Лекція № 15
Перемішування в рідких середовищах
Перемішування використовується :
• для приготування однорідних суспензій або емульсій;
• для отримання гомогенних систем (наприклад розчинення);
• для інтенсифікації процесів теплопередачі при нагріванні або охолодженні середовищ;
• для інтенсифікації процесів масообміну .
Способи перемішування
Способи перемішування розрізняють в залежності від методу підведення енергії в середовища, що перемішуються:
а) механічне
б) пневматичне
в) інерційне в потоці рідини
г) циркуляційне
Механічне перемішування зводиться до переміщення одних часток середовища відносно інших за допомогою механічних мішалок. Мішалки розрізняють за конструктивними особливостями та швидкохідністю. Механічне перемішування найбільш універсальний та широко застосований спосіб.
Пневматичне перемішування (барботажне) здійснюється за рахунок енергії газового середовища, що подається в рідину через спеціальний пристрій (барботер). Цей спосіб більш енергомісткий і його доцільно використовувати в агресивних середовищах, або коли одночасно з перемішуванням відбувається насичення рідини киснем повітря (біохімічні процеси) або іншим газом, що вступає в хімічну взаємодію (сульфування, хлорування, нітрування).
Недоліком процесу є утворення на поверхні піни, винос частинок (часто агресивних) у вигляді туману, підвищена витрата електроенергії за рахунок роботи компресорів.
Інерційне в потоці рідини здійснюється в трубопроводах за рахунок зміни напрямку потоку або штучної турбулізації при використанні спеціальних вставок або насадок.
Використовується для розчинення дрібних частинок, що рухаються в потоці. Недоліком є збільшення втрат енергії на транспортування за рахунок зростання втрат напору на тертя та місцеві опори.
Циркуляційне перемішування проводять за допомогою вмонтованих або винесених насосів, які багаторазово переміщають рідину в об’ємі апарату. Застосовують для підтримування рівномірного розподілу частинок в рідині, або вирівнювання концентрації та температури в об’ємі апарату.
Менш вживані спеціальні способи перемішування – вібраційні, пульсаційні, акустичні (або ультразвукові).
Характеристики процесів перемішування.
До показників, що характеризують процеси перемішування відносяться ступінь (або однорідність) перемішування, інтенсивність та ефективність процесу.
Ступінь (однорідність) характеризується рівномірністю розподілу фаз в системі після проведення процесу і визначає якість перемішування. Наприклад, для суспензій або емульсій порівнюють об’ємну концентрацію в різних точках об’єму у різні проміжки часу.
Інтенсивність визначає швидкість досягнення поставленої мети перемішування, характеризується часом проведення процесу і залежить від питомої витрати енергії qv
,
(1)
де N [кВт] – введена енергія, V – об’єм середовища.
Чим вища інтенсивність перемішування, тим менший час необхідний для досягнення заданого ефекту перемішування.
Ефективність – якісний показник, що характеризує досягнутий технологічний ефект (мету перемішування). Наприклад, ступінь розчинення або нагрівання за певний проміжок часу, другий приклад - отримання суспензій – ступінь рівномірного розподілення частин. Тому ефективність пов’язана з інтенсивністю, а основною задачею є оптимізація процесу – досягнення технологічного ефекту при мінімізації витрат енергії.