Перемешивание в жидких средах. Механическое перемешивание. Мощность перемешивания. Перемешивание в статических смесителях, страница 2

Рисунок 14.2 – Мешалки, создающие преимущественно тангенциальные потоки:

а – лопастные мешалки (неразъемная и разъемная); б – якорная мешалка; в – рамная мешалка

– создающие преимущественно радиально-аксиальные потоки – пропеллерные, турбинные клетьевые (рис. 14.3);

а                                                                      б

в

Рисунок 14.3 – Мешалки, создающие преимущественно радиально-аксиальные потоки:
а – трехлопастная мешалка; б – шестилопастная мешалка; в – открытая турбинная мешалка (неразъемная и разъемная); г – закрытая турбинная мешалка; д – винтовая мешалка; е – клетьевая мешалка

– создающие преимущественно аксиальные потоки – мешалки с диффузором, шнековые и ленточные (рис. 14.4).

Рисунок 14.4 – Мешалки, создающие преимущественно аксиальные потоки:

а – пропеллерная мешалка с диффузором; б – шнековая мешалка; в – ленточная мешалка

Быстроходные мешалки, кроме радиальных и радиально-аксиальных потоков, создают вращательное движение, за счет которого в центре возникает зона пониженного давления и происходит образование воронки, которая может достигнуть мешалки (рис. 14.5).

Чтобы уменьшить вращение жидкости и дополнительно турбулизировать поток, на корпус аппарата по образующей устанавливают отражательные перегородки (рис. 14.6).

При движении в жидкости в точках поверхности лопасти мешалки, где скорость жидкости является наибольшей (например, у кромок вертикальной пластины), происходит отрыв пограничного слоя и образование турбулентного кормового следа. Окружная скорость имеет наибольшее значение на периферии мешалки, так как ее величина пропорциональна диаметру мешалки. В данной области, как следует из уравнения Бернулли, образуется зона пониженного давления, куда устремляется жидкость, находящаяся в аппарате. Это течение, а также радиальные потоки, возникающие под действием центробежных сил при вращательном движении мешалки, приводят к интенсивному перемешиванию содержимого аппарата.

14.2.1 Мощность, потребляемая механическими мешалками.

Мощность N, расходуемая на перемешивание, представляет собой энергию, передаваемую перемешиваемой жидкости в единицу времени с помощью мешалки и затрачиваемую на образование вихрей в жидкости. В конечном счете, эта энергия преобразуется в теплоту.

Мощность двигателя определяют по уравнению:

                                    ,                                     (14.5)

где  – мощность двигателя, Вт;  – к.п.д. передачи и уплотнения, соответственно.

Если для привода используется электродвигатель, то его мощность выбирается по каталогу, причем рассчитанное значение  округляют до ближайшего большего значения, приведенного в каталоге.

Расчет мощности производят по критериальному уравнению:

                             .                             (14.6)

Для описания процесса перемешивания применяют модифицированные критерии: , которые получают путем замены линейной скорости в обычных критериях подобия на величину , пропорциональную окружной скорости мешалки:

                                    ,                                     (14.7)

где  – диаметр мешалки, м;  – число оборотов мешалки, с^–1.

В качестве определяющего линейного размера во всех упомянутых критериях используют диаметр мешалки :

(14.8)

В критерий Эйлера входит разность давлений между передней (со стороны набегания потока) и задней плоскостями лопасти мешалки. Этот перепад давлений, преодолеваемый усилием , приложенным к валу мешалки, выражают через полезную мощность , сообщаемую жидкости. Величина  пропорциональна произведению усилия на валу и окружной скорости, т.е.

                                    .                                     (14.9)

Тогда перепад давления можно заменить пропорциональной величиной:

                           ,                         (14.10)

где  – площадь, на которой распределено усилие Р.

Подставив  в выражение для , получим:

                              .                             (14.11)