Перемешивание в жидких средах. Механическое перемешивание. Мощность перемешивания. Перемешивание в статических смесителях, страница 3

Критерий , выраженный в таком виде, называют критерием мощности и обозначают .

Соответственно уравнение (6.2) для процессов перемешивания примет вид:

                                                 (14.12)

или                                      (14.13)

Влияние силы тяжести сказывается на образовании воронки и волн на свободной поверхности перемешивания жидкости. При наличии в аппарате отражательных перегородок  или при эксцентричном расположении мешалки относительно оси аппарата, влиянием силы тяжести можно пренебречь.

В этом случае из уравнения (6.13) исключается критерий Фруда:

                                                           (14.14)

Значения коэффициентаи показателей степеней определяют экспериментально: они зависят от типа мешалки, конструкции аппарата и режима перемешивания.

Графики зависимости критерия мощности от режима перемешивания для некоторых типов нормализованных мешалок приведены на рис. 14.7.

Рисунок 14.7 – Зависимость  для  некоторых мешалок нормализованных типов

Таблица 14.1 – К рисунку 14.7

Следует учитывать, что при сильной шероховатости стенок аппаратов, а также при наличии в них внутренних устройств (гильзы термометров, змеевика и т. п.), потребляемая мощность существенно возрастает лишь при отсутствии отражательных перегородок. Так, установка в аппарате змеевика увеличивает потребляемую мощность в 2÷3 раза, установка гильзы термометра, трубы – в 1,1÷1,2 раза. Мощность, затрачиваемая на перемешивание в аппаратах с сильно шероховатыми стенками, возрастает на 10÷20 %.

14.2.2. Сравнительная характеристика и область

применения механических мешалок

Выбор и сравнительная характеристика различных мешалок обусловлены целью перемешивания, объемом аппарата, физико-химическими свойствами компонентов системы, нормами технологического процесса и экономическими показателями.

Лопастные мешалки (см. рис. 14.2) состоят из двух или более лопастей прямоугольного сечения, закрепленных на вращающемся валу. К лопастным мешалкам относят также якорные, рамные и листовые мешалки. Основные достоинства лопастных мешалок – простота устройства и невысокая стоимость. Лопастные мешалки применяют для перемешивания жидкостей, вязкость которых не превышает 10³ мПа×с. Для перемешивания более вязких жидкостей используют якорные или рамные мешалки. Они имеют форму, соответствующую внутренней форме аппарата. При вращении эти мешалки очищают стенки и дно аппарата от загрязнения. Листовые мешалки имеют лопасти большой ширины и обеспечивают тангенциальное течение перемешиваемой среды. Листовые мешалки применяют для перемешивания маловязких жидкостей (менее 50 мПа·с), интенсификации теплообмена, при проведении химических реакций в объеме и растворении.

Винтовые и трехлопастные мешалки (см. рис. 14.3, б, д) выполняют в форме лопастей, изогнутыми по профилю гребного винта или установленные наклонно к плоскости вращения. Эти мешалки потребляют меньшую мощность, чем мешалки других типов, и имеют высокую скорость вращения. Они создают преимущественно осевые потоки и, как следствие, большой насосный эффект. Применяют их для перемешивания жидкостей вязкостью не более 2·10³ мПа×с, для растворения, получения суспензий, быстрого перемешивания, создания маловязких эмульсий и гомогенизации в больших объемах жидкости.

Турбинные мешалки (см. рис. 14.3, в, г) имеют форму колес водяных турбин с плоскими, наклонными или криволинейными лопатками, укрепленными, как правило, на вертикальном валу. Турбинные мешалки создают преимущественно радиальные потоки жидкости и обеспечивают интенсивное перемешивание во всем объеме аппарата. Мощность, потребляемая турбинными мешалками, в аппаратах с отражательными перегородками при турбулентном режиме практически не зависит от вязкости среды. Поэтому мешалки этого типа пригодны для перемешивания смесей, вязкость которых изменяется при перемешивании, для получения суспензий с размером частиц до 25 мм, растворения, абсорбции, интенсификации теплообмена.