Наиболее интенсивное перемешивание жидкости можно обеспечить

Обновлено: 01.06.2024

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 жидких средах широко применяется в химической промышленности для приготовления эмульсий, суспензий и для интенсификации химических и тепловых процессов.

Способы перемешивания и выбор аппаратуры для его проведения определяются целью перемешивания и агрегатным состоянием перемешиваемых материалов.

Независимо от того, какая среда смешивается, различают два основных способа перемешивания: механический (с помощью мешалок различных конструкций) и пневматический (сжатым воздухом или инертным газом). Кроме того, применяют перемешивание в трубопроводах и перемешивание с помощью сопел и насосов.

Эффективность перемешивающего устройства характеризует качество проведения процесса перемешивания и может быть выражена по – разному в зависимости от цели перемешивания (для суспензий это равномерность распределения твердой фазы в объеме аппарата; при интенсификации тепловых процессов – отношение коэффициентов тепло- или массоотдачи при перемешивании и без него).

Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного технологического результата или числом оборотов мешалки при фиксированной продолжительности процесса (для механических мешалок).

Механическое перемешивание – это перемешивание с введением в перемешиваемую среду механической энергии из внешнего источника. Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение либо непосредственно от электродвигателя, либо через редуктор или клиноременную передачу.

При медленном движении в вязкой среде тела любой формы в тонком слое жидкости, примыкающем к его поверхности, образуется ламинарный пограничный слой, форма и толщина которого зависит от формы и размеров тела. При увеличением скорости движения происходит обрыв пограничного слоя от поверхности тела в точках, где скорость жидкости наибольшая и образование турбулентного кормового следа за движущемся телом. При этом резко возрастает сопротивление среды движению тела. Окружная скорость имеет, наибольшее значение на периферии мешалки, в данной области образуется зона пониженного давления, куда устремляется жидкость, находящаяся в аппарате. Процесс перемешивания описывается критериальным уравнением.

где Г₁ , Г₂ – симплексы геометрического подобия.

В дальнейшем будем использовать модифицированные критерии Эйлера (Eu_м), Рейнольдса (Re_м) и Фруда (Fr_м). Вместо линейной скорости, в модифицированные критерии подставляется величина nd, пропорциональная окружной скорости мешалки ω_окр.

где d –диаметр мешалки.

В критерий Эйлера входит разность давлений Δp между передней (со стороны набегания потока) и задней плоскостями лопасти мешалки. Этот перепад давлений, преодолеваемый усилием Р, приложенным к валу мешалки, выражают через полезную мощность N, сообщаемую жидкости.

Тогда перепад давления можно заменить пропорциональной величиной.

Критерий Eu_м , выраженный в таком виде, называют критерием мощности. Соответственно обобщенное уравнение гидродинамики для процессов перемешивания принимает вид:

Влияние силы тяжести сказывается на образовании воронки и волн на свободной поверхности перемешиваемой жидкости. При наличии в аппарате отражательных перегородок влиянием силы тяжести можно пренебречь. В этом случае:

При перемешивании механическими мешалками различают два режима перемешивания: ламинарный (Re_м 10 2 возникает турбулентный режим перемешивания. В области развитой турбулентности (Re_м >10 5 ) критерий К_N практически не зависит от Re_м

2 – лопастная с перегородками;

Механические перемешивающие устройства состоят из трех основных частей: собственно мешалки, вала и провода.

По устройству лопастей различают мешалки лопастные, пропеллерные, турбинные и специальные.

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

При тангенциальном течении жидкость в аппарате движется преимущественно по концентрическим окружностям, параллельным плоскости вращения мешалки. Перемешивание происходит за счет вихрей возникающих на кромках мешалки. Качество перемешивания будет наихудшим, когда скорость вращения жидкости равна скорости вращения мешалки. Радиальное течение характеризуется направленным движением жидкости от мешалки к стенкам аппарата перпендикулярно оси вращения мешалки. Осевое течение жидкости направлено параллельно оси вращения мешалки.

Мешалки лопастного типа. Лопастными мешалками называются устройства, состоящие из двух или большего числа лопастей прямоугольного сечения, закрепленных на вращающемся вертикальном или наклонном валу. К лопастным мешалкам относятся также и некоторые мешалки специального назначения: рамные и листовые.

Основные достоинства лопастных мешалок – простота устройства и невысокая стоимость изготовления. К недостаткам, следует отнести слабый осевой поток, не обеспечивающий достаточно полного перемешивания по всему объему аппарата.

