Перемешивание — способ получения однородных смесей и(или) интенсификации тепло- и массообмена в химической аппаратуре. В соответствии с агрегатным состоянием веществ или материалов различают перемешивание жидких сред и перемешивание твердых сыпучих материалов. Перемешивание производится преимущественно в емкостных аппаратах с перемешивающими устройствами (обычно мешалками).
Процесс заключается в распределении растворенных веществ, взвешенных частиц и теплоты, а также в диспергировании капель и пузырьков в жидкости путем приведения ее в вынужденное движение. При этом возникает циркуляционное течение жидкости по окружности и(или) в меридиональном направлении, сопровождающееся появлением напряжений сдвига. Характер и интенсивность перемешивания зависят от конструкций аппаратов и мешалок.
Мешалка — оборудование или часть оборудования для смешивания, перемешивания, диспергирования, циркуляции веществ, а также для поддержания однородности.
Технологическое назначение перемешивания в жидкой среде разнообразно. Этот процесс применяют в пищевой промышленности для интенсификации химических, тепловых и массообменных процессов, а также для приготовления растворов, эмульсий и суспензий. При создании суспензий обеспечивается равномерность распределения твердых частиц в объеме жидкости, при образовании эмульсий достигается равномерное распределение и дробление до заданных размеров частиц жидкости в жидкости или газа в жидкости.
Процесс перемешивания используется для интенсификации нагревания или охлаждения обрабатываемых масс, интенсификации массообмена (растворение и др.).
Способы перемешивания определяются агрегатным состоянием перемешиваемых материалов и целью перемешивания. Основными показателями, характеризующими процесс перемешивания, являются интенсивность и эффективность перемешивания, а также расход энергии на проведение процесса.
Процессы перемешивания широко применяют в нефтепереработке для получения однородных растворов, эмульсий, суспензий, а также для ускорения растворения твердых тел в жидкости, ускорения химической реакций. Существует 3 способа перемешивания:
1.механический,
- барботажный,
- гидравлический.
Наиболее важными характеристиками перемешивающих устройств, которые могут быть положены в основу их сравнительной оценки, являются:
- Эффективность перемешивающего устройства
- Интенсивность его действия
Эффективность перемешивающего устройства характеризует качество проведения процесса перемешивания и может быть выражена по-разному в зависимости от цели перемешивания. Например, в процессах получения суспензий эффективность перемешивания характеризуется степенью равномерности распределения твердой фазы в объеме аппарата; при интенсификации тепловых и диффузионных процессов — отношением коэффициентов тепло — и массоотдачи при перемешивании и без него. Эффективность перемешивания зависит не только от конструкции перемешивающего устройства и аппарата, но и от величины энергии, вводимой в перемешиваемую жидкость.
Способы перемешивания и перемешивающие устройства
... распределения жидкости в жидкости; интенсификация нагревания или охлаждения; обеспечение стабильной температуры по всей жидкости. Существует много конструкций перемешивающих устройств, но наиболее распространены механические мешалки с вращательным движением перемешивающих органов. Наряду с этим осуществляется перемешивание ...
Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного технологического результата или числом оборотов мешалки при фиксированном продолжительности процесса (для механических мешалок).
Чем выше интенсивность перемешивания, тем меньше времени требуется для достижения заданного эффекта перемешивания.
1. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ И СПОСОБЫ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ
1 Процесс перемешивания. Цели
Перемешивание — способ получения однородных смесей и(или) интенсификации тепло- и массообмена в химической аппаратуре. В соответствии с агрегатным состоянием веществ или материалов различают перемешивание жидких сред и перемешивание твердых сыпучих материалов. Перемешивание производится преимущественно в емкостных аппаратах с перемешивающими устройствами (обычно мешалками).
Процесс заключается в распределении растворенных веществ, взвешенных частиц и теплоты, а также в диспергировании капель и пузырьков в жидкости путем приведения ее в вынужденное движение. При этом возникает циркуляционное течение жидкости по окружности и(или) в меридиональном направлении, сопровождающееся появлением напряжений сдвига. Характер и интенсивность перемешивания зависят от конструкций аппаратов и мешалок.
Процессы перемешивания широко применяют в нефтепереработке для получения однородных растворов, эмульсий, суспензий, а также для ускорения растворения твердых тел в жидкости, ускорения химической реакций путем увеличения поверхности контакта и интенсификации теплопередачи вследствие образования вихрей и конвекционных токов.
