Способы перемешивания механическое перемешивание

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

МЕХАНИЧЕСКОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Процесс перемешивания применяют для получения однородных смесей: растворов, эмульсий, суспензий. В результате перемешивания получают смесь, которую используют в качестве конечного продукта или реагента для других стадий технологического процесса.

Для проведения процесса перемешивания используют следующие основные способы:

1) механический, при котором перемешивание осуществляют различными вращающимися устройствами;

2) барботажный, осуществляемый пропусканием газа через слой жидкости;

3) гидравлический, осуществляемый смешением потоков при их совместном движении в канале или при перекачивании перемешиваемых сред насосом. Используемые для процесса перемешивания аппараты называют смесителями.

МЕХАНИЧЕСКОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ

При механическом перемешивании интенсивное движение сред в аппарате осуществляется специальным устройством, получающим вращательное или более сложное движение от внешнего привода.

Механические смесители можно разделить на лопастные, пропеллерные и турбинные.

Лопастные мешалки имеют одну или несколько плоских вертикальных пластин, укрепленных на вертикальном валу (рис. XIX-1). Такие лопасти сообщают жидкости в основном вращательное движение. Чтобы обеспечить перемещение жидкости в вертикальном направлении, устанавливают также наклонные лопасти под углом 45º.

Рис. XIX-1. Лопастная мешалка

Для перемешивания жидкости во всем объеме применяют рамные мешалки (рис. XIX-3). Перемешивающее устройство таких смесителей представляет собой плоскую рамную конструкцию.

Рис. XIX-3. Рамная мешалка.

В тех случаях, когда необходимо исключить отложение осадков на стенках аппарата или улучшить теплопередачу через стенку, применяют якорные мешалки (рис. XIX-4). Конфигурация лопастей такого смесителя повторяет конфигурацию корпуса аппарата, что обеспечивает высокую турбулентность потока вблизи стенок аппарата. Якорная мешалка обеспечивает большую турбулентность и исключает образование осадка.

Рис ХIХ-4 Якорная мешалка

Пропеллерные мешалки применяют для интенсивного перемешивания во всем объеме, обеспечиваемого внутренней рециркуляцией жидкости (рис. XIX-5). Смесительное устройство этого типа выполнено в виде винта с двумя или большим числом лопастей. Для упорядочения циркуляции жидкости в корпусе аппарата пропеллер устанавливают в направляющую трубу.

Турбинные мешалки имеют лопастное колесо (турбину) с прямыми или загнутыми назад лопатками открытого или закрытого типа (рис. XIX-6). Турбинное колесо закрытого типа имеет специальный направляющий аппарат по типу насосного агрегата, обеспечивающего интенсивное движение жидкости в виде струй от центра колеса к его периферии.

Рис. 7-8. Быстроходные мешалки:

а-пропеллерная; б-двухлопастная; в-трехлопастная; г-турбинная открытая; д-турбинная закрытая; е-фрезерная

Быстроходные лопастные, турбинные, пропеллерные мешалки (рис. 7-8) различаются способностью создавать осевое циркуляционное течение. В аппаратах без внутренних устройств эти мешалки обеспечивают насосный эффект, вдвое превышающий насосный эффект обычных мешалок .

Следует отметить, что целесообразность использования мешалок тех или иных конструкций часто определяется особенностями технологии их изготовления. Например, при гуммировании или эмалировании мешалок наличие острых углов и кромок препятствует образованию надежного покрытия. Для гуммирования удобны лопастные мешалки, а для эмалирования — мешалки из сплющенных труб. За последние годы из новых конструкций мешалок в практику перемешивания прочно вошли только эмалированные мешалки из сплошных труб и фрезерные (рис. 7-8, ё). Фрезерная мешалка представляет собой диск с лопастями в форме зубцов. Она обеспечивает высокую разность скоростей лопастей мешалки и потока обтека­ющей их жидкости.

Этот способ перемешивания применяют для маловязких жидкостей. В качестве перемешивающего агента используют воздух, водяной пар, азот и другие газы. При перемешивании этим способом в нижней части аппарата устанавливают барботер—устройство, обеспечивающее распределение газа (пара) по площади поперечного сечения аппарата (рис. XIX-8). 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. 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.

При использовании того или иного газа в качестве барботирующего агента необходимо учитывать возможность образования взрывоопасных смесей, а также взаимодействия перемешиваемого продукта с барботирующим газом.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

При гидравлическом способе перемешивания используют диафрагмовые, инжекторные и циркуляционные смесители.

Диафрагмовые смесители (рис. XIX-9) представляют собой систему диафрагм, установленных в трубопроводе, по которому перекачиваются смешиваемые жидкости. При прохождении потока через отверстия диафрагм происходит его турбулизация, приводящая к интенсивному перемешиванию перекачиваемых жидкостей.

