Розділ 2 перемішування

2.1. Загальні відомості

Перемішування в хімічній промисловості використовують для:

1) приготування суспензій, емульсій;

2) отримання гомогенних систем (розчинення);

3) для інтенсифікації хімічних, теплових та дифузійних процесів.

Мету перемішування визначають призначенням процесу, а саме:

– для приготування емульсій – необхідно створити зрізувальні зусилля, які залежать від величини градієнта швидкості. У зонах, де градієнт швидкості має найбільше значення, відбувається найінтенсивніше дроблення дисперго­ваної фази;

– для гомогенізації, нагрівання або охолодження – метою перемішування є зменшення концентраційних і теплових градієнтів в об’ємі апарата;

– для інтенсифікації хімічних, теплових та дифузійних процесів у гете­рогенних системах створюють найкращі умови для підведення речовин у зону реакції, до межі розділення фаз або до поверхні теплообміну.

Збільшення ступеня турбулентності призводить до зменшення товщини пограничного шару, збільшення та постійного оновлення поверхні масообміну.

2.2. Методи перемішування

Методи перемішування, вибір та апарати для його проведення визнача­ють метою перемішування та агрегатним станом матеріалів, які перемішують.

Поширено застосовують перемішування в рідкому середовищі.

Розрізняють:

1) механічний метод;

2) пневматичний метод;

3) перемішування в трубопроводах;

4) перемішування за допомогою насосів, сопел.

2.2.1. Ефективність та інтенсивність перемішування

Найважливішими характеристиками перемішувальних пристроїв є: 1) ефективність перемішувального пристрою; 2) інтенсивність його дії.

Ефективність перемішувального пристрою характеризує якість прове­дення процесу перемішування і може бути виражена залежно від мети пере­мішування. Наприклад, під час отримання суспензій – це ступінь рівномірного розподілення частин тощо. Ефективність перемішування залежить не тільки від конструкції перемішувального пристрою та апарата, але й від величини енергії, яка вводиться в перемішувану рідину.

Інтенсивність перемішування визначають часом досягнення заданого технологічного результату, або кількістю обертів мішалки за фіксованого часу проведення процесу. Чим вища інтенсивність перемішування, тим менший час, необхідний для досягнення заданого ефекту перемішування.

2.3. Механічне перемішування

Механічне перемішування здійснюють за допомогою мішалок введенням у середовище, що перемішується, механічної енергії від зовнішнього джерела.

Перемішування механічними мішалками полягає у зовнішньому завданні гідродинаміки – обтіканні тіл потоком рідини. Основні закономірності обті­кання тіл потоком рідини, розглянуті у першій частині, справедливі і в умовах перемішування.

Під час повільного руху у малов’язкому середовищі тіла будь-якої форми в тонкому шарі рідини, що примикає до його поверхні, утворюється ламінар­ний пограничний шар, форма і товщина якого залежать від форми та розмірів тіла, швидкості та фізичних властивостей рідини.

У разі збільшення швидкості руху відбувається відривання пограничного шару від поверхні тіла в точках, де швидкість рідини є найбільшою, наприклад, біля країв вертикальної пластини (рис. 2.1), та утворення турбулентного кор­мового сліду за рухомим тілом. Початок відривання пограничного шару харак­теризується різким зростанням опору середовища рухові тіла.

Колова швидкість має найбільше значення на периферії мішалки, оскіль­ки ця величина пропорційна до діаметра мішалки.

У цій області, як очевидно з рівняння Бернуллі, утворюється зона пони­женого тиску, куди і рухається рідина, що знаходиться в апараті. Цей рух, а також радіальні потоки, що виникають під дією відцентрових сил під час колового руху мішалки, спричиняє інтенсивне перемішування в апараті.

Рис. 2.1. Обтікання плоскої пластини з гострими краями за Re_м>10