Некоторое увеличение осевого потока жидкости достигается при наклоне лопастей под углом 30 – 45 0 к оси вала. При перемешивании лопастными мешалками в аппаратах с большим отношением высоты к диаметру используются многорядные двухлопастные мешалки с установкой на валу нескольких рядов мешалок, повернутых друг относительно друга на 90 0 . Расстояние между отдельными рядами выбирают в пределах (0,3 – 0,8d),

d – диаметр мешалки.

Листовая мешалка. Она применяется для перемешивания маловязких жидкостей, интенсификации процессов теплообмена, при проведении химических реакций в объеме и растворении. Они создают тангенциальное течение перемешиваемой среды.

Обычно для лопастных мешалок принимают следующие соотношения:

d = (0,66 – 0,9) D, ширина лопасти b =(0,1 – 0,2)D, высота уровня жидкости в сосуде H = (0,8 – 1,3)D.

Пропеллерные мешалки. Рабочей частью пропеллерной мешалки является пропеллер – устройство с несколькими фасонными лопастями, изогнутыми по профилю гребного винта. Наибольшее распространение получили трехлопастные пропеллеры. На одном валу может быть несколько пропеллеров. Вследствие более обтекаемой формы пропеллерные мешалки потребляют меньшую мощность, чем мешалки прочих типов. К достоинству их можно отнести высокую скорость вращения и возможность непосредственного присоединения мешалки к электродвигателю (уменьшение механических потерь).

Пропеллерные мешалки создают преимущественно осевые потоки перемешиваемой среды. Недостатком пропеллерных мешалок является сложность конструкции и высокая стоимость изготовления. Для пропеллерных мешалок принимают следующие соотношения основных размеров. Диаметр мешалки: d = (0,2 – 0,5) D, расстояние от мешалки до дна сосуда h=(0,5 – 1,0) d, высота уровня жидкости в сосуде H = (0,8 – 1,2)D, число оборотов пропеллерных мешалок достигает 40 в секунду.

Турбинные мешалки. Эти мешалки имеют форму колес водяных турбин с плоскими, наклонными лопатками, укрепленными, как правило, на вертикальном валу. В аппаратах с турбинными мешалками создаются преимущественно радиальные потоки жидкости. При работе турбинных мешалок с большим числом оборотов наряду с радиальным потоком возможно возникновение тангенциального течения содержимого аппарата и образование воронки. При больших значениях отношение высоты к диаметру аппарата применяют многорядные турбинные мешалки. В зависимости от области применения турбинные мешалки обычно имеют диаметр d = (0,15 – 0,65) D, при отношении высоты уровня жидкости к диаметру аппарата не более двух, число оборотов мешалки колеблется в пределах 2-5 в сек.

Турбинная мешалка, открытая с прямыми лопатками. Закрытая мешалка имеет два диска с отверстиями в центре для прохода жидкости; диски сверху и снизу привариваются к плоским лопастям. Жидкость поступает в мешалку параллельно оси вала, выбрасывается мешалкой в радиальном направлении и достигает наиболее удаленных точек аппарата.

Специальные мешалки: барабанные применяются для проведения химических реакций и получения эмульсий. Они состоят из двух цилиндрических колец соединенных между собой вертикальными лопастями прямоугольного сечения.

Дисковые – представляют собой диск (гладкий или зубчатый) вращающийся с большой скоростью на вертикальном валу.

Вибрационные – состоят из вала с закрепленным на него одним или несколькими перфорированными дисками. Диски совершают возвратно – поступательное движение.

Пневматическое перемешивание – сжатым инертным газом или воздухом используют в тех случаях, когда перемешиваемая жидкость отличается большой химической активностью и быстро разрушает механические мешалки.

Перемешивание сжатым газом является малоинтенсивным процессом. Расход энергии больше, чем при механическом перемешивании.

Перемешивание сжатым газом проводят в аппаратах, снабженных специальными устройствами – барботером или центральной циркуляционной трубой. Барботер представляет собой расположенные по дну аппарата трубы с отверстиями, с помощью которых осуществляется барботаж газа через слой обрабатываемой жидкости. При циркуляционном (эрлифтном) перемешивании газ подают в циркуляционную трубу. Пузырьки газа увлекают за собой вверх по трубе жидкость, находящуюся в сосуде, которая за тем опускается вниз в кольцевом пространстве между трубой и стенками аппарата, обеспечивая циркуляционное перемешивание жидкости.

