|
Лопастные мешалки перемешивают жидкие продукты лопастями, прикрепленными к валу привода, вращающемуся в любой плоскости. Лопасти могут быть развернуты к направлению вращения, их число и схема закрепления на валу различны (рис. 16.3).
Чтобы предотвратить движение жидких смесей, особенно вязких, на неподвижных стенках корпуса устанавливают отражатели. Для перемешивания систем, выделяющих осадок, применяют якорные мешалки. Обычная частота вращения якоря мешалок 20...80 об/мин, но могут применяться и более скоростные устройства (до 400 об/мин).
Планетарные мешалки применяют для перемешивания вязких смесей (рис. 16.4).
Пропеллерные мешалки (рис. 16.5, а) в качестве рабочего органа используют пропеллер (винт). Диаметр его составляет 1/3...1/4 диаметра сосуда. Различают двух- и трехлопастные винты. Пропел
Пропеллерные мешалки обеспечивают образование сложного поля скоростей, что улучшает перемешивание.
Такие мешалки могут иметь и несколько винтов на одной оси с разным наклоном лопастей. Частота вращения 150... 1000 об/мин. При направлении потока на дно сосуда он хорошо «взмучивает» осадок с относительно крупными частицами (размерами до 150 мкм). Такие мешалки могут иметь и несколько винтов на одной оси с разным наклоном лопастей. Их применяют при умеренной вязкости жидкости (до 6 Па ■ с). Недостаток — большое потребление энергии.
Турбинные мешалки (рис. 16.5,6) представляют собой турбинные колеса, закрепленные на вертикальном валу и вращающиеся со скоростью 200...2000 об/мин. Турбины похожи на колеса центробежных насосов и могут иметь часть их статора. Такие мешалки эффективны и применяются для перемешивания и маловязких, и вязких жидкостей (до 500 Па с). Они хорошо «взмучивают» осадки твердой фазы и применяются для перемешивания в жидкостях твердых сыпучих материалов с размерами частиц до 25 мкм и их содержанием до 60 % по массе. Строго говоря, термин «турбинные колеса» неудачный, так как турбины в данном случае не применяются как устройства, преобразующие поступательное движение потока во вращательное движение ротора. Так называемые турбинные колеса мешалок остаются по своей сути пропеллерами, преобразующими вращательное движение вала в движение среды.
Пневматическое перемешивание заключается в барботировании (течении) воздуха или пара через слой смешиваемых продуктов. Этот процесс течения газа через жидкость и их перемешивания рассматривается подробнее при изучении брагоперегонного процесса. Применяют пневматическое перемешивание при вязкости продукта до 200 Па • с, при замачивании зерна в воде для приготовления солода и др. Для перемешивания высоколетучих компонентов этот способ не рекомендуется, так как при этом вместе с воздухом уноситься много летучих веществ.
П оточные (или эжекторные) смесители применяют для организации непрерывного или поточного перемешивания продуктов. Они представляют собой колонны с горизонтальными решетчатыми перегородками, разделяющими потоки на части и создающими возможность их нового соединения. Устройство таких колонн многообразноРасчет расхода энергии на перемешивание. Расход энергии на привод механических мешалок определяют на основании экспериментальных исследований однотипных конструкций. Результаты исследований для каждого типа мешалок обобщают с помощью критериальных зависимостей, которые выводят с использованием метода теории размерностей. Получим их.
Первый шаг метода — составление перечня действующих факторов. В данном случае эта задача относительно проста. Очевидно, что на потребляемую мешалкой мощность N влияют (для фиксированного типа мешалки): характерный размер, в данном случае диметр лопастей d; частота вращения n; динамическая вязкость μ и плотность р жидкости:
N=N(d,n, μ, р).
Перечень определяющих параметров: N, d, μ, n, р, т. е. всего 5 переменных.
Второй шаг метода — определение числа независимых размерностей. Для этого выпишем единицы измерения всех величин перечня параметров:
Независимые размерности в этом перечне — килограмм, метр и секунда — всего три размерности.
Согласно л-теореме данное явление определяется двумя безразмерными комплексами параметров, так как
π = 5 — 3 = 2.
На третьем шаге составим из приведенного перечня параметров два независимых безразмерных комплекса. Это можно сделать простым подбором. Однако помощь здесь может оказать и предварительный анализ искомых зависимостей. Перемешивание — гидродинамический процесс, в который входит образование поля скоростей и давлений в жидкой среде и на который влияют силы вязкости и инерции. На основании анализа известных критериев гидродинамического подобия можно предположить, что на процесс влияют только два критерия: Рейнольдса и Эйлера. Все критерии, характеризующие свободное движение, здесь неприменимы, так как исследуемое движение вынужденное, а критерий Фруда не может быть использован в анализе, так как влиянием движения под действием силы тяжести в исследуемом процессе пренебрегаем.
Комбинируя параметры (с возможным учетом данной подсказки), получим два безразмерных комплекса параметров:
Первый из этих комплексов совпадает по физическому смыслу с критерием Эйлера (Еu), т. е.
С учетом переводных коэффициентов, используемых при преобразовании параметров, можно утверждать, что первый из выписанных безразмерных комплексов пропорционален критерию Эйлера и может быть назван критерием мощности — для данной задачи KN = Eum. Второй из этих комплексов пропорционален критерию Рейнольдса, т. е.
Обобщение экспериментальных данных для ряда конструкций мешалок, схемы которых приведены на рисунке 16.7, а параметры — в таблице 16.1, дано на рисунке 16.8. Эти зависимости более точные, чем аппроксимируемые степенной зависимостью Букингема-Рейнера Eum=CReam, где С= const; а = const. Поэтому использование зависимости в графическом виде предпочтительнее.
Расчет выполняют следующим образом. По заданному типу расчетной мешалки выбирают наиболее подходящую (из приведенных на рис. 16.7) и по таблице 16.1 определяют соотношения характерных параметров мешалки. Далее, вычислив значение критерия Рейнольдса, по графикам, изображенным на рисунке 16.8, для соответствующего типа мешалки находят значение критерия Эйлера и по нему вычисляют мощность N, затрачиваемую на перемешивание. Это значение мощности увеличивают на величину пусковой мощности, затрачиваемой на преодоление инерции жидкости в пусковой момент, и на компенсацию других потерь.
Пусковую мощность можно рассчитать следующим образом. Выделим из лопасти мешалки малую площадку площадью dF = hdx. Массовый расход (кг/с), перемещаемый этой площадкой,
dm = dFvp,
Мощность dNи, затрачиваемая на приведение этой массы в движение, определяется выражением
Для гарантии работоспособности мощность двигателя выбирают больше этого значения — на 50 % для лопастных мешалок и на 10... 15 % для пропеллерных и турбинных.
Расход энергии при пневматическом перемешивании находят следующим образом. При пневматическом перемешивании расход воздуха составляет 0,4...1,0 м3/мин на 1 м2 свободной поверхности жидкости. Давление воздуха на выходе из воздуходувки тратится на преодоление гидравлического сопротивления магистралей (Па) и давления столба жидкости.
Do'stlaringiz bilan baham: |
