/
Text
Э.А.ВАСЙЛЬЦОВ, B.r.VUJAKOB
АППАРАТЫ
ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ
ЖИДКИХ СРЕД
3. А. ВАСИЛЬЦОВ, В Г. УШАКОВ
4"^ |
АППАРАТЫ
ДЛЯ
ПЕРЕМЕШИВАНИЯ
ЖИДКИХ СРЕД
Справочное пособие
ЛЕНИНГРАД
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
тете
ББК 34.42
В19
УДК 66.05 + 66.063(031)
Рецензенты чл.-корр. АН СССР П. Г. РОМАНКОВ
и канд техн наук И. А. ЩУПЛЯК
Васильцов Э
В19 Аппараты
Справочное пособие,
нингр. отд-ние, 1979.
В пер : 1 р.
В справочном пособии приведены сведения по конструкцннм н
расчетам стандартных н нестандартных аппаратов с пергмешнваюиснын
устройствами, используемых в химической, нефтяной, нефтехимической,
пищевой н Других отраслях промышленности- Особое внимание уде*
лево отдельным элементам »тнк аппаратов: корпусу, мотор-редуктору.
опорам-стойкам, валу, уплотвеиикз и перемешивающему устройству.
Даны тнлораэмеркые ряды основных элементов конструкции аппарата,
геометрические характеристики стандартизованных узлов и деталей
этих элементов, позволяющие на основе рекомендаций по их компоновке
разработать типовую конструкцию нестандартного аппарата с переме-
шнвающимп устройствами.
Справочное пособие предназначено для нженерио*техимческнх
работников различных отраслей промышленности, аанимающнхея про-
ектированием. конструированием, изготовлением и эксплуатацией аппа-
ратов для перемешивания жидких сред.
л 31402—252
В 038(0~)—79 252~79 2801020000
А., Ушаков В. Г.
для перемешивания жидких сред:
Л.- Машиностроение. Ле-
272 г., ил.
ББК 34.42
6П7.Ц083)
© Издательство «Машиностроение, 1979 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................................................. 6
Глава I
Конструкции аппаратов ........................ 7
I. Основные процессы химическое технологии .......... . . —
2. Назначение аппаратов а области их работы..................... 8
3. Основные параметры аппаратов................................ 13
4. Особенности конструкций аппаратов дли механического перемешива-
нии жидких еред................................................ 16
8. Вертикальные аппараты...................................... 18
б. Горизонтальные аппараты................................... 37
7. Переносные перемешивающие устройства........................ 38
Глава I!
Элементы конструкций вертикальных аппаратов 40
8. Мешалки ................................................. —
9. Приводы ................................................. S3
10 Уплотнении......................................... 64
II Корпус аппаратов.......................................... 68
12. Валы перемешивающих устройств ............................. 76
13. Внутренние устройства ...................................... —
14. Опоры валов аппаратов................................... 79
Глава III
Расчет быстроходны* перемешивающих устройсти 81
15. Гидродинамика быстроходных перемешивающих устройств ... —
16. Мощность перемешивания ................................... 102
17. Взаяморастворимые и взаимосмешпиаемые среды .............. 122
18. Дисперсии ................................................ 141
Глава IV
Расчет тихоходных перемешивающих устройств 151
19. Гидродинамика перемешнввния в аппаратах с тихоходными мешал-
ками ....................................................... IS4
20. Мощность перемешивания тихоходных перемешивающих устройств 162
21 Теплообмен при перемешивании в аппаратах с тихоходными ме-
шалками ...................................................... |бб
22. Оптимальные условии работы реакторов с перемешивающими уст-
ройствами .................................................... 163
23. Перемешивание непыотоноааих жидкостей..................... 176
3
Глава V
Выбор и расчет ваемеитов в яструапи* . . . 183
24- Расчет вала переметиаакхцего устройства...................... ~~
28. Расчет корпуса аппарата.................................... 233
28. Расчет правела ............................................ 243
27. Расчет уплотвятельных устройств ............................ 248
28. Расчет внутренних устройств................................. 243
Главе VI
Наготоалеине, монтаж в нспыталвв аппаратов 287
29 Разработка в «готовлен не.........,........................... _
30. Храиевне и монтаж........................................... 260
31. Промышленные испытания к эксплуатация ...................... 262
32. Повышение качества аппаратов с перемешивающнив устройствами 2бЗ
Список литературы............................................. 265
ПРЕДИСЛОВИЕ
Решения XXV съезда КПСС определили дальней-
шую перспективу увеличения выпуска и расширения номенклатуры
основных продуктов химии нефтехимии и других отраслей народного
хозяйства страны, ориентировали развитие этих производств по пути
увеличения единичных мощностей на оскове создания я освоения вы-
пуска нового высокоэффективного оборудования и аппаратуры для
приниипиально новых технологических процессов.
Значительный процент в выпуске основного технологического
оборудования для новых технологических процессов химической,
нефтехимической и других отраслей промышленности занимают аппа-
раты с перемешивающими устройствами. Аппараты этого типа являются
в мировой практике основным доминирующим типом аппаратов для
перемешивания жидких гетерогенных систем. Эго объясняется универ-
сальностью 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 меха
ническую. Акад. Н. М. Жаворонков и члеи-корр. АН СССР П. Г. Ро-
манков [42] определили основные направления развития ряда произ-
водств химчч и нефтехимии, поставили актуальные современные за-
дачи по фундаментальному исследованию химических реакций и тех-
нологических процессов, их математическому описанию и созданию
новых методов инженерного расчета. Для совершенствования конструк-
ций аппаратов с перемешивающими устройствами была поставлена
задача дальнейшего изучения путей интенсификации гидродинамиче-
ских процессов и процессов тепло- и массообмена, углубления исследо-
ваний турбулентных режимов перемешивания и влияния турбулент-
ных пульсаций иа эффективность проектируемого оборудования Ре-
шение этих задач позволит создать единый метод расчета и выбора
аппаратов с перемешивающими устройствами и разработать услович
для комплексной стандартизации и унификации аппаратов, для уве-
личения их серийного выпуска, для повышения их технического уровня,
качества и надежности [15, 16].
5
Настоящее справочное пособие, решая эти задачи, обобщает и си-
стематизирует имеющиеся методы выбора и расчета аппаратов с пере-
мешивающими устройствами из стандартных элементов конструкций,
дает рекомендации по оптимальному конструированию и применению
этих аппаратов а основных процессах химической технологии. Основное
винмаине уделяется аппаратам вертикального типа с вращающимися
механическими устройствами.
Все замечания, касающиеся изложенных методов расчета, заме-
ченные опечатки и предложения по дальнейшему улучшению справоч-
ного пособия авторы просят направлять в адрес издательства.
Глава I
КОНСТРУКЦИИ АППАРАТОВ
Аппараты с перемешивающими устройствами яв-
ляются наиболее распространенным видом оборудования, используе-
мого в химической технологии для проведения различных физических
н химических процессов. Выбор аппаратов с перемешивающими устрой-
ствами и конструктивные особенности аппаратов определяются характе-
ристикой процесса, свойствами перемешиваемой среды, производитель-
ностью технологической линии, температурными параметрами про-
цесса н давлением, при котором процесс осуществляется. Такое
многообразие факторов, влияющих на выбор конструкции, затрудняют
задачу оптимального проектирования аппаратов. Решение этой задачи
требует знания гидродинамических, физических и химических механиз-
мов процесса, зависит от наличия конструкционных материалов, сте-
пени разработки стандартных конструкционных решений и от возмож-
ностей расчета нетривиальных конструкций в тех случаях, когда стан-
дартные методы конструирования становятся неприемлемыми.
Столь сложные проблемы могут быть решены лишь на основе де-
тального изучения отдельных характеристик оборудования с тем.
чтобы на этой основе выбрать те основные параметры аппарата, ко-
торые ответствгнны за скорость протекания процесса в целом и оказы-
вают влияние на копструктивное его оформление-
1. Основные процессы
химической технологии
Основные процессы химической технологии, для осуществления
которых используются аппараты с мешалками. проводятся, как пра
вило, в жидкой неоднородной среде- Под жидкой неоднородной средой
понимается одно- или многокомпонентная среда с неравномерной кон-
центрацией или температурой, а также жидкая неоднородная система,
состоящая из дисперсной фазы, распределенной в жидкой дисперсной
среде. Основные процессы химической технологии делятся на физи
ческне и химические [90, 91 ]. Классификация этих процессов [34, 76]
(рнс- I) основана на фнзико-хн инческнх законах, по которым эти про-
цессы протекают Условно можно считать, что по сравнению с осталь-
ными гидромеханические процессы являются наиболее простыми, по-
этому комплекс требований, предъявляемых к аппаратам, должен все
более и более возрастать с увеличением количества технологических
операций, для осуществления которых он предназначен. Независимо
от назначения аппарата основой его расчета должен быть гидродинами-
ческий расчет, дополненный по мерс необходимости расчетами других,
усложняющих его процессов.
7
2. Наяначенне аппаратов
и области нх работы
Основные процессы химической технологии (рис. I) осуществля-
ются, как правило, в аппаратах с перемешивающими устройствами.
При этом в среду вводится дополнительная энергия, которая исполь-
зуется для перемешивания.
Известны различные методы ввода энергии в перемешиваемую
среду (83]: механический, циркуляционный, струйный, пульсационио-
Рнс. 1. Классификация основных процессов химической технологии
струйный, барботажный, газлифтный, электромагнитный и магиитио-
вихревой. В практике наибольшее распространение получил механи-
ческий метод перемешивания жидких сред, осуществляемый путем
механического воздействия рабочего органа (мешалки) на рабочую
среду.
Этот метод перемешивания используется в аппарате, состоящем,
как правило, из корпуса и перемешивающего устройства, устанавли-
ваемого на этот корпус.
Наиболее важное значение в работе аппарата имеет тип и конструк-
ция перемешивающего устройства, работа которого заключается в пре-
вращении упорядоченной механической энергии вращающихся эле-
ментов в неупорядоченную тепловую энергию за счет сил сопроти-
вления, создаваемых корпусом аппарата. В результате этого пере-
мешивающее устройство осуществляет диссипацию энергии в объеме
8
аппарата, величина которой зависит как от конструкции мешалки и ха-
рактеристик привода, так н от конструкции аппарата и его внутренних
устройств. Все эти характеристики аппарата в совокупности опреде-
ляют мощность перемешивания |83| N. которая зависит от режима
течения жидкости в аппарате. Мерой мощности перемешивания может
также служить объемная мощность (8. 831, характеризующая дисси-
пацию энергии в аппарате
«-Л'/Гж- (П
Здесь Уж — объем перемешиваемой жидкости, равный при коэффициенте
заполнения аппарата у. = 1,0 объему аппарата V (под коэффициентом у.
в данном случае понимается отношение Уж!¥).
В аппарате любого объема в зависимости от частоты вращения
мешалки п имеют место различные гидродинамические режимы движе-
ния жидкости, определяющие величину а. Области работы аппаратов
поэтому могут быть охарактеризованы мерой этой величины — крите-
рием мощности Kjy, который определяют но формуле [2, 43, 52, 64,
102, 116. 119]
К,у - Л7(рпэ<£). (2)
где р — плотность перемешиваемой среды; du — диаметр мешалки
Для аппаратов всех типов значение Kjv определяется, в первую
очередь, центробежным критерием Рейнольдса Reu. поскольку
Kw = /(Reu). (3)
При этом
Reu - pnd2J^, (4)
где |>— динамический коэффициент вязкости.
Зависимость (3) характеризует наиболее общие закономерности
движения жидкости в аппарате. Более детальный анализ 126, 102. 119]
показывает, что критерий мощности определяется также и другими
неуказанными здесь параметрами, которые в виде определенных без-
размерных групп н критериев подобия будут вводиться в рассмотрение
по мере необходимости.
На рис. 2 кривыми I и 2 показан характер изменения функции (3).
В химическом машиностроении применяются также аппараты, оборудо-
ванные различными внутренними устройствами. Кривая функции (3)
для этих аппаратов лежит между кривыми / н 2.
Дэя всех аппаратов можно выделить три области работы:
а) область /, характеризуемая ламинарным режимом движения
жидкости в аппарате;
б) область II. определяемая как переходная, которая характери-
зуется переходом от ламинарного режима к турбулентному;
в) область III, характеризуемая турбулентным режимом движения
жидкости в аппарате.
Область I работы аппаратов характеризуется струйным направлен-
ным движением жидкости (рис. 3) Ламинарный режим па кривой
К№ f (Rett) ограничен точкой 1Х и соответствует максимальному зна-
чению критерия Рейнольдса, отмеченного на оси Reu точкой а.
Здесь имеет место
Кд- = X/Rett. (5)
9
Выбор коэффициента Д в формуле (5) зависит от конструкции
мешалки.
Область 11 характеризуется в основном ламинарным режимом дви-
жения среды, который с ростом критерия ReB более и более осложняется
турбулентными пульсациями. Этот режим существует при значе-
ниях Reu. ограниченного значениями а н б.
Область III характеризуется сложным пространственно вихревым
характером (рис. 4) движения, осложненным турбулентным пульса-
Ш1ЯМП. Зависимость (3) для этой области имеет вид
Рис. 2. Характер изменения функции K.v =" / (Я?ц) Для разных типов
аппаратов:
1 — для аппаратов с отражательными перегородками: I — для глвдкостеяяых
аппаратов
Значения коэффициента £ н показателя степени а зависят от типа
перемешивающего устройства, его герметических размеров и особен-
ностей конструкции аппарата. Для гладкостенных аппаратов Б > О,
а 0 а-с: 1,0. Такне значения £ н а < праведлнвы как для области II
(от точки 7| лоточки 2Х н отточки /, до точки / J, так н для области III
(от точки 2t до точки и от точки /а до точки /«). Для аппаратов с пере-
городками (область III) коэффициент Б =“ const и asuO.
Область турбулентного режима движения жидкости (область III).
может быть разделена на подобласть III t, характеризуемую наличием
сплошности в подобласть II/а, характеризуемую нарушением сплош-
ности потока жидкости в аппарате.
Для гладкостенных аппаратов нарушение сплошности возникает
из-за подсоса воздуха в перемешиваемую жидкость через поверхность
центральной воронки, в результате чего плотность жидкости р умень-
шается Следовательно, критерий мощности Кн с ростом Reu начинает
падать.
10
На рис- 2 подобласть Шх для гладкостепных аппаратов показана
участком кривой от точки 2Х до точки 2,- Штриховая кривая, начинаю-
щаяся от точки 2t. соответствует такому условию работы, при котором
через поверхность воронки воздух начинает интенсивно поступать
в перемешиваемую среду. Значение Re0, определяющее начало этого
режима, зависит от значения кри-
Рис. 3. Ламинарный режим дви-
жения жидкости в гладкостенном
аппарате
Рис. 4. Турбулентный режим
движения жидкости а аппарате
с отражательными перегород-
ками 174]
а также от относительной величины подъема мешалки над днищем ап-
парата (см. рис. 62)
ft м Лы, (8)
В формулах (7) и (8) g — ускорение свободного падения; Ли, — рас-
стояние от оси симметрии быстроходных нлн от нижнего среза тихо-
ходных мешалок до дна аппарата (рис. 7).
В аппаратах с перегородками нарушение сплошности имеет место
как при принудительной подаче газа под мешалку, так и при возник-
новении кавитационных явлений, связанных с образованием кавита-
ционных каверн.
Под каверной (46] в данном случае понимается замкнутая полость,
возникающая в определенных точках турбулентного потока жидкости,
заполненная растворенным в жидкости газом и ее парами. При этом
в начале кавитации, характеризуемой точкой lt на кривой 1 (Reu ™ в)
и точкой 2а на кривой 2 (Reu в,) наличие этих каверн приводит к рез-
кому падению величины А\' до тех пор. покв не наступит режим на-
сыщения. Этот режим характеризуется наличием сильно развитого
1!
Рис. 5. Турбулентный режим движения жидкости в аппарате
с нарушением сплошности, вызванным кавитацией [46 J: а —
мешалка работает в диапазоне от б до в (рис. 2); кавитация
в аппарате отсутствует; б — мешалка работает в диапазоне от в до
к; в аппарате происходит нарастание кавитационных явлений; в —
мешалка работает в диапазоне, превышающем к; за лопастями ме-
шалки существует одна сплошная каверна.
12
кавитационного облака, кавитационные каверны которого замыкаются
за лопастями перемешивающих устройств (рис- 5). Дальнейшее увеличе-
ние Ren от точки /в на кривой I и от точки 2t на кривой 2 не отражается
на изменении величины Кд, Область р,.боты при Rea > k (точка 7Ь
на кривой /) н Кец > Л, (точка 2, на кривой 2) в настоящее время изу
чсчя еще недостаточно, поэтому изменение фч» кипи Ку — f (Rea)
в указанной области показано штриховой линней-
Обзасти работы аппаратов для перемешивания гетерогенных
сред в системе жидкость—газ. Наличие в перемени ваеыой среде газо-
вых включений, вводимых в нее принудительным путем, изменяю! е
вязкость и плотность, что уменьшает мощность перемешивания N.
