Основы проектирования химических производств

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Прайс на трехфазные электродвигатели 220/380 АИР 2015г.

Частотные преобразователи для запуска - регулировки оборотов с 220В трехфазных электродвигателей, цены

В химической технологии перемешивание применяют для улучше­ния тепло - и массообмена, получения равномерных смесей несколь­ких жидкостей, жидкости и твердого тела, жидкости и газа. Хотя основной задачей перемешивания в большинстве случасв является рав­номерное распределение вещества или температуры в перемешивае­мом объеме, иногда задача перемешивания заключается в создании высоких скоростей среды около теплообменных поверхностей с целью интенсификации теплообмена.

Способы перемешивания. Известны несколько видов переме­шивания:

— механическое;

— циркуляционное;

— барботажное.

Барботажное перемешивание осуществляется путем барботажа инертного газа или газообразных веществ через жидкость.

Циркуляционное перемешивание происходи'т за счет бол ьших скорос­тей движения (насосом). Это перемешивание целесообразно применять
в том случае, когда имеется необходимость отвода тепла через разви­тую поверхность теплообмена, т. е. через выносной теплообменник.

Механическое перемешивание в жидкой среде, а также в пастообраз­ных и вязких материалах осуществляется с помощью мешалок, кото­рые по конструктивной форме, в зависимости от устройства лопастей, разделяются на: 1) лопастные; 2) листовые; 3) якорные; 4) рамные;

5) турбинные; 6) пропеллерные; 7) специальные.

Все они состоят из трех основных частей: вала, на котором закреп­лена мешалка; мешалки, являющейся рабочим элементом; и привода, с помощью которого вал приводится в движение за счет механической энергии.

В зависимости от числа оборотов мешалки условно делят на тихо­ходные и быстроходные. К тихоходным относят лопастные, рамные, якорные и листовые, имеющие скорость более 80—100 об/мин. К быст­роходным — турбинные и пропеллерные.

При выборе типа мешалки и ее параметров учитывают требования технологического процесса, свойства жидкости, наличие осадков, форму аппарата и другие факторы. К сожалению, отсутствуют единые критерии для выбора мешалки. Обычно при этом руководствуются производственным опытом или лабораторными исследованиями. В некоторой степени можно предложить следующие рекомендации.

Лопастные мешалки (рис. 13.9) применяются при перемешивании жидких неоднородных систем с вязкостью до 15 Па • с и с плотностью до 2000 кг/м1. Основные соотношения размеров для аппаратов с плос­ким днищем </м = 0,7Д И = 0,1с1м, /гм = 0,14(/м.

Поданным НИИХИММАШ рекомендуются следующие предель­ные значения окружных скоростей конца лопасти мешалки в зави­симости от вязкости среды:

Вязкость среды, Па с.......................... 0,001 40—80 80—150

Окружная скорость, м/с............... 3,0—2,0 2,5—1,5 1,5—1,0

Рис. 13.9. Основные части мешалок:

1 — вал; 2— втулка; 3 — лопасть

подпись: 
рис. 13.9. основные части мешалок:
1 — вал; 2— втулка; 3 — лопасть
При высоте сосуда, превышающей диаметр, или при перемешивании вяз­кой жидкости устанавливают несколько пар лопастей по высоте вала. При пере­мешивании очень вязких жидкостей на стенках сосуда устанавливают радиально расположенные перегородки, над кото­рыми проходят лопасти мешалки. При этом поток дробится и повышается эффективность работы мешалки. Мак­симальный эффект турбулизации потока достигается при применении 4-х пе­регородок высотой (0,11—0,13) • Д где

О — диаметр аппарата. Перегородки препятствуют образованию цент­ральной воронки, а также увлечению жидкости вращающимися лопас­тями, что может привести и к прекращению эффекта перемешивания. Установка слишком длинных лопастей нерациональна, так как с воз­растанием линейных размеров лопасти быстро растет потребляемая мощность.

Нормализованные диаметры мешалок от 700 до 2100 мм. Недостат­ки таких мешалок — малая интенсивность перемешивания и отсутст­вие значительных вертикальных потоков, вследствие чего их не реко­мендуется применять для взмучивания тяжелых осадков и работы с расслаивающимися жидкостями. Достоинство мешалок — они просты по конструкции, обеспечивают удовлетворительное перемешивание при работе с вязкими жидкостями, могут применяться в аппаратах зна­чительного объема.

