2. Механическое перемешивание
Наибольшее распространение в химической промышленности получило 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. Известны также мешалки с возвратно-поступательным движением, имеющие привод от механического или электромагнитного вибратора.
Процесс перемешивания механическими мешалками сводится к внешней задаче гидродинамики — обтеканию тел потоком жидкости. Основные закономерности обтекания тел потоком жидкости, рассмотренные ранее (стр. 95 сл.), применимы также в условиях перемешивания.
Как уже отмечалось, 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 зависят от формы и размеров тела, скорости и физических свойств жидкости.
При увеличении скорости движения происходит отрыв пограничного слоя от поверхности тела в точках, где скорость жидкости является наибольшей, например у кромок вертикальной пластины (рис. УМ), и образование турбулентного кормового следа за движущимся телом. Начало отрыва пограничного слоя характеризуется резким возрастанием сопротивления среды движению тела.
Окружная скорость имеет наибольшее значение на периферии мешалки, так как эта величина пропорциональна диаметру мешалки. У периферии мешалки, как следует из уравнения Бернулли, образуется зона пониженного давления, куда устремляется жидкость, находящаяся в аппарате. Это течение, а также радиальные потоки, возникающие под действием
246 Гл. VI. Перемешивание в жидких средах Ей = /(Яе, Рг, Г,, Г2, . . .) где Г*, Г?( . . ., — симплексы геометриче- ского подооия. а>окр = я йя где п — число оборотов мешалки в единицу времени; й — диаметр мешалки. с пй ■ Лр пй2р 1 ц р. м — р (л4)2 где 5 со /Р — площадь, на которой распределено усилие Р.центробежных сил при вращательном движении мешалки, приводят к интенсивному перемешиванию содержимого аппарата.Задача внешнего обтекания тел в условиях перемешивания может быть решена с помощью уравнений Навье—Стокса и неразрывности потока. Точное аналитическое решение указанной задачи весьма сложно и возможно лишь для частных случаев. Поэтому для решения этой задачи используют теорию подобия.Мощность, потребляемая механическими мешалками. Как следует из обобщенного уравнения гидродинамики 1 уравнение (11,85г) ], вынужден-ное стационарное движение жидко- сти в условиях, когда действием силы тяжести пренебрегать нельзя, описывается критериальным урав- нениемДля описания процесса перемс шивания применяют модифицирован- ные критерии Эйлера (Еим), Рей нольдса (Ием) и Фруда <Тгм), кото- рые могут быть получены путем пре-Рис. VI-1. Обтекание плоской платины образования обычных выражений с острыми кромками при Ием>> 10 этих критериев. Вместо линейноискорости жидкости, среднее значение которой при перемешивании установить практически невозможно, в мо- дифицированные критерии подставляется величина пй, пропорциональ- ная окружной скорости мешалки шокр:В качестве определяющего линейного размера во всех упомянутых ■ критериях используется диаметр й мешалки.Подставляя эти величины в соответствующие критерии, получим сле- дующие выражения для модифицированных критериев подобия:\вм “ — гАР пЧГВ критерии Эйлера входит разность давлений Ар между передней (со стороны набегания потока) и заднеГ плоскостями лопасти мешалки. Этот перепад давлений, преодолеваемый усилием Р, приложенным к валу мешалки выражают через полезную мощность А^, сообщаемую жидкости. Величина' N пропорциональна произведению усилия на валу и окружной скорости, т. е.Л? соЯ(«г)Тогда перепад давления можно заменить пропорциональной величиной. Р N N Др = Т'03(73)5 03
Yandex.RTB R-A-252273-3