МАШИНОСТРОЕНИЕ

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

К оборудованию для образования одно­родных и неоднородных систем относятся ап­параты с различными типами перемешиваю­щих устройств. Они применяются для получе­ния растворов, дисперсных систем или для интенсификации процессов химического пре­вращения, массо - и теплопереноса.

Классификацию областей применения аппаратов с перемешивающими устройствами можно провести на основе рассмотрения фаз, в которых осуществляется перемешивание [54]:

Перемешивание смешивающихся жидко­стей - распространенный процесс, обеспечи­вающий гомогенизацию смешиваемых жидко­стей для получения растворов;

Получение эмульсий, в которых наиболь­ший диаметр капель составляет порядка 100 нм, с последующей декантацией (жидкост­ная экстракция, промывка кислот и щелочей и т. д), и получение стабильных эмульсий, кото-, рые являются конечным продуктом с каплями порядка 0,1 нм (клеи, краски, косметика и др.);

Диспергирование газа в жидкости, свя­занное с дегазацией и получением пен. Часто диспергирование газа связано с массоперено - сом компонентов из одной фазы в другую (карбонизация, хлорирование, сульфирование и др.);

Обеспечение циркуляции жидкости в ап­парате для лучшего распределения компонен­тов в объеме или создания соответствующей теплопередачи через стенку аппарата или змее­вик (при получении суспензий, химических эндо - и экзотермических реакциях, нагревании, охлаждении, кипении и др.).

Классификация основных процессов хи­мической технологии, в которых используется перемешивание, дана на рис. 3.3.1 [17].

Перемешивание осуществляется за счет молекулярной диффузии и дополнительной передачи энергии рабочей среде различными методами: механическим, барботажным. газ - лифтным, циркуляционным, струйным, пуль - сационно-струйным, электромагнитным и маг­нитно-вихревым [17]. Этим методам переме­шивания соответствуют следующие аппараты:

С механическими перемешивающими устройствами;

С аэрирующими и барботажными пере­мешивающими устройствами;

Со струйными и эжекционными переме­шивающими устройствами;

С акустическими и электромагнитными устройствами.

Аппараты с механическими переме­шивающими устройствами. Аппарат с меха­ническим перемешивающим устройством включает корпус, привод, уплотнение, вал, мешалку, внутренние устройства. Привод, вал и мешалка соединены в единый узел, называе­мый перемешивающим устройством. Привод состоит из электродвигателя, редуктора (или мотор-редуктора) и крепления привода.

Корпус аппарата - это сосуд той или иной формы (чаще всего цилиндрической), в кото­ром осуществляется перемешивание. В случае проведения теплообменных процессов, корпус аппарата может быть дополнен рубашкой или встроенным в него змеевиком. Внутри аппара­та могут устанавливаться внутренние устрой­ства: отражательные перегородки, трубы пере- давливания, барботеры и др. Аппараты могут быть стальными, изготовленными из цветных металлов и сплавов, с эмалевым, полимерным защитным покрытием, футерованными и др.

Конструкции аппаратов с мешалками весьма разнообразны. Наиболее широкое рас­пространение получили вертикальные цилинд­рические аппараты, соосные с валом мешал­ки. Аппараты с механическими перемешиваю­щими устройствами объемом 0,0!... ЮО. м3

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Рис. 3.3.1. Классификация основных процессов химической технологии, в которых применяют перемешивание

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

И лопастной (6) мешалками

(ГОСТ 20680-2002) предназначены для прове­дения технологических процессов в жидких средах плотностью до 2000 кг/м3 и рабочем избыточном давлении не более 6,3 МПа.

3.3.1. Характеристика малогабаритных стальных аппаратов с эмалированным покрытием

Номинальный объем, м3

Условное давление, МПа

Размеры, мм

Площадь поверхности теплообмена, м2

Тип мешалки

В корпусе

В рубашке

D

Du

Н2

5

0,4

0,6

0,6

900

580

750

2580

24

1,97

Якорная

0,63

1000

650

880

2780

26

2,42

1,0

900

750

870

2742

12

2,2

1,0

1000

800

1140

3022

3,3

1,25

0,6

1200

900

1300

3410

25

4,35

1,6

.0,3

850

1240

3610

14

4,33

Лопастная

0,6

1,0

950

1280

3314

4,6

Якорная

0,3

0,6

900

1240

3450

4,33

2,0

0,6

1400

1050

1530

3680

28

6,41

2,5

0,3

850

1430

3910

14

5,9

Лопастная

0,6

1,0

1050

1440

3360

6,8

Якорная

0,3

0,6

1430

3700

5,9

4

1600

950

1780

5270

16

8,67

Лопастная

1200

4670

Якорная

6,3

1800

1106

2250

5790

12,59

Лопастная

1400

5240

Якорная

10

0,6

2200

900

3020

6365

22

17

0,3

1550

2935

5405

20

18,5

0,6

1050

3020

6840

25

17

Лопастная

16

0,6

2400

900

3860

7215

26,5

0,3

1550

3910

6380

20

27,4

Якорная

0,6

1050

3860

7730

25

26,5

Лопастная

20

2600

900

4260

7610

30,1

1050

8155

25

2800

900

4760

8160

28

37

1050

8670

47

8400

25

37

11 - 10358

Встречаются случаи применения аппара­тов с мешалками объемом до 2000 м3, а также устройства, обеспечивающие перемешивание в бетонных сооружениях объемом несколько сотен тысяч кубических метров.

