ПЕРЕМЕШИВАНИЕ. СПОСОБЫ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ
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.
Циркуляционное перемешиваниеосуществляют с помощью насоса, перекачивающего жидкость по замкнутой системе смеситель — насос — смеситель.
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.Статические смесители используют также при получении эмульсий.
Механическое перемешиваниеиспользуют для интенсификации гидромеханических процессов (диспергирования), тепло- и массооб-менных, 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 идругие, служащие для перемешивания пластичных и сыпучих масс.
Лопастные (рис. 11.2, а, б), ленточные, якорные и шнековые мешалки относятся к тихоходным: частота их вращения составляет 30. 90 мин
г , окружная скорость на конце лопасти для вязких жидкостей — 2.. .3 м/с.
Преимущества лопастных мешалок — простота устройства и невысокая стоимость.
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.
30. АДСОРБЕРЫ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ АДСОРБЕНТА. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ.
Адсорберы непрерывного действиябывают с движущимся плотным или псевдоожиженным слоем адсорбента.
Адсорберы с движущимся слоем зернистого адсорбента представляют собой полые колонны с перегородками и переливными патрубками и аппараты с транспортирующими приспособлениями (см. главу 20). На рис. 21.7 показан многосекционный колонный адсорбер для очистки парогазовых смесей, состоящий из холодильника, подогревателя и распределительных тарелок.
В первой секции адсорбент охлаждается после регенерации. Эта секция выполнена в виде кожухотрубчатого теплообменника. Охлаждающая жидкость подается в межтрубное пространство теплообменника, а адсорбент проходит по трубам.
Вторая секция представляет собой собственно адсорбер, в котором адсорбент взаимодействует с исходной парогазовой смесью. Из первой секции во вторую адсорбент перетекает через патрубки и распределительные тарелки, обеспечивающие равномерное распределение адсорбента по сечению колонны и служащие затворами, разграничивающими первую и вторую секции. Далее адсорбент поступает в десорбцион-ную секцию, представляющую собой кожухотрубный теплообменник, в которой нагревается и взаимодействует с десорбирующим агентом — острым водяным паром. Регенерированный адсорбент удаляется из адсорбера через шлюзовой затвор.
Адсорберы с псевдоожиженным тонкозернистым адсорбентом бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми.
Одноступенчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем показан на рис. 21.8. Он представляет собой цилиндрический вертикальный корпус, внутри которого смонтированы газораспределительная решетка и пылеулавливающее устройство типа циклона. Адсорбент загружается в аппарат сверху через трубу и выводится через трубу снизу. Исходная парогазовая смесь вводится в адсорбер при скорости, превышающей скорость начала псевдоожижения, под газораспределительную решетку через нижний патрубок, а выводится через верхний патрубок, пройдя предварительно пылеулавливающее устройство.Многоступенчатый тарельчатый адсорбер с псевдоожиженным слоем показан на рис. 21.9. Он представляет собой колонну, в которой расположены газораспределительные решетки с переливными патрубками, служащими одновременно затворами для газового потока. Адсорбент поступает в верхнюю часть адсорбера и перетекает с верхней тарелки на нижнюю. С нижней тарелки адсорбент через шлюзовой затвор выгружается из адсорбера. Исходная парогазовая смесь поступает в адсорбер снизу и удаляется через верхний патрубок.Многоступенчатый адсорбер отличается от одноступенчатого тем, что работает по схеме, близкой к аппаратам идеального вытеснения, что позволяет проводить процесс адсорбции в противотоке. Применяют установки с адсорбцией с псевдоожиженным слоем и десорбцией в движущемся слое адсорбента.
Периодического действия. Адсорбер с псевдоожиженным слоем заполнен мелкозернистым адсорбентом Исходная смесь подается снизу под распределительную решетку при скорости, превышающей скорость псевдоожижения частиц адсорбента При этом слой расширяется и переходит в подвижное состояние Проведение адсорбции в псевдоожиженном слое значительно интенсифицирует процесс массообмена и сокращает продолжительность процесса
Источник
Перемешивание мешалки способы перемешивания
§ 1.1 Назначение и виды перемешивания. Типы конструкций мешалок. Способы крепления мешалок к валу
Назначение и виды (способы) перемешивания
Перемешивание широко применяют в химической промышленности для получения однородных жидких смесей взаимно растворимых компонентов, приготовления эмульсий, ускорения процесса растворения твердой фазы в жидкой, увеличения скорости химических реакций, интенсификации процессов теплообмена.
Основная задача перемешивания – равномерное распределение вещества или температуры в перемешиваемом объеме.