Перемешивание в жидких средах применяется в химической промышленности для приготовления суспензий, эмульсий и получения гомогенных систем (растворов), а также для интенсификации химических, тепловых и диффузионных процессов. В последнем случае перемешивание осуществляют непосредственно в предназначенных для проведения этих процессов аппаратах, снабженных перемешивающими устройствами.
Цель перемешивания определяется назначением процесса. При приготовлении эмульсий для интенсивного дробления дисперсной фазы необходимо создавать в перемешиваемой среде значительные срезающие усилия, зависящие от величины градиента скорости. В тех зонах, где градиент скорости жидкости имеет большое значение, происходит наиболее интенсивное дробление диспергируемой фазы.
В случае гомогенизации, приготовления суспензий, нагревания или охлаждения перемешиваемой гомогенной среды целью перемешивания является снижение концентрационных или температурных градиентов в объеме аппарата.
При использовании перемешивания для интенсификации химических, тепловых и диффузионных процессов в гетерогенных системах создаются лучшие условия для подвода вещества в зону реакции, к границе раздела фаз или к поверхности теплообмена.
Гидромеханические процессы
... слой ( фильтрование) и перемешивание жидкостей. Гидромеханические процессы при углублении и ... Гидромеханические процессы основаны на переносе импульса ( количества движения) - именно этот признак объединяет указанные процессы в отдельную группу. Гидромеханические процессы в своем осуществлении и описании непосредственно базируются на закономерностях ... флюидопроявлений. Вместе с тем, как отмечено в ...
Увеличение степени турбулентности системы, достигаемое при перемешивании, приводит к уменьшению толщины пограничного слоя, увеличению и непрерывному обновлению поверхности взаимодействующих фаз. Это вызывает существенное ускорение процессов тепло — массообмена.
Смесь, полученная в результате перемешивания, является конечным продуктом либо образует систему, в дальнейшем используемую в технологическом процессе. В ряде случаев перемешивание применяется для более эффективного протекания той или иной химической реакции, примером может служить обработка нефтепродуктов щелочью или другими реагентами. Перемешивание способствует также более эффективному протеканию массо- и теплообменных процессов.
2 Способы перемешивания
Для характеристики способов и аппаратурного оформления процессов используются понятия об эффективности и интенсивности перемешивания.
Под эффективностью перемешивания понимают технологический эффект процесса перемешивания, характеризующий качество проведения процесса. В зависимости от назначения перемешивания эту характеристику выражают различным образом. Так, при получении суспензии или эмульсии эффективность характеризуется равномерностью распределения дисперсной фазы, при протекании химических процессов — степенью превращения или расходом реагента, а при интенсификации тепловых или массообменных процессов — отношением коэффициентов тепло- и массоотдачи при перемешивании и без него.
Интенсивность перемешивания определяется расходом энергии, подводимой в единицу времени к единице объема или массы перемешиваемой жидкости. Интенсивность перемешивания следует определять исходя из условий достижения максимального технологического эффекта при минимальных энергозатратах.
В зависимости от целевого назначения процесса перемешивания его эффективность определяется по- разному. Так, если перемешивание используют для проведения химической реакции, то оценивают влияние перемешивания на выход и избирательность проводимого процесса. При приготовлении эмульсий имеет значение достигаемая однородность и стабильность эмульсии. В теплообменных процессах имеет значение повышение коэффициента теплопередачи и т. п.
Способы перемешивания и выбор аппаратуры для его проведения определяются целью перемешивания и агрегатным состоянием перемешиваемых материалов. Широкое распространение в химической промышленности получили процессы перемешивания в жидких средах.
Независимо от того, какая среда смешивается с жидкостью — газ, жидкость или твердое сыпучее вещество, — различают три основных способа перемешивания:
- механический, при котором перемешивание осуществляют различными вращающимися устройствами;
- барботажный или пневманический, осуществляемый пропусканием газа через слой жидкости;
- гидравлический, осуществляемый смешением потоков при их совместном движении в канале или при перекачивании перемешиваемых сред насосом. Используемые для процесса перемешивания аппараты называют смесителями.
Кроме того, применяют перемешивание в трубопроводах и перемешивание с помощью сопел и насосов.
Эффективность и интенсивность перемешивания. Наиболее важными характеристиками перемешивающих устройств, которые могут быть положены в основу их сравнительной оценки, являются:
Проектирование привода к мешалке
... = iобщ / iред = 10,7/4 = 2,7 2.2 Кинематический расчет привода Определяем частоту вращения валов привода ведомый вал редуктора (колесо) n 3 = nвых = 70 об/мин ... 0,9 (24) Ш ВА = => Шbd = , тогда из табл. [2] определяем К H в = 1,25 ; КFв = 1,28 Удельная расчетная окружная сила w ut = ... косозубой передачи определим по формуле a = , где (9) К а = 43-для косозубой передачи К НВ = 1,2 Ш ВА = 0,4 М 1 - ...
