Металлургическая гидроаппаратура: Конспект лекций (Выщелачивание в гидрометаллургии. Аппараты и схемы для разделения суспензий), страница 8

Якорная мешалка применяется для перемешивания весьма плотных и вязких (пастообразных) сред (например, сгущенного нефелинового шлама в фильтрах-сгустителях).  Форма перемешивающего органа повторяет профиль емкости, в которой она работает, и имеет незначительный зазор со стенкою. При перемешивании  происходит очистка стенок аппарата от налипшего материала. Скорость вращения таких вешалок не превышает 10-12 об/мин.

Ленточная мешалка аналогична  по назначению  якорной. При вращении она очищает стенки реактора от налипающей реакционной массы. В отличие от якорной, у нее несколько выше скорость вращения. Ленточные ме­шалки могут быть установлены в автоклавах.

Мощность механической мешалки  может быть определена, основываясь на гидродинамическом подобии в процессах перемешивания, принимая, что закон сопротивления среды в общем виде может быть представлен функ­циональной зависимостью:

= f(Re, Fr),

где: Eu - критерий Эйлера, характеризующий перепад гидростатического давления;

  Re - критерий Рейнольдса, характеризующий  режим движения жидкости;

Fr - критерии Фруда, характеризую­щий влияние сил гравитации и волнообразования. Поскольку рабочий орган мешалки глубоко погружен, влияние силы тяжести, связанной с волнообразованием на поверхности жидкости, можно не учитывать. Тогда зависимость для мешалок упростится:

Eu_м = f(Re_м).

Общепринятое выражение критерия Эйлера имеет вид:

где: DР -   перепад давления;  

r - плотность среды;

W - скорость потока.

Путем незначительных преобразований

можно получить  модифицированное выражения критерия Эйлера для пере­мешивания пульп механической мешалкой:

где:  n - число оборотов мешалки;

d - диаметр мешалки;

N_p – расчетная мощность, затрачиваемая на преодоление  сопротивления среды.

В этом виде критерий   Эйлера   называют критерием мощности или коэффициентом мощности:

Критерий Рейнольдса   для процессов перемешивания также целесо­образно  видоизменить:

 или   

Таким образом, критериальное давление для определения мощности в процессе перемешивания есть функциональная зависимость коэффициента мощности от критерия Рейнольдса. Экспериментальное  раскрытие этой функции на моделях механических мешалок дает степенную зависимость:

Численные значения коэффициентов А  и m  для различных типов мешалок приводятся в справочной литературе.

На рис.8 приведены некоторые опытные значения коэффициента мощности в зависимости от значения критерия Рейнольдса для геометрически по­добных мешалок.

Для определенного типа мешалок можно вычислить значение критерия Рейнольдса через критерии и симплексы подобия:

Re_м = cGa^{k .} Г_р^{е .} Г^m_do ^. Г_Dⁿ

где: Ga - критерий Галилея;

Г_р- симплекс отношения плотности частицы к плотности среды;

Г_do - симплекс отношения диаметра частицы к диаметру мешалки;

Г_D- симплекс отношения диа­метра  емкости к диаметру мешалки;

с, k, l, m, n - постоянные для каждого типа мешалки. Определив значения Re_м , мощность, необходимая на преодоление сопротивления среды, рассчитывается по уравнению:

N_p = Red⁵n³p.

Мощность электродвигателя определяется из выражения:

где: K_з - коэффициент запаса, учитывающий момент инерции (пусковой  мо­мент);  h- суммарный коэффициент полезного действия установки.

Для приближенных расчетов потребной мощности мешалок существуют графические зависимости. Так, например, для пропеллерных мешалок можно пользоваться графиком  рис.8 . Следует иметь в виду, что данные этого графика относятся к работе мешалки в воде,  и при определении мощности для перемешивания различных пульп следует учитывать плотность и вязкость для конкретного случая.

Помимо мощности при выборе мешалки необходимо определение эффективности ее работы. Рассмотрим моделирование мешалок по их эффективности для процесса растворения твердого вещества  в растворителе.

В соответствии с современным состоянием теории  растворения твердых тел в жидкости можно считать, что в условиях механического переме­шивания время растворения может быть выражено в виде функции:

t = f(C_o, C_n, F, n,d)