15. Перемешивание в жидкой среде

1. Перемешивание – процесс непрерывного обновления и увеличения поверхности контакта фаз с целью получения однородной массы.

В химической промышленности перемешивание применяется для получения суспензий, эмульсий, гомогенных растворов, смесей зернистых материалов. Перемешивание позволяет интенсифицировать тепло- и массообменные процессы и химические реакции, в особенности гетерогенные.

Способ перемешивания, зависящий от цели процесса, состояния и свойств компонентов, должен обеспечивать максимальную производительность, высокую эффективность перемешивания и минимальный расход энергии.

Интенсивность перемешивания зависит от количества энергии, вводимой за 1 с в 1 м³ перемешиваемой смеси. Мерой интенсивности перемешивания может служить критерий Рейнольдса. В то время как интенсивность перемешивания прямо пропорциональна затраченной энергии, эффективность перемешивания с ростом расхода энергии повышается ограниченно. Поэтому заданная эффективность перемешивания должна быть достигнута при минимуме энергетических затрат.

Эффективность перемешивания оценивается равномерностью распределения фаз или же размерами частиц дисперсной фазы.

Известны 4 основных способа перемешивания в жидких средах: 1) механическими мешалками; 2) сжатым газом (пневматический, или барботажный); 3) циркуляционный (насосами); 4) в трубопроводах (неподвижными турбулизирующими устройствами).

2. Наиболее широко в химической промышленности используется перемешивание механическими мешалками, которые совершают или вращательное, или возвратно-поступательное движение (маятниковая мешалка). При этом тело обтекается потоком жидкости (внешняя задача гидродинамики).

П ри вращении мешалки жидкость может двигаться радиально (вдоль радиуса вращения), тангенциально (по касательной к окружности, описываемой концом мешалки) и в осевом направлении вдоль оси вала.

Применяются лопастные, пропеллерные, турбинные и специальные мешалки. Лопастные мешалки имеют 2 или более прямоугольные лопасти

Лопастная мешалка: 1 – вал, 2 – лопасти.

Достоинства – простота и дешевизна. Недостаток – слабое осевое перемешивание.

Разновидности лопастных – якорные, рамные, листовые мешалки.

Для более интенсивного перемешивания применяются быстроходные (n=40 об/с) пропеллерные мешалки. Они обеспечивают преимущественно осевые потоки. Используются для маловязких смесей. Достоинство – высокая интенсивность. Недостатки – сложность изготовления и дороговизна.

Турбинные мешалки также быстроходны (n=2-5 об/с). Они имеют 4-12 вертикальных прямоугольных лопастей, радиально закрепленных на горизонтальном диске. Если лопасти закрыты, то турбинная мешалка аналогична колесу центробежного насоса с двусторонним всасыванием жидкости. Турбинные мешалки создают преимущественно радиальные потоки и обеспечивают интенсивное перемешивание в большом интервале вязкостей. Лопасти турбинных мешалок могут быть также наклонные или криволинейные.

Недостаток – сложность изготовления мешалки.Для высоковязких жидкостей – шнековые или ленточные мешалки. Ограниченно применяются барабанные, дисковые и вибрационные мешалки.