- Эффективность перемешивающего устройства
- Интенсивность его действия
Эффективность перемешивающего устройства характеризует качество проведения процесса перемешивания и может быть выражена по-разному в зависимости от цели перемешивания. Например, в процессах получения суспензий эффективность перемешивания характеризуется степенью равномерности распределения твердой фазы в объеме аппарата; при интенсификации тепловых и диффузионных процессов — отношением коэффициентов тепло — и массоотдачи при перемешивании и без него. Эффективность перемешивания зависит не только от конструкции перемешивающего устройства и аппарата, но и от величины энергии, вводимой в перемешиваемую жидкость.
Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного технологического результата или числом оборотов мешалки при фиксированном продолжительности процесса (для механических мешалок).
Чем выше интенсивность перемешивания, тем меньше времени требуется для достижения заданного эффекта перемешивания. Интенсификация процессов перемешивания приводит к уменьшению размеров проектируемой аппаратуры и увеличение производительности действующей.
2. ВИДЫ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ И КОНСТРУКЦИИ МЕШАЛОК
1 Механическое перемешивание
Наиболее распространенный способ перемешивания в жидких средах — механическое перемешивание.
Мешалка состоит из одной или нескольких пар лопастей различной формы, которые закреплены на валу, приводимом во вращение непосредственно от электродвигателя или от трансмиссии (при помощи зубчатой, червячной или фрикционной передачи).
Механическое перемешивание с помощью лопаточных роторов используется чаще всего в горизонтальных стальных реакторах. Горизонтальная ось проходит по всей длине реактора. К ней крепятся лопатки или трубки, загнутые в петли. При повороте оси сырье перемешивается, корка ломается, а осадок устремляется к выходному отверстию.
В зависимости от устройства лопастей мешалки можно разделить на следующие четыре группы:
- лопастные с плоскими лопастями;
- пропеллерные с винтовыми лопастями;
- турбинные мешалки;
- специальные мешалки.
1.1 Лопастные мешалки
Это наиболее распространенный тип мешалок. В Зависимости от формы лопастей различают следующие шесть типов мешалок: простые лопасные, рамные, якорные, грабельные, пропеллерные и гребковые (рис. 2).
Простые лопастные мешалки. Лопастными мешалками называются устройства, состоящие из двух или большего числа лопастей прямоугольного сечения, закрепленных на вращающемся вертикальном или наклонном валу (рис.3).
Рис. 3
а — двухлопастная мешалка с прямыми вертикальными лопатками; б — трехлопастная мешалка с изогнутыми вертикальными лопатками; в — шести лопастная мешалка с наклонными лопастями (угол наклона лопастей ≤ 45º);
Перемешивающий аппарат
... лопатками создают радиальный поток жидкости рис 3. На выбор мешалки влияет вязкость жидкости. Широкую область применения имеют турбинные которые пригодны для перемешивания жидкостей с большим диапазоном ... соответствующих стойких и прочных материалов и надлежащего качества изготовления. Конструкция аппаратов должна обеспечивать сравнительную легкость сборки и разборки, доступность при ремонте. ...
— Основные достоинства лопастных мешалок — простота устройства и невысокая стоимость изготовления. К недостаткам мешалок этого типа следует отнести низкое насосное действие мешалки (слабый осевой поток), не обеспечивающее достаточно полного перемешивания во всем объеме аппарата. Вследствие незначительности осевого потока лопастные мешалки перемешивают только те слои жидкости, которые находятся в непосредственной близости от лопастей мешалки. Развитие турбулентности в объеме перемешиваемой жидкости происходит медленно, циркуляция жидкости невелика. Поэтому лопастные мешалки применяют для перемешивания жидкостей, вязкость которых не превышает 103 мн . сек/м2. Эти мешалки непригодны для перемешивания в протоке, например в аппаратах непрерывного действия. Некоторое увеличение осевого потока жидкости достигается при наклоне лопастей под углом 30-45° к оси вала. Такая мешалка способна удерживать во взвешенном состоянии частицы, скорость осаждения которых невелика. С целью увеличения турбулентности среды при перемешивании лопастными мешалками в аппаратах с большим отношением высоты к диаметру используют многорядные двухлопастные мешалки с установкой на валу нескольких рядов мешалок, повернутых друг относительно друга на 90°.
