книги из ГПНТБ / Холланд Ф. Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов

рекомендуемый диаметр этих мешалок должен быть равен одной трети диаметра аппарата.'

Шнековые мешалки. Шнековая мешалка (рис. 1-7) — эффектив­ ное устройство для перемешивания высоковязких жидкостей, так как достижение полного перемешивания при работе шнековой мешалки не связано с созданием высокоскоростных жидкостных потоков [5, 6].

Существуют шнековые мешалки различных размеров и кон­ струкций. Их классифицируют в зависимости от диаметра, шага, числа и глубины витков и от длины шнека. Диаметр шнека Ош— это диаметр воображаемого цилиндра, в который «упаковывается» шнек; виток — один полный поворот (360°)

шнека; шаг 5 Ш— расстояние между соседними витками, измеряемое по оси шнека.

Выбор шнековой мешалки для применения в любом процессе зави­ сит от многочисленных параметров системы. Отношение диаметра шнека к диаметру аппарата, отношение шага шнека к его диаметру, число витков

должен располагаться между дном аппарата и поверхностью яшдкостп.

Обычно шнековая мешалка тран­ спортирует жидкость со дна сосуда к поверхности ж и д к о с т и . Затем жид­

кость освобождается из шнека и направляется обратно к днищу аппарата, заполняя «пустоту», образовавшуюся при движении све­ жих порций жидкости к поверхности. Шнековая мешалка может работать и в обратном направлении, транспортируя жидкость с поверхности к днищу сосуда. В этом случае требуется мень­ шая мощность.

Линии тока в системах со шнековыми мешалками зависят от кон­ струкции реального аппарата. В устройствах без отражательных перегородок, в которых шнек расположен по оси аппарата, жидкости сообщается слабое вращательное движение. Скорость вращения жидкости понижается в направлении стенок аппарата. У стенок жидкость почти неподвижна вследствие действия боль­ ших сил трения между жидкостью и сосудом. По этой причине системы без перегородок со шнековой мешалкой, расположенной по осевой линии аппарата, применять не рекомендуется [5]. Линин тока в сосуде без отражательных перегородок показаны на рис. 1-8, а.

22

мешалка с высоким напряжением сдвига, используемая для пере­ мешивания вязких продуктов, содержащих твердую фазу. Модифи­ кациями двухлопастной мешалки являются якорные и рамные мешалки.

Якорные мешалки. Этот тип мешалок успешно применяют [7, 8] при периодическом перемешивании жидкостей, имеющих вязкость, близкую к 100 Н -с/м2.

Ул 18] сравнил относительные эффективности якорной, ло­ пастной и турбинной мешалок при перемешивании вязких жидко-

ление якоря поперечными лопастями (рпс. 1-12, б) или установка дополнительных лопастей (рис. 1-12, в). Это необходимо для пре­ одоления сил вязкостного трения и поддержания движения в слое жидкости [8]. Для перемешивания очень вязких жидкостей эф­ фективны мешалки двойного действия (рис. 1-12, а) — комби­ нации из якоря и лопасти, вращающихся независимо друг от друга. Тот же эффект получают, когда основной подковообразный якорь снабжен дополнительными вертикальными лопастями. Этот тип мешалок известен как рамно-якорный и показан на рис. 1-13.

Ленточные мешалки. Для жидкостей с очень высокой вязкостью (1000 Н -с/м2) применяют мешалки, позволяющие получить любую степень циркуляции потока от поверхности жидкости ко дну ап­ парата. В этом случае хорошо оправдывают себя ленточные ме­ шалки (рис. 1-14). Перемешивание достигают за счет действия центральной ленты, транспортирующей жидкость от поверхности ко дну, и за счет выноса жидкости со дна аппарата к поверхности, осуществляемого наружной спиральной лентой [9]. Лента, изо­ гнутая по винтовой линии, производит сложное перемешивание без образования застойных зон. Так как наружную ленту устана-

25

диаметр турбины равен х/з диаметра аппарата (DT = 1/3Z>); высота расположения турбины над дном аппарата равна диа­

4 — стенка.