Степень этого уменьшения может быть охарактеризована параметром Е
Е-Кл’г/Kw. О’)
где Кд'г — критерий мощности для газожидкостной системы.
Параметр Е зависит от ряда факторов и в основном определяется
крнте[ нем подачи Кг газа в рабочую полость
Кг=(?г/«). (Ю)
где Qr — объемный расход газа через аппарат.
3. Основные параметры аппаратов
Основными параметрами аппаратов для перемешивания жидких
неоднородных сред являются номинальный объем; давление в корпусе
аппарата; давление в теплообменных устройствах; температура пере-
мешиваемой среды; температура теплоносителя в теплообменных устрой-
С1 вах; мощность привода; частота вращения выходного вала.
Номинальный объем аппарата является основной еги характери-
стикой. определяющей его производительность. Под номинальным
объемом V 18 ] понимают его внутренний объем с учетом объема отъем-
ных крышек, но без учета объемов штуцеров, люков футеровхн н вну-
тренних встроенных в аппарат устройств, объем которых обозначен 2 V;,
причем значение каждого /-го объема соответствует, например. объему
футеровки или объему, занимаемому барбатероы.
Наличие внутренних устройств объемом Уян уменьшает действи-
тельный объем Уя аппарата, поэтому при конструировании выбор номи-
нального объема аппарата следует осуществлять по действительному
объгыу который не должен отличаться от номинального более чем на
(+10) н (—5)%. Таким образом. 0,95 Й < Уд < 1 IV, а Уд=а V —
-v.n+2vr.
Номинальные объемы аппаратов для перемешивания жидких сред,
а также диаметр корпуса аппараты D должны соотстетвовать данным,
приведенным в ГОСТ 20680 75 [8].
Условное давление и температура среды. Существенное влияние
на выбор конструкции аппарата оказывает условное давление, которое
определяет значение расчетного давления, используемого при расчете
элементов корпуса. Под условным давлением ру в аппарате и его тепло-
обменных устройствах понимают избыточное рабочее давление среды
при температуре 20° С В соответствии с работой |8], условное давле-
ние ру выбирается из ряда 0,3, 0,6; 1,0, 1,6; 2,5; 3 2; 4,0; 6,4 и 10 МПа
13
s Т.а 6.1 н ц я I Рабочее и расчетное давление в аппарате в здвиснмости
от условного давления и температуры
Условное давление _ Рабочее избыточное давление, МПа псчетизе избыточное давление, МПа
В корпусе аппарата прн температуре рабочей среды, СС В теплообменной устройстве прн температуре теплоносители, 'С
МПа кге/см* И 100 1S0 200 280 300 20 100 1S0 2СО 250 300 в корпусе аппарата в теплооб- менном устройстве
0,6 6,0 0,0 0,57 0.55 0.52 — — 6 0,5’ 0.55 0.52 0,66 0.66
1.0 10,0 — — — — — — 1,0 0,95 0,92 0.88 — — — 1,1
1,6 16.0 1.6 1,53 1,46 1,4 — — 1.6 1,5": 1,46 1,40 — — 1 76 1.76
2,5 25,0 — — — — — — 2,5 2.37 2,3 2,2 2.15 2.05 — 2.75
4,0 40,0 4.0 3.8 3.67 3.5 4 40 —
10,0 100,0 11,0 9,5 9,2 8.8 8,6 8,2 — — 12,5 —
Таблица 2. Предельные значения параметров приводов, применяемых в аппаратах для перемешивания жидких сред
СИ 1 От 80 до |Й0 3 ъ 50.0 От 32 до 40 25.0 ичг 16.0 От 10,0 до 12,5 От 6,3 до 83 сл ф От 2,0 до 4.0 От 1,0 до 1.6 От 0.400 до 0.630 | 0250 0.1С0 0.100 От 0.025 до 0.0*73 | От 0,0001 до 0,016 НомвмалЫ1Ь1А объем аппарата, V м-
| От 11 до 132 | От 7.5 до 132 От 7.5 >о 110 От 5,5 до 90 От 3.0 до 90 От 3.0 до ~5 От 3,0 до 55 Or 1,5 до 55 От 1,5 до 45 Or 1,5 до 37 От 1.5 до 30 От 1,5 до 18.5 От 0,75 до 11,0 От 0.75 до 7.5 От 0.7 5 до 5,5 От 0-75 до 3.0 От 0,75 до 1.5 Ог 0.25 до 0./5 по ГОСТ 2(680- 78 18] Пределы ыощностеЛ приводов кНт
СернНПО кг M3J отделы- ваю; ся W ё сл *•1 сл СЛ СЛ ы ф 0,25 по ОСТ 26—01—142!—7S [1]
От 5 до 200 Oss он g io От 5 до 320 От 5 до 400 От 6.3 до 500 От 8 до 3000 От 10 до 3000 Oi 12.5доЗО0С S О 1 ? Г> 3 От 20 дг 3000 От 25 до 3000 Пределы частот вращения выходного вала привода л^,, об/м
Стандартные аппараты проектируют также н для работы под гидроста-
тическим давлением (под «налив») или для работы под вакуумом, оста-
точная величина которого не должна быть менее0,67 кПа (5 мм рт. ст.).
Под рабочим давлением понимается максимальное избыточное дав-
ление без учета кратковременного его повышения во время разрыва
предохранительных мембран.
Предельное рабочее давление р зависит от условного давления, тем-
пературы и свойств рабочей греды и характеристик конструкционного
материала корпуса- Оно определяется по формуле р = *и’уодо,/0доп,
в которой т] — поправочный коэффициент, зависящий от свойств среды
(100); Од0п н о^п—допускаемые напряжения для материала корпуса
при рабочей температуре и при 1= 20° С [99]. Расчетные давления
принимаются и зависимости от рабочего по табл. 1.
Аппараты для перемешивания жидких сред проектируются для
различных температур — от отрицательных до положительных. Тем-
пературные характеристики аппаратов зависят от свойств перемешивае-
мой среды и теплоносителя, характеристик аппарата, типа уплотне-
ния и конструкции теплообменных устройств. Стандартные аппараты
изготавливают для перемешивания сред с температурой от минус 40
до плюс 350° С-
Частота вращения и мощность привода. Частота вращения и мощ-
ность привода аппаратов для перемешивании жидких сред выбираются
в соответствия сданными, приведенными в работах 11.8). В зависимости
от номинального объема аппарата предельные значения мощности при-
вода могут быть выбраны на основании данных табл. 2 или получены
расчетом с использованием зависимости [15] е = (1.3-*-5) V-°'®. Мини-
мальная величина коэффициента этой формулы соответствует мини-
мальной объемной мощности, а максимальная — максимальной-
4. Особенности конструкций аппаратов
для механического перемешивания
жидких сред
Аппараты с механическими перемешивающими устройствами яв-
ляются основными тылами аппаратов, используемых в химической про-
мышленности. Классификация этих аппаратов представлена на рис. 6.
Основными элементами аппарата являются перемешивающее уст-
ройство н его корпус. Под перемешивающим устройством понимается
конструкция, состоящая из привода, вала н мешалки, соединенных
между собой в единый узел.
Привод перемешивающего устройства в общем случае состоит нз
влектродвнгятеля, редуктора (или мотор-редуктора) и стойки привода.
Выходной вал мотор-редуктора через муфту соединяется с сплошным
нлн разрезным валом аппарата, на конце которого закреплена мешалка.
Вал устанавливается в опорах качения, которые монтируются в стойке
привода. Перемешивающее устройство устанавливается, как правило,
на крышке корпуса, а в ряде случаев — на отдельных монтажных
конструкциях; оно может быть также автономным (переносным) [66].
Под корпусом аппарата понимается сосуд любой в основном ци-
линдрической формы, в котором осуществляется перемешивание.
Корпус аппарата, используемого для осуществления теплообменных
процессов, обычно имеет теплообменные устройства — наружные
в виде рубашки или встроенные в корпус в виде змеевиков.
16
Рис 6. Классификация аппаратов с механическими перемешивающими устройствами
В корпусе аппарата могут устанавливаться внутренние устройства,
отражательные перегородки, трубы передавливания, барбатсры и др.
В зоне входа вала перемешивающего устройства в корпус аппарата
обычно устанавливают уплотнения. Перечисленные здесь элементы
конструкций аппаратов являются основными. Они могут быть исполь-
зованы в различных комбинациях при конструиропанни стандартных
и нестандартных аппаратов.
5. Вертикальные аппараты
Вертикальные цилиндрические аппараты являются наиболее рас-
пространенным видом аппаратов, применяемых в химическом машино-
строении. Они стандартизованы и выпускаются серийно-
Характерные особенности вертикальных аппаратов следующие:
а) аппарат комплектуется одним приводом, устанавливаемым па
его крышке таким образом, чтобы ось выходного вала мотор-редуктора
совпадала с осью вала мешалкн, а ось вала мешалки совпадала с осью
корпуса аппарата;
б) аппарат может иметь на одном валу одну, две и более мешалок;
в) аппарат может изготавливаться как без внутренних, так и с вну-
тренними устройствами.
Каждый тип аппаратов может быть разделен на аппараты: глад-
костенные; с отражательными перегородками; секционные и аппараты
с центральной циркуляционной трубой.
Типовые стальные вертикальные аппараты. В настоящее время
в соответствии с ГОСТ 20680—75 [8} химическим маши нестроением
могут быть наготовлены аппараты следующих десяти типов: с зллннти-
чесинм днищем и эллиптической отъемной крышкой (тип 0); с неразъем-
ным корпусом и эллиптическим днищем в крышкой (тип 1); с кониче-
ским отбортованным днищем, углом при вершине корпуса 90° и эллип-
тической отъемной крышкой (тип 2); с неразъемным корпусом
с коническим отбортованным днищем, углом при вершине конуса 90J
и эллиптической крышкой (тип 3); с эллиптическим днищем и плоской
отъемной крышкой (тип 4); с неразъемным корпусом, с эллиптическим
днищем и плоской крышкой (тин 5); с коническим неотбортоваииым
днищем, углом при вершине конуса 120° и плоской крышкой (тип 6);
с неразъемным корпусом, коническим пеотбортованным днищем, углом
при вершине нонуса 120° и плоской крышкой (тип 7); с плоским дни
щем н плоской отъемной крышкой (тнп 8); с неразъемным корпусом,
плоским днищем и крышкой (тнп 9).
Прн этом в аппаратах типов 2 и 3 допускается использование кони-
ческих неотбортованных пнищ с углом при вершине конуса ana
паратах типов 4, б, 6, 7, 8 и 9, внутренний диаметр которых превы-
шает 1400 мм, допускается использовать сферические неотбортованные
ирышкн вместо плоских.
В настоящее время серийно изготавливаются аппараты 23 исполне-
ний типа 0, 1, 8 н 9 (табл. 3). Основные параметры н размеры этих ап-
паратов приведены в табл- 4
Гмдкостенный аппарат (рис- 7) представляет собой конструкцию,
в которой внутренние неподвижные устройства илн отсутствуют, или
нх воздействие из поток перемешиваемой жидкости незначительно.
Основной особенностью работы аппаратов такого типа является нали-
чке в них воронки с поверхностью вызванной воздействием центро-
бежных сил па перемешиваемую жидкость.
18
Таблица 3. Типы серийных вертикальных аппаратов
с мешалками
Эскиз am:арата
*.L
Испол- нение Конструкционные особенности аппарата
0003 Гладкостенный с элдаптпче- скнм днищем и отъемной эд диптической крышкой (тип 00) без теплообменных устройств, с открытой турбинкой мешал кой (тнп 03) и с трубой пере- давливания
0033 Гладкостенный с элдиитачс- ским днищем и отъемной эл- липтической крышкой (тнп 00), с открытой турбинной мешал- кой и змеевиком (тнп 33), с тру- бой передавливания (левая часть рисунка)
0023 С эллиптическим днищем и отъемной эллиптической крыш- кой (тнп 00), без теплообмен- ных поверхностей, с открытой турбинной мешалкой и четырь- мя отражательными перегород- ками (тнп 23)
1003 Глддкостсннын с прнва[ ными эллинги чески ми крышкой н днищем без теплообменных устройств (тнп 10), с открытой турбинной мешалкой (тнп 03) и с трубой передавливания
1033 Гладкостеиный с приварны- ми эллиптическими крышкой и днищем (тнп 10), с открытой турбинной мешалкой и змее- виком (тип 33), с трубой пере- давливания (правам часть ри- суя ка)
1023 Гладкостеиный с приварны- ми крышкой и днищем (тнг 10), без теплообменных поверхно- стей, с открытой турбинной мешалкой и четырьмя отра- жательными перегородками (тнп 23)
19
Продолжение табл. 3
Зеина аппарата
?—
vj !
Испол- нение Конструкционные особенности аппарата
0010 Гладкостенный с эллиптиче- ским днищем н отгонной эл- липтической крышкой (тип 00), Лез теплообменных поверхно- стей, с рампой мешалкой (тин 10) и с трубой передавливания (левая часть рисунка)
1010 Гладкостениый с приварны- ми эллиптическими днищем и крышкой, без теплообменных устройств (тип 10) с рамной Мешалкой (тип 10) н трубой передавливания (правая часть рисунка)
0103 Гладкостениын с эллиптиче- ским днищем н отъемной эллип- тической крышкой, с гладко- стенной рубашкой (тип 01) с открытой турбинной мешал- кой (тип 03) я трубой пере- давлнваиня (леван часть ри- сунка)
0123 С эллиптическим днищем и отъемной эллиптической крыш- кой с гладкостепной рубашкой (тип 01), с открытой турбинной мешалкой, четырьмя отража- тельными перегородками (тип 23) и трубой передавливания
1 1103 Гладкостенный с приварны- ми эллиптическими крышкой и днищем, с гладкостепной приварной рубашкой (тип II), открытой турбинной мешалкой (тип 03) и трубой передавли- вания
20
Продолжение табл. 3
Эскиз аппарата
Испол- нение Конструкционные особенности аппарата
1123 С приварными эллиптически- ми крышкой и днищем, с глад- костсниой приварной рубаш- кой (тин II), открытой тур- бинной мешалкой и четырьмя отражательными перегородка- ми (тин 23) н трубой передавли- вания
ОНО Гладкостеяный с эллиптнчс скпм днищем, отъемной эллин тической крышкой с гладко- стенной рубашкой (ти п 01) с рамной мешалкой (тин 10) к трубой передавливания (ле- вая часть рисунка)
1110 Гладкосгеяпый с приварны- ми эллиптическими крышкой и днищем с гладкостенной ру башкой (тип 11) с рамной мешалкой (тип 10) и трубой передавливания (правам часть р нсунка)
21
Продолжение табл, 3
Эскиз аппарата
?Г
Испол-
нен не
1210
Конструкционные
особенности аппарата
1233 - Гладкостенный с приварны- ми эллиптическими крышкой и днищем, с теплообменной рубашкой нз полутруб (тип 12), с открытой турбинной мешал- кой (тип 03) и трубой пере- даилнвавпя
122,1 С приварными эллиптически- ми крышками и днищем, с теп лообмснпой рубашкой из полу- труб (тип 12), с четырьмя, от р ажател ьиыын перегородка мн, открытой турбинной мешал- кой (тнг 23) и трубой перс- лаглнвания
Гладкостенный с приварны-
ми эллиптическими крышкой
и днищем, с теплообменной
рубрикой из полутруб (тип 12),
с рамной мешалкой (тнп 10)
и трубой передавливания
22
Продолжение тайл. 3
Эскиз аппарата
Испол- нение Кон ст ру к ином ные особенности аппарата
8003 Гладкостенный С плески»! днищем н отъемной плоской крышкой, без теплообменных поверхностей (тип 80), с от- крытой турбинной мешалкой (тип 03)
8033 Гладкостенный с плоским диншем И отъемной плоской крышкой (тип 80). с змее пи- ком и открытой турбинной ме- шалкой (тип 23)
8023 С плоским днищем и отт ем- кой плоской крышкой (тип F0I, с четырьмя отражател! ними перегородками и с открытой турбинной мешалкой (тнп 33)
9003 Гладкостенный с приварны- ми и плоскими дпишем и крыш- кой без теплообменных поверх- ностей (тип 90), с открыто!" турбинной мешал ней (тип 03)
9033 Гладкостенный с приварны- ми и плоскими днищем и крыш- кой (тин 90), с открытой тур бниной мешалкой н змеевиком (тип 33) (правая часть ри- су и к г)
9023 С приварными плоскими дии- шем и крышкой (тип 90). обо- рудованный четырьмя отража тельными перегородками и от- крытой турбинной мешалкой (тип 2л)
23
Таблица 4. Основные параметры и ра меры аппаратов
Индекс исполнения аппарата Номвнальный объем V, м* Мощность при- вода Д', нВт ял Частота враще- ния мешалки. Об^МИИ D "м
ММ
0003; 0103; 8003; 0033; 8033 1.0 3 195 1000 330
0023; 0123; 8023 5.5 198
0010; ОНО 3 63; 48 800
0003; 0103; 8003; 0033; 8033 2.0 3 195 иоо 400
0023; 0123, 8023 5,5 198
0010; ОНО 3 63; 48 10(0
0003; 0103; 8003; 0033; 8033 3.2 3 167 1СОО 150
0023; 0123. 8023 5,5 170
0010; ОНО 45 1320
0003; 0103; 8003; 0033; 8033 5,0 3 130 1800 630
0023; 0123; 8023 Ю; 129
0010; ОНО 7.5; 5 5 15 1500
0003; 0103; 8003. 0033; 8033 6,3 5.5 129 630
0023; 0123; 8023 10
22 132
0010; ОНО 7,5 45 1500
24
Продолжение табл. 4
Индекс исполнения аппарата Номинопьный объем к. м* Мощность при- водя ЛС. кЬг 1 Частота враще- ния мешалки п. об/мин D "м
мм
1003 •; 1103 •; 1203 •; 9003; 1033 *; 9033 * 10 5,5 129 220 1 710
1023 *; 1123*; 1223*, 9023* 22 132
1010; 1110; 1210 7 .5 32 1800
1903 •; ПОЗ’; 1203*; 9003 *; 1033 * 9033* 16 10 129 2400 710
1023*; 1123*; 1223 *; 9023 * 22 132
1010; 1Ц0; 1210 10 32 2000
1003 *. 1103*; 1203»; 9003 »; 1033 •; 9033 • 25 13 64 ЙО 1250
1023 *; 1123», 1223 *; 9023 • 40 50
1010, 1110; 1210 22 20 2360
1003 •; 1103 »; 1203 •; 9003 *; 1033 •; 9033 • 32 13 64 3000 у ст а ноя 1250
1023*; Ц23»; 1223»; 9024 • 40 50
1010, 1110, 1210 22 20 2500
1003»; 1103»; 1203 », 1033 • 50 уются и одна 13 64 1250
1023*; 1123»; 1223* 40 50
1010; 1110; 1210 * Аппараты комплект кымн на расстоянии 2000 м 22 | 20 двумя мешалками, ОТ другой 2500 лен-
25
Аппарат е отражательными перегородками (рис. 8) представляет
собой конструкцию, аналогичную гладкостенному аппарату, но отли-
чающуюся от последнего наличием, как правило, четырех отражатель-
пыХ) перегородок шириной прнмер-
ч г Использование перегородок
позволяет ликвидировать ворон-
ку и преобразовать вращательнэе
движение ц жидкости в осевое
(аксиальное).