В аппаратах с мешалкой в эмалированном исполнении (рис. 3.3.2) эмалевое покрытие рассчитано на работу в кислых средах при тем­пературе 30...300 °С и в щелочных средах при температуре 30... 135 °С.

Характеристика стальных аппаратов с эмалированным покрытием приведена в табл. 3.3.1.

Гуммированные аппараты [76] с защит­ным покрытием из мягкой резины, полуэбони­та или эбонита применяют для работы в средах высококоррозионных и содержащих включе­ния, способствующие абразивному изнашива­нию. Покрытия резиной мягкой и средней твер­дости (с содержанием серы 0,02...0,04 массовых долей) применяют для аппаратов, перемеши­вающих среды с абразивными частицами. По­крытие из полу эбонита (с содержанием серы 0,12...0,3 массовых долей) или эбонита (с со­держанием серы 0,3...0,5 массовых долей) об­ладают лучшей химической стойкостью, чем покрытие из резины. Аппараты с таким покры­тием могут работать при температуре до 100 °С под давлением или в условиях вакуума (при остаточном давлении не ниже 0,014 МПа).

Крупногабаритные стальные аппараты для перемешивания компонуют из отдельных унифицированных узлов: корпусов и переме­шивающих устройств.

Стальные аппараты согласно ГОСТ 20680-2002 классифицируют следующим обра­зом.

По конструкции корпуса - по типам:

0 - с эллиптическим днищем и эллипти­ческой отъемной крышкой;

1 - цельносварные с эллиптическим дни­щем и крышкой;

2-е коническим днищем, углом при вершине конуса 90° и эллиптической отъемной крышкой;

3 - цельносварные с коническим днищем, углом при вершине конуса 90° и эллиптиче­ской крышкой;

4-е эллиптическим днищем и плоской отъемной крышкой;

5 - цельносварные с эллиптическим дни­щем и плоской крышкой;

6-е коническим днищем, углом при вершине конуса 120° и плоской отъемной крышкой;

7 - цельносварные с коническим днищем, углом при вершине конуса 120° и плоской крышкой;

8-е плоским днищем и плоской отъем­ной крышкой;

9 - цельносварные с плоским днищем и крышкой.

В аппаратах с плоскими крышками (ти­пов 4 - 9) и внутренним диаметром более 1000 мм допускается применять сферические и конические крышки вместо плоских;

В зависимости от наличия и типа тепло - обменных устройств - по исполнению:

0- без теплообменного устройства;

1 - с гладкой рубашкой;

2- е рубашкой из полутруб;

3- е рубашкой с вмятинами;

4- е электронагревателем.

В стальных аппаратах всех типов и ис­полнений допускается применение змеевиков, барботеров и отражательных перегородок.

Номинальный объем и размеры корпусов стальных аппаратов должны соответствовать указанным в табл. 3.3.2. Действительный объ­ем аппаратов не должен отличаться от номи­нального более чем на ± 5 %. В технически обоснованных случаях допускается примене­ние корпусов с размерами, не указанными в табл. 3.3.2.

Условное обозначение стального аппара­та с механическим перемешивающим устрой­ством включает по порядку: тип корпуса аппа­рата; исполнение аппарата по теплообменному устройству; номинальный объем, м3; рабочее (или расчетное) давление в корпусе (МПа); группу материала корпуса (У - углеродистые и конструкционные стали; К - коррозионно - стойкие стали и сплавы, двухслойная сталь); тип уплотнения вала (Т - торцовое, С - саль­никовое. Г - гидрозатвор); исполнение элек­тродвигателя привода по взрывозащите; кли­матическое исполнение и категория размеще­ния оборудования по ГОСТ 15150.

Условное обозначение аппарата должно включать слово «аппарат» и обозначение аппа­рата согласно приведенной структурной схеме.

