Лабораторная работа 7

" Определение расхода энергии на перемешивание"

Цель работы: опытное исследование зависимости расхода энергии на перемеши­вание от природы жидкости и условий работы мешалки.

Теоретические основы процесса перемешивания

Перемешивание - это процесс многократного перемешивания частиц неодно­родной текучей среды друг относительно друга во всем объеме аппарата, протекаю­щий за счет импульса, передаваемого среде механической мешалкой, струей жидкости или газа.

Перемешивание - обязательное условие успешного проведения многих самых разнообразных технологических операций. На производстве перемешивание осущест­вляют в целях:

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

b) интенсификации нагревания или охлаждения обрабатываемых масс, а также обес­
печения равномерного распределения температуры в перемешиваемом объеме;

c) интенсификации массообмена в перемешиваемой среде, а также равномерного
распределения растворенного вещества в перемешиваемой массеГ" ~ "

Таким образом, перемешивание 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 аппараты с перемешивающимися устройствами различных конструкций.

Наиболее распространены в настоящее время аппараты с вращающимися ме­ханическими мешалками разных типов. При перемешивании такими мешалками возни­кает сложное трехмерное течение жидкости. Первичным в этом движении является тангенциальное движение, которое в пространстве, ограниченном дном и стенками ап­парата и свободной поверхностью жидкости, вызывает радиальные и аксиальные по­токи.

Поскольку аналитического описания поля скоростей в аппаратах с мешалками до настоящего времени получить не удалось, то их характеризуют технологической ин­тенсивностью и эффективностью.

Интенсивностью / действия аппарата с мешалкой называют возможность дости­жения некоторого заданного, строго определенного технологического результата (каче­ства перемешивания) за определенное время Т:

При одинаковой частоте вращения п (об/с) действие мешалки будет тем более интенсивным, чем меньше время перемешивания затрачивается на проведения про­цесса.

Если требуемое количество перемешивания может быть обеспечено лишь при частоте вращения мешалки не меньше некоторого определенного значения, то интен­сивность будет выражаться:

Ясно, что при одинаковом времени достижения заданного технологического ре­зультата действие мешалки будет тем более интенсивным, чем с меньшей частотой она вращается.

Эффективностью Е аппаратов с перемешивающимися устройствами будем на­зывать возможность достижения заданного технологического результата (качества пе­ремешивания) при затрате определенной работы Л/г

E = f(Nt) Здесь N - мощность, потребляемая мешалкой, Вт.

Очевидно, что действие мешалки тем более эффективно, чем меньше работы затрачивается на достижение требуемого технологического результата.

Мощность, потребляемая механическими мешалками, зависит от многих факто­ров. При вращении лопасти мешалки энергия затрачивается на преодоление трения, а также на образование и срыв вихрей.