Рис. 4.- Лопастная мешалка:
- лопасти;
- 2-вал;
- 3- накладка;
- 4- шпонка;
- 5-подпятник;
- 6-зубчатая передача.
Такая мешалка (рис. 4) состоит из шести пар лопастей 1, установленных наклонно к горизонтальной плоскости, причем каждая пара лопастей расположена под прямым углом к соседней паре. Лопасти укреплены на валу 2 накладками 3 на болтах и на шпонках 4. Вертикальный вал мешалки внизу опирается на подпятник 5 и снабжен зубчатой передачей 6, приводимой в движение от трансмиссии через ременную передачу.
Якорные мешалки.
Якорная мешалка — эта мешалка относится к группе тихоходных перемешивающих устройств. В тех случаях, когда необходимо исключить отложение осадков на стенках аппарата или улучшить теплопередачу через стенку, применяют якорную мешалку. Якорная мешалка состоит из цилиндрической втулки, к наружно поверхности которой приварены две профилированные лопасти. Профиль лопастей мешалки соответствует внутренней поверхности корпуса аппарата (рис.5 ): в нижней своей части лопасти имеют эллиптическую или коническую форму, а в верхней — они представляют собой две плоские вертикальные пластины, торец которых параллелен цилиндрической части корпуса аппарата. Ее окружная скорость не превышает 0,5 — 1,5 м/с, а число оборотов 1/3 — 1 об/с. Якорные мешалки используют для обработки вязких, загрязненных и застывающих жидкостей.
Рамные мешалки.
Рамные мешалки применяют для перемешивания больших объемов смесей с высокой вязкостью. Они имеют лопасти в виде рамы, состоящей из отдельных горизонтальных, вертикальных, а иногда и наклонных лопастей, связанных между собой для большей жесткости. Представляет собой конструкцию содержащую вал с импеллером в виде рамы различной конфигурации. Мотор — редуктор с небольшим числом оборотов служит приводом рамной мешалки.
Каталитические процессы и аппараты
... Катализаторами могут быть различные вещества: газы, жидкости и твердые тела. По принципу фазового состояния реагентов и катализатора каталитические процессы разделяют на две основные группы: ... катализатор «работает», т.е. увеличивает скорость реакции в достаточной для практики мере. Каталитические процессы делят на два основных класса: окислительно-восстановительного взаимодействия и - кислотно- ...
Рис.6.- Рамная мешалка.
1.2 Пропеллерные мешалки
Мешалки пропеллерные используются для интенсивного перемешивания жидкостей с вязкостью порядка 4000 спз. Так же, они широко применяются для приготовления однородных водных растворов.
Лопасти пропеллерных мешалок (рис. 7) изогнуты по профилю судового винта, т. е. с постепенно меняющимся наклоном, почти от 0° у оси до 90° на конце лопасти. Вращаясь в жидкости, лопасти действуют наподобие винта, а жидкость, окружающая пропеллер, как бы является гайкой и перемещается в направлении оси мешалки. Это осевое движение складывается с круговым перемещением жидкости, благодаря чему возникает ее винтовое движение. Если винтовая поверхность пропеллера правая, а вращение его происходит по часовой стрелке, то осевое движение жидкости направлено вверх и в сосуде возникает циркуляция жидкостью.
Рис. 7.- Пропеллерная мешалка:
- пропеллер;
- 2-вал;
- 3-шпонка;
- 4-шплинт;
- 5-колпачок.
Пропеллер имеет обычно три лопасти, причем на вертикальном валу, в зависимости от высоты слоя жидкости, устанавливают один или несколько пропеллеров. Диаметр лопасти пропеллера равен 0,25-0,3 диаметра аппарата. Скорость вращения пропеллера составляет 160-1000 об/мин.
Мешалка пропеллерная считается наиболее эффективной в случаях, когда при минимальном расходе механической энергии необходимо создать мощную циркуляцию жидкости в аппарате. За счет насосного эффекта, пропеллерные мешалки создают осевую циркуляцию жидкости, они легко поднимают твердые частицы со дна сосуда, благодаря чему пропеллерные мешалки используются для создания суспензий.
Пропеллерные мешалки перемешивают жидкость быстрее и интенсивнее лопастных мешалок, при умеренном расходе энергии, превышающем, однако, расход ее для лопастных мешалок.
Пропеллерные мешалки пригодны для проведения непрерывных процессов, но неприменимы для гомогенного смешивания, для смешивания вязких жидкостей (более 6000 спз), а также для смешивания жидкостей с твердыми веществами большой плотности.