Пример условного обозначения стального аппарата с неразъемным корпусом 1 гладкой рубашкой 2 номинальным объемом 10 м\ рабочим давлением в корпусе 0,6 МПа, корро­зионно-стойкого исполнения К, с торцовым уплотнением Т, исполнения привода по взры­возащите lExdIIBT4, климатического исполне­ния УЗ:

Аппарат 12-10-0,6K-T-lExdIIBT4-Y3 ГОСТ 20680-2002

Мешалки для перемешивания жидких сред согласно ГОСТ 20680-2002 в зависимости от динамической вязкости классифицируют на следующие типы:

1) при вязкости не более 50 Па с -

01 - трехлопастная (рис. 3.3.3, а);

01М - трехлопастная модифицированная;

07 - лопастная (рис. 3.3.3, в)\

12 - зубчатая;

05 - шестилопастная (рис. 3.3.3, б);

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Тип 4

3.3.2. Основные параметры корпусов стальных аппаратов по ГОСТ 20680-2002

Тип 5

J

Номинальный

Внутренний

Высота корпуса Н*, мм, для аппаратов типа

Объем, mj

Диаметр Д мм

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,010

250

220

0,016

300

250

0,025

350

300

0,040

400

345

0,063

525

0,10

500

550

0.16

600

670

830

625

0,25

700

750

950

700

0,40

800

950

1215

875

930

800

0.63

1350

-

-

-

-

1000

950

1225

875

990

800

1.00

1450

-

-

-

-

1200

1100

1385

975

1145

900

1,25

1000

1750

-

-

-

-

1200

1300

1585

1225

1345

1100

1,60

1000

2150

-

-

-

-

1200

1650

2035

1575

1745

1400

2.00

1900

-

-

-

-

1400

1550

1900

1475

1605

1250

2,5

1200

2450

-

-

-

-

1400

1850

2300

1755

1905

1600

3,2

1200

3050

-

-

-

-

1600

1850

2360

1675

1960

1600

4,0

1400

2850

-

-

-

-

-

-

-

-

-

1600

2250

2760

2225

2260

2000

5,0

1400

3550

-

-

-

-

-

-

-

-

-

1800

2230

2750

2090

2320

2000

6,3

1600

3350

-

-

-

-

-

-

-

1800

2780

3340

2590

2820

2500

8,0

1600

4250

-

-

-

-

-

-

-

-

2000

2880

3550

2740

2975

2500

10,0

1800

4180

-

-

-

-

-

-

-

-

2200

2980

3670

2790

3035

2600

Продолжение табл. 3.3.2

Тип б Тип 7

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Номинальный

Внутренний

Высота корпуса Н*, мм, для аппаратов типа

Объем, mj

Диаметр Д мм

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

12,5

1800

5180

-

-

-

-

-

-

-

2400

3080

4035

3040

3190

2800

2000

5280

" 1 "

-

-

-

-

-

-

16,0

2400

3880

4335

3840

4090

3600

2800

-

-

-

-

-

-

3105

2600

2200

5680

-

-

-

-

- 1

-

-

-

20

2600

4180

4795

4090

4350

3800

3000

-

-

-

-

-

3365

2800

2400

5780

-

-

-

-

-

-

25

2800

4480

5160

4340

4605

4000

3200

-

-

-

-

-

-

3720

3200

2600

6380

-

-

-

-

-

-

32

3000

4980

-

-

4790

5065

4500

3400

-

-

-

-

4180

3600

2800

6980

1 "

- 1 "

40

3200

5700

5720

5000

3600

-

-

4640

4000

3000

7580

-

-

50

3200

6800

6850

6280

3400

6000

6180

5500

4000

| -

4750

4000

3200

8300

-

-

63

3600

6700

6840

6000

4000

-

-

5650

5000

4500

-

-

4900

4000

3200

10700

-

-

3600

8500

8540

8000

80

4000

7150

6600

4500

-

-

5800

5000

5000

5040

4000

3600

10400

-

-

-

100

4000

8650

8000

4500

-

-

7100

6000

5000

5940

5000

* Размеры для справок.

Примечание. Эскизы корпусов не определяют конструкцию аппарата.

Рис. 3.3.3. Мешалки по ГОСТ 20680-2002:

А - трехлопастная (01); б - шестилопастная с углом наклона лопастей 45° (05); е-лопастная (07); г-турбинная открытая (03); д - шнековая (08), е-ленточная (11)

03 - турбинная открытая (рис. 3.3.3, г);

10 - рамная;

2) при вязкости более 50 Па с -

08 - шнековая (рис. 3.3.3, <));

11 - ленточная (рис. 3.3.3, е);

11С - ленточная со скребками.

Выбор мешалок конкретного типа, их па­раметров и размеров проводят в зависимости от технологического процесса при проектиро­вании аппаратов. Выбор мешалок иных типов (турбинной закрытой, клетьевой, винтовой, якорной, рамной) возможен на основании ре­зультатов экспериментальных работ по согла­сованию со специализированной научно - исследовательской организацией.

