Глава 8. Перемешивание в жидких средах

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, тепло- и массообменных процессов; для приготовления эмульсий, суспензий, гомогенных растворов.

Поскольку перемешивание применяют в различных технологических 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 технологический 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.