Нормализованные пропеллерные мешалки выпускают с диаметром пропеллера 150, 200, 250, 300, 400, 500 и 600 мм.
Для улучшения перемешивания массы жидкости по всей высоте (часто необходимо при проведении непрерывных процессов) применяют пропеллерные мешалки (рис. 8) с несколькими пропеллерами 1 и диффузором 2 в виде змеевика с витками, плотно прилегающими друг к другу. Такое устройство диффузора позволяет легко регулировать температурный режим перемешивания.
Рис. 8 — Двойная пропеллерная мешалка с диффузором:
- пропеллер; 2-диффузор.
1.3 Турбинные мешалки
Турбинные мешалки применяют для интенсивного перемешивания и смешения жидкостей с вязкостью до 10 Па . с для мешалок открытого типа и до 50 Па . с для мешалок закрытого типа, для тонкого диспергирования, быстрого растворения или выделения осадков в больших объемах (5 — 6 и более).
Схемы установок для выпаривания и конструкции выпарных аппаратов
... ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей. Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и ... раствор нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе 2. Освобожденный от брызг и капель вторичный пар ...
Эти мешалки используют для взмучивания осадков в жидкостях, содержащих до 60% твердой фазы (мешалки открытого типа) и более (мешалки закрытого типа), причем максимальные размеры твердых частиц до 1,5 мм для мешалок открытого типа и до 2,5 мм для мешалок закрытого типа.
Мешалка состоит из одного или нескольких центробежных колес (турбинок), укрепленных на вертикальном валу.
Турбинные мешалки могут быть двух типов: открытого (рис. 9а, б, в) и закрытого (рис. 9г) типов. Закрытые мешалки устанавливают внутри направляющего аппарата, представляющего собой неподвижное кольцо с лопатками, последние изогнуты под углом, изменяющимся от 45° до 90° . При частоте вращения 100 — 350 об/мин турбинные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание жидкости. Недостатки мешалок этого типа — относительная сложность конструкции и высокая стоимость изготовления.
Рис. 9 — Турбинные мешалки: а) открытая с прямыми лопатками; б) открытая с криволинейными лопатками; в) открытая с наклонными лопатками; г) закрытая с направляющим аппаратом: 1- турбинная мешалка;
2- направляющий аппарат.
Мешалка закрытого типа может сочетаться с направляющим аппаратом, который представляет собой неподвижный обод с изогнутыми соответствующим образом лопатками.
Задача направляющего аппарата заключается в выпрямлении потока жидкости, отбрасываемого мешалкой. Вследствие этого отражающие перегородки в аппарате с мешалкой становятся излишними. Лопатки направляющего аппарата должны быть изогнуты таким образом, чтобы вектор абсолютной скорости жидкости, покидающий мешалку, был направлен тангенциально к лопаткам направляющего аппарата на входе в него. На выходе из направляющего аппарата жидкость должна отбрасываться радиально или аксиально. Направляющий аппарат может прикрепляться либо к корпусу аппарата, либо к соответствующей неподвижной втулке, в которой вращается вал.
Рис.10 — Турбинная мешалка закрытого типа.
Открытая турбинная мешалка. Наиболее простой и одновременно высокоэффективной является мешалка с прямыми лопатками, расположенными радиально.
Конструкция довольно проста. Лопатки могут быть приварены к диску или прикреплены с помощью болтов. В последнем случае для крепления лопаток могут быть использованы угольники, через которые лопатки привинчиваются к диску. Плоские лопатки могут также быть наклонены под определенным углом относительно плоскости вращения мешалки. Чаще всего угол наклона равен 45º. Такая мешалка создает осевой поток жидкости, что может потребоваться, например, при перемешивании суспензий, для поднятия твердых частиц со дна сосуда. Лопатки могут также быть изогнутыми. Мешалки с такими лопатками потребляют меньше мощности.
Рис.11 — Турбинная мешалка открытого типа.
1.4 Специальные мешалки
К этой группе относятся мешалки, имеющие более ограниченное применение, чем мешалки рассмотренных выше типов.
Перемешивание жидкостей
... потоки. Поэтому неудивительно, что не существует единой теории, способной детально объяснить процесс перемешивания в жидкостях, и что прямыми вычислениями невозможно охватить все важные аспекты этого явления. ... между узорами из полос могут остаться несмешанные «островки» чистых красок. При перемешивании вязких жидкостей могут получаться не только необычно сложные, но и в некоторой степени регулярные ...