3.3.3. Рекомендуемые типы мешалок в зависимости от технологического назначения аппарата

Назначение аппарата

Гидродинамический режим

Мешалка

Внутренние устройства

1

2

3

4

Смешение взаимно - растворимых жид­костей, в том числе при наличии хими­ческой реакции

Турбулентный

Трехлопастная, шестилопа - стная, лопастная, клетьевая, турбинная открытая; трех­лопастная с наклонными лопастями; эмалированная

-

Ламинарный

Ленточная, шнековая, рам­ная, ленточная со скребка­ми, якорная эмалированная любого типа

Шнековая

Циркуляционная труба

І Іеремешивание суспензий, раство­рение, реакции в системе твердое тело - жидкость

I урбулентный

Лопастная, шестилопастная. турбинная открытая, клеть­евая, эмалированная

-

Лопастная, трехлопастная с наклонными лопастями

Отражательные перегородки

Эмалированная лопастная

Отражатели

Ламинарный

Ленточная, шнековая, лен­точная со скребками, якор­ная эмалированная любого типа

-

Шнековая

Циркуляционная труба

Первые типы мешалок являются быстро­ходными, а вторые - тихоходными. Лопастные мешалки типов 01 , 05 и 07 состоят из несколь­ких плоских прямоугольных лопастей, прива­ренных к втулке под определенным углом к плоскости вращения мешалки ( dM - диаметр мешалки; b - ширина лопасти). Окружная ско­рость мешалок 1,5...4 м/с.

Турбинные открытые мешалки типа 03 представляют собой диск с втулкой в центре, снабженный обычно шестью прямыми, на­клонными или изогнутыми лопатками. Размеры

Мешалок - dM/D = 0,25 0.33; а = 0,25</м; Ъ = 0,2dM \ - 0.75dM Окружная скорость 3...9 м/с.

Выбор типа мешалки определяется целью и требованиями технологического процесса, а также экономическими соображениями. Во внимание принимают:

Характер реализуемой операции - сус - пендирование, эмульгирование, растворение, кристаллизация, абсорбция, теплопередача, химические реакции и т. п.;

Свойства сред - плотность, вязкость, со­став, растворимость и др.

Для выбора типа мешалки можно вос­пользоваться рекомендациями табл. 3.3.3.

Основные параметры процесса меха­нического перемешивания и методы их рас­чета. Основными параметрами, характери­зующими процесс перемешивания, являются: мощность, затрачиваемая на перемешивание; интенсивность; степень однородности; эффек­тивность; время перемешивания; коэффициен­ты тепло - и массоотдачи при перемешивании.

Расчет мощности N, затрачиваемой на перемешивание, можно выполнять по полуэм­пирическим критериальным уравнениям [86] вида

KN = CRe™> Ргрґр, (3.3.1)

Где Кдг = /v/ptf3^ - критерий мощно­сти (модифицированный критерий Эйлера); Reu = pnd2 /\х - центробежный критерий

Рейнольдса; Vr^-n^d^/g - центробежный

Критерий Фруда, rD = D/dM - отношение

Диаметра аппарата D к диаметру мешалки dM ;

Р - плотность перемешиваемой среды; \л - ее динамическая вязкость; п - частота вращения мешалки; С, т^, Щ - эмпирические

Продолжение табл. 3.3.3

1

2

3

4

Перемешивание несмешивающихся жидкостей, массо - обмен в системе твердое тело - жид­кость, в том числе при наличии хими­ческих реакций

Турбулентный

Турбинная открытая, шес- тилопастная, клетьевая

Отражательные перегородки

Трехлопастная эмалирован­ная

Отражатели

Ламинарный

Шнековая, ленточная, рам­ная, якорная эмалированная

-

Шнековая

Циркуляционная труба

Перемешивание и массообмен в систе­ме газ - жидкость, в том числе при нали­чии химических реакций

Турбулентный

Турбинная открытая

Отражательные перегородки

Трехлопастная эмалирован­ная при D/dM <1,5

Отражатели

Ламинарный

Шнековая, ленточная, рам­ная, якорная эмалированная

-

Шнековая

Циркуляционная труба

Постоянные, значения которых зависят от кон­струкции мешалки, наличия в аппарате внут­ренних устройств и режима движения жидкости.

В частности, для гладкостенных аппара­тов с закрытыми турбинными мешалками при Г и ~3 в турбулентном режиме К д/ =1,1 [11]

N*\,\pn3dl. (3.3.2)

При ламинарном режиме для ленточных меша­лок с Г0 « 1,1; Кдг = 340/Reu

N = 340[in2dl. (3.3.3)

Для более точного расчета мощности, расходуемой на перемешивание однофазных сред, при произвольном значении числа Рей­нольдса следует использовать зависимости Кдг от Reu, построенные по эксперимен­тальным данным для различных типов меша­лок (рис. 3.3.4) и приведенные в справочной литературе [17, 54]. Эти графики и расчетные зависимости (3.3.1) - (3.3.3) относятся к верти­кальным цилиндрическим аппаратам традици­онной конструкции с расположением вала ме­шалки по оси обечайки аппарата.

