Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf

вращающиеся со скоростью w — 2,5-М2 м/с при вязкости среды р=25,0н-0,001 Па-с. Турбинки открытого типа имеют рабочие колеса с прямыми или изогнутыми лопастями, а турбинки закры­ того типа имеют рабочее колесо с каналами. В отличие от от­ крытой турбинки с наклонными лопастями, создающими осевые потоки, закрытая турбинка в зависимости от направления ее

вращения создает радиаль­ ные или осевые потоки, обес­ печивающие быстрое и эф­ фективное перемешивание.

С = 4 рРС£Э-

*1* V \ \

◄

Рис. 48. Пропеллерная мешалка:

а — типы пропеллеров, б — схемы уста­ новки пропеллеров в диффузорах и дви­ жение потоков жидкости

Рис. 49. Рабочие органы турбинной мешалки:

а, б — открытые турбинки с прямыми и изогнутыми лопатками, в — турбинка закрытого типа: / — турбинка, 2 — направляющий аппарат.

Я к о р н а я м е ш а л к а применяется-для перемешивания гус­ тых II вязких жидких сред. Лопасть этой мешалки (рис. 50) изо­ гнута по форме стенки и днища аппарата. Вращаясь со скоро­ стью 50—60 об/мин на расстоянии 5—8 мм от стенки, такая ло­ пасть очищает стенки аппарата от налипшей на них массы, бла­ годаря чему улучшается теплообмен и предотвращается перегрев массы.

90

Определение частоты вращения мешалки

Окружная скорость вращения мешалки является важным по­ казателем, от которого во многом зависят эффективность пере­ мешивания и расход энергии. При перемешивании суспензий равномерное распределение частиц твердой фазы в жидкости достигается при такой частоте вращения, при которой осевая составляющая скорости потока жидкости становится равной или несколько больше скорости осаждения частиц; при этом восхо­ дящий поток жидкости удерживает твердые частицы во взве­ шенном состоянии, препятствуя их осаждению.

По данным И. С. Павлушенко, эта частота вращения п (в об/с) мешалки

компонентов различаются более чем на 30%, то в расчетах при­ нимают среднюю плотность смеси, рассчитанную по формуле (18).

Значения коэффициента С и показателей степеней х и у в уравнении (98) приведены в табл. 2.

завихренных потоков. Пусковая мощность превышает рабочую не более чем в 2 раза и расходуется в очень непродолжительный период. В связи с этим установка электродвигателя с мощно­ стью, значительно превышающей мощность в рабочий период, экономически нецелесообразна. Поэтому электродвигатель к ме­ шалке выбирают по расходу энергии в рабочий период с учетом кратковременной перегрузки на 30—40% Для лопастных меша­ лок и на 15—20% для пропеллерных и турбинных.

Определим расход энергии на мешалку в рабочий период. Независимо от режима движения и формы лопасти сила соп­ ротивления R среды выразится “в общем виде законом Ньютона

pw2 .

= 1)), получим R — ^ w 2d2p. Примем силу сопротивления R среды

После подстановки значений Р и w = ndn (где п — частота вращения мешалки в секунду) в уравнение (100) получим

Np = фл3с!5я3р .

Обозначив произведение постоянных величин г|ж3 через ко­ эффициент мощности Kn, получим

Коэффициент мощности Kn для нормализованных мешалок, перемешивающих жидкости умеренной вязкости,находят по

Рис. 51. Зависимость коэффициента мощности Кк от зна­ чения ReM.

92

графику (рис. 51) в зависимости от типа мешалки (позиции ме­ шалок на рис. 51 соответствуют позициям на рис. 52) и режима ее движения, т. е. от критерия ReMдля мешалки, полученного из известного критерия Re, в котором окружная скорость выражена через частоту вращения (w — ndn),

по формуле (18).

Если высота уровня Н жидкости в аппарате не равна его диаметру D, то значение Np умножают на поправочный коэф­ фициент

Я \0,5

тывающего пусковой момент, и к. п. д. передачи т) = 0,8-^0,85, не­ обходимая мощность электродвигателя для мешалки jV3B ( в кВт) равна:

93

в количестве 32% по отношению ко всему объему смеси. Ап­ парат с гладкими внутренними стенками имеет змеевик и гиль­ зу для термометра.

