14 Вопрос

Механическое перемешивание.

Процесс перемешивания механическими мешалками сводится к внешней задаче гидродинамики, т.е. жидкость огибает внешнюю лопасть мешалки. Для определения мощности, потребляемой механическими мешалками, пользуются критерием мощности: К_N = N /ρn³d⁵, где

N – мощность,

Ρ – плотность среды,

n – число оборотов мешалки в единицу времени,

d – диаметр вращения мешалки.

Обобщенное уравнение гидродинамики для процесса перемешивания примет вид:

К_N = ƒ(Rе_м; Fr_м; Г₁; Г₂ …), где

Г₁; Г₂ …- симплексии геометрического подобия;

Rе_м – критерий Рейнольдса мешалки;

Fr_м – критерий Фруда мешалки.

Rе_м = ωdρ/μ

Вместо линейной скорости жидкости, среднее значение которой при перемешивании установить невозможно, в модификационное уравнение Рейнольдса подставляем величину n*d ~ ω, и будет:

Rе_м = nd²ρ/μ

Fr_м = ω² / gd

Fr_м = n²d² / gd = dn² / g – характеризует влияние силы тяжести на движение жидкости, т.е. образование воронки при перемешивании, если воронка не образуется, то Fr_м = 0.

Если в аппарате имеются отражательные перегородки, то влиянием силы тяжести можно пренебречь. Для расчета мощности мешалки задаются:

1. тип мешалки → скорость мешалки,

2. критерий Рейнольдса (Rе_м),

3. по справочным зависимостям находят критерий мощности от критерия Рейнольдса для данной мешалки,

4. по формуле K_N = N / (ρn³d⁵) находят критерий n = ³√(N / K_Nρd⁵).

Наиболее распространенным способом перемешивания в жид­ких и пастообразных средах является механическое перемешива­ние. Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение. В зависимости от устройства мешалки делятся на лопастные,  пропеллерные, турбинные и специального назначения (якорные,  рамные и листовые). Лопастные/ якорные, рамные и листо­вые мешалки относятся к тихоходным (частота вращения 0,15…5 с^-1),  пропеллерные и турбинные – к быстроходным (частота вращения до 40 с^-1).  Вал мешалки устанавливают в аппарате вер­тикально, горизонтально или наклонно.

Конструкции мешалок.

1 тип: Лопастные мешалки (якорная, рамная, листовая)

Преимущества лопастных мешалок:

- простота конструкции,

- малая стоимость,

Недостатки лопастных мешалок:

- слабый осевой поток, т.е. перемещается только близлежащие слои,

- наличие только радиальных перемешиваний,

- применяются только для маловязких жидкостей.

Лопастные мешалки используют в качестве перемешивающего устройства в баках для приготовления и хранения связующего, парафиновой эмульсии, ящиках непрерывной проклейки древесно­волокнистой массы, смесителях и другом оборудовании цехов ДВП и ДСП. При больших объемах перемешиваемой жидкости применяют лопастные мешалки (мешальные бассейны) с горизонталь­ным расположением оси вращения лопастей.

2 тип: Пропеллерные мешалки

Преимущества пропеллерных мешалок:

- малое потребление мощности из-за лучшего обтекания жидкости,

- наличие осевого перемешивания,

- возможность непосредственного присоединения к двигателю.

Недостатки пропеллерных мешалок:

- сложность изготовления,

- эффективность работы зависит от формы аппарата, т.е. могут образовываться застойные зоны.

Пропеллерные мешалки применяют для интенсивного переме­шивания жидкостей умеренной вязкости (до 4 Па·с), для раство­рения, образования взвесей,  быстрого перемешивания,  образова­ния маловязких эмульсий,  гомогенизациии больших объемов жидкости.  Эти мешалки изготавливают двух -, трех -  и четырехлопастными с лопастями, изогнутыми по профилю гребного винта.

3 тип: Турбинные мешалки

Турбинные мешалки  имеют форму колес водяных тур­бин с плоскими,  наклонными или криволинейными, лопатками, ук­репленными,  как правило,  на вертикальном валу.  Турбинные ме­шалки обеспечивают хорошее перемешивание вязких жидкостей и суспензий (до 20 Па·с).  Они используются для быстрого раство­рения,   эмульгирования, диспергирования, для образования взве­сей (размер частиц для закрытых мешалок может достигать 2,5·10^-2 м),  при проведении химических реакций, абсорбции газов и интенсификации тепловых процессов.  Для перемешивания в больших объемах турбинные мешалки менее пригодны,  чем про­пеллерные мешалки.