Мощность, расходуемая на перемешива­ние двухфазных сред (суспензий, эмульсий), рассчитывается по тем же графикам с учетом плотности и вязкости двухфазной смеси.

По мощности, потребляемой при пере­мешивании, определяют мощность привода.

При этом учитывают пусковые перегрузки для различных аппаратов:

20 % для аппаратов с отражательными перегородками, а также работающих при

Reu > 500;

30 % для аппаратов с дополнительными внутренними устройствами при Reu > 500;

100 % для аппаратов без внутренних уст­ройств при Reu > 500 и при rD < 1,5 и 50 %

При Гр > 1,5.

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

6 810° ? I 6 8 W1 2 ч Б 8 Юг 2 і 6 8 70і 2 і Є в 10* 2 V 6 610s 2 4Reu

Потребляемая аппаратом мощность опре­деляет интенсивность перемешивания. Показа­телями интенсивности перемешивания являют­ся: частота вращения мешалки п\ окружная скорость конца лопасти W0Kp = тіdMn; моди­фицированный критерий Рейнольдса Reu; удельная мощность Ny = N /V или Nm = N/pV, где V - рабочий объем аппара­та; время гомогенизации хт, насосная Qр и

Циркуляционная Qc производительности ме­шалки; коэффициент турбулентного переме­шивания DT\ турбулентное число Пекле Рет; степень турбулентности [54].

Ни один из перечисленных показателей не может быть универсальным. Так, величины

П или w0Kp влияют на интенсивность переме­шивания конкретной среды в системе конкрет­ного масштаба и конструкции, поскольку при их увеличении в указанных условиях интен­сивность перемешивания возрастает. Но ни одна из этих величин не является достаточно надежным критерием сравнения интенсивно - стей перемешивания в аппаратах различного масштаба или с различными типами мешалок.

Удельные мощности Ny или Nm - более надежные, но не вполне удовлетворительные показатели интенсивности перемешивания, так как имеют размерность и характеризуют сред­
нюю, а не локальную диссипацию энергии в единицу времени в единице объема или массы, которая может отличаться от средней из-за неравномерности распределения энергии по объему аппарата.

Для увеличения удельной мощности (ин­тенсивности перемешивания) в аппаратах ус­танавливают пристенные радиальные отража­тельные перегородки (рис. 3.3.5), которые так­же исключают образование поверхностной воронки и радиальную сепарацию взвешенных частиц, капель или пузырьков газа. Ввиду от­сутствия в настоящее время общепринятого универсального критерия интенсивности пере­мешивания при масштабном переходе от мо­дельного к промышленному аппарату с мешал­кой опираются на практический опыт, накоп­ленный при исследовании процессов различ­ных типов. На основании этого опыта в случае приготовления суспензий условием масштаб­ного перехода по интенсивности перемешива­ния является w0Kp = 71 dMn = const, а при дис­пергировании капель и пузырьков газа или интенсификации массообмена - в виде N/V = = const.

От интенсивности перемешивания зави­сят степень перемешивания, время гомогени­зации, эффективность перемешивания, значе­ния коэффициентов тепло - и массоотдачи.

ЛС„

С

Ср

Ср»

Степень перемешивания (степень одно­родности) характеризует равномерность рас­пределения вещества по объему аппарата, и в зависимости от цели перемешивания может быть выражена по-разному. Так, степень одно­родности поля концентраций при перемешива­нии в однофазной среде определяется как [12]

/=(с,

Где Сср - средняя концентрация, достигаемая

В аппарате при полном смешении; ЛСтах - максимальный перепад локальных концентра­ций в аппарате.

Определяемая таким образом степень од­нородности характеризует степень приближе­ния предельных значений концентрации к среднему ее значению для аппарата. Анало­гично можно ввести степень однородности поля температур. При абсолютной однородно­сти АСтах =0; 1 = 1. Теоретически она дос­тигается в аппарате периодического действия

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Рис. 3.3.5. Схема аппарата с радиальными отражательными перегородками

За время т = оо. Значение ЛСтах влияет на технико-экономические показатели аппарата. В большинстве случаев можно принять

АСшах ^0,05сср. Для расчета ЛСтах требу­ется математическая модель переноса массы при перемешивании, учитывающая как цирку­ляционный обмен, так и турбулентную диффу­зию вещества. Упрощенные модели перемеши­вания в аппарате периодического и непрерыв­ного действия и соответствующие им формулы для расчета ЛСтах имеются в [12].

Время перемешивания (гомогенизации) определяется как промежуток времени между началом перемешивания и моментом, когда достигается определенная степень однородно­сти в перемешиваемой среде в масштабе на­блюдения. Зависимость от масштаба наблюде­ния означает, что время перемешивания - ус­ловная величина. Тем не менее результаты измерения времени перемешивания различны­ми способами удовлетворительно согласуются между собой.

