Файл: Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник.pdf

Вал и пропеллеры посредством конических шестерен 4 и редуктора 5 вращаются от электродвигателя.

Для интенсивного перемешивания жидкостей применяют турбин­ ные мешалки (рис. 7-5). Мешалка имеет металлический резервуар 1, внутри которого проходит вал 2, непосредственно соединенный с вер­ тикальным электродвигателем 3, укрепленным на крышке резервуара. На валу насажен ротор 4, имеющий изогнутые лопасти, который устроен так же, как диск центробежного насоса.

Ротор вращается с большой скоростью. При этом жидкость посту­ пает к лопастям ротора сверху вниз, параллельно валу, и центробеж­ ной силой выбрасывается с лопастей в горизонтальном направлении. При этом происходит интенсивное перемешивание.

Для интенсивного перемешивания применяют также дисковые ме­ шалки (рис. 7-6). Мешалка имеет металлический резервуар 1, в кото­ ром проходит вал 2, соединенный с электродвигателем 3. На валу ук­ реплены два диска 4, расположенные внутри направляющих цилинд­ ров 5. В дисках сделаны скошенные отверстия. Благодаря этому при быстром вращении диски захватывают жидкость и прогоняют ее во­ круг боковых стенок направляющих цилиндров, создавая хорошее перемешивание.

МОЩНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ МЕШАЛОК ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ

Лопасти мешалок при движении в жидкости должны преодолевать ее сопротивление. Сила сопротивления, действующая на лопасти, со­ гласно закону Ньютона определяется по формуле

Sn — площадь проекции лопастей на плоскость, перпендикуляр­ ную направлению движения, м2;

w — средняя окружная скорость лопастей, м/сек; у — удельный вес жидкости, кг/м3; £ — коэффициент сопротивления.

При этом мощность, развиваемая лопастями, равна

Здесь мощность выражена в ваттах; если ее выразить в киловаттах и ввести к. п. д. г], учитывающий потери мощности в трущихся частях и редуктора, то получим

р _ ty®3Sп

;(7-2)

10002т|

Заменив в формуле (7-2) скорость w согласно равенству (7-3), по­

МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕШАЛКИ ДЛЯ СЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ

Механические мешалки для сыпучих материалов делают шнековые и барабанные. На рис. 7-7 показана шнековая мешалка. Она состоит

Рис. 7-7. Шнековая мешалка:

/ — короб мешалки; 2 — шнеки; 3 — подшипники; 4 — шестерни; 5 — редуктор

из металлического короба 1, внутри которого проходят два шнека 2, лежащие в подшипниках 3. Шнеки механически связаны шестернями 4 и поэтому вращаются в противоположные стороны. Вследствие этого происходит перемешивание материалов, загруженных в короб мешалки. Вращение шнеков осуществляется через редуктор 5 от элек­ тродвигателя.

148

На рис. 7-8 показана барабанная мешалка, представляющая собой металлический цилиндр 1, на который надеты бандажи 2. Бандажи лежат на роликах 3, вращающихся электродвигателем через редук-

1 — цилиндр; 2 — бандажи; 3 — опорные ролики; 4 — редуктор; 5 — радиальные перего­ родки; 6 — винтообразные лопасти; 7 — шнек; 8 — загрузочная горловина; 9 — отверстие для выгрузки

тор 4. Внутри барабана сделаны радиальные перегородки 5 и винтооб­ разные лопасти 6, способствующие перемешиванию материалов, за­ груженных в барабан. Для загруз­ ки барабана и выгрузки служит шнек 7: Загрузку производят через горловину 8, а выгрузку через отверстие 9.

БАРБОТЕРДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

внутри которой равномерно расположены трубы 2. Трубы присоеди­ нены к общему коллектору 3, к которому подводят барботирующий газ, пар или воздух. В трубах сделаны мелкие отверстия 4, через ко­ торые под давлением выходит барботирующий газ. При этом проис­ ходит интенсивное перемешивание газа с жидкостью, а также переме­ шивание и самой жидкости.

Преимуществом барботеров является простота их устройства и отсутствие вращающихся частей. Однако применение барботеров не всегда возможно по чисто технологическим причинам.

149

Раздел II. ТЕПЛООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Большинство процессов целлюлозно-бумажного производства про­ ходит успешно лишь в том случае, если поддерживается некоторая заданная температура. Создать нужный для процесса температурный режим можно подводом или отводом тепла. Та материальная среда, с помощью которой вводится или отводится тепло, называется тепло­ носителем. Процессы передачи тепла от одного теплоносителя к дру­ гому называются теплообменными. Учение о теплообмене называется теплопередачей.