Перемешивание может осуществляться разными способами, основными из которых являются:
— Механический (с помощью мешалок);
— Пневматический (с помощью сжатого газа);
В настоящее время наибольшее распространение получил механический способ перемешивания с помощью различных перемешивающих устройств (мешалок).
Типы конструкций мешалок
При выборе типа мешалки и ее параметров учитывают требования процесса, свойства жидкости (вязкость, наличие осадка и др.), форму аппарата и другие факторы.
В зависимости от числа оборотов мешалки условно делят на:
— Тихоходные (лопастные, рамные, листовые, якорные);
— Быстроходные (турбинные, пропеллерные).
Рассмотрим основные типы мешалок:
Лопастные мешалки состоят (рисунок а ) из двух лопастей 1 , приваренных к ступице 2. Ступицу собирают из двух половин, соединяемых четырьмя болтами 4, и устанавливают с помощью шпоночного соединения на валу. Также выпускают усиленные лопастные мешалки (рисунок б ) у которых к лопастям и ступице приваривают горизонтальные ребра 3.
Лопастные мешалки применяют при вязкости среды μ с = 1 ÷ 3000 (МН × с)/ м 2 и окружной скорости v = 1,5 ÷ 5 м/с для перемешивания взаимно растворимых жидкостей; взвешивания твердых частиц в жидкости с массовым содержанием их до 90%; медленного растворения кристаллических, аморфных или волокнистых веществ; выравнивания температур; перемешивания в процессах кристаллизации.
Листовые мешалки (рисунок а ) состоят из высоких лопастей 1 (листов), приваренных к верхней 2 и нижней 3 ступицам. В лопастях выполнены два отверстия диаметром от 60 до 180 мм.
При усиленном исполнении (рисунок б ) к листам и ступице приваривают два горизонтальных и два вертикальных ребра 4.
Рекомендуется применять листовые мешалки при μ с = 1 ÷ 50 (МН × с)/ м 2 и v = 0,5 ÷ 5 м/с для растворения жидкостей малой вязкости, растворения кристаллических веществ и интенсификации теплообмена.
Якорные мешалки изготовляют в нормальном (рисунок а ) или усиленном (рисунок б ) исполнении. Устройства состоят из изогнутых по форме якоря лопастей 1 , приваренных к разборной ступице 2. Для придания жесткости к лопастям приваривают ребра 3. При усиленном исполнении к верхней ступице приваривают перекладину 4 с ребрами 5
Якорные мешалки применяют при μ с = 1 ÷ 10000 (МН × с)/ м 2 и v = 0,5 ÷ 5,5 м/с для перемешивания вязких и тяжелых жидкостей, интенсификации теплообмена, предотвращения выпадения осадка на стенках аппаратов.
Рамные мешалки состоят (см. рисунок) из двух лопастей 1 , приваренных к нижней разборной ступице 3, и двух перекладин 4, приваренных к верхней и средней ступицам 2. Для придания жесткости к лопастям и перекладинам с обеих сторон приваривают ребра 5.
Рамные устройства применяют для тех же целей, что и якорные, при μ с = 10 ÷ 10000 (МН × с)/ м 2 и v = 0,8 ÷ 7 м/с или при μ с = 10000 ÷ 40000 (МН × с)/ м 2 и v = 0,8 ÷ 4 м/с.
Турбинные мешалки изготовляют открытыми (рисунок а ) и закрытыми (рисунок б ). Открытые устройства выполняют цельными или составными из двух половин. Они представляют собой диск 3, в центре которого вварена ступица 2. К диску приварены прямоугольные лопасти 1. Закрытая конструкция имеет лопасти с коническими срезами, к которым приварены верхний и нижний конусы.
Открытые турбинные мешалки применяют при μ с = 1 ÷ 40000 (МН × с)/ м 2 и v = 2,5 ÷ 10 м/с,
закрытые – при μ с = 1 ÷ 25000 (МН × с)/ м 2 и v = 2,5 ÷ 12 м/с.
Пропеллерные мешалки конструктивно представляют собой ступицу (см. рисунок), к которой приварены три наклонные лопасти с правым (исполнение I) или левым (исполнение II) наклоном; последнее – для двухрядных перемешивающих устройств.
Пропеллерные мешалки применяют при μ с = 1 ÷ 100 (МН × с)/ м 2 и v = 3,8 ÷ 16 м/с.
Способы крепления мешалок к валу
Ступицу мешалки крепят на валу с помощью шпонки и стопорных устройств, препятствующих осевому смещению.
В случае установки мешалки в середине вала ее закрепляют стопорным винтом 1 (рисунок а ), при установке на конце вала – концевой гайкой (рисунок б ) или с помощью полуколец, которые закладываются в кольцевую выточку на валу (рисунок в ).