Р е ш ' е н и е . Так как плотности перемешиваемых компо­ нентов различаются более чем на 30%, то в расчетах п и ReM

Динамическую вязкость смеси определим по формуле (19)

рс = 0,024 (1 + 4 , 5 - 0 , 3 2 ) = 0,0586Па-с.

Приняв по табл. 2 для лопастной мешалки С==46,4 и пока­

Согласно полученному значению ReM= 30 600 и типу ме­ шалки № 1 по рис. 51 найдем значение коэффициента мощно­ сти Ajf = 0,23.

Мощность, потребляемая мешалкой в рабочий период, оп­

многократным перекачиванием жидкости через систему аппа­ рат— циркуляционный насос — аппарат. Интенсивное переме­ шивание во всем объеме достигается распылением нагнетаемой жидкости через насадки 3 на концах трубопроводов 4, установ­ ленных тангенциально к стенкам аппарата и под некоторым уг­ лом к горизонтали.

Циркуляционное перемешивание применяется при приготов­ лении суспензий и эмульсий и может заменять механическое пе­ ремешивание.

94

Рис. 53. Схема циркуляци­ онного перемешивания:

/ — аппарат, 2 — насос, 3 — на­ садки, 4 — трубопровод.

/ — корпус, 2 ~ диафрагма, 3 — рассекатель, / — полки, 5 — винто­ вая вставка.

Рис. 55. Устройства для пневматического перемешивания и аэрации:

а — аппарат с барботером 1 ,6 — аппарат с эрлифтом 2, в — аппарат с воздухораспределительным устройством 3.

в) Поточное перемешивание

Для смешения компонентов в потоке применяют разнообраз­ ные конструкции смесителей (рис. 54). В них надлежащее сме­ шение потоков достигается за счет их многократного перемеши­ вания на диафрагмах 2 и рассекателях 3 (рис. 54, а) или на 8— 12 полках 4 (рис. 54,6). Такие смесители применяются, напри­ мер, в бродильных производствах для смешения мелассы с во­ дой; при этом одновременно с достижением определенной кон­ центрации подачей горячей и холодной воды достигается необ­ ходимая температура смеси. В смесителях других систем хоро­ шее смешение достигается при подаче в них компонентов под напором с последующим прохождением смеси по участку с пе­ ременным сечением и через винтовую вставку 5 (рис. 54,б), че­ рез отверстия решеток и т. п.

г) Пневматическое перемешивание и аэрация

Пневматическое перемешивание жидких сред производят в аппаратах, оборудованных барботером, воздушным подъемни­

сыщает среду кислородом. Схемы устройств для пневматическо­ го перемешивания и аэрации показаны на рис. 55.

равномерно распределяется по всему сечению аппарата и, под­ нимаясь в жидкости, перемешивает ее.

Эрлифт 2 (рис. 55, б) применяется для перемешивания за­ мачиваемого солодовенного зерна в спиртовом и пивоваренном производствах, а также для подъема воды из артериальных скважин и смесей сыпучих материалов с водой на высоту 15 м и более. За счет сжатого воздуха, поступающего в нижнюю часть трубы 2, в ней образуется воздушно-водяная смесь, плот­ ность которой меньше плотности воды, находящейся вне трубы: при этом уравновешивающиеся высоты столбов Н и (Я -f/i) об­ ратно пропорциональны плотностям сред в них. Пузырьки возду­ ха, поднимаясь вверх по трубе, в связи с уменьшением давления расширяются и увеличивают скорость движения воздушно-водя­ ной смеси, которая увлекает из аппарата смесь сыпучего мате­ риала с водой, поднимает ее на нужную высоту, а если это необ­ ходимо, возвращает ее снова в аппарат.

Аэрационные устройства, кроме перемешивающего эффекта, с технологической точки зрения оцениваются по степени насы­ щения среды кислородом и скорости накопления биомассы в единице объема. При перемешивании воздухом достигается рав­ номерное распределение растворенного в среде кислорода, пи-

96