Перемешивание в жидких средах. Механическое перемешивание. Мощность перемешивания. Перемешивание в статических смесителях, страница 6

– для времени перемешивания

                              ,                             (14.30)

– для мощности

                                    ,                                   (14.31)

подставляя в них при перемешивании неньютоновских жидкостей значения эффективной вязкости.

14.3. Пневматическое перемешивание

Пневматическое (барботажное) перемешивание выполняют пропусканием сжатого воздуха, инертного газа или пара через слой перемешиваемой жидкости. Этот способ обычно применяют в тех случаях, когда воздух или другой газ является одним из веществ, вступающих в реакцию, или нужен для возбуждения биохимического процесса, например, при аэрации очищенных сточных вод. Пневматическое перемешивание целесообразно применять для жидкостей с небольшой вязкостью (не более 200 мПа×с) в емкостях большого объема.

Проще всего барботажное перемешивание осуществляют подачей газа в нижнюю часть емкости через перфорированную трубу, змеевик или решетку.

Струя газа на выходе из отверстий распадается на пузырьки, которые, поднимаясь вверх, увлекает за собой жидкость. По мере подъема пузырька размеры его увеличиваются, форма отклоняется от сферической, а траектория отклоняется от вертикали. Все это в сочетании со слиянием отдельных пузырьков (коалесценцией) обусловливает перемешивание жидкости с интенсивностью, нарастающей снизу вверх. После выхода газовых пузырьков на поверхность увлеченная ими жидкость отходит к стенкам аппарата и опускается вниз.

При расчете пневматических устройств для перемешивания определяют необходимое давление  и расход газа :

                 ,                (14.32)

где  – высота столба перемешиваемой жидкости; – скорость газа в трубе ( = 20 ÷ 40 м/с);  – плотность жидкости и газа;  – коэффициент трения;  – длина и диаметр трубы; – сумма коэффициентов местных сопротивлений;  – давление над жидкостью в аппарате.

Для ориентировочных расчетов

                                .                               (14.33)

Объемный расход газа при давлении равном 0,1 МПа, можно определить по эмпирической формуле

                                       ,                                     (14.34)

где  – расход газа, м³/ч;  – сечение аппарата, м²;  – давление газа, р = 0,1 МПа;  – экспериментальный коэффициент.

При слабом перемешивании = 0,24÷0,3; при среднем перемешивании k = 0,35÷0,5; при интенсивном перемешивании  = 0,5÷0,6.

При расчете барботеров расход воздуха на 1 м² свободной поверхности можно принять: для слабого перемешивания – 0,4 м³/мин, среднего – 0,8 м³/мин, интенсивного – 1,0 м³/мин.

14.4. Перемешивание с помощью сопел и насосов. Циркуляционное
перемешивание

Циркуляционное перемешивание с помощью сопел и (или) насосов применяют, как правило, при смешении жидкостей в аппаратах большого объема. Самая простая схема циркуляционного перемешивания показана на рис. 14.12.

Возможны различные варианты схем перемешивания, работающих по этому принципу, в зависимости от плотности смешиваемых жидкостей. Для интенсификации перемешивания на выходе напорной трубы устанавливают сопло.

При движении струи жидкости, выходящей из сопла, на ее граничной конической поверхности образуется наружный турбулентный слой. Толщина этого слоя увеличивается пропорционально расстоянию от устья сопла за счет количества движения основной струи (ядра). Возрастание толщины наружного слоя ведет к увеличению сечения потока и к сужению ядра потока, рассеивающегося на некотором расстоянии от устья сопла (рис. 14.13).

Рисунок 14.13 – Схема движения жидкости из погруженного сопла

За счет кинетической энергии струи жидкости, вытекающей из сопла, происходит подсасывание жидкости из окружающей среды. Эффект подсасывания наиболее эффективен при  = 15÷20. Вытекающий поток оказывает всасывающее действие и на большем удалении, однако эффективность насоса снижается с удалением от устья сопла. Расстояние, до которого поток из сопла еще обладает способностью подсасывать жидкость, достигает (80÷100) и зависит от начальной скорости вытекания жидкости.