Перемешивание в жидкой среде кратко

Обновлено: 17.05.2024

Перемешивание в жидких средах в промышленности необходимо для приготовления суспензий, эмульсий и получения растворов. Его осуществляют непосредственно в предназначенных для проведения процесса емкостных аппаратах, снабженных механическими перемешивающими устройствами - мешалками. Мешалка, находящаяся в сосуде, передает энергию вращения от двигателя к жидкости, и тем самым вызывает ее перемещение, при котором происходит перемешивание.

Легче всего протекает перемешивание в жидких средах с низкой вязкостью - водоподобных жидкостях. К ним относятся все водные растворы минеральных солей, большинство кислот и щелочей, суспензии мелкодисперсных нерастворимых порошков в воде, системы на основе органических растворителей и т.п. Более сложный процесс – перемешивание вязких жидкостей, особенно тех, которые относятся к неньютоновским. Примеры вязких жидкостей: смолы, лаки, краски, клеи.

Перемешивание в жидких средах осуществляется множеством конструкционно разных механических мешалок – лопастных, винтовых, пропеллерных, якорных, рамных, конусных и т.д. Все мешалки также подразделяют на тихоходные — окружная скорость конца лопастей примерно 1 м/с, быстроходные — окружная скорость порядка 10 м/с.

Принцип работы мешалок VISCO JET

Эффективность

Реализованные проекты

Сравнение разных типов мешалок

Отрасли использования

Импеллеры VISCO JET и их применение

Цели перемешивания в промышленности

Поскольку смешение применяют в различных технологических процессах, его цель определяется назначением действия: растворение, эмульгирование или суспендирование, гомогенизация. Перемешивание также улучшает протекание химических реакций, теплообменных процессов и интенсифицирует диффузионные процессы в гетерогенных средах.

При приготовлении эмульсии или суспензии для интенсивного измельчения дисперсной фазы и распределения ее в жидкости, необходимо создавать в смешиваемой среде значительные режущие усилия, зависящие от скорости вращения мешалки и формы перемешивающего органа.

В случае гомогенизации целью будет снижение разности концентрации или плотности в разных участках емкости.

При использовании перемешивания для интенсификации тепло– и массообменных процессов в гетерогенных системах, создаются лучшие условия для подвода соответствующей субстанции к границе раздела фаз. В результате механического воздействие мешалок возникает дополнительный фактор, усиливающий перенос и вызывающий существенное ускорение этих процессов.

Мешалки VISCO JET могут применяться для процессов гомогенизации, поддержания суспензии, бережного перемешивания готовых эмульсий, в том числе чувствительных к сдвигу. Также они эффективны при работе в химических реакторах: обеспечивают активное движение жидкости при сравнительно низких энергозатратах и упрощают конструкцию самого реактора, не требуя дефлекторов.

Особенности перемешивания в вязкой среде

Вязкие жидкости имеют высокую силу трения внутри и значительное сопротивление частей жидкости их перемещению. Вязкость не проявляется в состоянии покоя, только в момент движения.

В расчетах механических перемешивающих устройств принято оперировать динамической вязкостью жидкости, которая выражается в мПа*с или сПуаз, а также кинематической вязкостью, представляющей собой отношение динамической вязкости к плотности жидкости и выраженной в мм²/с или сСт.

Для мешалок VISCO JET вязкими считаются жидкости от 500 мПа*с и выше. Так, не вязкими считаются - вода 1 мПа*с, кровь 4-5 мПа*с, оливковое масло 84 мПа*с. Вязкие жидкости - касторовое масло 987 мПа*с, глицерин 1480 мПа*с, битум разных марок, вязкость которого при комнатной температуре может варьировать от 5000 до 20 000 мПа*с и т.д.

Разнообразие конструкций мешалок сильно уменьшается в случаях с жидкостями с высокой вязкостью.

При перемешивании достаточно густых веществ лопастными мешалками, основная масса жидкости вращается вместе с лопастями, при этом эффективность перемешивания очень незначительна. Для устранения этого отрицательного явления, в корпусе аппарата устанавливают дополнительные приспособления — неподвижные перегородки, дефлекторы. Их устанавливают также при использовании высоко оборотистых перемешивающих устройств (например, фрез), для предотвращения образования воронки на поверхности жидкости.

