастей мешалки и обтекающего их потока жидкости. Используют для приготовления тонкодисперсных суспензий.

На интенсивность перемешивания влияют внутренние неподвижные устройства, которые по функциональному признаку делятся на 3 группы:

1. для организации потока – отражательные перегородки (w_окр ↓, w_p и w_ос ↑), дифузоры (V₀,V_p ↑) применяют со шнековыми (тихоходными и пропеллерными мешалками);

2. теплообменные – змеевики, которые устанавливают соосно с винтом мешалки;

3. трубопроводы для подвода газообразных и жидких компонентов, измерительной установки аппаратуры.