химический каталог




ПЕРЕМЕШИВАНИЕ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ, способ получения однородных смесей и(или) интенсификации тепло- и массообмена в химический аппаратуре. В соответствии с агрегатным состоянием B-B или материалов различают ПЕРЕМЕШИВАНИЕ жидких сред, которому посвящена данная статья, и ПЕРЕМЕШИВАНИЕ твердых сыпучих материалов (см. Смешение). 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 циркуляц. течение жидкости по окружности и(или) в меридиональном направлении, сопровождающееся появлением напряжений сдвига. Характер и интенсивность ПЕРЕМЕШИВАНИЕ зависят от конструкций аппаратов и мешалоколо

Способы ПЕРЕМЕШИВАНИЕ и устройство аппаратов. Наиб. распространено механическое ПЕРЕМЕШИВАНИЕ, осуществляемое с помощью вращающихся мешалок в вертикальных цилиндрич. аппаратах (рис. 1) объемом от 10 дм3 до 50 м3 (иногда до 2000 м3 и


более). Аппараты изготовлены, как правило, из углеродистых, низколегированных, Ni- и Mg-содержащих сталей (в том числе двуслойных), реже - из чугуна или Ti и его сплавов; для защиты деталей от коррозии применяют также стеклоэмале-вые покрытия, гуммирование, футеровку керамич. плитками или полимерными пленками. Аппараты для работы при атм. давлении снабжены плоскими днищами и крышками, под давлением или в вакууме (для давлений до 0,6 M Па выпускаются серийно, до 4 МПа и более, иногда до 100-200 МПа-по спец. разработкам)-эллиптическими. Для нагревания или охлаждения жидкостей при давлении теплоносителя до 0,4 МПа служат приварные рубашки, при более высоких давлениях-рубашки из полутруб либо внутр. змеевики; теплоносители - вода, водяной пар, высокотом-пературные органическое жидкости, например смесь дифенил-дифенило-вый эфир, используется также электроподогрев.

ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

Для видоизменения структуры потоков с созданием главным образом меридиональной циркуляции жидкости и исключения образования воронок в стальных аппаратах устанавливают отражат. перегородки, в аппаратах с неметаллич. покрытия-ми-отражатели из сплющенных труб. В производствах особо чистых B-B и мед. препаратов внутр. поверхность аппаратов в ряде случаев полируют. Конструкции наиболее часто применяемых мешалок показаны на рис. 2, области их использования, соотношения основные размеров и др. данные, необходимые для расчетов, приведены в таблице.

Приводом мешалок служит обычно редуктор, соединенный с электродвигателем (моторастворедуктор) и размещенный на стойке, которая устанавливается на крышке аппарата. Мощность приводов стандартных аппаратов 0,75-55 кВт; частота вращения мешалок 0,4-4 с-1, при необходимости ее плавного регулирования в пределах 0,15-1,5 с-1 используют моторы-вариаторы мощностью 1,5-8,5 кВт. Герметизация валов при давлениях выше 0,6 МПа, а также при ПЕРЕМЕШИВАНИЕ токсичных, взрыво- и пожароопасных веществ осуществляется торцевыми уплотнениями, в менее ответств. случаях-саль никами. Надежная работа уплотнений обеспечивается подачей смазывающей или уплотняющей жидкости (вода, масло, глицерин и др.). ПЕРЕМЕШИВАНИЕ нетоксичных, взрыво- и пожаро-безопасных жидкостей в открытых аппаратах объемом от 40 дм3 до 10 м3 производится переносными мешалками, устанавливаемыми на корпусе аппарата посредством струбцин либо на штативах с подъемником. В промышленности минеральных удобрений, при переработке горнохимический сырья и т.п. применяют открытые резервуары объемом 200-2500 м3 с тихоходными перемешивающими устройствами мощностью до 160 кВт. Для ПЕРЕМЕШИВАНИЕ в сооружениях еще больших размеров (например, при очистке сточных вод) используют перемешивающие устройства, размещаемые на понтонах.

Наряду с аппаратами универс. назначения эксплуатируется ряд спец. конструкций. Для интенсификации теплообмена в высоковязких средах применяют аппараты со скребковыми мешалками; гомогенизацию многокомпонентных смесей, содержащих агрегирующиеся частицы (например, при приготовлении красок), проводят в диссольверах - аппаратах объемом 0,5-2 м3 с быстроходными мешалками и приводами мощностью до 90 кВт; для полной герметизации аппаратов при обработке особо опасных веществ используют приводы с экранирующей гильзой или магн. муфтами.



Рис. 2. Конструкции мешалок: а турбинная; б трехлопастная; в фрезерная; г - якорная; д - рамная; е- ленточная; ж- шнековая.