Барабанные мешалки (рис. 12) состоят из двух цилиндрических колец, соединенных между собой вертикальными лопастями прямоугольного сечения. Высота мешалки составляет 1,5-1,6 ее диаметра. Барабанная мешалка представляет собой лопастной барабан в виде так называемого беличьего колеса. Мешалки этой конструкции создают большую подъемную силу и потому весьма эффективны при проведении реакций между газом и жидкостью, а также при получении эмульсий, обработке быстро расслаивающихся суспензий и взмучивании тяжелых осадков .
Рис.12 — Барабанная мешалка
На рис. 13 изображена дисковая мешалка, применяемая для перемешивания жидкостей с разным удельным весом. Мешалка состоит из; двух дисков 1, укрепленных на небольшом расстоянии друг от друга на вертикальном валу и вращающихся с большой скоростью в направляющих цилиндрах 2. Каждый из дисков снабжен отверстиями специальной формы. Для того чтобы устранить вращение жидкости, на крышке сосуда, в котором ведется перемешивание, укреплены три вертикальные перегородки 3.
Рис.13 — Дисковая мешалка.
Вибрационные мешалки имеют вал с закрепленными на нем одним или несколькими перфорированными дисками (рис.14).
Диски совершают возвратно-поступательное движение, при котором достигается интенсивное перемешивание содержимого аппарата.
Энергия, потребляемая мешалками этого типа невелика. Они используются для перемешивания жидких смесей и суспензий преимущественно в аппаратах, работающих под давлением. Время, необходимое для растворения, гомогенизации, диспергирования при использовании вибрационных мешалок значительно сокращается. Поверхность жидкости при перемешивании этими мешалками остается спокойной, воронки не образуется. Вибрационные мешалки изготовляются диаметром до 300 мм и применяются в аппаратах ёмкостью не более 3 м3.
Рис.14 — Устройство дисков вибрационных мешалок.
Барботажное перемешивание.
Барботажным называется метод перемешивания жидкостей и суспензий путем пропускания через них объем потока диспергированного газа. Применение этого метода особенно целесообразно в тех случаях, когда газ или отдельные его компоненты (например, кислород воздуха) должны вступать в химическую реакцию с перемешиваемой жидкостью.
Этот способ перемешивания применяют для маловязких жидкостей. Сравнительная простота аппаратов с барботажным перемешиванием позволяет проектировать их на большие объемы, допускает установку антикоррозионной футеровки и гарантирует высокую надежность в эксплуатации. В качестве перемешивающего агента используют воздух, водяной пар, азот и другие газы. При использовании газа в качестве барботирующего агента необходимо учитывать возможность образования в мешалке при взаимодействия перемешиваемого продукта с барботирующим газом взрывоопасных смесей.
Теплообменные аппараты
... перечисленных рекуперативных теплообменных аппаратов. Наиболее эффективные условия теплообмена обеспечиваются в аппаратах типа "труба в трубе" (рис. 1). В них одна жидкость движется по ... вследствие турбулизирующего действия труб в межтрубном пространстве некоторое перемешивание жидкости в нем неизбежно. теплообменный конструктивный поверхностный носитель Рис. 2. Кожухотрубчатый теплообменник: 1- ...
При перемешивании этим способом в нижней части аппарата устанавливают барботер-устройство, обеспечивающее распределение газа (пара) по площади поперечного сечения аппарата (рис. 15).
Обычно в качестве барботера используют перфорированные трубы. Выходное сечение отверстий для выхода газа должно быть меньше сечения коллектора в несколько десятков раз, чтобы обеспечить достаточное сопротивление на выходе газа в жидкость и его более равномерное распределение по отдельным отверстиям. Иногда с этой целью отверстия для выхода газа из барботера делают различного диаметра, увеличивая их размер на его концевых участках. При использовании аппарата с барботажным перемешиванием в качестве реактора для отвода тепла химической реакции корпус оснащается рубашкой охлаждения. Желательно упорядочить движение жидкости, создавая восходящий поток в центральной части аппарата и нисходящий (опускной) поток у стенок аппарата. Для этого в центре аппарата необходимо установить специальную подъемную трубу.
Аппараты с барботажным перемешиванием могут быть пустотелыми или секционированными по высоте горизонтальными перфорированными перегородками 4, которые служат промежуточными газораспределителями и уменьшают продольную циркуляцию жидкости .
С целью упорядочения движения жидкостей при перемешивании организуют восходящий (нисходящий) поток в центральной части аппарата и нисходящий (восходящий) поток у его стенок, что можетбыть обеспечено, в частности, за счет установки в центре аппарата специальной циркуляционной трубы 5, работающей по принципу газлифта.