Рис. 13.10. Рамные мешалки

подпись: 
рис. 13.10. рамные мешалки
Рамные мешалки. Они пред­ставляют собой комбинацию ло­пастных мешалок с вертикаль­ными и наклонными лопастями.

Внешний вид таких мешалок по­казан на рис. 13.10. Эти мешалки применяются в тех же случаях, что и лопастные, а также при перемешивании значительных объемов вязких материалов. Нор­мализованные диаметры меша­лок до 2520 мм. Эти мешалки

Используют в реакторах с большой емкостью (до 100 м3).

Якорные мешалки. Они по своей форме соответствуют сосуду, в котором они работают. Расстояние между лопастью и стенкой реакто­ра обычно выбирают в пределах

25-140 мм. На рис. 13.11 пред­ставлены конструкции якорных мешалок.

Якорные мешалки предназ­начены для перемешивания жид­костей вязкостью 300 Па • с и выше, особенно при нагреваиии среды через стенку реактора.

Вследствие небольшого зазора между лопастью и стенкой сосу­да возникает сильное турбулентное движение, препятствующее выпа­дению на стенках осадка и перегреву среды. Н И ИХИММАШ рекомен­дует для якорных мешалок те же скорости, что и для лопастных. Следует отметить, что при перемешивании очень вязких жидкостей

Л

подпись: л

подпись: №

Рис. 13.11. Якорные мешалки

подпись: рис. 13.11. якорные мешалкиЛ

_Г1_

Ю

А

Ж

/

О,

Ш.

 

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Рис. 13.12. Листовая мешалка Рис. 13.13. Пропеллерные мешалки

Якорные мешал к и снабжаются дополнительными вертикальными ло­пастями —■ пальцами.

Листовые мешалки. Их применяют сравнительно редко, в основном для маловязких жидкостей, при интенсификации теплообмена, взве­шивании твердого вещества. Конструкция мешалки приведена на рис. 13.12.

Пропеллерные мешалки (рис. 13.13). Они представляют собой обыч­ный гребной винте числом лопастей от двух до четырех.

При работе мешалки осуществляется интенсивная циркуляция жидкости с сильным вихреобразованием. Их рекомендуют использо­вать для перемешивания сред вязкостью до 2 Па • с и плотностью до 2000 кг/м3.

Окружную скорость мешалки рекомендуется выбирать в пределах

1, 6-4,8 м/с. Чтобы избежать образования воронки, вал мешалки сме­шают по отношению к оси аппарата на величину до 0,25 мм, либо устанавливают его с наклоном 10-20° к оси сосуда.

Для трудно смешиваемых вязких жидкостей применяются мешал­ки, состоящие из 2-х пропеллеров, установленных на одном валу. Оба пропеллера толкают жидкость в одну сторону или навстречу лруг другу. Нормализованные диамет ры мешалок — от 300 до 700 мм.

Турбинные мешалки. Как уже отмечалось ранее, они относятся к быстроходным мешалкам. На рис. 13.14 приведены конструкции тур­бинных мешалок. Эти мешалки работают по принципу центробежно­го насоса, т. е. всасывают1 жидкость в середину и за счет центробежной силы отбрасывают сс к периферии. Их делают открытыми и закрыты­ми. Закрытые мало отличаются по конструкции от колеса центробеж­ного насоса VI подразделяются, в свою очередь, на мешалки односто­роннего и двустороннего всасывания. Открытая мешалка представляет диск с радиально расположенными лопатками. Они более просты по конструкции и поэтому чаше применяются в технике.