Рис 7. Гладкостенный сварной
аппарат с якорной мешалкой
1И5):
! — корпус: 2 — трубя передакли-
всния; 3 — мешалка; 4 — вал;
е. 9 — подшипник: 6 — стойки;
7 — мотор-редуктор: в — муфта
Рис. 8 Аппарат с перегород-
ками, змеевиком и барбатером:
1 — барбатер; 2 — теплообменная ру-
башка; 3 — neper эродка- 4 — кор-
пус; 5 — стоЛкв: t — мотор редук-
тор; 7 — змеевик
Секционные аппараты представляют собой конструкцию, анало-
гичную гладкостенным аппаратам или аппаратам с отражательными
перегородками и отличающуюся ст последних наличием нескольких
последовательно расположенных секций (рнс. 9).
Аппараты с центральной циркуляционной трубой представляют
собой гладкостепнын аппарат, соосно с внутренним диаметром которого
расположена центральная циркуляционная труба (рнс- 10), внутри
26
которой установлена мешалка обеспечивающая осевую циркуляцию
перемешиваемой жидкости.
Для мелкотоннажных производств, а также для лабораторных
исследований химическим машиностроением выпускаются два типа мало-
габаритных вертикальных стальных аппаратов — с якорной н с трех
лопастной (а — 24°) мешалками. Эти аппараты могут быть со сварным
(рис. 7) и со штампованным корпусом (рис. II).
Рис. 9 Чстырехсекцнсн-
ный аппарат
Рнс. 10. Аппарат с циркуля-
ционной трубой н герметичным
приводом:
/ — корпус: Т — цнркуляцноьиан
труба 3 — мешалка; 4 — привод;
S — подпвточнь П бачок
Аппараты из титана. Для производств с высс коагресснвнымн сре-
дами химическим машиностроением изготавливаются аппараты (табл. 6)
из титана ВТ1-0 и сплава ХН65МВ, предназначенные для работы
со средой от минус 30 до плюс 250° С. Прн этом условные избыточные
давления в корпусе аппарата, в глздкостеииой рубашке или змеевике
соответственно не должны превышать 0,4 0,6 н 1,6 МПа. Аппараты
предназначены для перемешивания сред плотностью до 1500 кг/м*
и динамической вязкостью до 0,5 Па-с (500 сП). Аппараты с гладкой
отъемной рубашкой (исполнения 1-103 н 1423) допускаются использо-
вать для работы под вакуумом (с остаточным давлением в корпусе ап-
парата ие менее 20 мм рт. ст.).
Типовые аппараты с герметичным приводом. Средн вертикальных
аппаратов особое место занимают аппараты с герметическим приводом
27
Таблица б. Типы аппаратов из гитана и сплава ХНН5 МВ
Исполне-
Кояструкцмонные
особсниоств аппарата
Гладкостенный с отъемной
эллиптической крышкой и
приварным эллиптическимднн-
Щем со встроенным в аппарат
змеевиком и открытой турбин-
ной мешалкой (левая часть ри-
сунка)
Гладкостенный с отъемной
эллиптической крышкой и при-
варным эллиптическим дни-
щем со встроенным в аппарат
змеевиком и лопастной ме-
шалкой (правая часть рисунка)
Гладкостенный с приварны-
ми эллиптическими крышками
и днищем без теплообменных
устройств и открытой тур-
бинной мешалкой (левая часть
рисунка)
С четырьмя отражательными
перегородками с приварными
эллиптическими крышкой и
днищем, без теплообменных
устройств и лопастной мешал-
кой (правая часть рисунка)
Гладкостенный с прнварны
ми эллиптическими крышками
и днищем без теплообменных
устройств с лопастной мешалкой
С четырьмя отражательными
перегородками с приварными
эллиптическими крышкой и
днищем, без теплообменных
устройств и лопастной мешал-
кой
28
Продолжение тебл t
Эскиз аппарат*
Испол-
нение
аппарата
Коигтрукчхонвмс
ос б< внести аппарата
1403
1423
Гладкостенный с приварны-
ми эллиптическими крышкой
и днищем, открытой турбин-
ной мешалкой и трубой пере-
давлнваиня, имеющий тепло-
обменное устройство в виде
съемной гладкостенной рубаш-
ки. выполненной из углеродн
стой стали (левая часть рисунка)
С четырьмя отражательны-
ми перегородками, с привар-
ными эллиптическими крыш-
кой и днищем, открытой тур-
бинной мешалкой, имеющей
теплообменное устройство в
виде съемной гладкостенпой
рубашки, выполненной нз уг-
леродистой стали (правая часть
рисунка)
8G33
8037
Гладкостенный с отъемной
сферической крышкой, пло-
ским приварным днищем, с от-
крытой турбинной мешалкой
н встроенным змеевиком (леван
часть рисунка)
Гладкостенный с отъемной
сферической крышкой, пло-
ским приварным днищем, ло-
пастной мешалкой и встроен-
ным змеевиком (правая часть
рисунка)
29
Ирэдолженве т»6л.
дек на ВППврага Испол- нение •ппаратв Конструкционные особенности аппарата
9003 Гладкостениый с приварки мн сферической крышкой и пло- ским днищем, с открытой тур- бинкой мешалкой, без тепло- обменных устройств (левая часть рисунка)
» 902.3 С четырьмя отражательны- ми перегородками. с приварны- ми сферической крышкой н плоским днищем, с открытой турбинной мешалкой, без теп- лообменных устройств
[а .Г п я 1 1 9007 Гладкостенный с приварны- ми сферической крышкой н плоским днищем, с лопастной мешалкой, без теплообменных устройств
9027 С четырьмя отражательными перегородками с приварными сферической крышкой и пло- ским днищем, с лопастной ме- шалкой, без теплообменных устройств (правая часть ри- сунка)
30
Таблица С. Параметры и размеры аппаратов с герметическим
приводом частотой вращения 3000 об/мии
Конструкция аппарата Объем аппара- та V, и* • 8 < « > 1 аппарате р? МПа Мощность NM. кВг D ‘'ы Рабочая темпера* тура. ‘С
ММ
Рис. 12 (Левая честь рисунка) 0.000 Г. 0,0004 10 0,25 70 50 ( 40)— ( -г300)
0,00016 124 75
Рис. 12 (правая часть рисунка) 0,0063, 0,01 139
Рис. 13 0,016 225 100
Рис. 14 0,026; 0.0-1; 0.053 Юн 4 3,0 250 100 (—40)— (—200)
0.I; 0.16 300 150
0.25 5.5 360
Рис. 15 0.40; 0,63 7.5 600 180
1,0 1.6 15 700
1.6 4; 1.6 н 0,6 800 225
2.5 30 900
4,0 1000
6,3 37 1200
10 1.6 н 0.6 1400
16 1600 250
31
перемешивающего устройства которые используются для перемеши-
вания: токсичных, взрывоопасных н пожароопасных сред, утечка ко-
торых в окружающее пространство недопустима; особо чистых нлн
высокостерильных сред, кон-
такт которых с окружающей
средой пелонус-нм; спад, нахо-
дящихся под действием весьма
высоких давлений, величины
которых не позволяют исполь-
зовать контактные ун.ютнення-
Аппараты этого типа яв.
ляются сложными ^агрегатами.
Рнс. IL Малогабаритный ап-
парат со штампованным корпу-
сом
представляющими собой моно-
блочную конструкцию, состоя-
щую из перемешивающего ус-
тройства, осуществляющего цир-
куляцию перемешиваемой среды
ного герметичного электропривода.
Стандартные аппараты с герметичным приводом перемешивающего
устройства выпускаются семи конструктивных исполнений {11,
Рнс. 12. Аппарат с герметическим
приводом объемом от 0,0001 до
0,0016 м* (левая часть рисунка)
н от 0,0063 до 0,010м* (правая часть
рисунка):
/ —. корпус; 2 — мешалка; S — пир-
кулнцнохнпя трубд° 4 — теплообмен-
нме элементы; 5—привод; б — змеевик
в корпусе аппарата, н специаль-
32
основные параметры и размеры нх представлены в табл. 6 и на
рис- 12—15-
На рнс- 12 показан аппчрат с герметичным привозом. Нагревание
перемешиваемой жидкости в этих аппаратах осуществляется как за
Рис. 14. Аппарат Рис. 15. Аппа-
Рис. 13. Аппарат с гермети-
ческим приводом:
/ * корпус; 2 — мешалка; 3 —
циркуляционная трубя; 4 —
теплообменные элементы; 5 —
привод
счет электрообогрева с по-
мощью элементов» встраива-
емых в аппарат так и за
счет теплоносителя» пода-
ваемого в змеевик, устано-
вленный в рабочем простран-
стве.
На рис. 13 показана
конструкция аппарата с ггр-
с герметическим
приводом объемом
от 0,025 до 0,25 м3
на давление ру ==
« 4,0 МПа (левая
часть рнсуика) н
ру = 10,0 МПа
(правая часть ри-
сунка)
I — привод; 2 — кор-
пус; 3 — мешалка;
4 — циркуляпион-
кли труба; 5 — теп-
лообменное устрой-
ство; 6 — трубчатый
теплообменник
рат с герметиче-
ским приводом
объемом от 0,4
до 16 мэ
I — П|ризоя_ 3 -
корпус; 3 — ме-
шялка; 4 — цир-
куляционная тру-
бя: 5 — трубчя.
1ыЛ теплообмен-
ник; 6— рубяшкл
из полутруб. 7 я
в — коллектор
метическиы приводом и труб-
чатым теплообменником. Аппараты этого типа объемом 0,16 м* и на
условное давление до 10 МПа выпускаются серийно.
На рис. 14 и 15 представлены конструкции аппаратов с нижним
герметическим приводом перемешивающего устройства. В аппаратах
2 ЗА Васнлыюя, В. Г. Уш» коп
33
этого типа применяются теплообменные устройства ч виде гладкой
приварной рубашки (рис. 14) или в виде рубашки из полутруб (рис. 15).
Эмалированные аппараты. Эмалированные аппараты преднезна-
чены для работы с. кислыми, щелочными или кислошваочными средами.
Они выпускаются с эмалевыми покрытиями высшего, первого, второго
и третьего классов. Аппараты с эмалевым покрытием высшего класса
предназначены для работы с особо агрессивными органическими и не-
органическими кислотами и их солями любых KouuciiipaiuiH а также
Рнс. 1G. Аппарат чугун-
ный эмалированный:
I — спускной клапан; 2 —
съечяпя рубашка; 3 — кор-
пус; 4 — мешалкя; 5 — при-
вод
Рис. 17. Аппарат стальной
эмалированный:
1 — спускной клапан; J —
корпус; 3 — мешалка; 4 —
отражатель; S — привод
в щелочных средах при pH «г 12 В аппаратах с эмалевым покрытием
первою и второю классов могут перемешиваться кислоты и щелочи
при pH ci 12. Аппараты с эмалевыми покрытиями третьего класса
предназначены для перемешивания нейтральных и слабоагресснв-
ных сред.
Типовые вертикальные эмалированные аппараты изготавливаются
1121 ] с чугунным пли стальным корпусом, внутренняя поверхность
которого эмалирована.
В эмалированных аппаратах может быть использована якорная
эмалированная мешалка (рис. 16) или спирально-лопастная эмалиро-
ванная мешалка с отражателями 1 (рис. 17). Эмалированные чугунные
* В соответствии с [831 термин спирально лопастная мешалка экаквллск-
тея терминам импеллерная мешалка иля мешалка типа Пфлудлер. Применение
двух последних терминов ос рекомендуется
34
аппараты выпускаются на условные давления в корпусе 0,3—0,6 МПа
и на поминальные объемы 0,16—2,0 м’, стальные эмалированные ап-
параты — на условные давления в корпусе 0,6 МПа н на номинальные
объемы от О.ОоЗ до 25 ы’.
Рис. 19. Вертикальный
аппарат для выщелачи-
вания бокситов
Рис. 18. Аппарат колон-
ного типа:
1 — корпус; 1 — конусная
перегородка: 3 — вал: 4 —
ысотвлка: Биб — наруж-
ные м внутренние отража-
тельные перегородки: 7 —
кольцевые перегородки
Гуммированные аппараты (39] Типовые вертикальные гуммиро-
ванные аппараты поставляются с отъемной эллиптической крышкой
и приварным эллиптическим днищем, с отъемной плоской крышкой
и приварным плоским днищем н с отъемной эллиптической крышкой
2* 35
н ngw 1арлым коническим днищем (угол конусности при верши-
В аппаратах всех типов используются трехлопастная мешалка
с углом установки лопасти а = 24° и открытая турбинная мешалка.
Помимо этого, лопастная мешалка используется в аппаратах первого
и второго типов, а рамиая — в аппаратах первого и третьего типов.
Рис. 20. Аппарат для усред-
нения синтетического кау-
чука
Рис. 21. Аппарат с ленточ-
ной мешалкой со скребками
Гуммированные аппараты изготавливаются в соответствии с раз-
мерами вертикальных аппаратов, рассмотренных выше. В конструк-
циях корпусов аппаратов внесены лишь незначительные изменения,
обеспечивающие возможность гуммирования внутренних поверхностей.
Нестандартные аппараты. Большую группу аппаратов, изготавли-
ваемых заводами химического машиностроения небольшими сериями,
занимают нестандартные аппараты. Ранее (см. рис. 9) рассматривался
вертикальный секционированный аппарат отличающийся от стандарт-
кого наличием трех установленных на валу вращающихся горнюн-
тальных перегородок Г61 )• Эти апг араты предназначены для проведении
непрерывных процессов с целью усреднения времени пребывания, вводи
них в них ингредиентов Аппараты могут иметь подвижные нлн не-
подвижные перегородки в том числе и перегородки специальной формы
(рис. 18) [62|. Для увеличения мощности перемешивания на валу
аппарата устанавливается несколько мешалок (рнс. 19).
На рис 20 показан аппарат с ленточной мешалкой. Некото-
рой разновидностью таких мешалок являются мешалки, имеющие вра-
щающийся цилиндр с вертикальными прорезями, причем на внутренней
и наружной поверхности этого цилиндра имеются геликоидальные ленты
соответственно правого и левого вращения [108].
С целью исключения налипания рабочей среды на внутренние
стенки корпуса или увеличения теплоотдачи на ленточных мешалках
устанавливаются скребковые устройства (рис. 21).
6. Горняонтальные аппараты
Под горизонтальным аппаратом поднимается аппарат для переме-
шивания жидких сред, ось корпуса которого расположена горизон-
тально. Горизонтальные аппараты применяются с целью: уменьшения
общей высоты аппарата, повышения виброустойчивости валов переме-
шивающих устройств; улучшения условий суспендирования и т д.