Источник
Перемешивание в жидких средах. Способы перемешивания. Реакторы. Типы мешалок. Барботеры. Пульсационное оборудование
Перемешивание в жидкой среде осуществляется следующими способами:
1. Перемешивание в трубопроводе. Проводят обычно в Уобразном устройстве .По двум трубам подают две жидкости, которые попадают в третью, где за счет большой скорости потоков и турбулентного, вихреобразного движения происходит их перемешивание. Это устройство оправдывает себя в тех случаях, когда надо перемешивать жидкости, взаимно хорошо смешивающиеся, когда в трубопроводе достаточно велика скорость потока и сам трубопровод имеет значительную длину, чтобы протекающие жидкости успели смешаться.
2. Циркуляционное перемешивание осуществляется путем принудительной циркуляции жидкости, чтобы возникла турбулентность, способствующая массообмену.. Этот способ применяют при перемешивании жидкостей различной относительной плотности
3. Барботажное перемешивание. Барботажным называется метод перемешивания жидкостей и суспензий путем пропускания через них объем потока диспергированного газа. Применение этого метода особенно целесообразно в тех случаях, когда газ или отдельные его компоненты (например, кислород воздуха) должны вступать в химическую реакцию с перемешиваемой жидкостью. Этот способ перемешивания применяют для маловязких жидкостей. При перемешивании этим способом в нижней части аппарата устанавливают барботер-устройство, обеспечивающее распределение газа (пара) по площади поперечного сечения аппарата . Обычно в качестве барботера используют перфорированные трубы. Выходное сечение отверстий для выхода газа должно быть меньше сечения коллектора в несколько десятков раз, чтобы обеспечить достаточное сопротивление на выходе газа в жидкость и его более равномерное распределение по отдельным отверстиям. Иногда с этой целью отверстия для выхода газа из барботера делают различного диаметра, увеличивая их размер на его концевых участках. При использовании аппарата с барботажным перемешиванием в качестве реактора для отвода тепла химической реакции корпус оснащается рубашкой охлаждения. Желательно упорядочить движение жидкости, создавая восходящий поток в центральной части аппарата и нисходящий (опускной) поток у стенок аппарата. Для этого в центре аппарата необходимо установить специальную подъемную трубу.
4. Акустическое перемешивание осуществляется с применением электромагнитных излучателей, гидродинамических устройств, действующих по принципу жидкостных сирен, а также роторно-пульсационного аппарата РПА
5.Гравитационное перемешивание основано на различной плотности растворителя и раствора. Данный вид перемешивания осуществляется самопроизвольно, и используется в частности для получения растворов йода в спирте.
6. Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок различной конструкции
Реактор периодического действия представляет собой цилиндрический сосуд со сферическим днищем, снабженным мешалкой, обеспечивающей выравнивание концентрации раствора, а также рубашкой для отвода или подвода тепла. Раствор выводится через нижний штуцер. Реактор непрерывного действия отличается расположением выходного штуцера.
Типы мешалок
1. Лопастные мешалки
2. Мешалки с вертикальными лопатками.
3.Мешалки с наклонными лопатками
4. Рамные мешалки
Введение дополнительной энергии в жидкости путем сообщения им возвратно-поступательных колебаний (пульсаций) возможно двумя способами:
с помощью вибрирующих внутри аппарата перфорированных тарелок, укрепленных на общем штоке, которому сообщается возвратно-поступательное движение;
посредством специального механизма (пульсатора), находящегося вне аппарата; создаваемые пульсатором колебания гидравлически передаются жидкостям в экстракторе (см. рис. 10).
Второй способ более экономичен и осуществляется при отсутствии движущихся частей в самом аппарате. Поэтому экстракторы с выносными пульсаторами применяются наиболее часто.
А б
Рис. 10. Пульсационные колонные экстракторы:
а – ситчатый с поршневым пульсатором; б – насадочный с пневматическим пульсатором; 1 – колонна с ситчатыми тарелками; 2 – пульсатор; 3 – насадочная колонна; 4 – поршень; 5 – камера.
Пульсации способствуют лучшему дроблению диспергируемой фазы на капли и соответственно увеличению поверхности контакта фаз, интенсивному их перемешиванию, а также увеличению времени пребывания диспергируемой фазы и ее задержки в колонне.
Очистка растворов. Гравитациойное осаждение. Отстойники периодического и полу-непрерывного действия. Фильтрование. Способы фильтрования. Уравнение фильтро-вания. Типы фильтров. Центрифугирование. Виды центрифугирования.
