CC BY
36
Инженерно-технические науки Engineering-technical sciences
УДК 679.826.002.8
СТЕПЕНЬ И ИНТЕНСИВНОСТЬ КАК ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКИХ И ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕД
Д.С. Бальмонт, П.П. Гуюмджян, Т.М.Бальмонт
Ивановский государственный архитектурно-строительный университет
Исследована степень влияния различных критериев на степень перемешивания жидких и гетерогенных сред. Поставлена задача изучения путей интенсификации гидродинамических процессов, а также нахождения универсального критерия интенсивности перемешивания.
Ключевые слова: жидкие и гетерогенные среды, гидродинамические процессы, интенсивность перемешивания.
Аппараты с перемешивающими устройствами являются основным доминирующим типом аппаратов для перемешивания жидких гетерогенных систем.
Это объясняется универсальностью этих аппаратов, надежностью их конструкций, наиболее высоким коэффициентом полезного действия мешалок по сравнению с другими видами перемешивающих механизмов.
Механические перемешивающие устройства позволяют обеспечить равномерное распределение энергии в объеме аппарата и наиболее эффективно осуществить преобразование электрической энергии в механическую.
От эффективности перемешивания зависят свойства различных материалов, используемых во многих отраслях промышленности, в том числе в стройиндустрии. Перемешивание позволяет регулировать свойства многих дисперсных сис-
тем и композиционных материалов. Однако, существующие конструкции нуждаются в дальнейшем совершенствовании.
Для совершенствования конструкций аппаратов с перемешивающими устройствами была поставлена задача изучения путей интенсификации гидродинамических процессов и процессов тепло- и массообмена.
Решение этих задач позволит создать единый метод расчета и выбора аппаратов с перемешивающими устройствами для повышения их технического уровня, качества и надежности [ 1].
На кафедре ПСМ ИГАСУ разрабатываются принципиально новые конструкции перемешивающих устройств гидродинамического принципа действия. Сущность конструкции заключается в использовании в качестве интенсифика-тора процесса трубок переменного сече-
ния, совершающих вращательное движение.
Под степенью перемешивания в общем случае следует понимать взаимное распределение двух или большего количества веществ после совершенного перемешивания всей системы [1]. Степень перемешивания является, таким образом, своего рода показателем эффективности перемешивания, а также может быть использована для оценки интенсивности перемешивания.
Для расчета степени перемешивания I на основе анализа взятых проб применяются различные формулы. Чаще всего используется формула Хиксона и Тени [1]:
п
где п — число взятых проб;
Х], Х2 — относительные кон-
центрации взятых проб, рассчитываемые по формулам:
х = ф-
или
1 -ф,
1 -ф,.„
ф.
<Ф, >Ф,0
где Ф;, Ф;о - объемные доли анализируемого компонента в 1-й пробе и во всем аппарате соответственно.
Кроме того, существует много статистических методов для оценки степени перемешивания данной смеси на основе анализа взятых проб.
Для случая взаимно растворяющихся жидкостей оригинальное определение степени перемешивания предложили Хоблер и Стренк:
/ =
Д£.
где Д£ и ^макс— приращения энтропии перемешиваемых жидкостей после
истечения времени т и после полного перемешивания ( т = 00 ).
Понятие интенсивности перемешивания, употребляемое довольно часто, не имеет еще точного определения. Обычно интенсивность перемешивания определяется с помощью следующих величин:
- число оборотов мешалки п;
- окружная скорость конца лопастей мешалки и;
- критерий Рейнольдса для процессов перемешивания
Ке = пс12у/г1 (где ё — диаметр мешалки; у — плотность; п — динамический коэффициент вязкости);
- расходуемая на перемешивание мощность Ы, приведенная к единице объема V перемешиваемой жидкости (Ы/У) или к единице массы перемешиваемой жидкости (Ы/Уу ).
Каждая из перечисленных выше величин является соответствующей мерой интенсивности перемешивания для конкретного аппарата с мешалкой, работающего на конкретной системе (данной жидкости). Известно, например, что при п2 > п] интенсивность перемешивания при п2 будет выше, чем при п]. Аналогичный вывод можно сделать, если и2>и], Яе2 > Яе1 и т.д. Дело усложняется при сравнении интенсивности перемешивания в двух различных аппаратах. В таких случаях ни одна из перечисленных выше величин не является достаточно надежным критерием для сравнения интенсивности перемешивания. Наименее точные данные будут в этом случае получены п о числу оборотов п. Если п 2 >п], то это отнюдь не означает, что интенсивность перемешивания в аппарате 2 будет выше, чем в аппарате 1, так как ё] может быть настолько больше й2, что мешалка 1 будет работать более интенсивно.
Лучше для такого сравнения использовать величины и и Яе, но и они не представляют универсальной меры интенсивности, поскольку может оказаться, что и 2 > и ] и Яе2 > Яе1 , а интенсив-
ность мешалки в аппарате 1 будет больше (если примем, например, турбинную мешалку в аппарате 1 и гладкий диск в аппарате 2).
Относительно более точно об интенсивности перемешивания позволяют судить значения Ы/У и Ы/Уу, но и они не являются универсальным критерием интенсивности перемешивания. Осложняющим здесь является тот факт, что энергия в объеме рассеивается неравномерно, а эта неравномерность для разных аппаратов с мешалками различна.
Нахождение универсального критерия интенсивности перемешивания является одной из наиболее трудных проблем техники перемешивания, которая не решена до сегодняшнего дня, несмотря на многие исследования, которые ведутся в этом направлении. Отсутствие такого
критерия не дает возможности описать универсальными уравнениями такие процессы, как теплоотдача, массоотдача и т.д. Приходится удовлетворяться уравнениями для отдельных аппаратов.
По-видимому, критерий интенсивности перемешивания должен быть определен как скорость изменений степени перемешивания во времени dI/d^ или I/т. Выявление конкретной формы такой функции для различных аппаратов с мешалками требует проведения дальнейших исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стренк Ф. «Перемешивание и аппараты с мешалками». Польша, 1971. Пер. с польск. под ред. Щупляка И.А. Л., «Химия», 1975.
DEGREE AND INTENSITY AS KEY PARAMETERS OF LIQUID AND HETEROGENEOUS
ENVIRONMENTS AGITATING
D.Balmont, P.Gujumdzhjan, T.Balmont
Degree of various criteria influence on degree of liquid and heterogeneous environments agitating is investigated. A task of studying of hydrodynamic processes intensification ways and finding of agitating intensity universal criterion is described.
Keywords: liquid and heterogeneous environments, hydrodynamic processes, agitating intensity.