Кроме механического ПЕРЕМЕШИВАНИЕ вращающимися мешалками применяют и др. способы. Например, в процессах микробиологическое синтеза, когда по технол. условиям жидкость взаимодействие с большим количеством газа, ПЕРЕМЕШИВАНИЕ осуществляется самим газом (пневматическое ПЕРЕМЕШИВАНИЕ) путем его подвода в циркуляционную трубу (газлифтное ПЕРЕМЕШИВАНИЕ) или распределения по сечению аппарата с помощью барботеров (барботажное ПЕРЕМЕШИВАНИЕ). Смеси взаимно растворимых жидкостей приготовляют в непрерывно действующих смесителях, выполненных в виде элементов трубопроводов с турбулизирующими вставками. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ производится также посредством струй жидкости, вводимых в аппарат со скоростью 6 12 м/с непрерывно или пульсациями (струйное ПЕРЕМЕШИВАНИЕ), вибрационных мешалок перфориров. пластин, совершающих возвратно-поступат. движение с частотой 10 100 с 1 (вибрационное ПЕРЕМЕШИВАНИЕ). Конкурентоспособность этих способов ПЕРЕМЕШИВАНИЕ по сравнению с механическим пока не подтверждена.

Проектирование, расчет и выбор аппаратов. Интенсивность ПЕРЕМЕШИВАНИЕ, достаточная для проведения технол. процессов, достигается на практике обычно при использовании типовых аппаратов с перемешивающими устройствами, выбираемых по техн. каталогам. Стоимость таких аппаратов и трудоемкость их обслуживания, как правило, в 2-3 раза ниже, а надежность-в 1,5-3 раза выше, чем аппаратов, изготовляемых по спец. разработкам. Если же проектирование необходимо, его целесообразно производить с макс. применением стандартных узлов для обеспечения высокой надежности оборудования.

Механическое ПЕРЕМЕШИВАНИЕ изучено сравнительно полно: имеются методики и мат. модели, отражающие физических механизм процесса и позволяющие осуществлять расчеты гидродинамики, теплообмена и массообмена со взвешенными частицами и др. с учетом свойств среды, конструкций мешалок и размеров аппаратов; созданы системы автоматизир. расчета и оптим. выбора оборудования из каталогов. Менее разработаны, однако, проблемы диспергирования капель и пузырьков в жидкости, массообмена в системах жидкость жидкость и газ жидкость, а также выравнивания концентраций перемешиваемых веществ в микроскопич. объемах (микроперемешивание). При оценочных расчетах ПЕРЕМЕШИВАНИЕ применительно к условиям, приведенным в таблице, можно пользоваться представленными ниже формулами.

Мощность мешалок и приводов. Расчет мощности (Вт), потребляемой на ПЕРЕМЕШИВАНИЕ, производится по формуле:


где-плотность перемешиваемой среды (кг/м3), n-частота вращения (с-1) мешалки, dм-ее диаметр (м). Коэф. KN при турбулентном режиме изменяется мало, при ламинарном режиме зависит от числа Рейнольдса для ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ReM = nd2м/, где -кинематич. вязкость среды (м2/с). Для неньютоновских жидкостей , где К и m-константы, определяемые свойствами среды, g = An (A-константа)-скорость сдвига при обтекании лопастей (с-1). Мощность привода мешалки (Вт) выбирается с учетом его кпд (около 0,8) и кратковрем. повышения мощности в период пуска: Nпр= 1,25 KпN, где Kп- коэффициент.

Скорость и циркуляц. расход жидкости при турбулентном режиме. В аппаратах без неподвижных внутр. устройств реализуется преимущественно окружное течение. Для турбинных мешалок скорость жидкости (м/с) уменьшается в направлении к стенке аппарата в пределах (0,5-0,15)ndм, для трехлопастных (0,3-0,1)ndм, для рамных -(0,5-0,2) ndм. При этом образуется воронка глубиной (м)


где g -ускорение свободный падения (м/с2), Kв- коэффициент. Для нормальной работы аппарата расстояние между поверхностью жидкости и мешалкой должно быть не менее hв. В аппаратах с отражат. перегородками, отражателями и внутр. змееви-

ками наблюдается, как правило, меридиональное течение, и воронка не образуется. В аппаратах с мешалками циркуляц. расход жидкости (м3/с)


где Kq коэффициент; среднее значение коэффициент турбулентной диффузии (м2/с) :


где Kтконстанта.

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ и теплообмен. Коэф. теплоотдачи [Вт/(м2 град)] от перемешиваемой среды к стенке аппарата при турбулентном режиме определяется по формуле:


где Сp теплоемкость среды [Дж/кг• град)], число Прандтля, теплопроводность среды [Вт/(м • град)], V объем жидкости (м3).

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ взаимно растворимых жидкостей проводят в аппаратах с мешалками всех типов. Время (с)выравнивания концентраций перемешиваемых веществ , где коэффициент.