Чаще всего, вязкие субстанции перемешивают якорными или рамными мешалками. Особенно эти конструкции актуальны при перемешивании в емкостях с обогревом через стенку. В таких случаях зазор между мешалкой и сосудом делают минимальным, чтобы усилить поток жидкости вдоль корпуса и тем самым интенсифицировать теплоперенос и не допустить перегрева части вещества.

Планетарные мешалки также используются для этих целей, они состоят из центральной и боковых мешалок, связанных с главной системой зубчатых передач и имеют собственное вращение вокруг своей оси и вместе с центральной. Они обеспечивают равномерное перемешивание вязких и густых жидкостей во всех слоях. Но механическая сложность системы и большая нагрузка на привод делают их весьма дорогостоящими.

не нужны дефлекторы в емкости;
нет необходимости в малом зазоре между мешалкой и стенкой;
перемешивание обеспечивается одним мотор-редуктором весьма умеренной мощности.

Конечно, мешалки VISCO JET при перемешивании вязких систем имеют свои ограничения. Жидкость все-таки должна хорошо течь. Высоковязкие субстанции, которые скорее надо месить, а не мешать, воздействию конусного импеллера не поддадутся.

Оптимизация процесса перемешивания с мешалками VISCO JET

Поскольку процесс перемешивания может осуществляться с помощью мешалок различных типов, правомерна постановка задачи оптимизации, заключающаяся в выборе оборудования, которое даст необходимую эффективность процесса при минимуме затрат. При оценке расхода энергии перемешивающим устройством, следует учитывать общий расход энергии за время, необходимое для обеспечения заданного результата перемешивания.

Перемешивание в жидких средах применяется в пищевой промышленности для приготовления суспензий, эмульсий и получения гомогенных систем (растворов), а также для интенсификации тепловых и диффузионных процессов. В последнем случае перемешивание осуществляют непосредственно в предназначенных для проведения этих процессов аппаратах, снабженных перемешивающими устройствами.

Перемешивание в жидкой среде осуществляется тремя основными способами: механическим, пневматическим и циркуляционным.

Для экономичного проведения процесса перемешивания желательно, чтобы требуемый эффект перемешивания достигался за наиболее короткое время. При оценке расхода энергии перемешивающим устройством следует учитывать общий расход энергии за время, необходимое для обеспечения заданного результата перемешивания.

Механические перемешивающие устройства. В практике наибольшее распространение получил механический метод перемешивания жидких сред, осуществляемый путем механического воздействия рабочего органа (мешалки) на рабочую среду. Этот метод перемешивания используется в аппарате, состоящем, как правило, из корпуса, перемешивающего устройства и его привода.

Немаловажное значение в работе аппарата имеет тип и конструкция перемешиваемого устройства, работа которого заключается в превращении упорядоченной механической энергии вращающихся элементов в неупорядоченную тепловую энергию за счет сил сопротивления, создаваемых корпусом аппарата. В результате этого перемешивающее устройство осуществляет диссипацию энергии в объеме аппарата, величина которой зависит как от конструкции мешалки и характеристики привода, так и от конструкции аппарата и его внутренних устройств. Все эти характеристики аппарата в совокупности определяют мощность перемешивания N. Мерой мощности перемешивания может также служить объемная мощность, характеризующая диссипацию энергии в аппарате:

где - объем перемешиваемой жидкости.

В аппарате любого объема в зависимости от частоты вращения имеют место различные гидродинамические режимы движения жидкости, определяющие величину Е. Области работы аппаратов поэтому могут быть охарактеризованы мерой этой величины – критерием мощности, который вычисляется по формуле

где ρ - плотность перемешиваемой среды, d – диаметр мешалки; n - число оборотов мешалки.

Для аппаратов всех типов значение зависит от центробежного критерия Рейнольдса:

Конструкции мешалок. Механические перемешивающие устройства состоят из трех основных частей: собственно мешалки, вала и привода. Мешалка является рабочим элементом устройства, закрепляемым на вертикальном, горизонтальном или наклонном валу. Привод может быть осуществлен или непосредственно от электродвигателя (для быстроходных мешалок), или через редуктор, или клиноременную передачу. По конструкции перемешивающих устройств (рис. 2.49) различают мешалки лопастные, пропеллерные, турбинные и специальные.

