Реферати українською » Химия » Перемішування рідких середовищ


Реферат Перемішування рідких середовищ

>Перемешивание рідких середовищ

>Перемешивание рідких середовищ,пастообразних i твердих сипучих матеріалів – одне з найбільш поширених процесів хімічної технології. Найчастіше за техніці зустрічаються процеси перемішування рідких середовищ – типовий приклад змішаної завдання гідродинаміці.

Під перемішуванням рідких середовищ розуміють процес багаторазового відносного перемішування макроскопічних елементів обсягу рідкої середовища під впливом імпульсу, переданого середовищі механічноїмешалкой, струменем газу чи рідини.

>Перемешивание рідких середовищ застосовують на вирішення таких засадничих завдань: 1) інтенсифікації процесів тепло- імассопереноса, зокрема й за наявності хімічної реакції;

2) рівномірного розподілу твердих частинок обсягом рідини (при приготуваннісуспензий), і навіть рівномірного і розподілу і роздрібнення до заданоїдисперсности рідини в рідини (при приготуванні емульсій) чи газу рідини (прибарботаже).

Апарати зперемешивающими пристроями широко використав хімічної технології для таких процесів, як випарювання, кристалізація, абсорбція, екстракція та інших.

При перемішуванні градієнти температур і концентрацій серед,заполняющей апарат, прагнуть мінімального значенням. Тому апарати із мішалкою, наприклад, структурою потоків найбільш близькі до моделі ідеального змішання.

>Перемешивание рідких середовищ може здійснюватися у різний спосіб: обертальним чиколебательним рухоммешалок (механічне перемішування);барботажем газу через шар рідини (пневматичне перемішування);прокачиванием рідини черезтурбулизующие насадки; перекачуванням рідини насосами по замкненому контуру (>циркуляционное перемішування).

Процес перемішування характеризується інтенсивністю і ефективністю, і навіть витратою енергії з його проведення.

Інтенсивність перемішування визначається кількістю енергії N,подводимой до одиниці обсягу Vперемешиваемой рідини в одиницю часу (>N/V) або до одиниці масиперемешиваемой рідини (I=N/Vс).Интенсивностью перемішування обумовлений характер руху рідини в апараті. Підвищення інтенсивності перемішування завжди пов'язані з збільшенням енерговитрат, а технологічний ефект від участі збільшення інтенсивності перемішування обмежений суворо певними межами. Тому інтенсивність перемішування слід визначати з умов досягнення максимального технологічного ефекту при мінімальних енерговитратах. Інтенсифікація процесу перемішування дозволяє підвищити продуктивність встановленої апаратури чи знизити обсяг проектованої.

Механічне перемішування

перемішування рідкий імпульс енергія

У промисловості для перемішування переважно використовують механічні мішалки з обертальним рухом. Працюючи такихмешалок виникає складне тривимірне протягом рідини (>тангенциальное, радіальне, аксіальне) з переважної окружної складової швидкості.Тангенциальное протягом,образующееся під час роботи всіх типівмешалок, є первинним. Зазвичай середнє окружної (>тангенциальной до радіусу обертання) складової швидкості (wт) значно перевищує середні значення як радіальної (w>p), іаксиальной, чи осьової (wa), складових.

Під впливом відцентровій сили, виникає під час обертання будь-якого типу мішалки з досить великий частотою, рідина стікає з лопатей в радіальному напрямі. Дійшовши до стінки судини, цей потік ділиться однією рухається вгору, інший – вниз. Виникнення радіального течії призводить до того, що у перехідною області створюється зона зниженого тиску, куди й потрапляє рідина, поточна від вільної поверхні рідини і південь від дна судини, тобто. виникає аксіальна (осьової) потік, рухомий у верхній частині судини згори донизу домешалке.

Отже, в апараті складається аксіальний протягом, чи стійка циркуляція.

Обсяг циркулюючої рідини в одиницю часу у апараті із мішалкою називаютьнасосним ефектом, що є важливою характеристикою мішалки: що більше помповий ефект, краще у цьому апараті іде процес перемішування.

Працюючи обертових механічнихмешалок лежить на поверхні рідини виникає воронка, глибина якої зростає зі збільшенням частоти обертання мішалки (в межі вони можуть досягати дна судини). Це негативно б'є по ефективності перемішування і знижує стійкість роботи мішалки. На глибину й форму воронки великий вплив надають діаметр мішалки і частота її обертання.