Для различных типов мешалок, работаю­щих в гладкостенных и оребренных аппаратах, для расчета времени гомогенизации хт может быть использована зависимость, справедливая для турбулентного режима, [17]

™m{Dlduy2=K. (3.3.5)

Значения постоянной К, полученные экс­периментально, приведены в табл. 3.3.4.

Время перемешивания и потребляемую мощность можно использовать для оценки эффективности перемешивания, под которой понимают технологический эффект перемеши­вания. Чем меньше затраты энергии при задан­ном тт, тем эффективнее работает аппарат с мешалкой. При приготовлении суспензий, эмульсий и растворов эффективность переме­шивания можно оценить достигаемой степе­нью однородности получаемой смеси. Если перемешивание используют для интенсифика­ции тепло - или массообмена, то мерой эффек­тивности перемешивания может быть отноше­ние коэффициентов тепло - или массоотдачи при перемешивании к этим коэффициентам без перемешивания [481.

При турбулентном режиме течения пред­лагается следующее уравнение подобия для определения коэффициента теплоотдачи ос в аппаратах с механическим перемешиванием [12]:

Nu = (aD)/X = 0,283К^25 Re°"75 Рг°'25х

X(D/dMf-2*^CTf4(D/Hf-25,

(3.3.6)

Где |іст, |і - коэффициенты динамической вязкости перемешиваемой среды при темпера­туре соответственно стенки и средней в аппа­рате; ^ - коэффициент теплопроводности пе­ремешиваемой среды при температуре в аппа­рате; Рг - критерий Прандтля; Nu - число Нуссельта; Н - высота слоя жидкости в аппа­рате.

3.3.4. Значения постоянной К в уравнении (3.3.5)

Тип мешалки

К для аппарата

Гладкостенного

С отражательными перегородками

Трехлопастная, винтовая

170

10

Открытая турбинная

90

6.2

Шести лопастная

80

12,9

Закрытая турбинная

65

Лопастная

35

9,2

Клетьевая

18

-

Это уравнение распространяется на слу­чаи теплообмена в аппаратах с рубашками с мешалками различных типов при наличии и отсутствии отражательных перегородок. Оно применимо также при теплоотдаче к внутрен­ним змеевикам в аппаратах без отражательных перегородок, если конструкция змеевика не препятствует обтеканию его трубок потоком.

Расчет коэффициента массоотдачи (3 (м/с) от взвешенных твердых частиц при турбулент­ном механическом перемешивании в аппаратах с отражательными перегородками возможен по уравнению [12]

P = 0,267(coV)1/4SCT3/4, (3.3.7)

Где v - кинематическая вязкость дисперсион­ной фазы; Sc - v/Dc - критерий Шмидта; Dc - коэффициент диффузии растворяющего­ся вещества частиц в дисперсионной фазе; є0 - среднеобъемное значение диссипации энергии в единице массы перемешиваемой среды (Вт/кг);

N - мощность, потребляемая при перемешива­нии; V - объем перемешиваемой среды; рср -

Среднеобъемная плотность суспензии.

При отсутствии отражательных перего­родок в аппарате с вращающейся мешалкой под действием центробежной силы возникает радиальная сепарация взвешенных твердых частиц. Если их плотность превышает плот­ность жидкости, то основная масса частиц ска­пливается вблизи стенок аппарата, где локаль­ная диссипация энергии значительно больше среднеобъемной. Вследствие этого для аппара­тов без перегородок в уравнение (3.3.7) вво­дится поправочный множитель К^ > 1, значе­
ния которого зависят от степени неравномер­ности радиального распределения твердых частиц в аппарате [12].

При перемешивании газожидкостных систем в барботажных аппаратах с быстроход­ными мешалками при наличии отражательных перегородок объемный коэффициент массоот- дачи р0б (с-1) рекомендуется рассчитывать по следующей эмпирической зависимости [12]:

Роб=0,72<44ф0'67, (3.3.9)

Где Ny - удельная мощность, кВт/м3; Ф - среднее газосодержание газожидкостной смеси в аппарате.

Оборудование для пневматического и пневмомеханического перемешивания. Пневматическое перемешивание - переме­шивание, осуществляемое в аппаратах с барбо- тажными, газлифтными и механическими аэрирующими перемешивающими устройства­ми [48]. Оно осуществляется посредством сжа­того газа, вводимого через специальные газо­распределительные устройства, широко при­меняется в горной, пищевой, химической и других отраслях промышленности, в тех слу­чаях, когда введение в аппарат большого коли­чества газа является технологической необхо­димостью (в барботажной полимеризационной аппаратуре, аппаратах для очистки газов и биологической очистки сточных вод и т. д.). Существует несколько типовых технологиче­ских схем пневматического перемешивания (рис. 3.3.6).

