ОБОРУДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Расчет механических перемешивающих устройств

Методика расчета перемешивающих устройств вертикальных емкостных аппа­ратов регламентируется руководящим нормативным документом С.-Петербург­ского филиала НИИХИММАШ РД 26-01-90-85. Этот расчет проводится для всех аппаратов с механическими мешалками (серийно выпускаемых и нестандартных) при проектировании и реконструкции любого химического производства. По ре­зультатам расчета выдаются разрешения на использование аппаратов для реализа­ции конкретных процессов.

Рекомендуемый метод расчета пригоден для турбулентного режима перемеши­вания, когда значения центробежного критерия Рейнольдса

п ■ d2

Re ц =----- м > 1000 .

v

Здесь п - частота вращения мешалки (1/с),

v - кинематическая вязкость перемешиваемой среды (м2/с).

Целью расчета является проверка применимости аппарата выбранной конструкции для реализации конкретного технологического процесса.

Метод основан на составлении и решении уравнения, характеризующего ра­венство моментов сил, приложенных к перемешиваемой среде:

Мр= МКор+МВн, (1.1)

где Мкр - крутящий момент, т. е. момент сил, создаваемых вращением лопастей ме­шалки,

Мкор, Мвн - моменты сил сопротивления вращению, возникающие на стенках корпуса аппарата и внутренних устройствах соответственно.

Такой подход обеспечивает возможность использования единых расчетных зависи­мостей для аппаратов с мешалками разных типов и различными внутренними уст­ройствами. В качестве гидродинамической основы расчета используются характе­ристики профиля окружной скорости жидкости в аппарате, а при значительном со­противлении внутренних устройств - осредненное значение окружной скорости. С их помощью определяется глубина центральной воронки и мощность привода ме­шалки, необходимая для осуществления перемешивания.

Документ РД 26-01-90-85 рекомендует следующие формулы для определения значений моментов сил, приложенных к перемешиваемой среде:

Мкр= 2м-С;К,

где zM - число мешалок на валу перемешивающего устройства, К - коэффициент мощности перемешивания;

аппарата,

g = IH /D + p - параметр высоты заполнения аппарата (l = 4 для аппарата с от­ражательными перегородками и l = 8 - без перегородок, р = 2 для полностью за­полненного и р = 1 для аппарата со свободной поверхностью жидкости),

v^ - относительная осредненная окружная скорость течения жидкости в аппа­рате;

№ )]2

-=1 (D/ 2)3

где Zh - число внутренних устройств в аппарате,

Zi - коэффициент сопротивления i-го внутреннего устройства; fi - площадь проекции i-го внутреннего устройства на плоскость, перпендику­лярную направлению вращения мешалки;

r - - радиус установки i-го внутреннего устройства; v(r) - относительная окружная скорость жидкости на расстоянии г - от оси вращения.

Таким образом, при Явн < 0.1•D•H уравнение (1.1) записывается и решается от­носительно параметра y1, причем корень этого уравнения рекомендуется уточнять внутри отрезка [s1/(1-s2); (s1-1)/(1-s2)]. По найденному значению y1 определяется y2, а затем рассчитывается глубина центральной воронки:

hB =B•n2•dм2 /2g,

где B - параметр глубины воронки, значение которого можно определить по эмпи-

Если условие не выполняется, т. е. жидкость не покрывает ступицу верхней мешалки и режим перемешивания нарушается, принимается решение об уменьшении вы­бранной частоты вращения мешалки п, заполнении жидкостью всего объема аппа­рата, установке в нем отражательных перегородок или использовании аппарата с эксцентрично установленным валом перемешивающего устройства.

При выполнении условия H - кв > Нм рассчитывается коэффициент мощности К1 и критерий мощности перемешивания

KN = 3.87 - Гм-С-Кь

а затем - мощность, необходимая для осуществления перемешивания

N = Kn-р-п3-й? м5,

где р - плотность перемешиваемой среды.

При необходимости строится график профиля окружной скорости жидкости в аппарате по зависимости:

При Явн > 0.1 - D-H окружная скорость жидкости в аппарате считается постоян­ной: w = л^м-п-уф, т. е. v(r) = уср, а значение К1 определяется по формулам: К1 = 0.25 - 0.67-уср +0.5-уф2 - для мешалок с горизонтальными лопастями при rD > 1.5;

К1 = (1 - уф)2 - для мешалок с вертикальными лопастями при rD < 1.5.

В этом случае уравнение (1.1) записывается относительно уср, а его корень уточняется внутри отрезка [0.001;2]. Известно его приближенное аналитическое решение:

стями при rD > 1.5,

где коэффициент Кп принимает следующие значения:

- 1.2 - для аппаратов с отражательными перегородками;

- 1.3 - для аппаратов с другими внутренними устройствами;

- 1.5 - для аппаратов без внутренних устройств и мешалок с горизонтальными лопастями при ГD > 1.5,

- 2 - для аппаратов без внутренних устройств и мешалок с вертикальными ло­пастями при rD < 1.5.