5. Перемешивание

Перемешиванием называется процесс непрерывного обновления поверхностей взаимного соприкосновения материальных частиц.

В зависимости от агрегатного состояния и физических свойств фаз, участвующих в процессе перемешивания, различают:

– перемешивание в жидкой среде;

– перемешивание сыпучих тел;

– перемешивание пластических (пастообразных) тел;

– перемешивание газов (паров) и жидкостей.

Перемешивание сыпучих и пластических тел иногда называют смешением.

Цели процесса перемешивания:

– получение однородных гомогенных или гетерогенных систем – растворов, суспензий, эмульсий;

– интенсификация тепло- и массообменных процессов в гомогенных и гетерогенных системах;

– интенсификация химических реакций.

Процесс перемешивания характеризуется интенсивностью и эффективностью, а также расходом энергии на его проведение.

Интенсивность перемешивания. Интенсивность перемешивания определяется количеством энергии, подводимой к единице объема (массы) перемешиваемой среды за единицу времени. Интенсивность перемешивания обусловлена характером движения среды в аппарате. Повышение интенсивности перемешивания всегда связано с увеличением энергозатрат, а технологический эффект от перемешивания имеет определенные пределы. Поэтому интенсивность перемешивания следует определять исходя из условий достижения максимального технологического эффекта при минимальных энергозатратах.

Эффективность перемешивания – это технологический эффект процесса перемешивания, характеризующий качество проведения процесса. В зависимости от назначения перемешивания эту характеристику выражают различным образом. При использовании перемешивания для интенсификации тепло-, массообменных и химических процессов его эффективность можно выражать соотношением кинетических коэффициентов при перемешивании и без него. При получении однородных гомогенных и гетерогенных систем эффективность характеризуется равномерностью распределения (степени однородности) фаз в этих системах. Перемешивание резко увеличивает коэффициент тепло- и массоотдачи дисперсионной среды.

Оценим степень однородности системы. Пусть степень однородности системы характеризуется некоторым параметром  (например, температура или концентрация). При достижении полностью однородной массы этот параметр во всех точках объема был бы одинаковым, равным . В действительности пробы, взятые в разных точках объема, могут иметь различные значения . Тогда в качестве характеристики неоднородности можно принять относительное значение среднеквадратичного отношения параметра  от в пределах взятых проб.

(5.1)

Для вполне однородной массы .

В промышленности наибольшее распространение получил процесс перемешивания в жидкой среде.

5.1. Перемешивание в жидкой среде

Технологическое назначение перемешивания в жидкой среде разнообразно. Оно применяется для проведения с целью гомогенизации гидромеханических процессов (эмульгирование, суспендирование, диспергирование), массообменных (кристаллизация, растворение, экстракция, электролиз, абсорбция), теплообменных (выпаривание, нагревание, охлаждение) и химических процессов (гомогенные и гетерогенные реакции).

Перемешивание в жидкой среде осуществляется тремя способами: механическим, пневматическим и гидравлическим.