3.Перемішування
Перемішуванням називають процес взаємопроникнення і розподілу частинок однієї речовини в іншій у результаті їх вільного і вимушеного відносного руху. Вільне переміщення може відбуватися внаслідок молекулярної дифузії, різниці густин або температур у різних шарах рідини або під впливом кількох з цих факторів одночасно. Під час молекулярної дифузії речовина переміщується у тому напрямку, де концентрація її менша, і в такий спосіб вирівнюватиметься концентрація в усьому об’ємі. Це явище пояснюється тим, що молекули речовин перебувають у постійному русі, наштовхуються одна на одну і змінюють напрям руху. Вони намагаються рухатись туди, де менше зіткнень, тобто в той бік, де менша концентрація речовини. Молекулярна дифузія завжди веде до повільного перемішування.
На практиці доцільніше застосовувати перемішування за рахунок перенесення елементарних частинок однієї рідини в іншу у процесі турбулентної дифузії під час вимушеного руху компонентів, що перемішуються.
Перемішуючі системи можуть бути або рідинами, або сипкими речовинами, причому перемішуватись можуть як речовини, що перебувають в однаковому агрегативному стані, наприклад, дві або більше рідин, так і в різному – рідини і тверді тіла і т.д.
Рідини поділяються на: стискуючі (гази) і нестискуючі (краплинні).
У різних галузях промисловості перемішування матеріалів застосовують з метою: рівномірного розподілу однієї фази в іншій; підтримання дисперсної фази в завислому стані; збільшення і оновлення поверхні контакту між компонентами системи, які реагують, для прискорення хімічних і фізико-хімічних процесів; створення організованого потоку рідини вздовж поверхні теплопередачі для інтенсифікації тепловіддачі; підігрівання рідкої системи у випадку подачі в неї гострої пари; проведення фізико-хімічних процесів, наприклад процесів сатурації, кристалізації; проведення оксидацій них процесів при подачі в систему повітря або кисню і ін.; одержання суспензій, емульсій, тощо; інтенсифікації біохімічних, хімічних та інших процесів.
Перемішування здійснюється або в спеціальних апаратах, які називають змішувачами, або безпосередньо в апаратах, де відбуваються процеси масо- чи теплообміну, біохімічні, хімічні та ін. такі апарати мають відповідні пристрої для перемішування – мішалки або перегрівачі. Залежно від способу перемішування і технологічних вимог до проведення процесу відповідно відрізняються конструктивно і мішалки.
3.1. Мішалки для перемішування газів і рідин під час транспортування їх трубами. У цьому випадку найпростішим пристроєм є Y-подібне сполучення труб, якими підводяться гази або рідини в загальний трубопровід. Доцільне застосування перемішування в трубопроводі зумовлена дешевизною і простотою цього способу. При достатній довжині трубопроводу і швидкості руху компонентів забезпечується добре перемішування. Для збільшення місцевої турбулентності в трубопровід вмонтовують вставки (перегородки) різного профілю, які обтікатимуть газ або рідина.
Частіше для перемішування рідин у трубопроводі застосовують інжекторний спосіб. При цьому один компонент подають через сопло по осі трубопроводу, яким тече другий компонент. Ефективність перемішування в таких пристроях можна підвищити, вмонтовуючи прості гвинтові вставки. Інжектор можна використати також для подачі однієї з рідин у трубопровід.
3.2. Перемішування в посудинах здійснюють, застосовуючи відповідні перемішуючі пристрої, які встановлюють всередині цих посудин. До найпростіших пристроїв такого типу належать сопла. Їх застосовують для перемішування кількох газів, а також для змішування рідин з газом або пилуватих речовин. У соплі є вузьке гирло (вихід), крізь яке газ або рідина надходить у простір, заповнений іншим газом або рідиною. Сопло можна встановити також в широкій трубі, відкритій або з отворами з боку, протилежного напрямку потоку газу або рідини. Крізь ці отвори газ, який надходить у трубу через сопло, підсмоктує з навколишнього простору інший газ (найчастіше повітря). Найпростішим прикладом такого пристрою може бути бунзенівський пальник. Так само, як у випадку змішування газів, можна розбризкувати рідину, яку подають у сопло під тиском (0,1-25 МПа). Для поліпшення розсіювання рідини в просторі, заповненому газом, перед гирлом сопла встановлюють спіральну насадку, яка надає рідині обертального руху.