Отстаивание— это простейший метод отделения жидкости от взвешенных в ней твердых частиц. Заключается оно в том, что смесь жидкости и твердых частиц наливают в высокие сосуды и оставляют в покое. Под действием силы тяжести твердые частицы постепенно оседают на дно, а жидкость становится прозрачной. Процесс прост в исполнении, но длителен и требует сложной аппаратуры и больших энергетических затрат. Осадок обычно содержит до 40—70% жидкости.
Отстойники периодического действия — это емкости, имеющие краны для слива осветленной жидкости на разной высоте. После отстаивания открывают краны, начиная с верхнего, и сливают прозрачную жидкость. Отстаивание можно производить и в обычных емкостях без крана, в этом случае используется сифон или отсасывание с помощью шланга, соединенного с монтежю.
В отстойниках полунепрерывного действия непрерывно подается взвесь и сливается осветленная жидкость, а осадок удаляется периодически. За счет увеличения диаметра раструба скорость движения жидкости в нем уменьшается и частицы по инерции оседают на дно. Жидкость в виде ламинарного потока со скоростью меньшей, чем скорость оседания частиц, поднимается вверх, не увлекая их за собой.
Фильтрование— это процесс разделения неоднородных систем с помощью пористых перегородок (фильтров).
Пористая перегородка оказывает фильтруемой жидкости некоторое сопротивление, увеличивающееся по мере нарастания и уплотнения осадка. Для преодоления этого сопротивления требуется определенное усилие, достигаемое созданием разности давления до и после фильтрующей перегородки. Разность давления является движущей силой фильтрации, заставляющей жидкость проходить через поры осадка.
Из уравнения Пуазейля следует, что скорость фильтрования (количество фильтрата на единицу площади в секунду) прямо пропорциональна разности давлений по обе стороны фильтрующей перегородки и обратно пропорциональна сопротивлению осадка.
Фильтрование осуществляется с помощью аппаратов следующих типов:
1. Фильтры, работающие за счет гидростатического давления столба фильтруемой жидкости. Данные фильтры работают в двух режимах- давление создает жидкость, которая непосредственно находится на фильтрующей перегородке. Это фильтрующие воронки, стеклянные фильтры, фильтры-мешки и отстойники. Фильтры-отстойники имеют решетчатое ложное дно, на которое кладут фильтрующую ткань. Профильтрованная жидкость выводится из нижней части отстойника через придонный штуцер. Производительность данных фильтров невелика, высота слоя жидкости постоянно меняется;
— фильтруемая жидкость подается из напорного бака в регулятор ее уровня, высота которого поддерживается постоянной.
2.Фильтры, работающие под вакуумом — нутч-фильтры . Состоят из толстостенного цилиндрического сосуда из фаянса или керамики, внутренняя часть которого разделена перфорированной перегородкой с укрепленными на ней несколькими слоями фильтровальной бумаги и бельтинга. В верхнюю часть фильтра заливается взвесь, фильтрат собирается на дне нижней части. Вакуум создается под перегородкой за счет вакуум-линии, соединенной через ресивер с вакуумным насосом. Назначение ресивера — сглаживать пульсации насоса и предупреждать переброс в него капельной фазы.
3.Фильтры, работающие под давлением — Друк-филътр представляет собой цилиндрическую емкость с перфорированной перегородкой в нижней части (с укрепленным на ней фильтровальным материалом), на которую подается взвесь под давлением с помощью сжатого воздуха или инертного газа. Для подачи жидкости на фильтр используется монтежю. Это вертикальный резервуар, в который заливается раствор самотеком или с помощью вакуума, а затем продавливается сжатым воздухом.
Филътр-пресс состоит из ряда чередующихся рам и плит, между которыми помещают пластины фильтрующего материала. Герметизация между ними обеспечивается резиновыми прокладками. Рамы и плиты имеют отверстия, которые расположены так, что при сборке фильтра они образуют каналы для подачи раствора в пустотелую раму, слива фильтрата, подачи и отвода промывной жидкости с целью регенерации фильтра. По одному из каналов (нижнему) в фильтр-пресс поступает фильтруемая жидкость, попадает в рамную полость и фильтруется через фильтровальный материал. Фильтрат поступает в просвет между фильтровальным материалом и плитой, стекает по желобам вниз и через трубку с краном попадает в общий приемный желоб. Осадок постепенно заполняет все рамы, уплотняется и начинает создавать все более возрастающее сопротивление проходу жидкости. Наконец насос, подающий жидкость в фильтр-пресс, перестает преодолевать сопротивление осадка и из крана прекращается истечение фильтрата; краны выключаются поочередно.
Центрифугирование — это разделение гетерогенных систем под действием центробежных сил.
В зависимости от фактора разделения все центрифуги делятся на два вида.
Источник