По типу создаваемого мешалкой потока жидкости в аппарате различают мешалки, обеспечивающие тангенциальное, радиальное, осевое и смешанное течение.

Широкое применение в пищевых производствах нашли мешалки: лопастные, пропеллерные, турбинные и специальные: листовые, барабанные, дисковые, вибрационные и др.

Рис. 2.49. Основные типы мешалок: а) лопастная; б) пропеллерная;

в) турбинная

Интенсивность перемешивания мешалками (количество энергии, вводимой в единицу объема перемешиваемой среды за единицу времени) для обеспечения заданной эффективности перемешивания (технологического эффекта процесса) назначается на основании опытных данных. Поэтому при подборе мешалки необходимо установить тип, размеры и число оборотов мешалки, которые обеспечивали назначенную интенсивность, а также определить мощность двигателя для мешалки. На основании практики установлено, что при работе мешалок различного типа в аппаратах возникают определенным образом направленные токи жидкости. Примером могут служить токи жидкости, возникающие в аппарате с лопастной мешалкой (рис. 2.50).

Рис. 2.50. Токи жидкости, возникающие в аппарате с лопастной мешалкой

Лопастные мешалки применяют для перемешивания жидкостей с небольшой вязкостью (до 0,1 Па∙с), растворения и суспензирования твердых веществ с малым удельным весом, а также для грубого смешения жидкостей вязкостью меньше 20 Па∙с. Лопастные мешалки отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью изготовления. Наиболее просты по устройству мешалки с плоскими лопастями из полосовой или угловой стали, установленные перпендикулярно или наклонно к направлению их движения. Частота вращения таких мешалок колеблется от 18 до 80 об/мин, при увеличении частоты вращения выше указанной эффективность перемешивания резко снижается. Диаметр лопастей составляет 0,7 диаметра сосуда, в котором работает мешалка.

К недостаткам лопастных мешалок относятся - малая интенсивность перемешивания густых и вязких жидкостей, а также полная непригодность для перемешивания легко расслаивающихся веществ, для быстрого растворения, тонкого диспергирования и получения суспензий, содержащих твердую фазу с большим удельным весом.

Пропеллерные мешалки. Плоские лопасти мешалок, поверхность которых перпендикулярна направлению движения перемешиваемой жидкости, не могут обеспечить хорошего перемешивания во всех слоях жидкости, так как создают в ней главным образом только горизонтальные токи.

При использовании пропеллерных мешалок (рис. 2.51), в связи с переменным углом наклона поверхности лопасти, частицы жидкости при перемешивании направляются в различных направлениях, в результате возникают встречные токи, способствующие интенсификации перемешивания.

Рис. 2.51. Пропеллерная мешалка:

1– вал; 2 – корпус аппарата; 3 – диффузор; 4 – пропеллер

Для улучшения циркуляции перемешиваемой жидкости пропеллерную мешалку часто устанавливают в диффузоре. Диффузор представляет собой стакан, имеющий форму цилиндра или слегка усеченного конуса.

Пропеллерные мешалки применяют для интенсивного перемешивания маловязких жидкостей, взмучивания осадков, содержащих до 10 % твердой фазы с размерами частиц до 0,15 мм, приготовления суспензий и эмульсий. Пропеллерные мешалки непригодны для удовлетворительного перемешивания жидкостей значительной вязкости (более 0,6 Па∙с) или жидкостей, содержащих твердую фазу высокой плотности.

Турбинные мешалки применяют для интенсивного перемешивания и смешения жидкостей с вязкостью до 10 Па∙с мешалками открытого типа и до 50 Па∙с мешалками закрытого типа, для тонкого диспергирования, быстрого растворения или выделения осадков в больших объемах. Мешалка состоит из одного или нескольких центробежных колес (турбинок), укрепленных на вертикальном валу. Турбинные мешалки могут быть двух типов: открытого и закрытого (рис. 2.52).

Рис. 2.52. Типы турбинок: а) открытая с прямыми радиальными лопатками;

б) открытая с криволинейными лопатками; в) закрытая с направляющим аппаратом

Закрытые мешалки устанавливают внутри направляющего аппарата, представляющего собой неподвижное кольцо с лопатками, изогнутыми под углом от 45º до 90º . При частоте вращения 100–350 об/мин турбинные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание жидкости. Недостатки мешалок этого типа – относительная сложность конструкции и высокая стоимость изготовления.

