Перемешивание в жидких средах. Механическое перемешивание. Мощность перемешивания. Перемешивание в статических смесителях, страница 4

Прецессионные мешалки (рис. 14.8) целесообразно применять, когда объем сосуда превышает 20 м3. Вал прецессирующей мешалки соединен с валом привода шарниром Гука. При вращении вал мешалки отклоняется от вертикали и движется по образующей конуса (прецессирует) с некоторой угловой скоростью рабочего органа  = 1/6÷1/8, удается осуществлять достаточно равномерное перемешивание в сосудах объемом до нескольких сотен кубических метров. Кроме того, исключаются недолговечные концевые подшипники вала мешалки, увеличи­ваются примерно в четыре раза критические скорости колебаний вала, что позволяет более чем в два раза снизить диаметр жестких консольных валов. Прецессионные мешалки имеют меньшие мощность, габариты и массу привода, вследствие чего возрастает долговечность работы мотора редуктора, так как его тихоходный вал почти полностью освобождается от неуравновешенных нагрузок гидродинамического происхождения.

Все механические мешалки, при их установке в аппаратах с большим отношением высоты к диаметру делают многорядными (рис. 14.9). Расстояние между отдельными рядами выбирают в пределах (0,3÷0,8), где  –  диаметр мешалки.

Рисунок 14.9 – Аппарат с многорядной мешалкой

Таким образом, при небольших размерах

Шнековые и ленточные мешалки (см. рис. 14.4, б, в) применяют для перемешивания высоковязких жидкостей (больше 3·10³ Па·с).

14.2.3. Перемешивание взаиморастворимых сред

При перемешивании взаиморастворимых и взаимосмешиваемых сред целью процесса является достижение заданной степени относительной неоднородности концентрации распределяемого компонента или температуры среды в объеме аппарата. Время гомогенизации должно быть меньше, чем время пребывания среды в аппарате. Мерой отклонения состава среды от гомогенной могут служить максимальные отклонения местных (локальных) концентраций  или температуры  от их средних значений  или :

                                   ;                                  (14.15)

                                   ,                                  (14.16)

где  – дискретные значения концентраций и температуры.

Относительные значения неоднородности концентрации или температуры определяют по уравнениям:

                        ;                       (14.17)

                        .                       (14.18)

Среднюю концентрацию компонента в аппарате вычисляют по формуле

                                      ,                                     (14.19)

где  – масса компонента, введенного в аппарат, кг;  – объем жидкости в аппарате, м³.

В периодически действующих аппаратах однородность перемешивания можно найти по формуле

                                     ,                                    (14.20)

где  – коэффициент однородности;  – минимальная концентрация; – средняя концентрация.

В мешалках с отражательными перегородками время выравнивания концентраций t вычисляют по уравнению

                              ,                             (14.21)

в котором постоянная  определяется типом мешалки.

14.2.4. Перемешивание дисперсий

Одна из характеристик дисперсий – размер частиц дискретной фазы, которая является функцией физических свойств и гидродинамических характеристик сред. Деление частиц дискретной фазы на мелкие, средние и крупные основано на понятии о гомогенной дисперсии, которая в гидродинамическом отношении ведет себя как чистая жидкость.

Крупной считается дисперсия, размеры которой удовлетворяют неравенству

                          .                         (14.22)

Для аппаратов с мешалками можно принять, что .

Суспендирование. При перемешивании суспензий возможны следующие режимы:

– дисперсная фаза лежит на дне аппарата, т.е. суспендирование практически отсутствует (рис. 14.10, а);

– дисперсная фаза располагается в нижней части аппарата, однако все частицы находятся в движении, причем ни одна из них не лежит на дне дольше 1 с (рис. 14.10, б);

– суспензия неравномерно распределена во всем объеме аппарата (рис. 14.10, в);

– суспензия равномерно распределена во всем объеме аппарата (рис. 14.10, г).