Перемешивание в трубопроводах является простейшим способом перемешивания жидкостей, применяемым при транспортировании их по трубопроводам. Перемешивание в трубопроводе происходит под действием турбулентных пульсаций. Часто для улучшения перемешивания жидкостей в трубопровод помещают специальные вставки и винтовые насадки.

Перемешивание с помощью сопел и насосов

Сопла в аппаратах применяют для перемешивания газообразных и капельных жидкостей – чаще всего циркуляционным способом.

Струя жидкости, вытекающая из сопла, передают за счет внутреннего трения часть своей кинетической энергии принимающим слоям жидкости, приводя их в движение. В пространстве, которое занимает эти слои, возникают разряжение. Снижение давления, заставляет жидкость подсасываться в эту часть пространства. Такая последовательность взаимодействия струи и находящейся в аппарате жидкости происходит непрерывно и многократно, обеспечивая перемешивание содержимого аппарата.

Сопла для капельных жидкостей, применяют обычно совместно с циркуляционным насосом, который сообщает жидкости, подаваемой в сопло, необходимую кинетическую энергию.

Центрифугирование

Под центрифугированием понимают процесс разделения неоднородных систем, в частности эмульсий, суспензий, в поле центробежных сил с использованием сплошных или проницаемых для жидкости перегородок.

Центрифуга представляет собой в простейшем виде вертикальный цилиндрический ротор со сплошными или перфорированными стенками. Ротор укрепляется на вертикальном валу, который приводится во вращение электродвигателем, помещается в соосный цилиндрический неподвижный кожух, закрываемый съемкой крышкой; на внутренней поверхности ротора с перфорированными стенками находится фильтровальная ткань или тонкая металлическая сетка.

Под действием центробежных сил суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу, называемую фугатом. Осадок остается в роторе, а жидкая фаза удаляется из него.

В отстойных центрифугах со сплошными стенками производят разделение эмульсий и суспензий по принципу отстаивания, причем действие силы тяжести заменяется действием центробежной силы.

В фильтрующих центрифугах с проницательными стенками осуществляют процесс разделения суспензий по принципу фильтрования, причем вместо разности давлений используется действие центробежной силы (пример: отделение маточного раствора от нитрозофенола).

В отстойной центрифуге разделяемая суспензиями или эмульсия отбрасывается центробежной силой и стенкам ротора, причем жидкая или твердая фаза с большей плотностью располагается ближе к стенкам ротора, а другая фаза с меньшей плотностью размещается ближе к его оси; осадок (или фаза с большей плотностью) образует слой у стенок ротора, а фугат переливается через верхний край ротора.

В фильтрующей центрифуге разделяемая суспензия также отбрасывается к стенкам ротора и фазы разделяются; при этом жидкая фаза проходит сквозь фильтровальную перегородку в кожух и отводится из него, твердая фаза в виде осадка задерживается на внутренней стороне этой перегородки, а затем удаляется из ротора.

Разделение эмульсий в отстойных центрифугах обычно называют сепарацией, а устройства, в которых осуществляется этот процесс – сепараторами (отделение сливок от молока, маточного раствора от нитрозофенало).

Центробежная сила и фактор разделения

В общем случае величина центробежной силы выражается равенством:

где С – центробежная сила, Н;

m – масса вращающегося тела, кг;

G – вес вращающегося тела, Н;

ω – окружная скорость вращения, м/сек;

r – радиус вращения, м.

Окружная скорость вращения определяется равенством:

где ω , – угловая скорость вращения, рад/сек.

n – число оборотов в минуту.

Сопоставив эти два равенства, получим:

Увеличение числа оборотов ротора значительно больше влияет на возрастание центробежной силы, чем увеличение диаметра ротора центрифуги.

Отношение центробежного ускорения ω 2 /r к ускорению силы тяжести g называют фактором разделения:

Приняв G = 1 Н, получим:

С диаметром ротора 1000 мм (r = 0,5 м), вращающийся со скоростью n = 1200 об/мин:

По величине фактора разделения центрифуги можно условно разделить на две группы: нормальные центрифуги (К_р 3500).

Нормальные центрифуги применяются главным образом для разделения различных суспензий, за исключением суспензий с очень малой концентрацией твердой фазы.

Сверхцентрифуги являются аппаратами отстойного типа и подразделяются на трубчатые сверхцентрифуги, используемые для разделения тонкодисперсных суспензий, и жидкостные сепараторы, служащие для разделения эмульсий.

По расположению оси вращения различают: вертикальные, наклонные и горизонтальные центрифуги.