высота слоя жидкости равна диаметру аппарата (//„. = D)\ число отражательных перегородок равно 4;

ширина перегородки равна х/ю диаметра аппарата (Ъ = D/10); перегородки установлены вертикально у стенок аппарата

между его дном и поверхностью жидкости.

Аналогичные аппараты стандартной конструкции можно при­ менять с другими типами мешалок. В реальных условиях следует обосновывать сколько-нибудь значительные отклонения конст­ рукции аппарата от стандартной. Например при возможных колр- 'баниях уровня жидкости приходится располагать мешалку на не­ большом расстоянии от дна аппарата. Некоторые отклонения от стандартной конструкции при использовании турбинных ме­ шалок будут рассмотрены ниже.

Турбина, расположенная у дна аппарата, создает осевые линии тока, показанные на рис. 1-1, б. Если высота слоя жидко­ сти в сосуде больше 1,25 диаметра аппарата, следует применять многорядные мешалки. Обычно их используют в процессах экст­

.28

ракции и в газожидкостных контактных процессах [10]. Смеси­ тельная колонна с многорядной мешалкой и линии тока, получае­ мые в такой системе, показаны на рис. 1-18.

Число турбин пт на валу мешалки определяют по формуле Вебера [4]:

где ВЭВЖ (водный эквивалент высоты слоя жидкости в аппарате)— максимальная высота слоя жидкости, умноженная на среднюю относительную плотность содержимого сосуда. Так, если высота слоя жидкости 3 м и относительная плотность 1,1, то ВЭВЖ = = 3,3 м. Если найденная таким образом величина не является целым числом, ее округляют до большего целого числа.

■ Расстояние между турбинами должно составлять от 1 до 1,5 диаметра турбины., Если это расстояние слишком велико, могут возникнуть застойные зоны. Если же, наоборот, турбины располо­ жены слишком близко друг к другу, это приводит к неравномер­ ному перемешиванию в' результате наложения потоков.

Отражательные перегородки. По мере увеличения вязкости жидкости снижается роль отражательных перегородок в умень­ шении глубины центральной вихревой воронки. При перемешива­ нии жидкости с высокой вязкостью ширина перегородок может составлять около 1/20 диаметра аппарата. В этом случае наиболее эффективно устанавливать отражательные перегородки па неко­ тором удалении от стенок аппарата или под углом к оси сосуда. Расстояние, равное ширине отражательной перегородки, доста­ точно для того, чтобы обеспечить движение жидкости вдоль стеиок аппарата и таким образом избежать образования застойных зон за перегородками.

При использовании турбинных и пропеллерных мешалок для перемешивания жидкостей с вязкостью больше 20 Н -с/м2 отража­ тельные перегородки можно не устанавливать. Естественное со­ противление жидкости потоку как бы заменяет перегородки и препятствует образованию центральной вихревой воронки. Несколько способов расположения отражательных перегородок показано на рис. 1-19.

В жидкостях с вязкостью больше 10 Н ■с/м2 создание турбулент­ ного потока с помощью турбинных и пропеллерных мешалок за­ труднительно. Высокоскоростные жидкостные потоки очень быстро рассеивают свою энергию при преодолении сил трения в таких жидкостях. Как будет показано в главе IV, турбинные и пропел­ лерные мешалки неэффективны при перемешивании вязких жидкостей, что неоднократно отмечали и различные исследова­ тели [5, б, 8, И , 12]. Высокоскоростные жидкостные потоки, создаваемые этими мешалками, не проникают в глубь системы, что приводит к образованию застойных зон [5].

Крепления и опоры для мешалок. Турбинные, лопастные и другие мешалки, создающие радиальные линии тока, обычно устанавливают

29