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Рис. 3.3.6. Схемы перемешивания с помощью сжатого газа в аппаратах:

А - с центральным барботером; б - со смещенным барботером; в - с барботером малого по­гружения; г - с газлифтной трубой; д - в кожухотрубном аппарате с газлифтными трубами и циркуляционной трубой; 1,2 - соответственно вход и выход жидкости; 3, 4 - соответствен­но вход и выход газа; 5 - газлифтная (эрлифтная) труба; 6 - циркуляционная труба; 7 - трубная доска; 8,9- соответственно вход и выход теплоносителя

О0о оо -

°о о° о /т, OQ°Q

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

В наиболее простой из них газ распреде­ляется по всему сечению аппарата с помощью специального барботера (рис. 3.3.6, а). Приве­денная скорость газа в таких аппаратах не пре­вышает 0,1 м/с. При скоростях менее 0,02 м/с подъем газа происходит в основном в цен­тральной части аппарата, что вызывает возник­новение направленной меридиональной цирку­ляции жидкости, интенсифицирующей пере­мешивание. При более высоких скоростях газ распределяется по сечению более равномерно и перемешивание осуществляется в основном за счет турбулентной диффузии.

Для усиления циркуляции газораспреде­лительное устройство устанавливают у стенки аппарата на разной высоте (рис. 3.3.6, б, в). Такие схемы применяют в аэротенках для био­логической очистки сточных вод [36]. Ско­рость циркуляции в таких аппаратах составляет 0,25...0,4 м/с.

Более высокие скорости циркуляции (до 1 м/с) достигаются в газлифтных аппаратах (рис. 3.3.6, г, д). Конструкция кожухотрубного аппарата, показанного на рис. 3.3.6, д, позволя­ет обеспечить отвод (и подвод) теплоты от (к) перемешиваемой жидкости. Приведенная ско­рость газа в газлифтных аппаратах может дос­тигать 2 м/с.

Механические аэраторы в зависимости от глубины погружения в жидкость могут быть поверхностными и глубинными. В поверхност­ных аэраторах развитая поверхность контакта фаз газ - жидкость обеспечивается в результате разбрызгивания воды лопастями ротора. Суще­ствуют поверхностные аэраторы с горизон­тальной и вертикальной осью вращения. Аэра­торы с горизонтальной осью вращения (щеточ­ные аэраторы) применяют в сооружениях не­больших масштабов (рис. 3.3.7, а). Их про­изводительность по кислороду составляет 10... 12 кг/ч. На сооружениях средних и круп­ных масштабов используют аэраторы с верти­кальной осью вращения (рис. 3.3.7, б). Их про­изводительность по кислороду составляет 30...80 кг/ч.

Действие глубинных аэраторов основано на всасывании воздуха в жидкость через полый вал или воздушную трубу вращающейся ме­шалкой. Производительность этих аэраторов по кислороду составляет 4,5... 10 кг/ч. На крупных сооружениях (в аэрируемых прудах доотчистки) они устанавливаются на понтонах (рис. 3.3.7, в). Всасывание воздуха в воду и его диспергирование в этом случае осуществляется через статор 2 с воздушной трубой при враще­нии ротора (закрытой турбинной мешалки /). Глубина погружения турбины около 0,5 м. Для транспортирования растворенного кислорода из области всплывания пузырьков в окружаю­щую жидкость, а также для предотвращения оседания активного ила на одном валу с турби­ной имеется лопастная мешалка.

В биохимических реакторах и аэротенках для очистки сточных вод применяют пневмо­механические аэраторы (рис. 3.3.7, г). В них диспергирование воздуха осуществляется через барботер, над которым установлена турбинная мешалка 2 на вращающемся валу. Верхняя мешалка 1 служит для предотвращения цено­образования за счет всасывания пены в ворон­ку. Она устанавливается на расстоянии (0,6.. .0,8) dM от поверхности жидкости.

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

В) г)

Рис. 3.3.7. Схемы перемешивания с помощью аэраторов:

А - поверхностного с горизонтальной осью вращения; б - поверхностного с вертикальной осью вращения; в - всасывающего; 1 - ротор; 2 - статор с воздушной трубой; 3 - лопастная мешалка; 4 - понтон; г - пневмомеханического; 1 - верхняя мешалка; 2 - нижняя мешалка; 3 - барботер; G - воздух

Характеристики отечественных аэраторов приведены в табл. 3.3.5.

Аппараты со струйными и эжекцион - ными перемешивающими устройствами.

Эффективность работы любого массообменно - го аппарата можно повысить, наложив низко­частотные колебания на взаимодействующие фазы за счет создания их возвратно- поступательного движения. Аппараты этого типа получили название пульсационных. При пульсациях в потоке интенсифицируется про­цесс взаимодействия фаз (в первую очередь - дробление капель).

