Перемешивание в жидких средах. Механическое перемешивание. Мощность перемешивания. Перемешивание в статических смесителях, страница 5

Рисунок 14.10 – Режимы работы аппарата при перемешивании суспензий

Предпочтительным является последний из перечисленных режимов. Подвижность всех частиц суспензии в аппарате обеспечивается при условии

                                ,                              (14.23)

где  – скорость движения жидкости в аппарате;  – скорость осаждения частиц;  – высота аппарата;  – диаметр частиц дискретной фазы.

Для получения скорости движения жидкости в аппарате, превышающей , необходимо, чтобы удельная мощность перемешивания находилась в пределах заштрихованной области (рис. 14.11).

Рисунок 14.11 – Зависимость удельной мощности перемешивания от значения критерия
Архимеда и диаметра частиц дисперсной фазы

Кривая 1 на этом рисунке построена для случая оптимального расположения мешалки в аппарате:

                           ,                          (14.24)

а кривая 2 – для глубины погружения мешалки .

Частота вращения мешалки , при которой дискретная фаза практически равномерно распределяется по объему аппарата, может быть определена из критериальных уравнений, которые приведены в специальной литературе.

Эмульгирование. Эмульсия – распределенные в сплошной жидкости частицы дисперсной фазы (жидкости или газа).

Для обеспечения эмульгирования необходимо, чтобы скорость жидкости в аппарате w была больше предельной , вычисляемой из уравнения

                            ,                           (14.25)

где  – межфазное натяжение;  – динамическая вязкость дискретной среды.

В соответствии с теорией Колмогорова, размер частиц эмульсии может быть определен по формуле

                                   ,                                  (14.26)

а по экспериментальным данным:

                                ;                               (14.27)

                         ,                       (14.28)

где – постоянные,  = 3,77;  = 0,13;  – межфазное (поверхностное) натяжение; Dr – разность плотностей дискретной и сплошной сред;  – мощность перемешивания; – объем жидкости в аппарате.

В качестве первого приближения при расчете эмульгатора обычно находят определяющее число оборотов мешалки, при котором дисперсная фаза практически равномерно распределена в объеме аппарата.

Эмульгирование жидкостей в аппаратах, работающих при наличии в области мешалки кавитационных явлений, рассматривается в специальной литературе.

14.2.5 Перемешивание высоковязких и неньютоновских сред

В химической технологии достаточно часто используются растворы и расплавы полимеров, концентрированные эмульсии и суспензии, коллоидные суспензии и т.п., которые относят к неньютоновским жидкостям. Характеристика этих жидкостей и их классификация приведена в гл. 1, 2. Кроме того, что у неньютоновских жидкостей вязкость может зависеть от скорости сдвига, начального напряжения сдвига, времени течения или от проявления при течении упруго-восстановительных деформаций, эти жидкости, как правило, имеют и высокую вязкость.

Для перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей чаще применяют тихоходные перемешивающие устройства, характерной особенностью которых является ламинарный режим течения жидкостей в аппарате. Мощность N, потребляемая мешалкой при таком режиме работы, определяется уравнением

                                       ,                                      (14.29)

где  – динамическая вязкость жидкости;  – частота вращения мешалки.

В аппаратах для перемешивания этих жидкостей необходимо обеспечить достаточно равномерное распределение скоростей потоков жидкости, преимущественно с ламинарным режимом течения во всем объеме аппарата. Для большинства конструкций аппаратов, предназначенных для перемешивания высоковязких сред, характерно наличие замкнутых осевых циркуляционных контуров с движением жидкости в одном направлении по центральной части аппарата и в противоположном направлении по кольцевой периферийной области. Отличительными особенностями этих устройств являются большие размеры мешалок по диаметру и высоте аппарата.

Расчет устройств для перемешивания высоковязких жидкостей имеет много характерных особенностей и рассматривается в специальной литературе. Для приближенных расчетов можно воспользоваться уравнениями: