Сущность процесса механического перемешивания

Процесс перемешивания в жидких средах

Способы перемешивания.

Процесс перемешивания в пищевой промышленности нашел самое широкое распространение.

При помощи перемешивания в пищевой промышленности решают следующие задачи:

1.- перемешивание жидкости с жидкостью (твердой фазой) с целью получения однородных систем

2.- перемешивание жидкости с жидкостью (твердой фазой) с целью поддержания гетерогенности системы – недопустить ее расслоения (молоко, сок)

3.- для интенсификации процесса тепло- и массообмена.

4 – для получения однородной смеси сыпучих компонентов.

Процесс перемешивания может осуществляться следующими способами:

1)- механическим (при помощи различных мешалок)

2)- пневматическим (борбатирование)

3)- циркуляционным (многократным перекачиванием смеси при помощи насоса через аппарат)

4)- перемшиванием в потоке с использованием различных турбулизаторов

Наибольшее распростронение получил процесс механического перемешивания.

В зависимости от конструкции выделяют следующие типы мешалок

1-одно-, двух-, и многолопостные (тангенциальные и центробежные – в зависимости от угла наклона лопостей и связанного с этим направления движения жидкости)

2- пропеллерные (придают осевое движение жидкости, имеют частоту оборотов до 40 об/с и окружную скорость до 15м/с)

3- турбинные

4-рамные и якорные (для высоковязких сред)

5-шнековые

6-специального назначения.

Каждый вид мешалки обеспечивает преимущественно тот или иной характер движения жидкости и подходит для определенных видов жидкостей.

Сущность процесса механического перемешивания

Рассмотрим более подробно этот процесс.

Расчет процесса механического перемешивания очень сложен, поэтому его производят при помощи теории подобия.

Основными критериями гидромеханического подобия являются следующие:

Постоянное отношение каждой из действующих сил к силе инерции (или обратное отношение) характеризуется критериями подобия.

(1)-критерий Рейнольдса (показывает соотношение сил инерции и сил трения, и определяет режим движения жидкости)

(2)-критерий Фрудо (показывает соотношение сил инерции и сил тяжести)

(4)-критерий Эйлера (показывает отношение сил давления к силам инерции)

Окружную скорость мешалки можно найти, как

Где п-частота оборотов мешалки, об/с

(4) ( пропорционально)

Тогда запишем модифицированные критерии гидромеханического подобия применительно к процессу механческого перемешивания.

(5)

(6)

(7)

Мощность затрачиваемая на привод мешалки пропорциональна диаметру мешалки, частоте ее оборотов, силе давления мешалки

(8)

Тогда выразив силу давления получим

(9)

Откуду давление будет равно

(10)

Тогда модифицированный критерий Эйлера (критерий мощности) примет вид

(11)

Тогда мощность необходимая для привода мешалки находится как

(12)

Необходимо отметить что критерий Эйлера зависит от многих факторов

(13)

Где Г₁…Г_п – соотношения между различными размерами мешалки

Если исключить влияние сил тяжести, то критериальное уравнение для процесса механического перемешивания примет вид

(14)

Причем коэффициенты пропорциональности входящие в уравнение (14) зависят от режима перемешивания.

Выделяют следующие режимы перемешивания

ламинарный режим (режим характеризуется низкой интенсивностью перемешивания, перемешиваются только слои находящиеся вблизи мешалки, а в остальном объеме перемешивания не происходит)

переходной режим

турбулентный режим (процесс интенсивного перемешивания)

автомодельный режим (интенсивность перемешивания высокая но мощность уже не зависит от числа Рейнольдса)

Как правило, критерий мощности определяется не по уравнениям типа (14), а из графика.

Найдя по графику критерий мощности определяют мощность необходимую для привода мешалки по уравнению (12)

Для нахождения пусковой и установочной мощности электродвигателя пользуются следующими зависимостями.

(15)

(16)