Жидкостные сепараторы. Эти аппараты являются отстойными сверхцентрифугами непрерывного действия с вертикальным ротором.

Диаметр ротора 150 – 300 мм, вращается со скоростью 5000 – 10000 об/мин.

В жидкостном сепараторе тарельчатого типа обрабатываемая смесь в зоне отстаивания разделена на несколько слоев. Эмульсия подается по центральной трубе 1 в нижнюю часть ротора, откуда через отверстия в тарелках 2 разделяется тонкими слоями между ними. Более тяжелая жидкость, перемещаясь вдоль поверхности тарелок, отбрасывается центробежной силой к периферии ротора и отводится через отверстие 3. Более легкая жидкость перемещается к центру ротора и удаляется через кольцевой канал 4. Для того чтобы жидкость не отставала от вращающегося ротора, он снабжен ребрами 5.

1 – труба для подачи эмульсии; 2 – тарелки; 3 – отверстие для отвода более тяжелой жидкости; 4 – кольцевой канал для отвода более легкой жидкости; 5 – ребра.

Схема устройства трубчатой сверхцентрифуги

1 – кожух; 2 – ротор; 3 – радиальные лопасти; 4 – шпиндель; 5 – опора; 6 – шкив; 7 – подпятник; 8 – труба для подачи суспензии; 9 – отверстия; 10 – труба для отвода осветленной жидкости.

Трубчатые сверхцентрифуги. По сравнению с жидкостными сепараторами трубчатые центрифуги имеют ротор меньшего диаметра (не более 200 мм), вращающийся с большей скоростью (45000 об/мин); фактор разделения 15000. Применяется для осветления лаков.

В кожухе 1 расположен ротор 2, с глухими стенками, внутри которого имеются радиальные лопасти 3, препятствующие отстаиванию жидкости от стенок ротора при его вращении. Верхняя часть ротора жестко соединена с коническим шпинделем 4, который подвешен на опоре 5 и приводится во вращение при помощи шкива 6. В нижней части ротора расположен эластичный направляющий подпятник 7, через который проходит труба 8 для подачи суспензии. При движении суспензии в роторе вверх на стенках его оседают твердые частицы, причем осветленная жидкость отводится через отверстия 9 в трубу 10. По истечении определенного времени сверхцентрифугу останавливают и удаляют осадок, накопившийся в роторе.

Разделение газовых систем: гравитационную очистку газов – пылеосадительные камеры мокрая очистка – полые и насадочные скрубберы. Трехколонные центрифуги. Подвесные центрифуги, горизонтальные центрифуги с ножевым устройством для удаления осадка, центрифуги со шнековым устройством для удаления осадка, центрифуги с инерционной выгрузкой осадка.

Угол трения частиц осадка меньше, чем угол наклона стенок ротора и поэтому они перемещаются к его нижнему краю, непрерывного действия. Тормозится шнеком.

Образуются слои с цилиндрическими граничными поверхностями, что усложняет зависимость процесса от геометрических факторов.

центробежные осветление

центробежное отстаивание

Осаждение → по законам гидродинамики.

Уплотнение осадка → по закономерностям механики грунтов.

При концентрации менее 4% оборотов нет четкой границы.

В отстойниках гравитационное поле однородно, центробежная сила увеличивается при движении к периферии.

Разделяющая способность отстойных центрифуг характеризуется индексом производительности:

где F – площадь цилиндрической поверхности осаждения.

Индекс производительности отражает влияние всех конструктивных особенностей осадительной центрифуги, определяющих ее разделительную способность.

Рассмотрим цилиндрический ротор центрифуги. h 3 /сек.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между.

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.).

В результате выполнения лабораторной работы студенты должны изучить конструкцию и порядок работы машин и аппаратов для псевдоожижения и перемешивания.

АППАРАТЫ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ

По принципу действия аппараты бывают периодического и непрерывного действия. В аппаратах непрерывного действия происходит взаимодействие газового потока с зернистым материалом, который непрерывно вводится в аппарат и выводится из него. Процесс может осуществляться в противотоке, прямотоке и перекрестном токе.

а — цилиндрический противоточный непрерывного действия; б — с направленной циркуляцией (силос); в — конический; г — с перемешивающим устройством; д – устройство для пневмотранспорта: 1 — шлюзовой затвор; 2 — бункер; 3 — пневмолиния; 4 — циклон

Рисунок 1. Схемы аппаратов с псевдоожиженным слоем

В цилиндрический противоточный аппарат непрерывного действия(рис. 1, а) ожижающий газовый поток поступает снизу под газораспределительную решетку, а зернистый материал — в верхнюю часть аппарата. Для поддержания определенного уровня материала на газораспределительной решетке и вывода его из аппарата служит переточный патрубок.