Для перемешивания жидкостей в аппаратах, обогреваемых с помощью рубашки или внутренних змеевиков, в тех случаях, когда возможно выпадение осадка или загрязнение теплопередающей поверхности, применяют якорные или рамные мешалки. Они имеют форму, соответствующую форме аппарата, и диаметр, близкий к внутреннему диаметру аппарата или змеевика. При вращении эти мешалки очищают стенки и дно аппарата от налипающих загрязнений.

Листовые мешалки имеют лопасти большей ширины, чем лопастные, относятся к мешалкам, обеспечивающим тангенциальное течение перемешиваемой среды. Кроме чисто тангенциального потока, который является преобладающим, верхние и нижние кромки мешалки создают вихревые токи, подобные тем, которые возникают при обтекании жидкостью плоской пластины с острыми краями.

При больших скоростях вращения листовой мешалки на тангенциальный поток накладывается радиальное течение, вызванное центробежными силами. Листовые мешалки применяют для перемешивания маловязких жидкостей (вязкостью менее 0,05 Па∙с), интенсификации процессов теплообмена, при проведении химической реакции в объеме и растворении.

Барабанные мешалки состоят из двух цилиндрических колец, соединенных между собой вертикальными лопастями прямоугольного сечения. Высота мешалки составляет (1,5 - 1,6)d. Мешалки этой конструкции создают значительный осевой поток и применяются (при отношении высоты столба жидкости в аппарате к диаметру барабана не менее 10) для проведения газожидкостных реакций, получения эмульсий и взмучивания осадков.

Дисковые мешалки представляют собой один или несколько гладких дисков, вращающихся с большой скоростью на вертикальном валу. Течение жидкости в аппарате происходит в тангенциальном направлении за счет трения жидкости о диск, причем сужающиеся диски создают также осевой поток. Иногда края диска делают зубчатыми. Диаметр диска 0,1 - 0,15 диаметра аппарата. Окружная скорость равна 5-35 м/с, что при небольших размерах диска соответствует очень высоким числам оборотов.

Вибрационные мешалки имеют вал с закрепленными на нем одним или несколькими перфорированными дисками. Диски совершают возвратно-поступательное движение, при котором достигается интенсивное перемешивание содержимого аппарата. Мешалки используются для перемешивания жидких смесей и суспензий преимущественно в аппаратах, работающих под давлением. Время, необходимое для растворения, гомогенизации, диспергирования при использовании вибрационных мешалок, меньше, чем для мешалок других типов. Поверхность жидкости при перемешивании этими мешалками остается спокойной, воронки не образуется.

Перемешивание в жидкой фазе – процесс многократного относительного перемещения макроскопических элементов жидкой среды под действием импульса, передаваемого среде механической мешалкой, потоком газа или жидкости. Перемешивание используют для интенсификации химических и тепло – и массообменных процессов; для приготовления эмульсий, суспензий, гомогенных растворов.

Поскольку перемешивание применяют в различных технологи-ческих процессах, то и цель перемешивания определяется назначением процесса. Так, при приготовлении эмульсии для интенсивного дробления дисперсной фазы необходимо создавать в перемешиваемой среде значительные срезающие напряжения, зависящие от градиента скорости. В тех зонах аппарата, где градиент скорости жидкости имеет наибольшее значение, происходит наиболее интенсивное дробление дисперсной фазы.

В случае гомогенизации целью перемешивания является снижение концентрационных градиентов в объеме аппарата.

При использовании перемешивания для интенсификации тепло – и массообменных процессов в гетерогенных системах создаются лучшие условия для подвода соответствующей субстанции к границе раздела фаз. Турбулизация системы, достигаемая обычно при перемешивании, приводит к возникновению дополнительного механизма переноса, что вызывает существенное ускорение процессов тепло – и массообмена.

Процесс перемешивания может осуществляться различными способами. Наиболее широко применяется способ механического перемешивания с помощью мешалок различных конструкций, создающих вращательное движение жидкости. Применяются также способы пневматического перемешивания (барботаж газа через слой жидкости); перемешивание в трубопроводах путем установки в них специальных устройств; перемешивание с помощью сопел и насосов.

