Материал: borisenko

ния. Барабанные (клетьевые) мешалки создают значительный осевой поток и применяются для проведения газожидкостных реакций, получения эмульсий, взмучивания осадков при отношении высоты столба жидкости в аппарате к диаметру мешалки не менее 10. Валы всасывающих (импеллерных) мешалок помещают внутри неподвижной газоподводящей трубы, на конце которой установлен статор с лопастями. Их применяют для обеспечения хорошего контакта газа с жидкостью при интенсивном перемешивании. Для перемешивания высоковязких сред и неньютоновских жидкостей применяют ленточные и шнековые мешалки.

1.2 Расчет механических перемешивающих устройств

Методика расчета перемешивающих устройств вертикальных емкостных аппаратов регламентируется руководящим нормативным документом С.-Петербург- ского филиала НИИХИММАШ РД 26-01-90-85. Этот расчет проводится для всех аппаратов с механическими мешалками (серийно выпускаемых и нестандартных) при проектировании и реконструкции любого химического производства. По результатам расчета выдаются разрешения на использование аппаратов для реализации конкретных процессов.

Рекомендуемый метод расчета пригоден для турбулентного режима перемешивания, когда значения центробежного критерия Рейнольдса

Здесь n – частота вращения мешалки (1/с),

n – кинематическая вязкость перемешиваемой среды (м2/с).

Целью расчета является проверка применимости аппарата выбранной конструкции для реализации конкретного технологического процесса.

Метод основан на составлении и решении уравнения, характеризующего ра-

где Мкр– крутящий момент, т.е. момент сил, создаваемых вращением лопастей мешалки,

Мкор, Мвн – моменты сил сопротивления вращению, возникающие на стенках корпуса аппарата и внутренних устройствах соответственно.

Такой подход обеспечивает возможность использования единых расчетных зависимостей для аппаратов с мешалками разных типов и различными внутренними устройствами. В качестве гидродинамической основы расчета используются характеристики профиля окружной скорости жидкости в аппарате, а при значительном сопротивлении внутренних устройств – осредненное значение окружной скорости. С их помощью определяется глубина центральной воронки и мощность привода мешалки, необходимая для осуществления перемешивания.

Документ РД 26-01-90-85 рекомендует следующие формулы для определения значений моментов сил, приложенных к перемешиваемой среде:

Мкр= zм×z×K1,

12

где zм – число мешалок на валу перемешивающего устройства, K1 - коэффициент мощности перемешивания;

аппарата,

g = l×H /D + p – параметр высоты заполнения аппарата (l = 4 для аппарата с отражательными перегородками и l = 8 – без перегородок, р = 2 для полностью заполненного и р = 1 для аппарата со свободной поверхностью жидкости),

vср – относительная осредненная окружная скорость течения жидкости в аппа-

рате;

где zв – число внутренних устройств в аппарате,

zi – коэффициент сопротивления i-го внутреннего устройства;

fi – площадь проекции i-го внутреннего устройства на плоскость, перпендикулярную направлению вращения мешалки;

ri – радиус установки i-го внутреннего устройства;

v(ri) – относительная окружная скорость жидкости на расстоянии ri от оси вращения.

а) б) в) г) д) е)

Рисунок 1.10 Внутренние устройства аппаратов с механическими мешалками

а) одиночная труба, б) одиночная пластина, в) отражательная перегородка г) отражатель (рассекатель), д) концентрический змеевик, е) секционный змеевик

13

-для отражательной перегородки: fоп = hоп×bоп, zоп = 2;

-для отражателя (рассекателя): fот = hот×dот + 2× bот×sот, zот = 1.5;

-для концентрического змеевика (и кольцевого барботера): zзм×fзм = zзм×p×dзм2,

где zзм, dзм – число витков и внешний диаметр трубы;

- секции секционного змеевика рассматриваются как отражательные перегородки.

Вид выражений, используемых для определения значений K1, vср и v(ri) при записи уравнения равенства моментов для конкретного аппарата зависит от суммар-

zв

ного сопротивления внутренних устройств (значения Rвн = åzi × fi ), типа мешалки

i=1

изначения ГD:

-при Rвн £ 0.1×D×H и ГD > 1.5 для мешалок с горизонтальными лопастями (ло-

пастных, пропеллерных, турбинных, дисковых)

Таким образом, при Rвн £ 0.1×D×H уравнение (1.1) записывается и решается относительно параметра y1, причем корень этого уравнения рекомендуется уточнять внутри отрезка [s1/(1-s2); (s1-1)/(1-s2)]. По найденному значению y1 определяется y2, а затем рассчитывается глубина центральной воронки:

hв =B×n2×dм2 /2×g,

где B – параметр глубины воронки, значение которого можно определить по эмпи-

рической зависимости B = -17.2 + e-0.2×y1+3.33 . Проверяется выполнение условия

H – hв > Hм,

где Hм – высота установки верхней мешалки над днищем аппарата.

14

Если условие не выполняется, т.е. жидкость не покрывает ступицу верхней мешалки и режим перемешивания нарушается, принимается решение об уменьшении выбранной частоты вращения мешалки n, заполнении жидкостью всего объема аппарата, установке в нем отражательных перегородок или использовании аппарата с эксцентрично установленным валом перемешивающего устройства.

При выполнении условия H – hв > Hм рассчитывается коэффициент мощности

При Rвн > 0.1×D×H окружная скорость жидкости в аппарате считается постоян-

ной: w = p×dм×n×vср, т.е. v(ri) = vср, а значение K1 определяется по формулам: K1 = 0.25 - 0.67×vср +0.5×vср2 – для мешалок с горизонтальными лопастями при ГD > 1.5;

K1 = (1 – vср)2 – для мешалок с вертикальными лопастями при ГD £ 1.5.

В этом случае уравнение (1.1) записывается относительно vср, а его корень уточняется внутри отрезка [0.001;2]. Известно его приближенное аналитическое решение:

Глубина воронки при Rвн > 0.1×D×H считается незначительной и не определяется, мощность перемешивания вычисляется по той же формуле, что и при Rвн ≤ 0.1×D×H, где KN = 4 ×zм×z×K1, а значение K1 рассчитывается через vср.

Номинальная мощность двигателя привода аппарата должна выбираться с учетом пусковых перегрузок Nп=Kп×N,

15