Рнс. 22. Горизонтальный четырехприводный аппарат:
I — корпус аппарата; 1 — опоры 3 — герсгородки < — мо-
тор-редуктор
В практике химического машиностроения получили распростра-
нение горизонтальные аппараты с горизонтальным валом перемешиваю-
щего устройства и с вертикальными или наклонными валами.
На рис. 22 представлена конструкция горизонтального четырех-
приводпого аппарата с вертикально расположенными валами пере
мешивающих устройств Такие аппараты используются для перемени -
вания газожидкостных гетерогенных систем, например при растсоре-
37
нни никель-кобальтовых материалов. Частным случаем такого аппа-
рата является аппарат с аэрирующими самовсасывающими мешал-
ками (рис. 23) [40]
Рис. 23. Принципиальная схема горизонтального автоклава
с различными конструкиинми самовсасывающих аэрирующих
устройств:
/ •— слмаисасмопющпя мешалке; S в 3 — самовсасывающая ме-
шалка для аппаратов с высоким уровнем жидкости; 4 —двухъярус-
ная самовсасывающая мсшплка для аппаратов большой мощности
М ВЫСОКИМ уровнем жидкости
7. Переносные перемешивающие
устройства
Особую группу перемешивающих устройств составляют перенос-
ные мешалки [66], которые в комбинации с тем или иным открытым
сосудом образуют аппарат для перемешивания жидких сред.
Рис. 24. Схема крепления переносных мешалок: а — на-
клонно на корпусе аппарата; б — иаклопно на вспомога-
тельной конструкции; в — вертикально на вспомогатель-
ной конструкции
Промышленностью серийно выпускаются переносные перемешиваю-
щие устройства двух типов восьми исполнений, которые могут быть ис-
пользованы для перемешивания жидких сред в аппаратах объемом
38
0.1—10 м3. При этом переносные мешалки типа I укомплектованы флан-
цевым электродвигателем, в результате чего частота вращении вяла ме-
шалки соответствует частоте вращения электродвигателя и для аппара-
тов объемом 0,63 м3 равна 1380 об/мин при установочной мощности
0,4 кВт, для аппаратов до 4 м3 она равна 1,1 кВт. Аппараты объемом
от 1,6 до 10 № укомплектовывают электродвигателями мощностью 3 кВт
и частотой вращения 948 об/мин. Переносные мешалки типа I предназна-
чены для перемешивания жидких сред с динамической вязкостью не
более 1 Па-с-
Переносные мешалки типа 2 предназначены для перемешивании
жидких сред повышенной вязкости (но не более 20 Па-с). В качестве
двигателей мешалок этого типа использован мотор редуктор с частотой
вращения выходного вала 300 об/мин н максимальной установочной
мощностью 2,2 кВт В качестве рабочего органа переносных мешалок
нспользуетсн трехлопастиая мешалка с утлом наклона лопасти а —
= 24°. Переносные мешалки устанавливают на боковой стенке кор-
пуса аппарата и закрепляют с помощью струбцины. Допускается уста-
новка переносных мешалок на специальном кронштейне или балке.
Типовые схемы установки переносных мешалок показаны на рис. 24.
При установке мешалок первого типа по схеме рис. 24. в аппарат диа-
метром D долже> быть оборудован четырьмя отражательными перего-
родками шириной 0,1 D
Глава II
ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ
ВЕРТИКАЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Вертикальные аппараты состоит из подвижных и
неподвижных элементов, образующих единую жесткую конструкцию,
устанавливаемую с помощью опоры на фундамент. В такой кочструк
пин работа одних элементов оказывает определенное влияние на дру-
гие — гидродинамическое давление вращающихся масс жидкости дей-
ствует иа неподвижные элементы аппарата, а температурные н упругие
деформации корпуса влияют на работу вращающихся элементов ап-
парата.
Такое сложное взаимодействие отдельных элементов аппарата
между собой требует особого внимания при их конструировании по-
этому рекомендуется максимальное использование стандартных эле-
ментов, работоспособность которых в конструкции аппарата в доста-
точной степени проверена на практике
8. Мешалки
Мешалки являются одним из основных элементов аппарата для
перемешивания жидких сред. Они предназначены дли передачи меха-
нической энергии от динамических элементов аппарата к перемешивае-
мой среде ГОСТом 20680—75 18] регламентируется 12 типов мешалок.
Каждый тип мешалки имеет обозначение, указанное цифрами в скоб-
ках трехлопастная с углом наклона лопастн а = 24° (VI); винтовая
(02); турбинная открытая (03); турбинная закрытая (04); шести.чопаст-
ная. с углом наклона лопасти а = 45° (05); клетъевая (06); лопастная
(07); шнековая (08); икорная (09); рамная (10); ленточная (11), ленточ-
ная со скребками (12).
Мешалкн, входящие в этот ряд, отличаются одна от другой зна-
чением гидродинамического коэффициента сопротивления, определяю-
щего значение критерия K,v
В отраслевых стандартах количество типов мешалок несколько
сокращено: в ОСТ 26-01-1245—75 ]67] отсутствует винтовая, а в
ОСТ 26-01 806—73 [65] — якорные мешалкн.
Для аппаратов с циркуляционной трубой (см. рис. 10) рекомен-
дуется 11 ] использовать винтовую мешалку с постоянным шагом вин-
товой линии- Для эмалированных аппаратов, учитывая особенности
нх из<отопления, рекомендуется использовать 12, 121 ] якорную н спи-
рально-лопастную эмалированные мешалки. Для гуммированных ап
паратов ]39] нспользуетсн, как правило, сокращенный тнпоразмерпый
ряд мешалок (4, 5, 67].
Все применяемые мешалки условно могут быть разделены ня быстро-
ходные н тихоходные. Под быстроходными понимаются мешалки, ис-
пользуемые для перемешивании жидких сред пренмущ^твенио прн
турбулентном н переходном режимах движения жидкости, иод тихо-
ходными — нрн ламинарном режиме движения жидкости.
40
Быстроходные и тихоходные мешалки обычно применяются в ап-
паратах, симплекс геометрического подобия которых Гр = DidH
соответственно определяется неравенствами (2); 2,0 Гр ^8.0 и
1.04 .-^Го-5 2,0.
Мешалкн обычно устанавливаются ло осн аппарата на расстоянии
йм1 от его дна (см. рнс. 7 и 8)
Для быстроходных мешалок [2]
0,4 1,0.
Максимальное расстояние от дна алларата составляет йм1 * 0,5//,
где /У — высота уровня жидкости в аппарате пои л = 0
Для тихоходных мешалок [2]
AM1dw = (0.5 + 5.0) (Го - 1.0).
Максимальное расстояние от дна аппарата составляет йщ — 0.25 D.
Быстроходные мешалки могут быть также нспользовачы и в виде
миогорядных перемешивающих устройств, когда на одном и том же
валу устанавливаются две. три. четыре и более одинаковых мешалок
(см. рис. 19). Прн этом минимальное расстояние между двумя сосед-
ними мешалками не должно быть меньше их диаметра d„; минимальная
высота Н в случае установки двух мешалок на валу должна выбираться
из соотношения Н 1.3 D.
Быстроходные мешалкя Наиболее часто в химическом машино-
строении применяются быстроходные мешалкн (табл. 7). Их можно
разделить на мешалки, лопасти которых перпендикулярны плоскости
нращеиня (лопастная, клетъевая открытая и закрытая турбинные),
и мешалкн, лопасти которых образуют постоянный или переменный
угол наклона с плоскостью вращения.
Быстроходные мешалкн могут использоваться в гладкостенных
аппаратах, а также в аппаратах, оборудованных различными внутрен-
ними устройствами. Помимо этого, мешалки с наклонными лопастями
могут использоваться в аппаратах с циркуляционной трубой-
Т рехлопаапаая мешалка [67] (рис- 25) представляет собой кон-
струкцию, состоящую из втулки с внутренним диаметром d. к наруж-
ному диаметру dBT которой приварены три плоские лопатки под у слом
24° к плоскости вращения мешалкн Ширина Ь лопастей мешалкн выби
раегся равной U.2 dM (табл 7). В практике химического машиностроения
применяются [1, 4, 5, 8] винтовые мешалкн с постоянным шагом пин-
товой линии, литые с крыловидным профилем лопасти, сварные с по-
стоянной толщиной лопасти.
Винтовая мешалка с постоянным шагом р пинтовой линии 11 ]
(рнс. 26) представляет собой втулку с наружным диаметром dBT к вну-
тренним диаметром d К наружной поверхности втулки над углом 120'
одна к другой приварены три плоские лопасти шириной 6. При этом
угол наклона Р лопастей на диаметре dBT больше Угла наклона о на
диаметре dM. причем tg 0 = tg a (dK/dBT). a tg а — pin От диаметра dnT
ло диаметра d„ угол Р изменяется прн сохранении равенства р “ coiibt-
Диаметр d„ винтовой мешалкн выбирается из ряда: 50, 75, 100.
150. 180, 200, 225, 250, 300, 325 н 350 мм. Отраслевой стандарт |1 1
ограничивает этот ряд максимальным диаметром du = 250 мы.
Мешалки из этого ряда имеют р « 0 6; 0,8; 1 0 и 1,2 и втулочное
отношение dBT/du “ 0,4. Возможно также использование мешалок
с втулочным отношением 0,3.
Винтовая мешалка с крыловидным профилем лопасти [4, 5] пред-
ставляет собой конструкцию, состоящую из цилиндрической втулки
41
Таблица 7. Быстроходные мешалки
Офот-
начс*
мне
Конструкция мешалки
01
Трехлопастиая
Винтовая
Диаметр мешалки <fM мм
по ГОС Т 2(880-75 по ОСТ 26 01. 1245
От 80 до 1250
соответствует
ГОСТ 2168 - 75.
далее прим< няют-
гя только 1320 н
14J0
Турбинная открытая
Турбинная закрытая
80; КО-
125; 160;
180; 200;
220; 25и;
280; 120;
360; 400;
45П 5U0;
560; Ь3*|;
710; 600;
°00. 1000;
1120: 1250;
1400; 1600;
1800, 2000
2240. 2501
Не применяет
ся. Заменяется
трсхлопастиой
От 80 до 1250
i киъетствцч
ГОСТ 2L680—75.
далее применяют
ся только 1320 и
НОС
42
ПрпДдЯжеии* твбл. 1
Обоз* нпче- ННС Конструкция мешалки
05 Шсстнлопаст ian
С Х
< V 1
Клетьевая
06
Диаметр мсшялкн du. мм
по ГОСТ 2(680-75 по ОСТ 26—01—1245
80; 100; 125; 160; 180; 200; 220; 250; 280; 320; 360; 400: 450; 50*4 560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 160С; 1800; 2000; 2240; 2500; От 100 до 1250 ютветствует ГОСТ 20680—75. далее применяются только J 320 н 140С
От 80 до 1250 солвстстьует ГОСТ 20680—75,
07
Лопастная
Весь ука-
занный
выше ряд
и далее 28D0,
3150; 3550
Or 125 до 2240
соответствует
ГОСТ 20680—75;
43
с внутренним d я ьару» ним д| аиетроу </„. аао.тно г которой от.нгы
трч лопасти сложной пространственной крыловидной формы (рис- 27)
Мешалка имеет переменный по 1аднусу шаг, однако этот шаг на внеш
нем ее диаметре р вен единице.
Винтова.1 мешалка с постоянной толщиной лопа.ти [4, 5] пред-
ставляет -обой конструкцию, состоящую НЗ ЦИЛИН фической в~улкн
с внутренним Ли*, наружным йВт диаметром к периферии которой при-
варены три лопасти пост >яиной толщины (рнс. 2?'
Рис. 26. Винтовая мешалка с по-
стоянным шагом BHHTOI ой линия
Ряс 25. Трехлопастная ме-
шалка
Лиластн винтовой мешалки имеют фс ому лепестка с размерами,
определяемыми по выражениям: ft — R = 0,4 dM; R,=
i 064 d„.
Отмстим, что нзготовлеьие литой винтовой мешалки я м.-шалкн
с । ОСТОЯ1ШОЙ толщиной лопасти тэебует применения специального
литья или сложных штампов, что не позволяет рекомендовать мешалки
этого типа к использованию. В гидродинамическом же отношении они
лишь иез гачнтелыю отличаются от тчехлопастной мешалки, которую
и следует применять взамен винтовых. Приведенные в настоящем посо-
бии характеристики винтсвых мешатск следует испильзоват! только для
анализа работы уже из 'отваленных мешаюк.
Турбинные открытые хеша txu 167] (рии 29) представляют собой
конструкцию, состоящую из цилиндрический втулки с внутреш.нм d
и наружным dBT диаыегрчми, на периферии которой установлен кольце-
вой диск диаметром dt = 0.75 </ы несущий на себе шесть плоских лопа-
стей, равномерно расположенных по его окруж гости. Длина каждой
Л^пастн равна I = 0.25 du. Внутренний диаметр расположения лопа-
стей равен d, = 0,5 dK Высота лсчастл равна Ь =» 0,2 du.
44
Открытие турбинные mi и алкн выпускаются в двух исполнениях:
неразъемные (исполнение 1) - н.~ весь диапазон диаметро, разъемные
(исполнение 2) — на диаметры 450—I4U0 мм
Турбинные закрытые хеша lau [671 в отличие от открытых имеют
плocxie лопасти конической фоРмы с У1 лом ПРИ ве| шине "30 . Ло-
пасти с обеих сторон закрыты ко> и"ескимн дисками (рис- 30). Раз-
меры dp d2 и I дтя закрытых
mi шал ок определяются по тем
же формулам, что и для откры-
тых. При ЭТОМ S| = s, = s.
Закрытая турбинная мешал-
ка может быть использована
для подачи газа в перем' шн-
васмую ж, (кость. В этом случае
Рис. 27. Литая винтовая ме-
шалка с профилем крыло-
видной формы
ее обычно монтируют в центральной всасывающей трубе, имеющей на
нижнем конце фонический элемент, на пс| нфер. и которого располо-
жены неподвижные отражательные ребра, способствующие удлинению
объема засасываемо™ газа в степени его дисперсности (рис. 24) [29. 401-
При этом оптимальное значение осевого запора \,Пт мгжду наружной
конической поверхностью мешалки и виутренгей поверх остью ста-
тора должно выбираться из соотношения 0.U1 (%пт^и? < 0,02.
при котором обеспечивается максимальная подача воздуха в птремеши
васмую жидкость.
Шестилоп.-сп.ные мешалки [671 состоят из втулки с внутренним <’
и наружным dtT тнаметрими, к цилиндрической поверхности которой
под углом а = 45" к плоскости вращ< ння мешалки приварено и есть
лопастей (рнс. 31).
Геометрические разме] ы шестилопастной мешалки такие же, как
н у трсхлопастиой mi шалкн.
Клетьевые мешалки [67 J (рис. 32) представляют собой цнлиндри
четкую втулку, к наружной поверхности которой приварены четы] е
45
фигурные лопасти 4, скрепленные бандажами 1 н 3. К внутренней
поверхности бандажей приварены две плоские лопасти 2, расг сложен-
ные рзвясмерно по окружности между фигурными лопастями.
Рнс. 29. Открытая турбинная
а — неразъемная; б —
мешалка:
разъемная
Рис. 30. Закрытая турбинная мешалка Рнс. 31. Шесгилопзстная
мешалка
Лопастные мешалки [67] (рис. 33) состоят из втулки, к цилиндри-
ческой поверхности которой под углом 90° к плоскости ее вращения
приварены две плоские лопасти. Мешалкн изготавливаются неразъем-
ными н разъемными. Весь ряд мешалок, начиная с du = 80 мм н кончая
du = 2240 мм включительно, изготавливается неразъемным. Прн этом
46
для сохранения прочности, начиная с 4*= 710 мм, мешалки имеют
укрепляющие ребра, толщина которых равна толщине лопастей ме-
гчалкн s. /Стина укрепляющих ребер выбирается из соотн<«чени I 1Г
»0.63<fM; суммарная ширина укрепляющих ребер- 5р~ 1.5 6,
где Ь — ширина лопасти, b = 1.1 du. Разъемные лопастные мешалкн
изготавливают начиная cdM = 710 мм.
Лопы.тные эмалированные мешалки ,2| представляют собмй кон-
струкцию сосп ящую its вала и полых лопастей приваренных к *.алу
таким образом ч гобы внутренние
е " полости этих лопастей сообщались
. , между собой. Все Поверхности нала
Рис. 32. Кл< гьевая Мешалка
Рнс. 33- Лопастная мешалка: а —
неразъемная. 6 — разъемная
и лопастей покрывают ст'-клоэма.тыо- Лопастные эмалированные
ыешя iKH показаны на рш. 34—36.
Эмалированные mi штлкн могут устанавлигатьсч в гладкостенных
эмалированных аппаратах пли в аппаратах с отражательными перего-
родч..ми. Эмалированные отражатель..ые перегородки представляют
собой четыре плоские трубы, закрепленные на патрубках в крышке ап-
парата. Отражательные перегородки могут быть заменены На отража-
тели (рнс. 37), которые т 1Кже предс~ьвляюг собой цилиндрическую
полую трубу диаметром d3. перпендикулярно поверхности которой
приварены две плоские попасти ширниои Ь3. При этом d, те 0.05 D,
6, те 0.07 У и /s те 0,175 D ‘ахр Оэ выбирают равным бэ — (0,025-а-
-i-0.125 )D.