Основными характеристиками процесса перемешивания являются эффективность и интенсивность перемешивания, а также расход энергии на проведение процесса.

Эффективность перемешивания характеризует технологи-ческий эффект процесса перемешивания. В зависимости от назначения процесса перемешивания эту характеристику выражают различным образом. При использовании перемешивания для интенсификации тепло – и массообменных процессов его эффективность можно оценить соотношением кинетических коэффициентов при перемешивании и без него. При получении суспензий и эмульсий эффективность перемешивания можно охарактеризовать равномерностью распределения дисперсной фазы в сплошной.

Интенсивность перемешивания определяется количеством энергии, подводимой в единицу времени N к единице объема V перемешиваемой жидкости или к единице массы перемешиваемой жидкости. Интенсивность перемешивания обусловливает характер движения жидкости в аппарате. Повышение интенсивности всегда связано с увеличением энергозатрат, а технологический эффект от увеличения интенсивности перемешивания ограничен строго определенными пределами. Поэтому оптимальную интенсивность перемешивания следует определять исходя из условий достижения необходимого технологического эффекта при минимальных затратах.

Уровень - это высота столба рабочей жидкости в аппаратах.

Уровень измеряется в мм, см, м.

Порядок расследования несчастных случаев на производстве.

Виды компенсаторов трубопроводов, их устройство и назначение.

В зависимости от конструкции, принципа работы компенсаторы делятся на П-образные, линзовые, сильфонные и сальниковые. Компенсаторы трубопроводов берут на себя деформацию и колебания которые возникают при перепадах атмосферных температур, при механических воздействиях и сглаживают ее. Применение компенсаторов положительно влияет на длительность эксплуатации трубопровода. Достаточно часто для сглаживания прямолинейной деформации трубопроводов используют сильфонный компенсатор. Промышленность и строительная отрасль довольно часто прибегают к их помощи. Частое использование данного вида компенсаторов связано с тем, что амплитуда рабочих температур довольно высока, перепады внешнего и внутреннего давления, которые выдерживает компенсатор, тоже довольно велики, да и допустимая линейная деформация на вполне приличном уровне.

Компенсаторы состоят непосредственно из сильфона – это упругая оболочка в виде тонкостенной гофрированной трубки, она способна перемещаться в линейном, сдвиговом или угловом направлениях. Соединительными элементами в конструкции являются патрубки, а название защитного кожуха говорит само за себя. Вот собственно и все из чего состоят обычные осевые сильфонные компенсаторы. В случае поворотных компенсаторов в конструкцию добавляются ограничительные элементы: тяги, карданные шарниры или одноплоскостные шарниры. Соответственно и называются такие компенсаторы сдвиговые (сдвигово-поворотные), одноплоскостные или карданные. Все они предназначены для различных условий работы, но назначение у всех одно – продлить жизнь трубопровода. Сильфоны компенсаторов могут отличаться материалами, которые используются в их изготовлении, чаще всего это латунь, бериллиевая и фосфористая бронза или нержавеющая сталь. Компенсаторы имеют различные диаметры и толщины стенок сильфона.

Визуальные и поплавковые уровнемеры.

Визуальные уровнемеры (указательные стёкла)

Работа этих уровнемеров основана на принципе сообщающихся сосудов. Стеклянная трубка соединяется с сосудом нижним концом (для открытых сосудов) или обоими концами (для сосудов с избыточным давлением и разрежением). Наблюдая за положением уровня в стеклянной трубке, можно судить об изменении уровня в сосуде. Указательные стекла применяются для местного измерения уровня в аппаратах. Их длина не превышает 1,5 м. Если нужно измерить более высокий уровень, то применяют несколько указательных стекол. Их устанавливают так, чтобы верх предыдущего стекла перекрывал низ последующего стекла.

Поплавковые уровнемеры

Рис. Поплавковый уровнемер

Поплавок подвешен на гибком тросе, перекинутом через ролики. На другом конце троса укреплен груз для поддержания постоянного натяжения троса. На грузе закреплена стрелка, показывающая на шкале уровень жидкости.

Недостатки этих уровнемеров:

1. перевернутая шкала (с нулём у верхнего края бака);

2. трудность отсчета в начале шкалы у высокого резервуара;

3. возможность коррозии и протравления тонких стенок поплавка, что приводит к его потоплению.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.004)

Читайте также: