Витрата потужності при механічному перемішуванні

ПАХТ

На рис. 1 зображена судина з рідиною, в якому встановлена мішалка. При обертанні лопаті мішалки, як і при обтіканні рідиною будь-якого тіла в ній що рухається, енергія затрачується на подолання тертя, а також на утворення і зрив вихорів. Вимушений рух рідини може бути описаний відомим з гідродинаміки критеріальним рівнянням вигляду:

Eu = j (Re, Г),

де Eu = rp / (rw2) – критерій Ейлера; Re = wdr ∕m - критерій Рейнольдса.


Для опису процесу перемішування застосовують модифіковані критерії Рейнольдса (Reм) і Ейлера (Euм), які можуть бути отриманий шляхом перетворення звичайних виразів цих критеріїв. Замість лінійної швидкості рідини, яку обчислити практично неможливо, підставляється величина, пропорційна окружній швидкості мішалки;

де n —частота обертання мішалки в одиницю часу; dм — діаметр мі
шалки.

Як визначальний лінійний розмір в критеріях

Euм і Reм використовується діаметр мішалки:

Розглядаючи роботу мішалки як роботу насоса, потужність, споживану мішалкою теоретично, можна визначити по рівнянню N=Vс р, де N — потужність, споживана мішалкою; р — тиск, створюваний мішалкою; Vс — витрата рідини. З рівняння потужності р = N/ Vс.

Рис.1. До визначення витрати енергії на перемішування (Dа = Dап)

Витрату рідини, створювану мішалкою, представимо як замкнений в судині об'єм рідини, помножений на кратність циркуляції т (т показує, скільки разів один і той же об'єм рідини проходить через один і той же перетин в одиницю часу):

Розміри апарату для перемішування беруться в певному співвідношенні з діаметром мішалки і тоді можна записати, що Dап= с1 dм; Н = с2 dм, де с1 і с2 — постійні для даного апарату величини.

Кратність перемішування залежить від частоти обертання мішалки, і можна вважати, що m = с3n.Тоді


Підставивши отримане значення р в критерій Ейлера отримаємо:


(1)

Оскільки при отриманні критеріїв подібності всі постійні величини можуть бути опущений, з рівняння (1) остаточно маємо:

(2)

Критерій Ейлера, виражений у такому вигляді, називають критерієм потужності і позначають через К.N.

Для розрахунку потужності, споживаною мішалкою, застосовують

рівняння вигляду KN = cReам.

Значення коефіцієнта c і показника ступеня а визначають з дослідів. Вони залежать від типу мішалки, конструкції апарату і режиму перемішування. В довідковій літературі [1—5] представлена графічна залежність KN = f(Rе) для мішалок нормалізованих типів. Приклад такої залежності приведений на рис. 2.

З урахуванням призначення процесу перемішування вибирають тип мішалки, її dм і m, розраховують Rем, по якому з графіка знаходять KNі визначають споживану потужність N.

Якщо висота рівня Н рідини в апараті не рівна його діаметру Dап, то величину потужності, розраховану із значення KN по формулі (2) або знайдену по графіку, помножують на поправочний коефіцієнт:

Рис. 2. ЗалежністьKN = f(Rем)Для гвинтових (пропелерних) мішалок (1—4) та рамних мішалок (5):

1 — Н/ Dап =Г Dап =3, апарат без перегородок; 2 —Г Dап = 4, апарат без перегородок; 3 — Г Dап =3,

апарат з перегородками; 4—апарат з дифузором; 5—Г Dап д =1,15

Потужність двигуна Nдв (в кВт) можна розрахувати з урахуванням необхідних емпіричних поправочних коефіцієнтів:

де fм = 1,3— коефіцієнт, пусковий момент, що враховує; fш = 1,1 1,2 — для апарату з дуже шорсткими стінками без відбивних перегородок; fэм = 2 3 — за наявності в апараті змійовика; fг = 1,1—при наявності гільзи для термометра; fн—по формулі (3); = 0,8 0,95 — к.к.п. передачі.

Наши рекомендации