В аппарате обычно используются три ьла четыре отражателя,
так как в ’'Том случае агимметрия потока жидкости и радиальная сила,
действующая па вал мешалки, будут минимальным*.
Высота лопасти двухлопастной эмалированной мешалкн составляет
b = 11,1 <f„, трсхлопастнон 6=0,122 dB. двухлопастной (и — 45“)
b = 0,14 dM.
Тихоходные мешалки. Тихоходные мешалки в основном приме
няютдля гомогенизации и усреднения высоковязких и вен ьютоновгких
сред, интенсификации теш омас< ообмена н для осуществления некоторых
других технологических операций. Стандартные тихоходные мешалкн
можно разделить иа мешалки, лопасти кстопых перпендикулярны
47
плоскости вращения, и мешалки, лопасти которых образуют угол на-
клона с плоскостью их вращения.
Тихоходные мешалки, как правило, используются только в гладко-
стенных аппаратах, исключением является шнековая мешалка, ко-
торая может быть также использована в аппаратах С циркуляционной
трубой и с отражательными перегородками.
Якорная мешалка |67] состоит из цилиндрической втулки, к на-
ружной поверхности которой приваргны две профилированные ло-
пасти. Профиль лопастей мешалки соответствует внутренней поверх-
пости корпуса аппарата (рис. 38):
в нижней своей части лопасти имеют
эллиптическую или коническую фор-
му, а в верхней — они представ-
ляют собой две плоские вертикаль-
ные пластины, торец которых парал-
о
cr
Рис. 35.
пастпая
ванная мешалка
Рис. 34. Двухлопастная
эмалированная мешалка
Трсхло-
эмалиро-
лелей цилиндрической части корпуса аппарата. Наружный диаметр
якорной мешалки выбирается в соответствии с данными, приведенными
в т«бл. 8.
Разновидностью якорной мешалки является якорная эмалирован-
ная мешалка 12] (рис. 39), выполняемая нз полых труб приваренных
перпендикулярно к цилиндрической поверхности вала. При этом вы-
соту Ну выбирают по формуле Ну — 0,6 а толщину — по выраже-
нию Ь — 0,1 dM.
Рамная мешалка (67] состоит на одной нлн двух цилиндрических
втулок, к наружным поверхностям которых приварены две плоские
радиальные лопасти, на периферии которых установлены по одной плос-
кой профилированной лопасти (рис- 40 н 41).
В зависимости от размеров рамные мешалки выпускаются неразъем-
ными (исполнение 1) для диаметров 200—1600 мы и разъемными (ис-
полнение 2) для диаметров 800—3000 мм. При этом разъемные мешалки
изготавливаются двух вариантов мешалки с диаметром 300—1600 мм
имеют одну разъемную ступицу', а мешалки с диаметрами 1700—
3000 мм — две разъемные ступицы. Как первый, так и второй тип меша
лок приспособлен к использованию в аппаратах с эллиптическим
(рпс, 40) или коническим (рис. 41) дпищем. При изготовлении рамных
мешалок выдерживаются следующие соотношения нх основных раз-
меров (65]: г = 0,152 dM; R = 0,82 d„. 1= lt = 0.3 dM
Ленточные мешалки [65] (рис. 42) представляют собой конструк-
цию. состоящую из вертикального вала, на котором на равном рас-
стоянии одна от другой установлены цилиндрические втулки Z К каж-
дой втулке приварены две цилиндрические траверсы /, на периферий-
ную часть которых опираются две плоские ленты 4 и 5 шириной b
с относительным шагом р *= (t!du) = 1,0. Ширина лопасти b ~ 0,1 dM.
48
Рнс. 36. Двухлопастная эма-
лированная мешалка с уг-
лом наклона лопасти а = 45°
Рнс. 37. Схема установки
эмалированных мешалок
в аппарате с отражателем
Рис. 39. Якорная эмали-
рованная мешалка
Рис. 40- Рамная мешалка для работы
в аппаратах с эллиптическим днищем!
с — с одной ступицей; б — с двумя
ступицами.
/ — ступица; 1 — плоская радиальная ло*
пасть; J — плоски я периферийна я лопасть
49
Т я б л н u а 8. Тихоходные мешалки
Обоз- наче- ние Наименование мешалки г1> Диаметр мсшллкя d*. мм
по ГОСТ SW4-75 по ОСТ K-01-SC6-73
08 1 Янеков. 1Я От 1.8 до 5,0 80; 100; 125; 160; 180; 200; 220; 250; 280, 320; 360; 400; 450; 500; 560; G30; 710; 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600; 1800; 2000; 2240; 2500; 2800 100; 140; КО; 200; 250; 300; 400; 500; 600, 710; 800; 900; 1000; 1120; 1180
09 Якорная _ От 1,05 до 1.3 200; 220; 250; 280; 300; 320; 60; 400; 450; 5J0; 530; 560. 600; 630; 710; 750; 80и; 850. 900; 950 1000; 1060. 1120. 1180 1 1е приме- няются
1
10 I Замная tf 1250; 1320; 1400; 1500, 1600. 1700; 1800; 1900; 2000; 2120; 2240; 2360; 2500; 2(750; 2800; 3000; 3150; 3350; 3550; 3750; 4000; 4250; 4500; 4750 0. 200 цс3000* соответствует ГОСТ 2ОС8О-75
\\
50
Предо л жевке табл 8
Обоз- паче- пне Наименование мешалки 'Ъ Диаметр мешелкн <fM, мы
по ГОСТ 21680-75 по ОСТ 26-01-806—73
Ленточн ая От 1,04 до '.3 200; 300; 360; 450; 560; 630; 750; 850; 950; 1120; 1320; 1500. 1700; К'ОО; 2120; 2240; 2500; 2'50; 2800; 3000; 3150; 3350; 3550; 3750; 4000; 4250; 4500; 4750 От 200 до 2800 соответствует ГОСТ 20680—75 (отсутствуют диаметры 630; 850)
Ленточная со скребками Q\J|l ЬиЖ й® ®от * Для рамных мешало От 1,04 до 1.1 К — ПО 560; 630; 750; 850, 950; 1120; 1320; 1500; 1700; 1900; 2120; 2240; 2500; 2650; 2800; 3000; 3150; 3350 ОСТ 25 01-124$ 1000; 1200; 1400; 1600; 1800; 2000 -75.
4*
61
Рис. 41. Рамная мешалка (исполнение 1) для работы
в аппаратах с коническим днищем: а—с одной сту-
пицей; б — с двумя ступицам <;
I — етупицл; S — плоска* радиальная лопасть: 3 — пло-
ска я лсрнфернАмля лопасть
Рис. 42. Ленточная мешалка:
I — ради ильная Tpuaepr.i; 2 —
втулке; 3 — вял; 4 к S — спираль*
пые ленты
Рис. 43- Ленточная мешая кд со
скребками:
1 — скребок; 2 — спнп9лы1эя лента;
3 — вертикальна»» тряиерс.ч; 4 — енрг-
бок с эллнптячсской торцовой Поверх-
костью; 5 — радиальная тр.засрса;
6 — втулка; 1 — вал
52
Высота ленточной мешалки //j принимается конструктивно в зависимо-
сти от высоты корпуса аппарата //' и уровня Н жидкости в кем
Ленточные мешалки используются в аппаратах, имеющих следую-
щие геометрические характеристики: 1,0 5" 3,0 и 1,04=5
< Го-? 1,3.
Ленточные мешалки со скребками |65] используются для интенсифи-
кации процесса теплоотдачи (рис. 43). Высота мешалки //х принимается
конструктивно в зависимости от высоты корпуса аппарата П' и уровня
жидкости в нем Эта высота должна быть кратной 0,1 Ы> t. Все размеры
Рис. 44. Шнековая мешалка: а — в гладкостенном аппарате; [б — в ап-
парате с отражательными перегородками; в — в аппарате ^циркуля-
ционной трубой
ленточной мешалкн со скребками идентичны разм.-рам ленточной ме-
шалкн (см. рис 42), однако применять эту мешалку наиболее рацио-
нально в аппаратах, имеющих относительную высоту корпуса H'!D ~
= 2.3 >3.0.
Шнековая мешалка (G5J состоит из цилиндрический втулки плн вала,
к наружной поверхности которых приварена по ви повой линии плос-
кая лента, имеющая шаг t (рис. 44) Шнековые мешалки, как правило,
устанавливают в циркуляционной трубе. Однако возможны и другие
способы монтажа, показанные на рис. 44
В случае установки шнековой мешалки в циркуляционной трубе
должны соблюдаться следующие конструкционные соотношения между
отдельными размерами элементов аппарата: 1,8^ Го-5 2,7; 0,14 sc
=5 (d„ dul 0.30; 1.05 -5 d/d,,^ 1,15; 1.0 (11 D) 3.0 H p =
= tld*= const — 1,0.
9. Приводы
В качестве приводов (86] к аппаратам для нерем< шнванпя жидких
сред обычно используются пршюды моноблочные с мотор редуктором,
герметичные электроприводы н электродвигатели.
Монобэочные приводы с мотор-редуктором. П > своему конструк-
ционному исполнению моноблочные приводы с мотор-рсдуктором мо-
гут б>ль выполнены в нормальном исполнении или в виде малогабарит-
53
ных мотор-редуктсров. Моноблочные приводы нормального исполнения
могут иметь жесткое соединение валон мотор-редуктора и мешалки:
подвижное соединение валов мотор-редуктора г мешалки; клнноремен-
ную передачу н мотор-вариатор. Малогабаритные приводы изготавли-
ваются лишь в одном исполнении — с жестким соединением вала мото,-
редуктора и мешалки.
В приводе с жестким соединением валов мотор-редуктора и ме-
шалки (рнс- 45) в качестве одной
из опор пала мешалки используется
нижняя опора выходного вала мо
тор-редуктора. В зависимости от
конструкционных особенностей вто-
рой опоры вала приводы выпуска-
ются в трех исполнениях:
I — второй опорой вала явля-
ется опора качения, установленная
в стойке привода (левая часть
рис. 45);
П — второй опорой вала яв-
ляется опора скольжения, устано-
вленная в нижней части корпуса
аппарата;
HI—вторая опора вала раз-
мещена в торцовом уплотнении ти-
па ТДП.
Во всех этих исполнениях
вторая' (нижняя) опора вала слу-
жит для вех*гр и яти я радиальных
нагрузок; восприятие осевой на-
грузки осуществляется радиально-
унорным подшипником мотор-рс-
дуктора. В связи с тем, что мак-
симальная осевая сила, которая мо-
жет действовать на эту опору, огра-
ничена, привод в третьем исполне-
нии может быть использован для
аппаратов с условным давлением
в корпусе не более 0,3 МПа и часто-
той вращения вала мешалки от 5 до
160 ошмнн. Осевое усилие, действу-
ющее па радиально-упорный под-
шипник. определяется осевым уси-
лием, действующим иа мешалку
на торцовое уплотнение, но-
'10
9
Рнс. 45. Привод с жестким н под-
вижным соединением вала мотор-
рс-дуктора с вал эм мешалки [86]:
I — ыотор-рсдуктор; 2 — опорный под-
шипник ыотор-редуктора; 3 стойка:
4 — муфта псодолыю-разъечигя (71 ],
5 — опорный подшипник стойки: 6 —
еллькнковое yi литисиве lIOB]; 1 —
вал ыешолхн | S4J; в— опорный подшип-
ник. встраиваемый в корпус торцо-
вого уплотнения; 9 — упорный подшип-
ник качении; 10 — ыуфпа чубчатвя £70)
54
этому окончательный вывод о возможности использования привода
с жестким соединением валов мотор-рсдуктора к мешалки может быть
сделан на основании специального расчета.
Особую группу приводов с жестким соединением валом ыотор-
редуктора и мешалки составляют приводы переносных перемешиваю-
щих устройств 16G1 Как правило, приводы этих устройств не имеют
Рис. 46. Переносное перемешивающее устройство с при-
водом от одноступенчатого цилиндрического редуктора
1661:
/ —трехлопастная мемвлка с углом кейлона а = 24”; 2 —
аал; 3 — редняльно-упорный подшипник 1 — корпус редук-
тор»; S — нндомяя шестерня; б — опорный подшипник: 7 —
электродвигатель: S — ведут» и шестерня; S — прнсоосов-
леиис дли повороте
стоек (ряс. 46) н состоят из цилиндрического редуктора с фланцевым
электродвигателем. Привод имеет быстросъемные приспособления,
позволяющие устанавливать его как на корпусе аппарата, i °к и на
несущих элементах здания (см. рис. 24). В конструкции имеются
элементы, позволяющие осуществлять быструю замену вала с ме-
шалкой.
Привод с подвижным соединением валов мотор-редуктора и мешалки
используется в аппаратах, где условное давление достигает 3,2 МПа,
55
а частота вращения вала мешалки изменяется от 5 до 80 обмин. В при-
воде такого тина (празая часть рис. 45) обычно используются зубчатые
1701 или втулочно-пальцевые [721 муфты, с помощью которых осуществ-
ляется гибкая передача крутящего момента от выходного вала мотор
редуктора к валу мешалки. Вал мешалки обычно устанавливается
к опорах качения, которые закрепляются либо в стойке привода (ле-
вая часть рис. 47). либо в стойке привода и в торцовом уплотненви
(правая часть рнс. 45 и 47). При этом одна из спор, как правило ниж-
няя, вы1.олняется подвижной, а
другая — неподвижная, предназна-
чается для восприятия осевых сил
В зависимости от значения ос< вой
силы, воспринимаемой этой опо-
рой, применяются различные типы
шарикоподшипников:
I) в аппарата* с условным
давлением до 0.6 МПа кспользустси
радиально-упорный подшипник,
размещенный в верхней части стой-
ки привода (левая часть рнс. 47
и правая часть рис. 45);
2) в аппаратах с условным
давлением до 3.2 МПа иснользу
юте я два упорных подшипника
(правая часть рнс. 47). один из
которых воспринимает осевую силу,
направленную вверх, другой —
направленную вниз.
Малогабаритные приводы пред-
ставляют собой моноблочную кон-
cipyKimio, состоящую из мотор-ре-
дуктора устанавливаемого па спе-
циальную' двухопорную стойку
(см. рнс. II). внутри которой
размещено торцовое или сальнико-
вое уплотнение.
Химическим машиностроением
малогабаритные приводы выпус-
каются в четырех исполнениях |86]:
в виде быстроходных приводов
к аппаратам с частотой вращения
<>т 750 до 1500 об/мин я с исполь-
«онанием сальникового уплотнения
(исполнение 1);
Рис. 47. Привод с подвижным соеди-
нением вала мотор-редуктора с ва-
лом мешалки [86]:
/ — мотор редуктор; J — муфт» вув-
члтвя 170); 3 и 10 — радия лъио-упор-
ui.ll подшипник; 4 — вал (24): в —
стойка; в в в — радхльиыА подшип-
ник; 7 — торцовое уплотнение [1051;
9 — упорные подшипники
56
в bi- ie быстроходных приводов к аппаратам с ча "готой нра.црния
от 730 до 1500 иЬ'мин и с н< пользованием уплотнений типа 'IJ1.I1 ндн
гидрозатвсрон (исполнение 2);
в виде тихоходных приводов к аппаратам с частооп вращения от 16
до 400 об/мин с нснользоваинрм сальниковых уплотнений (исполнение 3);
в вцдп тнхохгдиых приводов к аппаратам с частотой вращения от 16
до 400 об'мни и с использованием т >рцовых уплотнений типа ТДМ
пли гндрозатвора (исполнение 4)
Приводы всех этих исполнений используются в аппаратах г ус-
ловным давлением че более 1.6 MIL*. причем приш-ды исполнений I и ’
применяются в аппаратах с диамет-
ром вала в зоне уплотнения, равным
25 и 40 мм, а приводы псничиеипй
3 и 4 — в аппаратах с диаметром
вала п зоне уплотнения равным 25.
40, 50 и 65 мм.
Во всех рассмотренных здись
конструкциях моноблочных приво-
дов используются мотор-рсдукторы,
состоящие из фпачцеього электрс-
двн1 ап.1я, установленного на флан-
це цилиндрического млн планетар-
ного редуктора. Мотор-редуктор
позволяет уменьшить частоту вра-
щения от синхронной »1ектроднн-
г отел я до номинальной частоты
вращения мешалки, соответстш.то-
щей ГОСТ 21-680—75 (81-
Схема стандартных мотор-ре-
дукторон, используемых в химичес-
ком маши* остроеннн, представлена
на рис. 48, а продольный разрез
мотор ре 1уктора тина МР-2 — на
рйс. 49.
Крутяший ыимеитМкр. переда
ваем.«й мотор-редуктором валу пе-
ремешивающего устройства, определяется зависимостью Мкр » Л'элЦ/п.
в которой Л л — мощность электродвигателя: п - часто. ! вращения
выходного вала мотор-редукторз; т] — кЬэффбциеит полезного дей
стаи я плаиетарний передан! м тор редуктора, который возрастает
с рос'-м числа (-борото,! от 1] = 0,85 грн п ),08 до i] = 0.48 при
п 4,15 1/с.
В табл. 9 представлено параметрическое поле мотор-редукт^рои
предназначенных для ком.1лектацни приводов аппаратов для -ереме
щипания жидких сред. Мощность мотор-редукторок 0,4—132 кВт,
число об< ротов выходного вала 6,3— 250 об,4|ип. Мотор-редукторы.
предусмит geiiHuJ ГОСТ 20680—75 |8J с г мечены и таблице четырех-
угольником. Однако в настоящее время серийно выпускается ’яводямн
хи апческого машиностроения только часть стандартизованных мотор
Р--дукторов с параметрами, отмеченными в табл. 9 цифрами 1, 2 и 3-
Мотор-редуктор является одним из сложных элемеп~ов аппарата
для перемешивания жидких сред, требующий тщательной центровки
с валом мешалки Выходной вил мотор-редуктсра должен испытывать
минимальные колебания от действия динамических '•щ-гем аппарата
Радиальная и осевая силы, воспринимаемые этим палом, должны быть
Ь7
Рис 18 Схема мотор-рсду ктора.
/ — электрод» ига тел 1й 1 — ведомая
тестер и я с дпднлем; 3 — выходкой
вал электродвигателя: 4 — ведущая
шестерня; 5 — тихоходна Л вал мо-
тор-редуктора; 6 — гйттелкт; 7 —
Иелюдпижная шестерня; S — корпус
Рис. 49. Мотор-редуктор типа МР-2:
/ — электродвигатель: 2 — выходной вял электо о двигателя:
3 — ведомая шестерня. 4 — ведущая шестерня» 5 — тихоход
вый вол; б — подшипник; 7 — водило; б — корпус; 9 и 72 —
манжете; 10 — кольцо торцового уплотнения; ft — пружина
68
Рис. 50. Аппарат с герметичным приколом перемешивающего устрой-
ства [I]:
1 - мешалка; 3 — циркуляционная труба; 3 — вал; 4 и в - подшипиики
качения; 5 — защитная гильза; 6 — обмотки статор»; 7 — железо статоре;
9 — штуцер подоод* жидкой смазки; 10 — штуцер ходвода инертного гвм;
И — Жслеэо роторе
g Т лбл и ц а 9. Области применения мотор-ре дукторов, используемых в приводах аппаратов
для перемешивания жидких сред
о
Никимяльная мощность элек- тродвигателя Л,.,- Частота вращения выходного вала мотор-редуктора лянх, об мин
6.3 8 1 10 12.8 18 20 25 32 40 50 63 80 100 125 170 200 250
'/с
и, It, 5 0.133 0,107 0.238 0,267 | 0,333 0,416 0.534 0 66" 0.534 1,65 1.33 1.67 2.08 2.67 333 4.16
0,4 0.8 1.6 3,0 2 2 л — 2 2 — 2 2 2 2 — 1 | «а» 1 1
5.5 7,5 — — — 2 2 2 о 2 2 • • 2 •* 1 I 1 1 1 I
10 15 — — — 2 — 2 2 2 2 •• 2 •— — 1 1 1 1
14.5
> %
22 30 2 2 — — — 3 — 2. 2.3 — — | а а • а 11 1 | • • а а 1 1
37 3 2.3 1
45
58 2 3 3 3 | • а а • 1 1 1
75 2 3 । в а а • 1 1 1
90
100 132 — я — 2 2 — 2 — — 1 I
Об зивчеииятии в мотор редукторов: * лвых = <5 об/мян; •• лжых — 59 об/мнк: ••• явых m 1 - МПО-1; 2 - МПО-2; 3 - МР-2. 1Ь0 об мни; •••• лвых в 132 об,мин.
Риг. 51. Жидкостпазаполненный герметичный электро-
привод на подшипниках жидкостного трения [ I]:
I — упорная пята; 2 — центробежный насос, обсспгчнгдющиА
циркуляцию жидкости в приводе; 3 и в — опорные подшипники
жидкостного трения; 4 — защитная тльва ротора; 6 — защит
ная гильза статора; € — железо стяторд; 7 — жгле.яы ротора;
S — вял; /£* -- мешалка; // — торцовое уплотнение
62
минимально возможными н определяться для мотор-редукторов типа
МГН-I н МП< )2 по данным, прнвс-дениыь в работах [86. 89].
Герметичные электроприводы. Динара -ы для перемешивания вы
сокогтокснчных, высокаагрсссивных или пожароопасных сред обычно
комплектуют герметичными электроприводами. Приводы этого типа
представляют собой конструк-
цию, в которой активные эле-
менты ротора н статора электр<
двигателя защищены от воздей-
ствия перемешиваемой среды
с помощью спенналы он изоля-
ции (смокрый статора) или спе-
циальных защитных ггльл (ссу-
дой статор») [I 59]. Герметич-
ные электроприводы с умоКрым»
пли ссухгм» статором мш утбыть
гязозаполненными и жидкосте-
зап злиенными-
В газозаполненним герме-
тичном электроприводе (рнс. 50]
ротор, вращающийся в газовой
Рнс. 32. Переносная мешалка с приводом ст фланцевого вертикаль-
ного злсктродвн! алдя 166]:
I — трехлопастная мешалка с углом наклона лоппстн а = 34*; S — взл;
3 — опорно-упорный шпрмкоподшипник; 4 — стойка, 5 — электродвига-
тель 6 — поворотное приспособление; 7 — струбцины
полости. установлен на подшипниках качения. Статорная полость
электродвигателя з нцищена от контакта с парами . еремешиваем^й
среди тонкостенной защитной гильзой 5. В случае необходимости
защитная гильза может быть также установлена и па роторе //.
63
В электроприводах подобною типа подшипники качения обычнЬ
Оказываются консистентное или жидкой смазкой, подаваемой через
штуцер 9. Герм< тичиый элскгрипривол на подшипниках качения
выполи „ется обычно газозаголиенным. В качестве газ? создаю-
щею этот своеобразный буфер, препятствующий контакту перемешива-
ющей среды с подшнп.п klmh кач< пня, используется один из ком-
понентов реакционной среды пли какой-либо инертный газ.
ЖидкостезапиЛ! енныи герметичный Электр тршад (рис. 51) пред-
ставляет собой конструкцию, в которой нспользуклся гидростатические
или гидродинамические опоры скольжения, < называемые пе| сменшчае-
мой средой, не согсржаш^н твердых взвесей 60 109, 119). Между ра-
бочим |рострачством аппарата и внутренней полостью жидкое гез.шо.1
нениого электропривода обычно устанавл ibjiot торцовое уплотнение,
уменьшающее обмен между средами, заполняюиищн эти полости
Электродвигатели. В тех случаях, когда частота вращения быстро-
ходных мешалок совпадает со -талдартиой синхронной частотой вра-
щения электродвигателей, эти двигатели непосредственно используют
в качестве приводов мешалок. На рнс. 52 показана переносная мешалка
с приводом от флапцевого электродвигателя, установленного на стойку,
которая через повопотное приспособление с юмощою струбцины смон-
тирована на корпусе аппарата или на любом другом несущем элем, нте
установки. Съемный вал мешалки с помощью специальной втулки сое-
динен с выходным вал дм электродвт гателя.
Нестандартные приводы Представленные в настоящем справоч-
ном тособин приводы являются стандартным», выпускаемыми се-
рийно заводам лечествешюго химического машиностроения. По-
мимо серийных заводы в виде небольших партий выпускают не-
стандартные приводы На рнс 53 представлен провод с встроен-
ными в мотор-редуктор опорами нала мешалки, предназначенный
для кемплекттнни аппаратов, избыточное дазлеши о корпусе ко-
торых не |ревыша гт 3.2 МПа, а частота вращения мешалки нвме-
няетея от 20 до 320 об/мин. Особенностью привода является исполь-
зование в чем, например двухступенчатого редуктора, вследствие чего
подшипники вала второй ступени редуктс ра мотут выполнять роль
подшипников чала мешалки. При этом о< евая сила, действующая
на вал мешалки, воспринимается этими подшипниками и, сльдо-
зателыю, не передается на опоры электродВ|Ггателя. Опопы второй
ступени редуктора установлены в специальной стойке, корпус кото-
рой расположен соосно электродвигателю, поэтому высота этого при-
вода чевелнка.
10. Уплотнения
Аппараты для перемешивании жидких сред и заинсп мости о. физико-
химических характеристик и параметров этих сред, в также требований
производстпеииой санитарии. техники безопасности п пож-аротпасиости
к< мнлекгуюпед 1 ьдризатьора-,1,1, сальниковыми или торцовыми уплот-
нениями.'
Гидрозатаоры представ 1яют добой уплотнительный узел, пред-
назначенный для предотвращения контакта i адовой среды, заполняю-
щей внутреннюю полость аппарата с атмосферой (рнс. 54) 1ИМ).
Гндршатвор состоит > з пен хдвнжною цилиндрическою корпуса, внутрь
которого с задором б относительно его iieinXLBi жных элементов вставлен
вращающийся совместно с налом мешалки цилиндрический колпак.
64
Рнс. 53. Нестандартный привод с встроенными в мотор-
редуктор опорами вяла мешалки:
S — вал мешалки; 3 — выходкой вал привода; 3 — первая сту-
пень редуктора; 4 — электродвигатель; 6 — упорный подшип-
ни коны Л удел; € — стойка; 7 — вторая ступень редуктора;
3 — опорный иодшшшм копий узел
3
Э. А Ппсяльцов. П. Г. Ушлкоп
65
При атмосферном давлении в корпусе аппарата н правильно выбранных
размерах гндр„?атрор надежно н| елохраньет уплотняемые плотности
от взаимного контакта.
Сальнинляле уплотнения [106] применяются для герметизации
валов аппаратсв при условии их работы с »eai ресснвнымн или мало-
а.рессивиыми средами иахдлящимися под избыточным давлением,
Ряс. 54. Гидрозатвор для аппаратов общего
назначения (левая часть рисунка) н для мало-
габаритных аппарате в (правая честь ри-
су чкч) [ICi J:
/ — корпус; 2—вращающейся колпак; 3 — коль-
цо уплотнительное; < — неподвижный стакан;
5 — корпус
не превышающем 0 6 МПа илн под действием остаточного давления,
большего 0.04 МПа (300 мм рт ст.). Частота вращения валов, уплотне-
ние которых ос ."цествляется с помощью сальников, должно находиться
в пределах от 5 до 320 об/мин.
Сальниковое уплотнение (рнс. 55) обычно состоит из корпуса,
в нижней части которог. рашюложено опорное кольцо. Корпус уплот-
нения крепится на корпусе аппарата. Фонарь учыопшиия распределяет
смазывающую илн утл зтняющую жидкости, поступающие к уплотнению
через отверстия в корпусе. Нажимная втулка служит для ахроматиче-
ского поджатия сальниковой наб-вки с помощью пружины н нажимной
втулки. Для высоких температур среды в корпусе уплотнения преду-
сматривают камеру для охлаждения набивки- Сальниковые уплотнения
без охлаждения с подводим смазывающей жидкости в soi v уплотнения
нспользуютс" для температур от минус 20 до плюс 70° С, а с подво-
дом жидкости в зону уплотнения могут работать при условном давле-
ния до 2 5 МПа или остаточном давлении не ниже 20 мм рт. ст.
66
Рис. 55. Сальниковое
уплотнение с с хлэжде-
нием набивки через фо-
нарь (левая часть рисуи-
Kaj и с дополнительным
охлаждением набивки че-
рез корпус (права" часть
рисунка) [1ЭБ]
1 — вь.т; 2 — фз шрь: . —
свер ICHUC ДЛЯ JAB >да -ХЛ.
ЖдаемиА среды; 4 — кор
пус; б — поджимная втул-
ке; б — набивка; 7 — ка-
мера длв охлаждения
Рис. 56 Двойное торцовое уплотнение тип i ТД (левая часть рн
суика) п типа ТДП (правая часть рисунка) [103, 1051:
1 — неподвижные уплотнительные кольца; 2 — подвижные уплотни-
тельные кольца; S — пружина; 4 — корпус; 5 — встроенный опорный
подшипник
31
В химическом машиностроении используются следующие типы
торцовых уплотнений (103, 105, 107]:
1) двойное торцовое уплотнение тиЛа ТД (леиая часть рнс 56)
предназначенное дяд герметизации валов аппаратов для перемешива-
ния взрывоопасных, токсичных, пожароопасных, ядовитых н подоб
них нм сред при давлениях до 0,6 М('а (тип ТД 6) н прн давлениях
до 3 2 МПа (тип ТД 32);
2) двойное торцовое уплотнение ТДП (правая гастъ рнс. 56)
с встьоегчым подшипником, предназначенное jsj я герметизации валов
апи. ратов для перемешивания взрывоопасных, пожароопасных, гою
сичных, ядовитых “ подобных чм сред,
3) двойное торцонпе уплотнение типа ТДМ, предназначен-
ное для герметизации валов малогабаритных аппаратов, работе
ющих прн давлениях до 0.6 МПа типа ТДМ-6), при давле-
ниях до 1,6 МПа (типа ТДМ-16) н прн давле шях до 3,2 МПа
(типа ТДМ-32);
4) двойное торцовое уплотнение типа ТДПЗ;
5) торцовое уплотнение типа ТТ с термическим затвором, позволяю-
щим применять уплотнение для герметизации вал :в аппаратов для
биохимических пр< изводств, в которых требуется .облюденне стериль-
ности технологического процесса;
6) торцовое улл хгценне типа ТСК, в котором использован сильфон
настали 12X18HI0T, пред) азначенное для герметизации валов аппара-
тов для перемешивания взрывоопасных, токсичных и ядовитых сред,
находящихся под давлением.
11. Корпус аппаратов
Одним из основных элементов аппарата для перемешивания жидких
сред является его корпус, в котором осуществляется процесс перемети
ваш.я. Он с помощью опор-лап, опор-стоек илн кольцезых опор устанд
влньатся нас] ундамектг На крышге корпуса имеются плоские фланцы
для присоединения уплотнений и привода, а также ряд патрубков,
прпиназна юнных для подвод» < реды к аппарату и ^твъда готового
продукта от аппарата, для установки приборов к. нтроля за ведением
процесса н его управлением.
Химическим машелостроеинем [54 ] в настоящее время наготавли-
ваются корпуса 10 исполнений (табл. 10) объемом от 0.16 до 63 м* с диа-
метром от ЬЙ до 3200 мм (табл. 11).
Способ установки корпуса на фундаме“т зависит от конструкции
корпуса:
а) корпуса с плоским днищем (исполнения 80. 90 82 н 92) или пе
имеют опор нл!1 же имеют кольцевые опоры;
б) корпуса с эллиптическим и коничещ им днищем (исполнения 00;
01; 10- 11;02.12;20;3б.21-3.,40;50.41,51 ‘2 г2; wи70) нм, ют опоры-
лапы;
в) корпуса с эллиптическим днищем (исполнения 00; 01; 10; II;
40; 50:, 41; 51; 42 н 52) могут ~меть опоры-стонкн.
г) корпуса с эллиптическим ди идем (исполнения 10) мог;~г иметь
шииндри* еские опоры.
Прн конструировании вертикальных аппаратов для перемешива-
ния жидких с >ед приведенные в настоящем разделе дзилые должны
быть дополнены :ве£.еннями, приведенными в Cfcl 26-01-1246—75 (54].
68
Таблица 10- Исполнен не корпусов аппаратов с мешалками
Эски» Освоивая конструкционная особейкость корпуса Конструкция теплообменного устройстве Иеполненве корпус»
к Корпус с при- варным эллипти- ческим днищем и эллиптической крышкой Без теплооб- менных устройств (левая часть ри- сунка) 00
1
С гладкой прн варкой рубашкой (правая часть ’рисунка) 01
ТВ 'Ч Корпус с прн варньш эллипти- ческим днищем и отъемной эллип- тической крыш- кой Без теплооб- менных устройств (левая часть ри- сунка) 10
в -
1
С гладкой прн парной рубашкой (правая часть ри- суй ка) 11
* < 1* \ Корпус с при- варным эллипти- ческим днищем н отъемной эллнп тнческой крыш- кой С рубашкой из полугруб (левая часть рисунка) 02
1 _
Корпус с при- варным эллипти- ческим днищем н приварной пло- ской крышкой С рубашкой нз полутруб (правая часть рисунка) 12
69
Продолжение табл to
Эскиз Основная конструкционная особенность корпуса Конструкция теплообменного устройства Псполаенхе корпусе
л Корпус с при- варным кониче- ским отбортован- ным днищем с углом при вер шине конуса 90° н отъемной эл- липтической крышкой Без теплооб- ыспных’устройств (левая часть ри- сунка) 20
С гладкой при парной рубашкой 21
Б L — в
Корпус с при- варным кониче- ским отбортован- ным ДН11ЩСМ С углом при вер- шине конуса 90° и приварной эл- липтической крышкой Без теплооб- менных устройств 30
С гладкой при- варной рубашкой (правая часть ри- сунка) 3!