Турбинные мешалки обеспечивают весьма интенсивное перемеши­вание. Их рекомендуют применять для интенсивного перемешивания

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Рис. 13.14. Турбинные мешалки открытого (а) и закрытого (б) типа

Жидкостей вязкостью до 45 Па • с и плотностью до 2000 кг/м3. Окруж­ная скорость концов лопастей — 2-ь7 м/с, причем скорость мешалок с диаметром до 300 мм берется болъшей, чем при диаметре свыше 300 мм. Ниже приведена зависимость окружной скорости турбинной мешалки от вязкости среды:

Вязкость среды, Па • с......................... 0,001-5 5-15 15-25

Окружная скорость, м/с....................... 7—4,2 4,2—3.4 3,4—2,3

Не рекомендуется их использовать в реакторах большой емкости. Б аппаратах с турбинными мешалками обязательна установка отража­тельных перегородок. При отсутствии такой перегородки образуется глубокая воронка, иногда доходящая до основания мешалки и переме­шивание резко ухудшается (обычно устанавливают четыре перего­родки).

Конструирование и изготовление мешалок. Мешалки изготавливаю! из различных металлических и неметаллических материалов, обладаю­щих достаточной механической прочностью. Наиболее распростра­нены сварные перемешивающие устройства, выполненные из легиро­ванной стали. Мешалки сложной конструкции отливают из чугуна. В простейших конструкциях лопасти приваривают непосредственно к валу. Однако, как правило, рабочие элементы крепятся на валу с помо­щью разъемных соединений.

Обычно к ступице приваривают лопасти. Ступица крепится на валу с помощью шпонки и стопорных устройств, препятствующих осевому смещению. В случае установки мешалки в середине вала ее закрепля­ют стопорным винтом, как показано на рис, 13.15,а, при установке на конце вала — концевой гайкой (рис. 13.15,6).

При конструировании мешалок необходимо учитывать условия их монтажа. Мешалки небольших аппаратов (диаметр 1200 мм и менее) обычно собирают совместно с крышкой и вместе с ней устанавливают в реактор.

Мешалки для крупногабаритных аппаратов целесообразно делать разъемными из частей таких размеров, которые можно пронести через

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВАРис. 13.15. Крепление мешалок к ступице: а — стопорным винтом; 6 — торцевой гайкой

Лаз аппарата. Это дает возможность разбирать мешалку при ремонтных и монтажных работах, не снимая крышку и привод. В цельносварных аппаратах мешалка обязательно должна быть разборной. Необходимо иметь в виду, что резьбовые соединения внутри химических реакторов работают в очень тяжелых условиях. Резьба легко загрязняется и кор­родирует даже при действии слабых агрессивных сред. Поэтому во многих случаях части мешалок изготавливают из нержавеющей стали.

Открытые турбинные мешалки выполняют сварными. Лопасти приваривают к диску, который, в свою очередь, сварен со ступицей. Применение полимерных материалов для мешалок ограничено их низкой механической прочностью. Более распространены стальные мешалки, защищенные антикоррозионными покрытиями, или комби­нированные из стального вала и неметаллических лопастей.

Несколько слов о мешалках специальных типов. К ним относятся импеллерные мешалки, которые применяют для обеспечения хороше­го контакта газа с жидкостью при одновременном интенсивном пере­мешивании. Вал мешалки помещен внутри трубы, по которой подает­ся воздух под небольшим избыточным давлением. На мешалке имеется ряд лопастей, а на конце трубы установлен статор с лопастями. Нали­чие двух рядов лопастей — подвижного и неподвижного — обеспечи­вает хорошее перемешивание жидкости и газа.

Приводы мешалок. Быстроходные мешалки при 400—500 об/мин и выше соединяются с электродвигателем через клиноременную пере­дачу, а в некоторых случаях могут быть установлены и на одном валу с электродвигателем. Однако обычно привод осуществляется от элект­родвигателя через редуктор. Приводы мешалок могут быть с кониче­ской, червячной, цилиндрической или планетарной передачей. Кони­ческие и червячные приводы имеют горизонтальный быстроходный вал, соединенный с электродвигателем через муфту или клиноремен­ную передачу. Конические и особенно червячные приводы до недав­него времени широко применялись для аппаратов с мешалками.

В настояшсс время выпускают планетарные приводы. Они компак­тны, надежны в работе, имеют высокий КПД и работают в значитель­ном диапазоне частоты вращения и мощностей. Но эти приводы не дают возможности изменять число оборотов мешалки во время работы, что является существенным их недостатком.