При подаче газа в заполненный жидкостью аппарат в циркуляционных трубах образуется газожидкостная смесь, плотность которой меньше однородной жидкости, что и обеспечивает ее циркуляцию.
Достоинствами барботажного перемешивания являются отсутствие движущихся частей, простота устройства и легкость поддержания твердой фазы суспензии на получение сжатого газа и его применимость только для маловязких жидкостей. Заметим, что интенсивность перемешивания при прочих равных условиях возрастает, и удельный расход воздуха падает по мере увеличения высоты слоя жидкости.
Гидравлическое перемешивание.
При компаундировании нефтепродуктов, особенно светлых, этот метод обеспечивает достаточно хорошее перемешивание.
Достаточно эффективным и простым приспособлением для улучшения процесса циркуляционного перемешивания является установка на дне емкости крестовины (маточника) с мелкими отверстиями на отводящих трубках.
Если поток движется по трубопроводу при турбулентном режиме, происходит перемешивание за счет образующихся при этом вихрей. Чем выше степень турбулентности, тем интенсивнее перемешивание. При применении их происходит весьма энергичное перемешивание лишь в направлении, перпендикулярном оси движения потока. В осевом направлении перемешивание не обеспечивается.
Поэтому для получения хорошо перемешанной смеси постоянного состава необходимо, чтобы в трубопровод, центробежный насос или в дросселирующее устройство, применяемые для перемешивания, компоненты подавались непрерывно и в строго постоянном требуемом соотношении.
При гидравлическом способе перемешивания используют диафрагмовые и инжекторные смесители.
Диафрагмовый смеситель (рис.16) часто применяется для непрерывного смешения при очистке светлых нефтепродуктов. Он представляет трубу, разделенную несколькими перегородками (диафрагмы) с отверстиями в них, через которые прокачиваются при помощи насоса две жидкости, подлежащие смешению. При прохождении жидкости через отверстия диафрагмы скорость ее значительно возрастает, и жидкость приобретает интенсивное турбулентное движение, способствующее хорошему перемешиванию.
Для получения наибольшего завихрения потока и лучшего перемешивания применяют диафрагмы различной конструкции. Диафрагмы имеют одно или несколько круглых, звездообразных или другой формы отверстий. Иногда диафрагмы делают в виде перегородок, попеременно перекрывающих сечение корпуса но 0,65-0,75 его диаметра. Расстояние между диафрагмами обычно принимается равным 0,3 м.
При устройстве диафрагмового смесителя необходимо, чтобы площадь отверстий могла пропускать потребное количество смешиваемого продукта без образования чрезмерного противодавления.
Инжекторный смеситель, содержащий корпус с радиальным патрубком подвода жидкости и сопло, установленное по оси корпуса и подсоединенное к источнику пара, и камеру смешения с центральным каналом, состоящую из двух размещенных последовательно по потоку участков: конфузора и цилиндрического, при этом сопло и центральный канал включены в поток последовательно, а конфузор соединен с полостью корпуса кольцевым соплом, образованным внешней поверхностью выходного конца сопла и внутренней поверхностью входа конфузора, отличающийся тем, что камера смешения герметично соединена с выходным торцом корпуса, образуя прямой по потоку гидроканал.
Инжекторный смеситель используют для непрерывного перемешивания при выщелачивании бензина раствором гидроксида натрия. При прохождении бензина через центральное сопло создается пониженное давление в смесительной камере, куда подсасывается раствор NaOH. Смесь интенсивно перемешивается в диффузоре и далее нагнетается в резервуар.
Конструкция инжекторных смесителей проста. Быстро изнашиваются только сопло и диффузор, поэтому их изготовляют легко сменяемыми, а также из коррозионно-стойких и эрозионно-стойких металлов. Существуют также многосопельные инжекторные смесители, которые применяют при большой производительности смесительных станций. В камерах этих смесителей установлено несколько сопел параллельно друг другу.
перемешивание мешалка механическое
Инжекторные смесители желательно по возможности располагать ниже уровня в емкости, чтобы реагент поступал к инжектору с некоторым подпором. Это дает возможность в более широких пределах регулировать величину коэффициента инъекции, иначе коэффициента подмешивания и, равного отношению количества инжектируемого потока (реагента) к количеству рабочего реагента (дистиллята).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перемешивание в жидких средах применяется в химической промышленности для приготовления суспензий, эмульсий и получения гомогенных систем (растворов), а также для интенсификации химических, тепловых и диффузионных процессов. В последнем случае перемешивание осуществляют непосредственно в предназначенных для проведения этих процессов аппаратах, снабженных перемешивающими устройствами.Цель перемешивания определяется назначением процесса.