1 ft ур Л Y* Корпус с при- варным эллипти- ческим днищем н отъемной пло- ской крышкой Без теплооб- менных устройств (левая часть ри- суй кь) 1 40 1
С гладкой при- варной рубашкой 4!
Корпус с при- варным эллипти- ческим днищем и Приварной пло- ской крышкой Без теплооб- менных устроре 5 j
С гладкой пр. гарной рубагн (правая часть рч суика)
й L Jt д. I г L Корпус с При- варным эллипти- ческим днищем и отъемной плоской крышкой С рубашкой г полутруб (левая часть рисунка) 42
1 1 i
Корпус с при- варным эллипти- ческим днищем и приварной пло- ско.; >.|>1Ш1КОЙ С рубашкой из полутруб (правая часть рисунка) 25
70
Эекиэ
г
Продолжение табл 10
! Оскпвная ковструкциои пая особенность корпуса Конструкция тсплообмеввого устройства Исполнение корпуса
Корпус с ко- ническим неот- бортованным днищем с углом при вершине ко- нуса 120° с пло- ской приварной крышкой (правая честь рисунка) Без теплооб- менных устройств 70
Корпус с ко- ническим неот- бортоваиным днншем с углоь при вершине ко- нуса 120й с пло- ской отъемной крынкой (левая часть рисунка) СО
Корпус с при- варным плоским днищем и отъем ной крышкой Без теплооб- менных уст- ройств (левая часть рисунка) 30
С теплообмен- ными устройства- ми в виде рубаш хи из полутруб 82
Корпус с при- варным плоским днищем и при- варной плоской крышкой Без теплооб- менных устройств 90
С рубашкой из полутруб (правая |асть рисунка) 92
71
{^Таблица II. Номинальный о( ьем к внутренний днгметр корпусов вертикальных аппаратов
4,0 £ 4 4 Til 4 1 4 4-1 -1- 1 -I- 4 -i- 4 -1 4 -1.
5,0 1800 L. Г J- 4 4 4 4- 4- 1 -г • 4 -г 4 4 4 4 “Т 4|4
6,3 + 4 4 4 4. -4- 4 4 д_ 4 4 4 4 4 -1 1 4
8,0 2000 + 4 4 + 4 4 4 4 + 4 -1- "Г 4 "Г 4 4- 4 4 4 4 4 4
10,0 2200 4 4 4- 4 4- + -L 4- 4 4 4 4 4 4 -1- 4 -г 4
12,5 2400 -1- 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 -г- +_
16,0 4 4 4 4- — 4 4 и- 4 —
2800 4 4 Д- 4 4 т -г
20,0 2000 1.4 4 4- 4 4 4 4 -- 4
3000 4 4 4 4 4 ,4 +
25 2800 4 + к 4 4 , 4 + 4 4
3200 Ч" 4 4 Ч- 4 U- 4
32,0 ЗООи + + -4- 4 4 4 4 4 4 4
40 3200 4 4 4
50 3000 4 4
63 3200 4
ПIл м е а и в в дот кой. я: 1. Знак плюс определяет применяемость корпусе. 2- Наружный диаметр корпуса указан нез*
1-2. Валы перемешивающих устройств
Чалы аппаратов для перемешивания жидких сред i редстаиляют
собой элемент их конструкции пред назначенный для передачи момента
от ыотор-редуктора к мешалке.
В заии.ныости от объем в аппаратов, частоты вращения вала и
передаваемого момента в аппаратах с кор |усом одна о и того же дна
мегра могут использоваться валы с различными диаметрами <fB (табл. 12).
В .ситветстаии с OCT 26-0i-1299—75 (24] валы аппаратов могут
быть разъемными и неразъемными. Как пера; ьемные так и разъем
Рис. 57. Сопряжение монтажной втулки г эле-
ментами корпуса аппарата (сечение 1—1 про-
ходит через точку перса чення внутренней
поверхности крышки аппарата с сто осью;
s 5 мм)
ныс валы могут устанавливаться ь корпусах аппаратов всех тиной
При этом длина консольного вала /к зависит о.-типа корпуса, в котором
используется вал, и "ида мешалки, для вращения котор' й он предназна-
чен, и рыб» рзется из ряда:
i'k= 9С 10G 110.» 180, 200, 220. 250, 300, 360Д400, 450, 500. Ь60
680. ’10, 800* 9G. ОСИ 1060, 1180, 1320. 1400, 1АХ 16( 0 .7» 1 ЗСК'.
2000. 2240 Z350 2655, 2800, 3000, .'150, 3350. 35> 3750 4000. 4С0е.
5000, 5300, 60C4J 6300, 6700 7100 мм.
Длина коилхльи >й части аала 1R одинакова для трсхлопастных.
турбинных, шестнлопчстчых и лопастных мешалок. Для рамных меша-
лок величина /к меньше, чем для трехлопастных а для клетьевых ме-
шалок — меньше, чем для рамных.
В нижней к< нсоль. ой части валов имеется монтажная втулка,
предназначенная для уд t жания вала при его мон.аже (рис. 57).
13. Внутренние устройства
Аппараты для перемешивания жидких сред имеют ряд внутренних
устройств Наличие этих устройств требует дополнительных затрат
на нх изготовление и эксплуатацию, поэтому нх количество должно
быть минимально возможным.
£ качестве внутренних устр >йств встраива ыых в корпус аппарата,
наиболее часто приме» потея отражательные перегородки, трубы пере-
давливания н змеевики
Отражательные дерыоролки. Отражательные пер. городки гред-
ставлтют ьобой плоски? пластины шириной Ьп и высотой ha, закреплен-
ные вертикально на внутренней поверхности цилиндрическое части
76
Рнс 58 Бесколлекторные односекционные змсеннки а — однорядный;
б — двухрядный
м+чоо
Рнс 59. Коллекторный восьмпсскциоппый змеевик
Т
корпуса аппарата. Установка отражательных перегородок изменяет
структуру потока жидкости в аппарате, что приводит к увеличению
потребляемой мощности, увеличению интенсивности перемети ванн я
и к ликвидации воронки.
Аналогичное влияние на особенности движения жидкости в аппарате
оказывают н другие внутренние устройства в тех случаях, когда со-
противление, оказываемое этими устройствами потоку жидкости иден-
тично сопротивлению отражательных перегородок. В персом приближе-
нии такое равенство имеет место при
0,4<2Хв/П<0,5. (IJ)
В выражении (II) 2] 6„н — суммарная ширина всех внутренних
устройств, установленных в корпусе аппарата с внутренним диаметром D.
Неравенство (11) для случая четырех отражательных перегородок ши-
риной tji идентично равенству (6П £>) язО.1, которое обычно исполь-
зуется при конструировании корпусов аппаратов с отражательными
перегородками
Труба передавливания. Трубой передавливания называется устрой-
ство, состоящее из фланца, укрепленного на одном из патрубков крышки
корпуса, и фигурной трубы, опущенной внутрь корпуса, нижний срез
которой установлен на минимальном расстоянии от наиболее низкой
точки корпуса. Существуют п другие методы установки трубы пере-
Т а б л II ц а 13. Основные гсомегричс.кис характеристики
змеевиков
V D D,» н dTpi ^змэ трз
ы* ММ
1 ICGO гео 45) 57 Не пзготавлноаю-ся
2 моо НИХ)
3.2 г ОС 1220 510 1320 57
Б 181X1 I3&) -.50 1180 510
С.З Р53 юге F9 1080 1215 89
10 2200 1670 S45 1400
IG 2100 ireo 1500 9!\>
25 2800 2000 810 1«Ю 1170
32 .'.ООО 2КЮ 1440
50 2250
78
давливання в корпусе аппарата, например путем укрепления ее на
цилиндрической стенке корпуса. Однако эти методы менее предпочти-
тельны. Труба передавливания служит для непрерывной или нерподн-
ческой выгрузки перемешиваемой среды из аппарата. Выгрузка пере-
мешиваемого продукта через трубу передавливания обычно осуществ-
ляется путем создания перепада давления между срезом трубы на входе
п нее н патрубком на выходе. Диаметр трубы передавливания опреде-
ляется величиной подачи среды из аппарата п допустимой скоростью
ее движения.
Змеевики. Требования, предъявляемые к аппаратам для переме-
шивания жидких сред, в части интенсификации теплообмена в ряде
случаев не могут быть выполнены только путем использования корпу-
сов аппаратов с гладкостышымп рубашками или рубашками из полу-
труб- В этих случаях для интенсификации теплоотвода в корпусе
аппарата могут быть установлены змеевики специального типа.
В аппаратах для перемешивания жидких сред, в том числе и для
аппаратов, имеющих внутренние гуммированные или футерованные
покрытия, применяются. бесколлекторные односекционные однорядные
змеевики: бесколлекторныс односекшюнные двухрядные змеевики
(рис. 68), коллекторные восьмнеекциоиные змеевики (рис. 59).
Рабочая температура теплоносителя в змеевиках не должна быть
менее минус 30 и более плюс 250° С. Условное избыточное давление
в змеенпке должно выбираться из ряда 0,4: 0,6; 1,0 и 1,6 МПа. Ос-
новные геометрические характеристики змеевиков приведены в.табл. 13-
14. Опоры налог иппаратов
Опоры валов аппаратов представляют собой конструкцию, пред-
назначенную для восприятия осевых и радиальных нагрузок иа вал
и создания наиболее благоприятных условий для его работы. В динара
Рис. 60. Внутренние
опоры трения валов
аппаратов: а — с ци-
линдрической опорной
втулкой, б — со сфе-
рической опорной втул-
кой
тах для консольных валов обычно используются опоры качения. Для
увеличения внброустойчивостн валов применяют также опоры сколь-
жения, устанавливаемые обычно на нижней части корпусе аппарата.
Опоры такого типа выполняются внутренними (рис 60) (с цилин-
дрической илн с комической опорной втулкой) илн наружными (рис 61)
(с цилиндрической илн с конической опорной втулкой).
79
Концевые опоры работают погруженными в перемешиваемую
жидкость, поэтому марки материалов, применяемых для трущихся пар
этих опор, должны быть коррознониоустойчивымн в перемешиваемой
Рнс. 61 Наружные опоры трении
валов аппаратов, а — с цилиндри-
ческой опорной втулкой; б — со
сферической опорной втулкой
среде В случае применения наружных опор трения следует преду-
смотреть нх смазку от внешнего источника В качестве смазывающей
среды может быть использован один нз компонентов перемешиваемой
жидкости, не содержащей абразивных включений и обладающей нан-
лучшнмн сматывающими свойствами.
Глава III
РАСЧЕТ БЫСТРОХОДНЫХ
ПЕРЕМЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Расчет быстроходных перемешивающих устройств
в большинстве случаев основан на решении задачи переноса, опреде-
ляемой в наиболее общем случае уравнением (52]
dcl&t = D-t&cldx*, (12)
в котором с — концентрация; т — время; х — расстояние; DT — коэф-
фициент турбулентной диффузии. Коэффициент турбулентной диффузии
определяется зависимостью [58]
DT=IF (|3)
нли уравнением Л Прандтля [58, 85]
DT ,dV/dx\. (14)
|де I — длина пути перемешивания; W'— абсолютное отклонение
скорости от среднего значения; dWi'dx — абсолютное значение гра-
диента скорости в направлении х.
Зависимости (13) и (14) позволяют решить ряд технологических
задач, связанных с явлениями переноса
15. Гидродинамика быстроходных
перемешивающих устройств
Целью гидродинамического расчета является определение основных
локальных иля осредиениых характеристик поля скоростей в объеме
аппарата, а также значений осевой н радиальной сил, действующих
на мешалку, глубину воронки и мощность шзремешнняния.
Поле скоростей в гладкостенных аппаратах. Поле скоростей в гладко-
стенных аппаратах является трехмерным [84. 126. 134] и характери-
зуется окружной (тангешшалыюй) wt радиальной Wr и осевой 117,
составляющими абсолютной скорости W На рнс. 62 представлена схема
движении жидкости в вертикальной плоскости аппарата (правая часть
рисунка). Сплошными линиями показаны траектории частиц жидкости,
имеющих равные скорости. В аппаратах такого типа W/ > 07 г н Wt>
> Wx, поэтому в рабочем пространстве преимущественно имеет место
окружной поток, в результате которого плоская поверхность жидкости,
обозначенная при л — О буквой П, прн п > 0 изменяется из-за образо-
вания воронки с профилем поверхности /7, Максимальное повышение
уровня у стенки аппарата обозначим через Л,; понижение уровня
жидкости в центре воронкн — через hv
В гладкостенном аппарате можно выделить ]18] зону /, где в диа-
пазоне О < Zr rfM
= 2ялг [ф. (2г^м)5 (2г/</м)» 4-1,0], (15)
81
и зоны 7/. где в диапазоне d* 2r < D
+ фа + 1.0) (2г)-*^. (16)
Зависимости (15) и (16) справедливы для быстроходных мешалок
сГо*= D/da^ 1,6. В них л — частота вращения мешалки диаметром
Рнс. 62. Схема движения потоков жидкости в гладкостенном
аппарате с быстроходной мешалкой (правая часть рисунка) в
двухзонная математическая модель (левая часть рисунка) этого
движения
<7И (4ч = ?гм): г — текущий радиус; ги — радиус мешалки; ф( н ф3 —
параметры распределения скорости, связанные между собой зависи-
мостью
Фя ®1— <М1 (17)
Для быстроходных мешалок значения Ф[ и постоянны и раины
Ф, — 0,5 и Ф, -*= 1.2в. Для тихоходных мешалок значения н Ф,
являются функциями критерия Гд. Эти функции могут быть представ-
лены в виде зависимостей
Ф1 = /(Го) н Ф,-НГо).
Для определения параметра ф, и, следовательно, параметра ф»
используется параметр гидравлического сопротивления
£ = ф(СмгиВец'2Е)-,-°. (18)
82
Здесь {.м — коэффициент сопротивления мешалки; г„ — число чеша
док на валу; Reu — критерий Рейнольдса, определяемый поформуле (4);
q> — параметр высоты заиольення Для аппаратов со свободной поверх-
ностью жидкости (Х< 1,0)
Ф=(8Я/О +1,0); (19)
для заполненных аппаратов (у. = 1,0)
ф«=(8Я/£> + 2) (20)
Зависимость (1?) позволяет найти параметр распределения ско-
рости фр так как коэффициент сопротивления мешалки Lt, входящий
в эту зависимости определяется по выражению
f 1 \ ->.о
t„ - 2А,кр Р*мюЧ ' I (2’5
\ о /
Здесь ,Мкр — крутящий момент на валу аппарата; р — плотность пере-
мешиваемой жидкости; <о — угловая скорость вращения вала; г*—
радиус мешалки: г— безразмерный текущий радиус мешалки; U’/ —
безразмерная окружная скорость жидкости в аппарате.
Параметры р, ш. 2и и гм при расчете аппарата задаются. Осталь-
ные параметры: МКр. £м< г и W/ — определяются по формулам:
AfKp - Л7(2лл); См Цгл; 7=г/г„; = Г//(2ллгм).
в которых N — мощность перемешивания, N — K,vpnaJM. л — ча
стота вращения мешалки; Ья — коэффициент сопротивления лопастей
мешалки; Ал — безразмерная высота лопасти мешалки, йл — hn ги
(hn — высота лопасти мешалки).
Отметим, что завзснмостн (15)—(18) и (21) получены в работах
[18—231 на « nonain и допущения о постоянстве поля скоростей в ап-
парате по его высоте Н. Такое допущение справедливо лишь для ин-
женерных расчетов, поскольку более точные исследования [26. 74]
его не подтверждают.
Для определения величин и t, используют экспериментальные
зависимости
C« = /(RcJ и Li =/(Кел),
в которых критерий Рейнольдса Исл определяется выражением
Rea — 2ялгыйл/у.
Опытные данные |У21 показывают, что при ламинарном режиме
обтекания лопастей функция Li — / (R л) лля всех типов быстроход-
ных мешалок описывается одной и тон же кривой. При Рел >• 300
для всех типов быстроходных мешалок Lt = const и L “ const Эти
значения для мешалок различных типов приведены в табл. 14.