>Рис. 1. Циркуляція рідини при перемішуваннілопастнимимешалками

Щоб запобігти освіти воронки у стінок апаратів з швидкохіднимимешалками встановлюють радіальні відбивні перегородки, причому найчастіше – на деякій відстані від стінки корпусу (зниження можливості освіти застійних зон). Експериментальним шляхом знайдено, що оптимальний числоотражательних перегородок дорівнює чотирьом, які ширина становить приблизно 10% від діаметра апарату.

>Рис. 2.Перемешивание рідини у судинах з перегородками

3. Витрата енергії на перемішування

Розглянемо лопата, обтічну рідиною. Сила опору R, відповідно до Закону Ньютона, визначається за такою формулою

R =(>оFл>сw2)/2      (1)

(тобто. змішану завдання гідродинаміці зводимо до зовнішньої), де Fл – площа лопаті (рис. 3), рівна твору її ширини b на подвоєний радіусr, тобто. Fл =2br.


>Рис. 3. До розрахунку потужності,затрачиваемой на перемішування

Припустимо, що рідина нерухома і w – окружна швидкість обертовою мішалки, котру змінюють за довжиною лопаті, причому w =щr (дещ – кутова швидкість), чи w =2рrn. Сила опоруdR на елементі поверхніdFn =2bdr визначається за такою формулою

>dR =2оbс (>2рnr)2dr/2. (2)

Тоді потужність, що на перемішування,dN=wdR, дорівнює

 (3)

чи

 (За)

Значимість b можна сформулювати в частках від діаметра мішалки, тобто.b=цdM (дец-коеффициент, залежить від геометричних розмірів мішалки). З огляду на те, щоrM =>dM/2, одержимо


>N=р3>оцсn3>dM5/8 (4)

Означимо ставлення (р3>оц)/8 як KN. Тоді

N= KNсn3>dM 5 (5)

Звідси

ДоN =N/(сn3>dм5). (>5а)

Цю величину прийнято називати критерієм потужності, чи модифікованим критеріємЭйлера (длямешалок); її називають також відцентровим критеріємЭйлера. Справді, критерійЭйлераEu =Др/(сw2), причому w ~nd.Гидравлическое опір під час обертання мішалки в рідкої середовищі Др ~N/(ndм3). Тоді:

>EuМ =N/(сn3>dм5)= ДоN (6)

Для описи процесу перемішування користуються модифікованим критеріємРейнольдса.

Rец=сnd2/м. (7)

Критичний значення цієї критерію:Rец≈ 50

Для геометрично подібних апаратів змешалками узагальнену критеріальне рівняння набуває вигляду:

 

 (8)


де сек. іm – постійні величини (для даної конструкції мішалки й у певного режиму перемішування).

Значення постійних величин сек. іm щодо різноманітнихмешалок наведені у довідкової літературі, де як і дається залежність ДоN =>f(Rец) тим жмешалок.

Класифікаціюмешалок зручніше проводити по конструктивним ознаками.

>Механические мішалки поділяються з облаштування лопатей ми такі групи: 1) лопатеві – з пласкими лопатями, 2)пропеллерние – з гвинтовими лопатями, 3) турбінні, 4) з>пециальние (барабанна, дискова і вібраційна).

Основними геометричними характеристикамимешалок є:Н/D,d/D,b/D, де М і D – відповідно висота і діаметр апарату,d – діаметр лопаті, b – ширина лопаті.

>Нормализованние турбінні мішалки випускають з діаметром турбіни 300, 400, 500 і 600 мм.

Для перемішування в'язких рідин іпастообразних матеріалів застосовують звані якірні мішалки з лопатями, вигнутими формою стінок і днища судини (рис. 4).Якорние мішалки очищають стінки апарату відналипающего ними матеріалу, завдяки чому поліпшується теплообмін іпредотвращаются місцевіперегревиперемешиваемих речовин.

Спеціальні мішалки

>Барабанная лялечка єлопастной барабан як з так званого білячого колеса (рис. 5).Мешалки цієї конструкції створюють велику піднімальну собі силу й тому дуже ефективні під час проведення реакцій між газом і рідиною, і навіть і при отриманні емульсій, обробці швидкорасслаивающихсясуспензий івзмучивании важких опадів.Рекомендуемие умови застосування барабаннихмешалок: ставлення діаметра барабана до діаметру судини від 1:4 до 1:6, ставлення висоти рідини до діаметру барабана щонайменше 10.

 

>Рис. 4.Якорние мішалкиРис. 5.Барабанная міксер

>Рис. 6.Бистроходние мішалки: а –пропеллерние; б –двухлопастние;в-трехлопастние; р – відкриті турбінні; буд – закриті турбінні; е – фрезерні


Схожі реферати:

Навігація