Вертикальные цилиндрические силосы(рис. 1, б) используют для накопления и усреднения больших партий зерновых материалов. Псевдоожиженный слой создается газом (воздухом), поступающим во внутреннюю полость между двумя днищами, которая разделена концентрической перегородкой на внешнее и внутреннее кольца. Во внешнее кольцо подается примерно в 2 раза больше газа, чем во внутреннее. За счет разного количества газа, подаваемого во внешнее и внутреннее кольца, в силосе создается направленная циркуляция зернового материала от периферии к оси аппарата, способствующая его перемешиванию.

В конических аппаратах(рис. 1, в) уменьшение скорости снизу вверх позволяет псевдоожижать полидисперсные материалы. Газ подается через небольшое отверстие внизу аппарата с большой скоростью. Это позволяет при необходимости работать без газораспределительной решетки, что особенно важно при псевдоожижении комкующихся и слипающихся материалов. При значительном угле конусности аппарата струя газа может оторваться от стенок аппарата и образовать сплошной канал. По этому каналу будет двигаться с большой скоростью поток газовзвеси, образующий над поверхностью слоя фонтаны твердых частиц. Такой слой называется фонтанирующим.

В аппаратах с фонтанирующим слоем возникает интенсивная циркуляция зернистого материала от оси к его стенкам.

При псевдоожижении мелких частиц диаметром 25. 40 мкм, обладающих склонностью к агломерации, слипанию и электризации, для улучшения перемешивания и разрушения застойных зон, а также для интенсификации процессов тепло- и массообмена используют газомеханический способ псевдоожижения. При этом способе дополнительную энергию вводят в слой посредством различного рода перемешивающих устройств и вибраторов (рис. 1, г).

На рисунке 1, д показано устройство для пневмотранспортазернистого материала в разбавленной псевдоожиженной фазе. Зернистый материал дозируется в пневмолинию с помощью шлюзового затвора.

Разделение псевдоожиженного слоя на зернистый материал и газ происходит на новом уровне в циклоне.

Для снижения обратного перемешивания зернистого материала, которое приводит к снижению движущей силы и выравниванию температур процесса, в противоточных аппаратах непрерывного действия применяют секционирование(рис. 10.6), т. е. разделяют весь слой зернистого материала по высоте перфорированными перегородками (возможно насадкой). Перетекание зернистого материала из верхних секций в нижние происходит под действием гравитационной силы через специальные переточные устройства, либо через отверстия в горизонтальных перегородках (провальных тарелках).

1 — корпус; 2 — газораспределительная решетка; 3 — переточное устройство

Рисунок 2. Секционный аппарат непрерывного действия

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ЖИДКИХ СРЕД

Для перемешивания жидких сред используют несколько способов: пневматический, циркуляционный, статический и механический с помощью мешалок.

Пневматическое перемешиваниеосуществляют с помощью сжатого газа (в большинстве случаев воздуха), пропускаемого через слой перемешиваемой жидкости. Для равномерного распределения газа в слое жидкости газ подается в смеситель через барботер. Барботер представляет собой ряд перфорированных труб, расположенных у днища смесителя по окружности или спирали.

В ряде случаев перемешивание осуществляется с помощью эжекторов.

Интенсивность перемешивания определяется количеством газа, пропускаемого в единицу времени через единицу свободной поверхности жидкости в смесителе.

Пневматическое перемешивание имеет ограниченное применение. Оно используется тогда_? когда допускается взаимодействие перемешиваемой жидкости с газом.

Циркуляционное перемешиваниеосуществляют с помощью насоса, перекачивающего жидкость по замкнутой системе смеситель — насос — смеситель.

Интенсивность циркуляционного перемешивания зависит от кратности циркуляции, т. е. отношения подачи циркуляционного насоса в единицу времени к объему жидкости в аппарате. В ряде случаев вместо насосов могут применяться паровые эжекторы.

Статическое смешиваниежидкостей невысокой вязкости, а также газа с жидкостью осуществляется в статических смесителях за счет кинетической энергии жидкостей или газов.

Статические смесители устанавливают в трубопроводах перед реактором или другой аппаратурой или непосредственно в реакционном аппарате.

