Перемешивание в трубопроводах

     Перемешивание в трубопроводах является наиболее простым видом осуществления этого процесса. В этом случае используется энергия турбулентного потока жидкости (газа), движущейся в трубе, где за счет турбулентных пульсаций скорости осуществляется перемешивание.

Рис. 10.12. Схема устройств для перемешивания в потоке: а – вставка из полуперегородок; б – диафраг-мовая вставка; в – винтовая вставка; 1, 2 – входы компонентов смеси; 3 – выход смеси

В ряде случаев перемешивание жидкостей и газов осуществляют в трубопроводах путем создания искусственной турбулизации потока. Для этой цели в трубопроводе после ввода компонентов 1 и 2 (рис. 10.12) размещаются соответствующие неподвижные детали, обеспечивающие многократное изменение величины и направления скорости потока с целью получения смеси исходных компонентов 3. В качестве таких деталей, вызывающих турбулизацию потока, используют полуперего-родки (рис. 10.12а) и диафрагмы со смещенными по оси трубы отверстиями (рис. 10.12б); здесь поток многократно расширяется, сужается и изменяет свое направление. Размещение в трубопроводе винтовых вставок, часто с чередованием направления винтового хода (вправо и влево), приводит к многократному разнонаправленному закручиванию потока (рис. 10.12в).

Указанные методы перемешивания применимы в случае взаимной растворимости и невысокой вязкости компонентов смеси при больших скоростях их движения и достаточной длине трубопровода. Они требуют значительных затрат энергии при сравнительно невысокой эффективности смешения. В расчете такого трубопровода используемые турбулизаторы рассматриваются как местные сопротивления.

Перемешивание инжекционными смесителями

     Инжекционные смесители, как и струйные насосы, работают по принципу трубы Вентури (рис. 10.13) в сочетании с винтовыми вставками для закрутки потока при его дальнейшем движении.

Рис. 10.13 Инжекционный смеситель: 1, 2 – входы компонентов; 3 – выходы смеси; 4 – винтовая вставка

Закручивание потока смеси повышает процесс перемешивания. Инжекционные смесители рационально можно использовать в тех случаях, когда одновременно требуется и перекачивание жидкостей, и их перемешивание.

Циркуляционное перемешивание

     Смесители циркуляционного типа (рис. 10.14) широко распространены в промышленности. Они состоят из емкости (резервуара) и центробежного насоса, который забирает жидкость из нижней части емкости и подает в верхнюю часть, осуществляя ее циркуляцию. Для усиления турбулизации в емкость иногда помещают решетку или перфорированный трубопровод, что обеспечивает еще и равномерное распределение жидкости по сечению емкости. В ряде случаев циркулирующая жидкость после насоса подается для нагревания или охлаждения в теплообменный аппарат, а затем уже поступает в емкость. Такой способ вынужденной циркуляции жидкости в сочетании с теплообменом используют для поддержания в резервуаре определенной температуры.

Рис. 10.14 Схема циркуляционного смесителя:

1 – резервуар; 2 – циркуляционный насос

Контрольные вопросы к главе 10

1. Что понимается под интенсивностью и эффективностью перемешивания жидких сред?

2. Какие основные методы используются для перемешивания жидких сред?

3. Какой вид имеет модифицированный критерий Рейнольдса для мешалки и что он характеризует?

4. В каких случаях в обобщенном критериальном уравнении для механических мешалок можно не учитывать влияние критерия Фруда?

5. Какова цель установки отражательных перегородок в сосуде при механическом перемешивании?

6. Для чего в пропеллерных мешалках устанавливается диффузор?

7. По какой причине критерий Эйлера для мешалок называется еще и критерием мощности?

8. Что называется насосным эффектом мешалки и какие виды насосных эффектов существуют при перемешивании механическими мешалками?

9. Каким образом интенсифицируется процесс перемешивания жидкостей при их движении в трубопроводах?