В инжекторных смесителях (рис. XIX-10) одна из жидкостей с большой скоростью проходит через сопла, создавая разрежение окружающем сопла пространстве. Сюда подсасывается вторая жидкость, которая интенсивно перемешивается с первой. Скорость жидкости в соплах должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить необходимую подачу второй жидкости.

Рис. XIX-10. Инжекторный многотрубный смеситель

Циркуляционное перемешивание (рис. XIX-11) широко применяют в различных технологических системах. Циркуляционный насос забирает жидкость из резервуара (аппарата) и возвращает ее обратно в тот же сосуд. Поскольку насос может обеспечить высокие скорости движения жидкости (более 1 м/с) и необходимый объемный расход, представляется возможность достаточно быстро перемешать соответствующие потоки или обеспечить необходимые условия для протекания тепло- и массообменных процессов.

Рис. XIX-11. Смеситель циркуляционного типа:

1— циркуляционный насос; 2 — резервуар.

Специальные методы перемешивания.Наряду с аппаратами традиционной конструкции в промышленности используют также аппараты или перемешивающие устройства специальных конструк­ций. К ним можно отнести устройства для вибрационного и пульсационного перемешивания.

Вибрационные мешалки выполняют в форме дисков, закрепленных на вертикальных штангах и совершающих возвратно-поступательное движение. Пульсационное перемешивающее устройство представляет собой камеру с распределительной полостью и системой сопел, погруженных в аппарат. Эта камера соединена с пульсатором-устройством, генерирующим пульсации давления газа.

Центробежный насос (Рис.1) состоит из корпуса, имеющего спиральную форму, и расположенного внутри жестко закрепленного колеса, состоящего из двух дисков, с закрепленными между ними лопастями. Они отогнуты от радиального направления в сторону противоположную той, в какую направлено вращение колеса. Соединение насоса с трубопроводами, напорным и всасывающим, производится через патрубки.

Принцип действия центробежных насосов заключается в следующем: в наполненном водой корпусе и всасывающем трубопроводе приводится во вращение рабочее колесо. Возникающая при его вращении центробежная сила приводит к вытеснению воды от центра колеса к его периферийным участкам. Там создается повышенное давление, которое начинает вытеснять жидкость в напорный трубопровод. Понижение давления в центре рабочего колеса вызывает поступление жидкости в насос через всасывающий водопровод. Таким образом осуществляется работа по непрерывной подаче жидкости центробежным насосом.

Рисунок 1 Устройство и принцип действия центробежного насоса

Центробежные насосы могут иметь одно или несколько рабочих колес, называются они соответственно — одноступенчатыми и многоступенчатыми. Не зависимо от количества рабочих колес, принцип действия центробежного насоса остается тем же — перемещение жидкости вызывает центробежная сила, вызванная вращающимся рабочим колесом.

Поршневой насос

Поршневой насос представляет собой гидравлическую машину объемного действия, работающую на принципе вытеснения жидкости из рабочей камеры вытеснителями, совершающими прямолинейное возвратно — поступательное движение. К насосам с возвратно-поступательным движением рабочего органа относятся поршневые насосы.

Назначение и область применения.Поршневые насосы могут быть использованы для перекачки воды, бензина, керосина, нефти и масел при необходимости создания больших напоров.

Применяют поршневые насосы для подпитки водой паровых котлов, для подачи воды из открытых водоёмов, шахтных и буровых колодцев, для гидравлических испытаний сетей трубопроводов водоснабжения, тепло- и газоснабжения, при бурении скважин, а также используются для гидравлических испытаний сосудов, ёмкостей, баллонов, котлов, работающих под давлением.

По виду вытеснителей поршневые насосы делятся на поршневые, плунжерные. Плунжер представляет собой цилиндр, движущийся в уп­лотнении, не касаясь внутренних стенок рабочей камеры (цилиндра). Плунжер допускает большую быстроходность насоса, а соответственно и значительное снижение габарит­ных и весовых характеристик насосного агрегата.

По количеству цилиндров поршневые насосы могут быть одно-, двух-, трёх- и многоцилиндровые.

По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход поршневые насосы могут быть одинарного, двойного и дифференциального действия.

Поршневым насосом одинарного действия называют насос, у которого за один цикл (двойной ход поршня) совершается только один такт всасывания и один такт нагнетания.

Поршневым насосом двойного действия называют насос, в котором за один цикл происходит два такта нагнетания и всасывания.

В дифференциальном насосе подача жидкости осуществляется в два приёма, как при такте всасывания, так и при такте нагнетания при наличии всего двух клапанов.

Рабочий процесс поршневого насоса имеет следующие особенности:

1. Подача поршневого насоса осуществляется циклически. За каждый цикл процесса подаётся порция жидкости, равная рабочему объёму насоса.

2. Область всасывания поршневого насоса жестко отделена от области нагнетания клапанами.

3. Подача поршневого насоса практически не зависит от развиваемого давления.

4. Давление, создаваемое насосом, не зависит от скорости движения рабочего органа.

Источник