Инженерно-технологические расчеты

Определить мощность, потребляемую открытой турбинной мешалкой, вращающейся с частотой n = 4,7 с^-1, при перемешивании суспензии в аппарате диаметром D = 1,2 м и высотой H = 1,6 м. Плотность жидкости ρ_ж = 1070 кг/м³; вязкость μ_ж = 0,02 Па·с. Содержание твердой фазы φ = 0,3. Плотность частиц ρ_тв = 1400 кг/м³.

Зададим тип мешалки. [2] Примем открытую турбинную мешалку с шестью лопатками (10).

Определим диаметр нормализованной мешалки при отношении высоты уровня жидкости к диаметру аппарата не более двух по формуле (3.1):

d_м =(0,25…0,3)· D,(3.1)

где d_м – диаметр мешалки, м;

D – диаметр аппарата, м.

После вычислений получим:

d_м =(0,25…0,3)·1,2=0,3 (м).

Перемешивание механическими мешалками может происходить при ламинарном и турбулентном режиме [3]. Определим какой режим в данном случае по формуле (3.2):

Re_м=nd²_мρ_ж/μ_ж (3.2)

где Re_м – критерий Эйлера;

n – частота вращения мешалки, с^-1;

d_м – диаметр мешалки, м;

ρ_ж – плотность жидкости;

μ_ж – вязкость жидкости.

При вычислении получим:

Re_м =4,7·0,3²·1070/0,02=2,26·10⁴.

Re_м =2,26·10⁴>10⁴. Из вычислений можно сделать вывод, что имеет место турбулентный режим.

Из графика K_N=f(Re) представленного на рисунке 3.2 определим опытный коэффициент K_N. [3]

Рисунок 3.1 – Графическая зависимость K_N=f(Re) для различных типов мешалок.

Опытный коэффициент K_N для открытой турбинной мешалки с шестью лопатками: K_N = 1,9.

Мощность, потребляемая открытой турбинной мешалкой, находится по формуле (3.3):

N=K_N·n³·ρ_ж·d⁵_м,(3.3)

где N – мощность, потребляемая открытой турбинной мешалкой, кВт;

K_N – опытный коэффициент;

n – частота вращения мешалки, с^-1;

ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³;

d_м – диметр мешалки, м.

После вычислений получим:

N =1,9·4,7³·1070·0,3⁵=5,13(кВт).

Таким образом, выбраная открытая турбинная мешалка с шестью лопатками характеризуется следующими соотношениями:

D/d = 3, H/D = 1, b/d_м = 0,25, s/d _м =2

где D – диаметр сосуда;

H – высота слоя жидкости в мешалке;

b – ширина лопасти мешалки;

d_м – диаметр мешалки;

s – шаг винта.

Заключение

В процессе перемешивания происходит тесное соприкосновение частиц и непрерывное обновление поверхности взаимодействия веществ. Вследствие этого, при перемешивании значительно ускоряются процессы, например такие, как растворение в жидкости твердых веществ, протекание большинства химических реакций и процесс теплообмена. Перемешивание способствует процессу ускорения абсорбции, выпаривания и основных процессов химических технологий.

Перемешивание – это процесс многократного перемещения частиц неоднородной текучей среды друг относительно друга во всем объеме емкости или аппарата, происходящий за счет импульсов, среде с мешалкой, струей жидкости или газа. Перемешивание с помощью мешалки - обязательное условие успешного проведения многих самых разнообразных технологических операций. На производстве перемешивание с помощью мешалки осуществляют в целях:

а) обеспечения равномерного распределения и дробления, измельчения до заданной дисперсности (диспергирование) газа в жидкости или жидкости в жидкости, а также равномерного распределения твердых частиц в объеме жидкости;

б) интенсификации нагревания или охлаждения обрабатываемых масс в емкости или аппарате, а также обеспечения равномерного распределения температуры в перемешиваемой емкости или аппарате;

в) интенсификации массообмена в перемешиваемой среде, а также равномерного распределения растворенного вещества в перемешиваемой массе.

Таким образом, перемешивание с помощью механической мешалки оказывает решающее влияние и на скорость различных процессов химических превращений, поскольку в промышленных условиях скорость этих процессов определяется не только химической кинетикой, а в значительной мере условиями передачи теплоты и массы.

В зависимости от целей и условий проведения процесса применяют емкости и аппараты с перемешивающими устройствами различных конструкций.

Процесс перемешивания с помощью мешалки широко используется во многих отраслях промышленности в таких как химическая, лакокрасочная, энергетика, нефтяная, асфальтовая, пищевая и других для изготовления и приготовления суспензий, взвесей, растворов, реагентов и эмульсий, проведение реакций, гомогенизирование, суспендирование, растворение, смешение, взмучивание и другое. [4]

Открытая турбинная мешалка с шестью лопатками имеет следующие характеристики:

D/d = 3, H/D = 1, b/d_м = 0,25, s/d _м =2

где D – диаметр сосуда;

H – высота слоя жидкости в мешалке;

b – ширина лопасти мешалки;

d_м – диаметр мешалки;

s – шаг винта.

При работе данной мешалки наблюдается большое значение затрачиваемой мощности.

Список использованной литературы

1 Лекции по процессам и аппаратам пищевых производств.

2 Ю.М. Плаксин, Н.Н. Малахов, В.А. Ларин «Процессы и аппараты пищевых производств».- М.: КолосС, 2006.-760 с.: ил.

3 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова.- 10-е изд., перераб. и доп.- Л.:Химия, 1987. - 576 с., ил.

4 Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Арутюнов С.Ю., Системный анализ процессов химической технологии. М.: Химия, 1988. - 214-298 с.