Глава 8. ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Теплообмен является сложным процессом. В зависимости от того, какие физические явления лежат в его основе, молено выделить тепло­ проводность, конвекцию и тепловое излучение. Теплопроводность ха­ рактеризуется тем, что перенос тепла происходит на макроуровне, т. е. путем непосредственного соприкосновения микрочастиц тела с не­ одинаковой температурой. Механизм переноса зависит от агрегат­ ного состояния веществ. Так, в газах тепло распространяется путем диффузии атомов и молекул. При подводе тепла к данному слою газа увеличиваются скорость движения молекул и их кинетическая энер­ гия. Число столкновений молекул возрастает как внутри данного слоя, так и с молекулами соседнего слоя. В результате в этом слое скорость движения молекул возрастает, увеличивается их кинетиче­ ская энергия и температура газа. В металлах тепло распространяется благодаря диффузии свободных электронов й в результате упругих колебаний кристаллической решетки, а в жидкостях и твердых телах (неметаллах) — благодаря колебательному движению микрочастиц.

Конвекция характеризуется тем, что перенос тепла осуществляется на макроуровне, т. е. вследствие перемещения агрегатов частиц массо­ носителя. Конвекция наблюдается в жидкостях и газах, где только и возможно движение макрочастиц.

Тепловое излучение связано с превращениями энергии из одного вида в другой. Нагретое тело излучает энергию, которая распростра­ няется в виде электромагнитных волн. Попадая на поверхность дру­ гого тела, лучистая энергия поглощается, превращаясь снова в теп­ ловую. Тепловое излучение происходит от нагретых поверхностей к газам или, наоборот, от газов к поверхностям.

Некоторые из рассмотренных элементов теплообмена сопровож­ даются другими элементами. Например, конвекции сопутствует теп­ лопроводность, а тепловому излучению — конвекция. Лишь распро­

150

странение тепла в твердых телах происходит одной теплопровод­ ностью. Основной задачей теплопередачи является выражение общего количества передаваемого тепла через характеристики конвекции, теплопроводности и теплового излучения, т. е. всесторонний учет фак­ торов теплообмена. Это довольно сложная задача. Для ее успешного разрешения факторы теплообмена, влияющие на процесс незначи­ тельно, отбрасывают и учитывают только основные, решающие фак­ торы.

Прежде чем перейти к рассмотрению теплопроводности, конвекции и теплового излучения, дадим некоторые определения. Прежде всего условимся называть первым теплоносителем ту среду, которая во время теплообмена отдает тепло. Среда, принимающая это тепло, на­ зывается вторым теплоносителем или второй средой. Если темпера­ тура первого теплоносителя tx больше температуры второго теплоно­ сителя t2 и тепло переходит из первой среды во вторую, процесс на­ зывается самопроизвольным тепловым процессом. Движущей силой такого процесса является разность температур t1—12, называемая иначе температурным напором. В отличие от самопроизвольных теп­ ловых процессов тепло может быть передано и от среды с меньшей температурой к среде с большей температурой. Это так называемый х о л о д и л ь н ы й процесс. Такой процесс идет уже не самопроиз­ вольно, а за счет энергии, которая вводится в систему со стороны. Мы будем рассматривать только самопроизвольные тепловые процессы.

Количество передаваемого в единицу времени тепла называется теп­ ловым потоком Q. Его размерность [Q] = [дж/сек] = [вт]. Тепло­ вой поток может быть стационарным и нестационарным. В дальней­ шем будем рассматривать лишь стационарные потоки.

Условимся, что направление теплового потока перпендикулярно поверхности теплопередачи. Тепловой поток, отнесенный к поверхности

теплопередачи F, называется удельным тепловым потоком q = — .

F

Его размерность [^] == [вт/м2]. Удельный тепловой поток характе­ ризует интенсивность теплообмена.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Закон Фурье

При изучении теплопроводности твердых тел Фурье пришел к вы­ воду, что установившийся удельный тепловой поток q пропорционален температурному градиенту

где X — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициен­ том теплопроводности. Уравнение (8-1) получило название закона Фурье.

Под температурным градиентом понимают отношение разности температур dt в двух точках тела к расстоянию dx между ними по направлению теплового потока. Градиент — величина векторная. По­

151