Простейшими статическими смесителями являются устройства с винтовыми вставками различной конструкции.

На рисунке 3, а представлена конструкция цилиндрического статического смесителя, предназначенного для перемешивания газа и жидкости, с вставными элементами, представляющими собой разнозакрученные пластины из нержавеющей стали, установленные последовательно встык в корпусе смесителя. Геометрические характеристики отдельного элемента определяются углом и направлением закручивания, а также соотношением диаметра и длины. Количество установленных элементов зависит от вязкости, а также от соотношения вязкостей смешиваемых жидкостей: чем выше вязкость и различие в вязкости жидкостей, тем больше устанавливают элементов.

а — цилиндрический с вставными элементами: 1 — фланец; 2 — корпус; 3 — смешивающие элементы; б — эмульсор

Рисунок 3. Статические смесители

Статические смесители используют также при получении эмульсий. На рисунке 3, б изображен вихревой эмульсор для получения эмульсий жирофосфатидной смеси в обезжиренном молоке (заменитель цельного молока). Вихревой эмульсор обеспечивает высокую эффективность эмульгирования при давлении 0,3. 0,36 МПа, прост в изготовлении и эксплуатации. Принцип его действия заключается в использовании эффекта центробежной форсунки при каскадном истечении жидкости. Получаемая эмульсия с размером частиц до 3 мкм не расслаивается в течение 24 ч.

Механическое перемешиваниеиспользуют для интенсификации гидромеханических процессов (диспергирования), тепло- и массообменных, биохимических процессов в системах жидкость — жидкость, газ — жидкость и газ — жидкость — твердое тело. Осуществляют его с помощью различных перемешивающих устройств — мешалок. Мешалка представляет собой комбинацию лопастей, насаженных на вращающийся вал.

Все перемешивающие устройства, применяемые в пищевых производствах, можно разделить на две группы: в первую группу входят лопастные, турбинные и пропеллерные, во вторую — специальные — винтовые, шнековые, ленточные, рамные, ножевые и другие, служащие для перемешивания пластичных и сыпучих масс.

По частоте вращения рабочего органа, перемешивающие устройства делятся на тихо- и быстроходные.

а — трехлопастная; б—двухлопастная; в — пропеллерная; г — открытая турбинная; д — открытая турбинная с наклонными лопастями; е — закрытая турбинная

Рисунок 4. Типы мешалок

Лопастные (рис. 3, а, б),ленточные, якорные и шнековые мешалки относятся к тихоходным: частота их вращения составляет 30. 90 мин -1 , окружная скорость на конце лопасти для вязких жидкостей— 2. 3 м/с.

Преимущества лопастных мешалок — простота устройства и невысокая стоимость. К недостаткам относится создаваемый слабый осевой поток жидкости, что не обеспечивает полного перемешивания во всем объеме смесителя. Усиление осевого потока достигается при наклоне лопастей под углом 30° к оси вала.

Якорные мешалки имеют форму днища аппарата. Их применяют при перемешивании вязких сред. Эти мешалки при перемешивании очищают стенки и дно смесителя от налипающих загрязнений.

Шнековые мешалки имеют форму винта и применяются, как и ленточные, для перемешивания вязких сред.

К быстроходным относятся пропеллерные и турбинные мешалки: частота их вращения составляет от 100 до 3000 мин -1 при окружной скорости 3. 20 м/с.

Пропеллерные мешалки (рис. 4, в) изготовляют с двумя или тремя пропеллерами. Они обладают насосным эффектом и используются для создания интенсивной циркуляции жидкости. Применяются для перемешивания жидкостей вязкостью до 2 Па-с.

Турбинные мешалки (рис. 4, г, д, е)изготовляют в форме колес турбин с плоскими, наклонными и криволинейными лопастями. Они бывают открытого и закрытого типов. Закрытые мешалки имеют два диска с отверстиями в центре для прохода жидкости. Для одновременного создания радиального и осевого потоков применяют турбинные мешалки с наклонными лопастями. Турбинные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание во всем рабочем объеме смесителя. Для уменьшения кругового движения жидкости и образования воронки в смесителе устанавливаются отражательные перегородки.

Турбинные мешалки применяют при перемешивании жидкостей вязкостью до 500 Па-с, а также грубых суспензий.

Эталон единицы силы электрического тока: Эталон – это средство измерения, обеспечивающее воспроизведение и хранение.

Основные этапы развития астрономии. Гипотеза Лапласа: С точки зрения гипотезы Лапласа, это совершенно непонятно.