Розбризкування рідини у повітрі (газі) найчастіше застосовують під час обробки води в сорбційних процесах. У разі потреби більш ефективного перемішування рідкої суміші застосовують простий пристрій для циркуляційного перемішування, який складається з всмоктувальної трубки, розташованої біля дна посудини, насоса і нагнітальної труби, яка подає потік до поверхні рідини в апараті, наприклад, через розбризкуючи головку над рівнем рідини.
У дискових, конусних і кулькових мішалках робочим органом є відповідно диск, порожнистий конус і куля, які обертаються на осі.
У вібраційних мішалках робочий орган – це плоский перфорований диск, закріплений на валу, що переміщується то вгору, то вниз. Напрям потоку рідини забезпечують профільовані отвори в диску. Енергетично ці мішалки, придатні для перемішування рідких сумішей і суспензій. Особливо доцільно їх використовувати в апаратах, які працюють під тиском, оскільки вал, що рухається у вертикальному напрямі, ущільнити значно легше, ніж обертовий.
Мішалки цього типу можна використовувати як емульгатори або збивалки. Порівняно з обертовими мішалками, дія яких визначається до деякої міри також тертям рідини в стінки посудини, їх перевага у тому, що вони створюють вертикальний знакозмінний рух частинок, за якого немає потреби якось спрямовувати рух потоку. До того ж у випадку вібраційного перемішування не утворюється лійкоподібна заглибина (воронка). Час, потрібний для розчинення, гомогенізації або диспергування, під час вібраційного перемішування істотно скорочується. Поверхня перемішуючої рідини, якщо мішалку встановлено правильно, навіть при значних амплітудах коливання лишається спокійною і рівною; немає ні розбризкування, ні підвищеного випаровування з поверхні. З конструктивного боку мішалки обмежуються довжиною вала, яка не повинна перевищувати 2,5 м.
На рис. 4.9 наведено спеціальні типи перемішуючих пристроїв, які використовують для перемішування сипких і пластичних тіл. Деякі з них, де робочим органом є шнек, одночасно перемішують матеріал і транспортують його.
Література: [4], С. 122-139
Лекція 2. Автоматизація механічних процесів
План
Автоматизація процесу переміщення твердих матеріалів
Автоматизація процесу дозування твердих матеріалів
3.Автоматизація процесу подрібнення твердих матеріалів
1.Автоматизація процесу переміщення твердих матеріалів
У якості об’єкта керування процесом переміщення твердих матеріалів приймемо стрічковий транспортер, що переміщує сипкий матеріал (рис. 22). Показником ефективності цього процесу є витрата транспортуючого матеріалу, а метою керування будемо вважати підтримання заданого значення витрати. У зв’язку з тим що всі збурення на вході в об’єкт (зміна гранулометричного складу матеріалу, його вологості і насипної маси, проковзуючої стрічки транспортера і т.п.) усунути неможливо, витрату матеріалу потрібно прийняти в якості регулюючої величини і регулювати його коректуванням роботи дозуючих пристроїв.
Контролюють витрату переміщуючого матеріалу і кількість споживаючої приводом електроенергії при різкому збільшенні струму електродвигуна транспортера, наприклад, у випадку заклинювання стрічки, повинні спрацювати пристрій сигналізації і захисту. Останні відключають електродвигун.
У зв’язку з можливістю засмічення окремих ділянок транспортної системи сторонніми включеннями (грудками, налипнувши матеріалом) і небезпекою виходу з ладу окремих елементів транспортера контролюється і сигналізується також наявність потоку матеріалу за допомогою спеціального датчика.
Рис. 22. Типова схема автоматизації процесу переміщення сипких матеріалів:
1 – бункер; 2 – дозатор; 3 - варіатор; 4 – стрічковий транспортер; Б – наявність матеріалу на стрічці
Необхідно відмітити, що типове рішення автоматизації стрічкового транспортера під час переміщення штучних вантажів аналогічні, але в якості регулюючої величини в цьому випадку необхідно прийняти кількість одиниць вантажу в одиницю часу, а регулюючий вплив здійснювати коректуванням роботи навантажувальних пристосувань.