Закрытые турбинные мешалки обычно устанавливают внутри направляющего аппарата, который представляет собой неподвижное кольцо с лопатками, изогнутыми под углом 45-900 (рисунок 2.5). Закрытые турбинные мешалки создают преимущественно радиальные потоки жидкости при небольшой затрате кинетической энергии. Образующиеся радиальные потоки жидкости обладают достаточно большой скоростью и распространяются па всему сечению аппарата, достигая наиболее удалённых его точек. Жидкость входит в мешалку через центральное отверстие и выходит по касательной к колесу. В колесе жидкость плавно меняет направление от вертикального (па оси) до горизонтального (па радиусу) и выбрасывается из колеса с большой скоростью.
При таком направленном и многократно повторяющемся в единицу времени движении жидкости достигается быстрое и эффективное перемешивание ее во всем объеме сосуда.
Для улучшения и ускорения перемешивания (что особенно важно в аппаратах непрерывного действия) применяют турбинные мешалки с лопастями или колесами, расположенными на различной высоте.
Достоинства турбинных мешалок:
1) быстрота перемешивания и растворения,
2.) эффективное перемешивание вязких жидкостей
3) пригадн6сть для непрерывных процессов.
Недостатком турбинных мешалок является сравнительная сложность и высокая стоимость изготовления.
Области применения турбинных мешалок:
1) интенсивное перемешивание и смешивание жидкостей различной вязкости, которая мажет изменяться в широких пределах мешалки открытого типа до 105 спз, мешалки закрытого.
2) тонкое диспергирование и быстрое растворение
3) взмучивание осадков в жидкостях, содержащих 60 % и более твердой фазы (для открытых мешалок - до 60%); допустимые размеры твердых частиц: до 1,5 .мм для открытых мешалок, до 25 .мм для закрытых мешалок.
Нормализованные турбинные мешалки выпускают с диаметром турбины 300, 400, 500 и 600 мм.
Рисунок 2.5- турбинные мешалки
2.4 Специальные мешалки
Для перемешивания вязких жидкостей и пастообразных материалов применяют так называемые якорные мешалки с лопастями, изогнутыми по форме стенок и днища сосуда (рисунок 14). Якорные мешалки очищают стенки аппаратов от налипающего на них материала, благодаря чему улучшается теплообмен, и предотвращаются местные перегревы перемешиваемых веществ.
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 эмульсии, обработке быстро расслаивающихся суспензии и взмучивании тяжёлых осадков. Рекомендуемые условия применения барабанных мешалок: отношение диаметра барабана к диаметру сосуда от 1: 4 до 1: 6.
Рисунок 2.6- Специальные мешалки
Перемешивание сжатым воздухом
Перемешивание маловязких жидкостей иногда производят сжатым воздухом. Таким способом возможно лишь медленное перемешивание при сравнительно большом расходе энергии; кроме того, как указывалось, перемешивание воздухом может сопровождаться нежелательным окислением или испарением продуктов.
Обычно перемешивание сжатым воздухом проводят в аппаратах, снабженных барботером - трубой с отверстиями для выхода воздуха, или в аппаратах, работающих по принципу воздушных подъемников (эрлифтов). В последнем случае жидкость, смешанная с пузырьками воздуха, поднимается по центральной трубе, расположенной по оси аппарата, и опускается в кольцевом пространстве между трубой и стенками аппарата. Таким образом, жидкость циркулирует в аппарате и перемешивается в нем.
3. Блок-схема процесса
__
H
__
Z
Контролируемые нерегулируемые факторы Х:
- температура окружающей среды;
- атмосферное давление;
- число оборотов мешалки;
- отношение твердой фазы к жидкой;
- плотность жидкости;
- вязкость жидкости;
- плотность твердой фазы;
- размеры твердых частиц;
- размеры аппарата;
- коррозия деталей;
- износ деталей;
- ширина и диаметр лопасти
Контролируемые регулируемые факторы Н:
- время перемешивания;
- скорость подачи суспензии;
- глубина погружения лопасти;
- количество жидкости;
- интенсивность перемешивания;
- неполное перемешивание;
Неконтролируемые нерегулируемые факторы Z:
- эксплутационные воздействия;
- человеческий фактор
- незначительное измельчение
- примеси
- отключение электроэнергии:
- перепады электроэнергии;
Выходы Y:
- степень гомогенизации;
- производительность;
4. Расчет аппарата
Изучить процесс смешения и разработать смеситель непрерывного действия, в котором необходимо равномерно суспезировать твердые частицы в жидкости плотностью Р и вязкостью µ. Наибольший размер твердых частиц d; плотность твердой фазы Ртв. Диаметр аппарата о; высота жидкости в нем H=D; ширина лопастей b мм; шаг изменения диаметра 100 мм;
Исходя из заданной мощности двигателя Р, определить оптимальный диаметр лопаток и число оборотов мешалки. Составить блок-схему алгоритма и программу расчета на ЭВМ. Исходные данные приведены в таблице 4.1:
Таблица 4.1 - Исходные данные
C | K | I | m | n |
0,105 | 0,6 | 0,8 | 0,4 | 1,9 |
Таблица 4.2- Данные
D, мм d, мм b, мм μ, Н P, кг/м Pтв, кг/м3 Р., кВт
1650 1,5 100 0,03 1830 2350 3
4.1 Расчет оптимального диаметра лопаток и числа оборотов мешалки.
Для расчета определяющего числа оборотов мешалки находим значение критерия Рейнольдса по формуле:
Rem=
= C∙ GAh∙( ρтв/ ρ )l ( dч / d )m ( D / d )n; (4.1)Где: GA=
- критерий Галилея;dч- диаметр твердой частицы;
Ρтв- плотность твердой фазы;
Значения коэффициента С и показателей степеней в уравнении (4.1) приводятся
ниже.
С= 0,105; k= 0.6; C= 0.8; m= 0.4; n= 1.9; (4.2)
Для расчета, определяющего числа оборотов n0 мешалки находим значения безразмерных величин, входящих в правую часть уравнения (4.1)
GA=
= = ; ;Rem= 0.105(3650,3∙107d3)0.6∙(1,28)0.8(
)0.4∙( )1.9=53446,88∙d-0.5;Рассчитываем определяющее число оборотов мешалки :
n0=
d=400мм. = 0,4 м.
n0==
= 8.6585 об/сек = 519.51 об/мин.Rem=53446,88∙ 0.4-0.5= 84506.946=>С= 0,27
fd= (
)0.93= 1,345fn= 1;
C1= 0,27∙1,345∙1= 0,363;
NP=0,363∙0.45∙8,65853∙1830= 4415,559 Вт.
Nдв=
= 5,887 кВт.d= 500мм.= 0,5м.
n0=
= 4,965 об/с = 297,9 об/мин.Rem= 53446,88∙(0,5)-0,5= 75585,3 =>С= 0.29;
С1= С∙f0∙fn∙fd;
fn= 1;
fd= (
)0.93= 1,09268С1=0.31∙1,09268∙1= 0,33873;
NP= C1d5 n3ρ
NP= 0,33873∙0.55∙4,9653∙1830= 2370,8961 Вт.
Nдв=
= 3,161 kВт.d= 600мм.= 0,6м.
n0=
= 3,142 об/сек = 188,52 об/мин.Rem= 53446.88∙(0,6)-0,5= 68999.6014=>С= 0,3;
С1= С∙f0∙fn∙fd; fn= 1;
fd= (
)0.93= 0,922266