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ и массообмен в гетерог. и гомог. системах. В первом случае при разности плотностей дисперсной и сплошной фаз ПЕРЕМЕШИВАНИЕ осуществляют в аппаратах с отражат. перегородками; при экономичнее аппараты без неподвижных внутр. устройств. При ПЕРЕМЕШИВАНИЕ взаимно нерастворимых жидкостей в отсутствие ПАВ средний диаметр капель (м) ,


где s-коэффициент поверхностного натяжения (Н/м), f объемная концентрация дисперсной фазы; в обычных условиях dк0,4-1мм. Равномерное распределение взвешенных частиц или капель в аппарате достигается при DT3Hw где H высота заполнения аппарата (м), w-скорость осаждения (всплывания) частиц (м/с). Условие распределения частиц при ламинарном режиме: , где dапдиаметр аппарата (м). Наиб. размер частиц при ПЕРЕМЕШИВАНИЕ суспензий не должен превышать 1-2 мм. Коэф. массопередачи (м/с) от перемешиваемой жидкости к взвешенным частицам рассчитывается по формуле:


где Sc = v/DM- число Шмидта, Dм-коэффициент диффузии (м2/с) Обычно b5• 10-5, для капель b = (1 - 2)• 10-4 м/с.

При ПЕРЕМЕШИВАНИЕ в системах газ-жидкость расход газа (м3/с) не должен превышать значения = 0,15nd3м. При N/V= 1 — 3 кВт/кг и 4/pd2 = 0,001-0,005 м/с удельная газосодержание смеси в аппарате


Средний диаметр пузырьков газа (м)


Для расчета массообмена между газом и жидкостью обычно используют объемный коэффициент массопередачи (с-1)


где fуд -удельная поверхность контакта фаз (м2).

При проведении в реакторах гетерог. реакций, скорость которых лимитируется массообменом, интенсификация ПЕРЕМЕШИВАНИЕ приводит к повышению скорости превращения. При осуществлении гомог. реакций ПЕРЕМЕШИВАНИЕ способствует распределению концентраций и температуры, приближающемуся к равномерному (идеальное ПЕРЕМЕШИВАНИЕ). Степень близости к нему определяется отношением среднего времени пребывания среды в реакторе к времени выравнивания концентраций; это отношение принимается равным 10 и более и увеличивается с повышением скорости реакции, ее порядка и теплового эффекта.

В лабораторная практике применяют в основные те же способы ПЕРЕМЕШИВАНИЕ, что и в промышленности. Наиб. предпочтительно механическое ПЕРЕМЕШИВАНИЕ при относительно высокой регулируемой частоте вращения мешалоколо Для ПЕРЕМЕШИВАНИЕ в открытых сосудах из стали и др. материалов обычно используют стеклянные и металлич. (большие количества жидкости, вязкие среды, тяжелые осадки, например цинковая пыль или амальгама Na) мешалки различные формы; частота вращения 5 125 с-1, потребляемая мощность до 60 Вт. Мешалки приводятся во вращение от электрич. и воздушных пневмоприводов, а также от водяных турбинок (при работе с легковоспламеняющимися жидкостями, например CS2 или эфиром). ПЕРЕМЕШИВАНИЕ в открытых либо закрытых стеклянных сосудах осуществляют часто с помощью электромагн. мешалоколо Принцип функционирования этих мешалок основан на том, что укрепленный на оси вертикально расположенного мотора электромагнит при вращении с частотой до 24с-1 приводит в движение якорь из мягкого Fe. Последний помещают в графитовую, стеклянную или полимерную ампулу, к-рую запаивают и помещают на дно смесителя. Электромагн. мешалки применяют для ПЕРЕМЕШИВАНИЕ маловязких жидкостей (при гидрировании, электролизе, титровании и т.д.), при работе в глубоком вакууме и др. При необходимости изолировать реакционное смесь от действия воды и воздуха, а также для предотвращения утечки летучих B-B мешалки герметизируют резиновыми или корковыми пробками, жидкостными затворами (ртутными или глицериновыми), цилиндрич. стеклянными шлифами.

При приготовлении растворов, взбалтывании смесей, ПЕРЕМЕШИВАНИЕ содержимого бутылей, колб и т.п., встряхивании делительных воронок, пробирок и пипеток используют различные вибрационные и встряхивающие устройства. Для исследований при высоких давлениях ПЕРЕМЕШИВАНИЕ легкотекучих сред в малоинтенсивных режимах обеспечивается в автоклавах-качалках или вращающихся автоклавах в случае заполнения их жидкостью на 50 60%.

Лит Вертикальные стальные сварные аппараты с перемешивающими устройствами. Каталог, M.. 1978: Васильцов Э. А , Ушаков В. Г., Аппараты для перемешивания жидких сред. Л., 1979; Брагинский Л. H., Бегачев В. И , Барабаш В И , Перемешивание в жидких средах, M., 1984. Л. H. Брагинский

Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
Кликните на ссылку, закажите еще выгодней по промокоду "Галактика" - Samsung C32F391FWI купить в Москве и более чем в 100 городах России.
купить маникюрный набор в интернет-магазине
верстак слесарный передвижной
концерт гр kiss

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(29.03.2017)