Основным элементом аппарата с пульса - ционным перемешивающим устройством явля­ется пневматический пульсатор с золотниково - распределительным механизмом, который по­переменно создает перепад давлений через штуцер 6 в пульсационной камере 2, что при­водит к опусканию и подъему уровня жидкости в ней (рис. 3.3.8). При повышении давления перемешиваемая жидкость через сопло 4 впры­скивается в объем аппарата в виде разнона­правленных струй (струйное перемешивание). При снижении давления жидкость возвращает­ся обратно в камеру.

3.3.5. Характеристика отечественных серийных аэраторов

Тип аэратора

Мощность привода, кВт

Максимальная зона действия, м3

Максимальная производительность по кислороду, кг/ч

Расход воздуха от нагнетателей, м3/ч

22

20000

41

Всасывающий

40

20000

84

-

Пневмомеханический

22 55

. 2000 2800

54 110

1000 1300

Пульсационные мешалки используют для гомогенизации двух жидкостей с целью полу -

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Пульсационного перемешивающего устройства; 4 - сопло; 5 - распределительная полость; 6 - пульсационный штуцер

Чения раствора данного состава, получения суспензий и эмульсий. Скорость жидкости в соплах достигает 2...4 м/с, частота пульсаций 0,5...2 с-1, удельные затраты мощности 0,05...0,5 кВт/м3.

Эжекционный эффект струи используют для перемешивания жидкости в трубопроводе. Эжектирующим устройством в этом случае является сопло на оси трубопровода, через которое в жидкость, движущуюся по трубо­проводу, подается с большой скоростью второй компонент. Эффективность перемешивания можно повысить, установив в трубе винтовую насадку. В качестве эжектирующего устройства можно использовать трубу Вентури [86].

Аппараты с акустическими и электро­магнитными устройствами. Аппараты для перемешивания с акустическими устройствами по способу подвода энергии в обрабатываемую среду и возбуждения колебательных течений или нестационарных потоков делят на аппара­ты с внешними возбуждениями обрабатывае­мой среды и с самовозбуждением [52]. В пер­вом случае колебательные или нестационарные течения создаются активными стрикционными элементами (пьезоэлектрическими или магни - тострикционными преобразователями энер­гии). Во втором случае эти течения возникают в результате движения среды в каналах аппара­та вследствие специфики его устройства, что характерно для роторных аппаратов с модуля­цией потоков (типа РАМП) и различных пуль­сационных распылителей.

Высокочастотные акустические колеба­ния, возникающие в таких аппаратах, способ­ствуют хорошему диспергированию, вследст­вие чего их применяют для получения высоко­дисперсных сред в горнодобывающей, уголь­ной, химико-фармацевтической и химической отраслях промышленности

Создание пульсаций давления и скорости, интенсифицирующих процесс перемешивания, возможно также с помощью электрических

Рис. 3.3.9. Схема электрозарядного эмульгатора:

/, 2-емкости исходных продуктов; 3-емкость готового продукта (смеси); 4 - рабочая мембрана; 5 - высоковольтный электрод; 6 - сферический отражатель; I- разрядная полость;

II- рабочая полость

Разрядов, вихревого магнитного поля, гидро­динамических излучений и других способов.

В электроразрядном эмульгаторе смеши­ваемые жидкости из емкостей 7 и 2 поступают в рабочую полость II эмульгатора, отделенную от разрядной полости I мембраной 4 (рис. 3.3.9) [28]. При подаче на электрод 5 внешнего пере­менного напряжения в разрядной полости, заполненной жидкостью, происходит электри­ческий разряд. Он возбуждает гидроакустиче­ские колебания, передаваемые мембраной смешиваемым продуктам.

Ферромагнитные частицы, помещенные в аппарат с вихревым магнитным полем, вызы­вают интенсивное перемешивание с одновре­менным воздействием на среду электромаг­нитного поля, локальных высоких давлений, акустических колебаний. Такие аппараты ис­пользуют для обработки жидких сред с темпе­ратурой не выше 100 °С, давлением не более 0,25 МПа и динамической вязкостью до 100 Пас.

МАШИНОСТРОЕНИЕ

Производство и продажа хонинговальных головок

Хонинговальные головки 36-160 мм. Контакты для заказов хонголовок: Украина: +38 050 457 1330 Россия: delo7.ru - представитель в России hon@msd.com.ua Видео обзор хонов от 60 до 80мм: Видео хонголовок с …

ЭКСТРУДЕРЫ

Рис. 7.2.19. Узел смыкания гидромеханического типа Экструдеры применяют в качестве гене­раторов расплава в агрегатах для гранулирова­ния пластичных материалов, нанесения тон­кослойных покрытий и пластмассовой изоля­ции, дублирования пленок, для производства пленки, листов, …

ВАКУУМНАЯ СУБЛИМАЦИОННАЯ АППАРАТУРА

Основными частями оборудования для сублимационной сушки и очистки веществ яв­ляются сублимационная камера (или сублима­тор), десублиматор и вакуум-насосная система. В состав сублимационной сушильной установ­ки, помимо этого, входят морозильный аппарат и холодильное …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.