Наиболее распространенный способ перемешивания в жидких средах — механическое перемешивание.
К ним относятся лопастные, турбинные, пропеллерные и специальные мешалки. Это наиболее распространенный тип мешалок. В Зависимости от формы лопастей различают следующие шесть типов мешалок: простые лопасные, рамные, якорные, грабельные, пропеллерные и гребковые.
Лопастными мешалками называются устройства, состоящие из двух или большего числа лопастей прямоугольного сечения, закрепленных на вращающемся вертикальном или наклонном валу .
Основные достоинства лопастных мешалок — простота устройства и невысокая стоимость изготовления. К недостаткам мешалок этого типа следует отнести низкое насосное действие мешалки (слабый осевой поток), не обеспечивающее достаточно полного перемешивания во всем объеме аппарата. Вследствие незначительности осевого потока лопастные мешалки перемешивают только те слои жидкости, которые находятся в непосредственной близости от лопастей мешалки.
Якорная мешалка — эта мешалка относится к группе тихоходных перемешивающих устройств. В тех случаях, когда необходимо исключить отложение осадков на стенках аппарата или улучшить теплопередачу через стенку, применяют якорную мешалку.
Рамные мешалки применяют для перемешивания больших объемов смесей с высокой вязкостью. Они имеют лопасти в виде рамы, состоящей из отдельных горизонтальных, вертикальных, а иногда и наклонных лопастей, связанных между собой для большей жесткости.
Мешалки пропеллерные используются для интенсивного перемешивания жидкостей с вязкостью порядка 4000 спз. Так же, они широко применяются для приготовления однородных водных растворов.
Мешалка пропеллерная считается наиболее эффективной в случаях, когда при минимальном расходе механической энергии необходимо создать мощную циркуляцию жидкости в аппарате. За счет насосного эффекта, пропеллерные мешалки создают осевую циркуляцию жидкости, они легко поднимают твердые частицы со дна сосуда, благодаря чему пропеллерные мешалки используются для создания суспензий.
Турбинные мешалки применяют для интенсивного перемешивания и смешения жидкостей с вязкостью до 10 Па . Эти мешалки используют для взмучивания осадков в жидкостях, содержащих до 60% твердой фазы. Турбинные мешалки могут быть двух типов: открытого и закрытого типов.
К специальным мешалкам относятся мешалки, имеющие более ограниченное применение, чем мешалки рассмотренных выше типов.
Барабанная мешалка представляет собой лопастной барабан в виде так называемого беличьего колеса. Мешалки этой конструкции создают большую подъемную силу и потому весьма эффективны при проведении реакций между газом и жидкостью, а также при получении эмульсий, обработке быстро расслаивающихся суспензий и взмучивании тяжелых осадков .
Дисковая мешалка применяется для перемешивания жидкостей с разным удельным весом.
Энергия, потребляемая вибрационными мешалками невелика. Они используются для перемешивания жидких смесей и суспензий преимущественно в аппаратах, работающих под давлением.
Барботажным называется метод перемешивания жидкостей и суспензий путем пропускания через них объем потока диспергированного газа. Применение этого метода особенно целесообразно в тех случаях, когда газ или отдельные его компоненты (например, кислород воздуха) должны вступать в химическую реакцию с перемешиваемой жидкостью. Этот способ перемешивания применяют для маловязких жидкостей.
При компаундировании нефтепродуктов, особенно светлых, гидравлический способ обеспечивает достаточно хорошее перемешивание.
Диафрагмовый смеситель часто применяется для непрерывного смешения при очистке светлых нефтепродуктов.
Инжекторный смеситель используют для непрерывного перемешивания при выщелачивании бензина раствором гидроксида натрия.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/meshalki/
А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган. Процессы и аппараты химической технологии. — М., Издательство „Химия» 1967
С.В. Адельсон «Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии», Москва 1963г.
Г.С. Борисов «Основные процессы и аппараты химической технологии» , Москва, «химия», 1991г.
А.Н. Плановский, П.И. Николаев Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: Учебник для вузов. — М.: Химия, 1987
Н.И. Гельперин Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах.- М.: Химия, 1981
Ф. Стренк Перемешивание и аппараты с мешалками. — «Химия», 1975
Ф. Холланд, Ф. Чапман Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов. М., «Химия», 1974