Изменение числа оборотов мешалки необходимо во многих случа­ях: при изменении консистенции перемешиваемой массы, при отра­ботке нового, еше неизученного процесса, а также, когда режим пере­мешивания должен меняться во времени. Приводы мешалок во взрывоопасных цехах снабжают взрывобезопасными электродвигате­лями. В помещениях, содержащих особо взрывоопасные вещества, ус­тановка электродвигателей иногда вообще исключается. Двигатель приходится выносить в соседнее взрывобезопасное помещение, пере­дача осуществляется с помощью горизонтального вала, проходящего через стену, разделяющую помещения. Вал в стене уплотняют сальни­ками. Приводы мешалок устанавливают на стойку, которую, в свою очередь, крепят к аппарату, для чего к его крышке приваривают толс­тые пластины. Стойки делают чугунными или стальными, сварными.

Для улучшения работы вала мешалки устанавливают концевой под­шипник (подпятник) или промежуточные подшипники в верхней час­ти вала мешалки. Сточки зрения распределения нагрузок наиболее ра­циональны приводы с концевыми подшипниками, однако во многих случаях из-за коррозионного или абразивного действия среды их нельзя использовать, или в полимерной среде — тоже нельзя устанав­ливать подшипники.

Крутильные колебания вызывают износ подшипников и воздей­ствуют на сальник. Концевой подшипник устраняет крутильные ко­лебания, улучшая работу сальника и подшипников. Его применение необходимо при большой длине или высокой частоте вращения.

Расчет мешалок. Заключается в определении потребляемой мощ­ности, выборе двигателя, прочностном расчете мешалки и вала. Мощ­ность, потребляемая мешалкой, Вт:

N ~ Ку ■ р • пг • с1*,

Где — критерий мощности, величина которого выбирается по соот­ветствующим таблицам и номограммам в зависимости от типа мешал­ки и числа Рейнольдса; р — плотность жидкости, кг/м3; п — частота вращения мешалки, с-1; с1ч — диаметр мешалки, м.

Мощность двигателя определяют из соотношения

Где N — мощность, потребляемая мешалкой, кВт; — потери на тре­ние в сальнике, кВт; т| — КПД привода.

19-4240

По величине /У1|( подбирают привод. Мощность, расходуемая на трение в сальнике для уплотнения с мягкой набивкой

^ = 1,48/

Где/— коэффициент трения вала по мягкой набивке, равный 0,2; —

Диаметр вала, мп — частота вращения мешалки; /— длина набивки, м; р — рабочее давление в аппарате, Па.

4 „4

подпись: 4 „4Лопасти мешалки рассчитывают на изгиб. Для лопастей прямо­угольной формы равнодействующая сил сопротивления приложена в точке, расстояние которой от оси

3 R

Гп =т-

4 /г3-/*3’

Г де R — радиус лопасти, м; г — радиус стулицы, м.

Величина равнодействующей силы

Р =

Где Д/кр — крутящий момент на ваду; z — число лопастей на валу.

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВАДля наклонной лопасти (рис. 13.16) сила Р, действующая перпендикулярно плоскости ло­пасти, равна

Р] = Р/cos а,

Где а — угол наклона лопасти.

Изгибающий момент определяется урав­нением

Мт=Р(г0-г).

Рис. 13.16. К расче­ту лопасти мешалки Момент сопротивления лопасти определяют

Из условия прочности

¥ = М^! |0].

Отсюда толщина лопасти

Где Ь — ширина лопасти мешалки.

Имеется нормаль НИИХИММАШ для расчета мешалок на прочность.

Основы проектирования химических производств

Машины для транспортировки жидкостей и газов

Насосами называются машины, предназначенные для перемеще­ния жидкостей (газов) и сообщения им энергии. Работающий насос преобразует механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, увеличивая ее давление. Перемещение жидкостей осуществляется следующими насосами: …

Классификация транспортных средств для твердых материалов

По способу передачи усилия транспортируемому материалу транс­портные средства делятся на: — машины, которые перемешают материал под действием механи­ческой силы, передаваемой от привода; — гравитационные устройства, в которых груз перемешается под …

ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА

Успешная работа химического предприятия во многом зависит от четкой работы промышленного транспорта. Промышленный транс­порт делится на две основные группы: внешний и внутренний. Внешний транспорт — предназначен для доставки на предприятие …

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@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.