Использование зависимостей (18) и (21) позволяет построить
функцию Е — f (tfj) (pr.c. 63), которая может быть использована при
расчете ф, и ф1
Значения окружных скоростей в зонах 1 н 1I (рис 62) исполь-
зуются в дальнейшем для технологических расчетов. В ряде случаев
83
2 Таблица 14 Основные характеристики мешалок
Тип иешалкв Ren it гравще режиме» *4 ^л *м Ki г »_£L rD“~ и
лямв- парного и пере- ходного переход» кого и турбу- лентного турбулеят» иого е со- хранением СПЛОШНОСТИ и турбу- лентного с нарушением СПЛОШНОСТИ
Трехлопастная 10’ 5 (10*+10s) 1,67.10’ 0,287 1,1 0,56 0.0028 3—6
Турбинная открытая 10 10’-10» 7,39-10* 0,44 3,5 8.4 0,0013
Турбинная закрытая 10’ 10’ 1,12-10» 0,263 1,31 4,2 0,0028
Шестилопастная 50 5-10’ 1.38-10» 0,58 2,5 3,0 2-4
Клетьевая 50 2-10’ — — — 23,5 3-6
Лопастная 10 5 (10+10*) 9,44-10‘ 0,345 2.2 0.88 1,5-2,5
а Трехлопастная эмалиро- ванная 10’ 5-10’ 1,7-Ю5 0,3 4.0 2,3 0,0013 1,5-3,0
Лопастная эмалирован- ная 2-10’ 5-10* В турбулентном режиме не приме- няются — 0,88 1.2
Рамная 10’ 10* 1.28 1,1—1,3
Якорная эмалированная 2-10’ 6-10* 1 28 0,0028 1,15
1.5
2,0
Якорная с наклонными лопастями эмалированная 10’ 5-10’ 1.0 0,0013 1,5-3,0
Рнс. 63. Зависи-
мость параметра
гидравлического
сопротивления £
от фр-
/ — для клетьс-
янх мешалок;
11 — для трсхло-
пасгпой, открытой
в эякрытой тур-
бинных. шестиле-
пестной, лопаст-
ной w лопастных
эмалированных
для Гд = 10; 8;
6: Б, 4; 3: 2; 1,5;
111 — для рам-
ных и якорных
эмалпрогмпиых
мешалок для
— 1.3; 1,25; 1.20;
1.15; 1,10; 1.05
86
целесообразно н< пользовать интегральные характеристики перемеши-
вания. В качестве такой характеристики может бьть принята средний
окружная скопость жидкости Wt Ср. определяемая по формуле [2 J
V, еР = V, ер/шг. = 0,4 (22)
где ~Wt ср—безразмерная средняя скорость; cf — коэффициент сопро-
тивления трепня жидкости о стенян аппарата; R — радиус аппарата.
Коэффициент с/ является функцией
Cf = f(Retr). (23)
В которой Rew Для Retp<2-101 зависимость (23) имеет
вид ,
е,= 21 Re^’-0; (24)
для Кед, > 10* она определяется выражением
Cj = 8Re^5. (25)
а в диапазоне от Re^, = 10’ до Rc^. = 10* может быть представлена как
С/ = 0,095 Re^0’25. (26)
Анализ зависимостей (22). (24) и (26) показывает, что при
Пе,р<2-10г н Rea, > 10* безразмерная средняя окружная скорость
изменяется незначительно. В инженерных расчетах для этих об-
ластей работы аппаратов может быть использовано выражение
Wi ср <=» const.
В переходном режиме, т. с- в диапазоне от Рещ и 2-10’ до Re^»*
«=> 10* для расчета функции Wf ej = f (Rev) следует использовать зави-
симости (22) и (25)
Глубину воронки г0 = Л, 4- ftj в гладкостенном аппарате находят
по формуле 1191
2q = 0,5n2d^Bg~(27)
в которой
в В.+Вз. (28)
где
В, = я sfi(l + ф2 + 0.8Ф| + °.57ф|ф2 4- О,33ф$ 4- 0,25ф>1);
в2 -<, (1 4- Ф14- Фа)2('«Л0 - R 2,°)-
Используя формулу (17). получим зависимость (рис. 6-1), в которой
В=Нф,). ’
Глубина воронки в гладкостеипом аппарате является одним из пара-
метров. ограничивающих частоту вращения вала мешалки. поскольку
прн частоте вращения Ппред. называемой предельной. воронка достигает
ступнцы. Прн этом начинает оголяться поверхность мешалки, увеличи-
вается колн”"~гио засасываемого мешалкой bi здуха н усиливается ви-
брация вала Для улучшения условий работы аппарата добиваются,
чтобы глубина воронки пе превышала значений, определенных неравен-
ством
Гл Лад. (29)
Значение лцгм.д находят методом последовательных приближений,
т. е. задают значения и, которые выбирают из ряда частот вращения
87
выходного вала мотор-релуктора (см. табл. 9), и поформуле (27) с ис-
пользованием зависимости (28) или данных, приведенных на рис. 64
определяют глубину г0, которая должна удовлетворять неравенству (29)
Этот метод может быть заменен методом расчета предельного значения
критерия Рейнольдса
%, пред = Рппред^м/Н-
Значения Кев.прсд. поданным работы [135], определяются из уравнения
ReB. пред = ОЛ (*ul)0'MGa°-B (1 - 10Ga~°,18)—0,5d~(30)
В этой зависимости критерий Галилея Ga определяется по формуле (7).
Для инженерных расчетов зависимость (30) может быть представлена
в виде Re„ пр.д'3 B3h^d^°-76Ga°'S, где коэффициент В3 для гладко-
стенных аппаратов принимают следующим для различных мешалок:
Трехлопастная................................0,53
В и иговд я ............................... о.*57
Лопастная...............................„ 0'53
Шестилепестная ........................... ° 0*44
Закрытая турбинная ......................... о*41
Открытая турбинная...........................о,35
88
Существенную роль в перемешнваннн сред играет циркуляция q
жидкости между зонами I и // гладкостенного аппарата, равная [2.
19, 23]
(31)
Для быстроходных мешалок коэффициент Кг определяется по зависимо*
ста
К,= К2еб’*Л, (32)
где Kt — коэффициент расхода (см, табл. 14),
т=1 +ф£+ф,. (33)
Отмстим, что в области над мешалкой в зоне П поток жидкости
qдвижется в осевом направлении снизу вшрх а в зоне/— сверху
вниз. За границу между этими эонами принимается цилиндрическая
поверхность радиусом гт. Значение гт = Гт/гя определяется по
функции rm f (Ф1). представленной на рнс. 65-
. Выражение (32) справедливо для случая, когда Амж <. du. Для всех
других случаев монтажа мешалки в корпусе аппарата (9]
<? = ?! +<?а.
где qlt qa — циркуляция жидкости соответственно в верхней н нижней
части аппарата (правая часть рнс. 62). При этом
9i'?t — Лм1/йм1-
Приведенные данные, характеризующие поле скоростей в гладко*
стенном аппарате, будут неполным! без данных о микромасштабном со-
стоянии потока жидкости в нем. Это состояние может быть охаракт< ри-
зовано интенсивностью турбулентных пульсаций в аппарате
(34)
Здесь Wt — абсолютное значение пульсационной составляющей ско*
роста жидкости (58], направленной перпендикулярно окружной ско"
роста жидкости Wi ср.
Значение е^. выраженное зависимостью (34), может быть определено
° соответствии с данными работы (31 ] по выражению
в котором 1Г1т — окружная скорость жидкости на радиусе гт.
Поле скоростей в аппарате с центральной циркуляционной трубой.
В аппаратах с центральной циркуляционной трубой быстроходная ме-
шалка 2 (рис. 66) создает в центральной трубе 3 осенаправленный поток
жидкости со скоростью Wt- В кольцевом пространстве такого аппарата
поток движется со скоростью W'K.
Мерой потока жидкости в аппаратах такого типа служит подача
мешвлкн
Q = K$«£. (36)
Мерой энергии, переданной перемешиваемой жидкости, служит
напор
Я - (37)
89
3
Рис. 65 Зависимость Га — / (ф,); Et — / (ifj н г,„ — [ (ф,)
Рнс 67. Универсальная характеристика Кн ™
= f (K«j) трехлопастных мешалок (а у 24° = const)
Рис. 66. Схема Движения жигкости
в аппарате с центральной циркуля-
ционной трубой:
/ — шиековея нсшалка; 1 — винтимя ые*
шелка: J центрзльяая труб»; С — кор-
пус annepjTt
В зависимостях (36) и (37) Kq и Кя — коэффициенты подачи и напора.
Учитывая зависимости (2), (36) и (37). получим Кя = К<?Кя
Мерей эффективности передачи механической энергии вращаю-
щейся мешалкой служит к >эффициеит полезного действия
Ч ‘ мг/мп,
где Nr, N„— гидравлическая и потребляемая мощность.
, =_£L
Ж
0,8 1,0 кв
f,2
0,8
&
О
0,2
0,4
0,6
Рис. 68. Универсальная
характеристика Кя =
= / (К^) трсхлопастных
мешалок (й = 0,3 =
= const), (верхняя часть
рисунка) и рабочая ха-
рактеристика Кя = /(Kq)
и т] = / (Kq) винтовой ме-
шалки (нижвия часть ри-
сунка)
В качестве характеристик мешалок, работающих в аппаратах с цен-
тральной циркуляционной трубой, используются зависимости:
Kv = /(K«); Кя = /(К«); n = f(KQ).
Характеристики трехлопастной мешалки с постоянным углом
наклона лопасти и переменной ее шириной ft= b/d* представ-
лены яа рнс. 67, с постоянной шириной лопасти b = 0,3 н переменным
92
углом ее установки а — на рнс 68. На обе» к рисунках линиями нане-
сены линии постоянных к- и. д.
Кривые, приведенные на рис- 67 и 68. могут быть использованы
также и для расчета ии<~илопэстных мешалок- поскольку в соответ-
ствии с данными работы 27] для мешал ж такого типа влияние числа
лоп 1<-тей г на характеристику незначительно.
На рнс. 69 приведена универсальная характеристика для вннтовых
мешалок с постоянным шагом винтовой линии р. Мешалкн этого типа
Рис 69. Универсальная хвоактсрнстикд Кя - /(Kq) дли dmi
тоьой мешалкн с постоянны; шагом винтовой липни (п,»
-= 123z К^К^25)
чаще всего применяются в ап [аратах с ..^игральной циркуляционной
трубе fl н герметическим приводом |1 59]. Винтовая мешалка чаще
всего используется в аппаратах с сальниковый) . торцовыми и другими
видами уплотнений. Рабочая характеристика bhitobcA мгшалкн с кры-
ловидным профилем .’опасти представлена на рнс 68.
Данные ис. 67- -69 ..случеьь* для воды прн i rt 20 Св случае со-
хранения сплошности потока, поэтому при расчете мешалок эти характе-
ристики должны рассматриваться как ориентировочные. При переходе
к I еальнгм условиям работы в эти характе) нстг кн следует вводить кор-
рективы для учета вязкости жидкости и нарушения сплошности потока.
Для этого в качестве первого рнближения может был ис гальзована
зависимость ЦО]
К<“2-83(£)/^ 36 ь
93
Здесь Kjy — критерий мощности, учитывающий влияние вязкости пере-
мешиваемой жидкости на коэффициент подачи Kq; <fr — диаметр цен-
тральной трубы (см. рнс. 66); f ® л dult = л/р (где р = t/d^ — шаго-
вое отношение; t — шаг винтовой линии).
При работе мешалок, установленных в центральной циркуляцион-
ной трубе, энергия, вносимая вращающейся мешалкой в поток переме-
шиваемой жидкости, характеризуемая функцией Кн = f (Kq). пол-
ностью диссипируется во всем объеме аппарата. Особенности диссипа-
ции энергии в аппарате выражаются функцией 2 Я = / (Q). Пересече-
ние этих функций определяет
рабочую точку О (рнс 70),
которой соответствует рабо-
чие расход Qp напор Яр.
Для построения рабочей
характеристики аппарат
обычно разбивают на отдель-
ные участки, например на
центральную циркуляцион-
ную трубу, кольцевое про-
странство, поворот из цен-
тральной цн кулнцнонной
трубы в кольцевое простран-
ство и поворот из кольцевого
пространства в центральную
циркуляционную трубу. Обо-
значив потерю энергии на
каждом нз этих участков
соответственно через ДЯг.
Д//,, Д//1 и ДЯ4. нетрудно
представить рабочую харак-
теристику аппарата в виде
зависимости
S Я = ДЯ1 + ДН, 4- ДЯ, + ДЯ4 = f (Q).
Для определения потери энергии Д/Д используется зависимость
ДЯ1 = 8Х.'/т<22/(я'^). (39)
Здесь X — коэффициент гидравлического трения; //т — длина централь-
ной трубы; g — ускорение свободного падения; О — расход жидкости.
Для Re < 2300 коэффициент сопротивления X определяется по фор-
муле Пуазейля
X»64/Re; (»Л)
для диапазона 4-10*< Re<; 10* — по формуле Блазиуса
X = 0,3164Re~°*2®Г (41)
для диапазона 4 -10» < Re < 3-10» — по формуле Кольбрука
X = (1,8Re — 1,52)"^-°. (42)
В зависимостях (40)—(42) Re определяется по выражению Re =
= ITjdrV-1 -°, В котором скорость жидкости в трубе определяется как
0.1274Q d~3-° Подставляя зависимости (40)—(42) в выражение
94
(39), можно получить величину Д//| практически для всех значений Q.
В случае необходимости при определении X для других, не представ-
ленных здесь режимов, следует использовать данные, приведенные
в работах |44, 58, 117].
Потерю энергии Л//, вычисляют по формуле
ДЯ2 - WiMJg (D - dtt) (I? - d’,)’],
где dn н D — наружный диаметр трубы и внутренний диаметр аппарата
(см- pile- 66).
Для ламинарного режима коэффициент X равен
Rebc = 4Q/[n (D 4- dn) v].
Зависимость (43) справедлива для R«oc < 2300.:
Для турбулентного режима коэффициент X в первом приближения
можно определять по формуле Блазиуса (41) с заменой в последней
величины Re на Reoe. Для уточненных расчетов коэффициент X опреде-
ляют по выражению
X-A2 = HIgRe«X0-s-B, (44)
значения'постояппых Л и В в котором являются функцией отношения
dn/D н для области работ со средними (Reoc^ 106) н высокими (Rcoc>
> 10*) значениями критерия Рейнольдса определяются по графикам
Л = [ (d^lD) н В = Г (dn/D), представленным на рнс. 71.
С точностью ±3,5% зависимость (44) может быть заменена эмпири-
ческим выражением (28]
X = (0,298 Re^’26 + 0.00316) [ 1 + 2 (dT1/D + 1 • КГ®)-0-07 Re^-38).
Потерн энергии Д//3 и &Я4 составляют
дя^о.-чХ^-’-0,
в котором Си — коэффициент потерь; (Г-р — средняя скорость, Й7ср =
=8Q (дО4)-1,0; коэффициент потерь определяется'в зависимости от
значения модифицированного критерия Рейнольдса ReM = U7cpD/v
и критерия формы Л (рис. 72), при этом
X = 4LDElD*. (45)
Здесь Dg — средний диаметр циркуляционной трубы. Dg=dr4-3
(где s — средняя толщина трубы, нмеющей наружный dn н внутренний
dT диаметры); L—расстояние от нижнего среза трубы до днища или от
иерхнего ее среза до крышки (см. рис. 72).
Данные, приведенные па рис. 72, показывают, что в тех случаях,
когда критерий X мал, а это соответствует малым расстояниям L, значе-
ние коэффициента потерь Gt не зависит от вида движения перемешивае-
мой жидкости. Для этого случая и при условии, что X =5 0,35.
Ск = 8Х~Ч
95
в
Q.95
1-3 в 7-10 - А = f Uf/D) для Rtoc <_ 10*: 10*;
10* я Rcw — 10*; 10»; 10*; JO»; 1—6 в 11—11 - В —
— I ldt : DJ ДЛЯ Reoc -«О’: «О*; 'О* • Reoc“ ,0‘; ,0*;
10» ж 10* 1321
96
С увеличением X коэффициент потерь ?к уменьшается и достигает
своего минимального значения tK mln= 2.6 при X т 0,65 (движение
жидкости из кольцевого пространства в трубу) и £к min 1.6 при Х&&
» 0,9 (движение жидкости из трубы и кольцевое пространство).
При дальнейшем увеличении X коэффициент £к из-за вторичных
потоке в начинает увеличиваться, поэтому конструирование аппаратов
такого типа с X > 0.7 нерационально.
Рис. 72. Зависимость коэффициента от X (кривые 1 и 2) и
от ReM (кривые 3 и 4):
О. •—жидкость движется им кольцевого лрострвистип в трубу,
а к А — жидкость движется из трубы в кольцевое простран-
ство Li 24)
При значениях X, обеспечивающих минимальное значение t,K и
Reu>- 2-10*, коэффициент фактически не зависит от Re« (кривые 3
и 4 па рис 72) и в сильной степени зависит от значения DgiD (рис. 73).
Данные, приведенные на рис. 72 н 73, справедливы для централь-
ной трубы, имеющей острые неаакруглспные кромки. Изменив формы
кромок, можно уменьшить значение коэффициента £к (табл. 15). При
этом оптимальное значение параметра Dr/D изменяется в пределах
0,55 <(О£/О)< 0,65.
В качестве параметра для сравнения коэффициентов центральной
трубы, имеющей различные формы кромок, принят относительный коэф-
фициент потерь
£ = Ск/£к. остр,
где Ск — коэффициент потерь для центральной трубы, имеющей любую
форму кромок; Ск.сктр — для трубы, имеющей острые кромки.
Поле скоростей в аппаратах, снабженных внутренними устрой-
ствами. Поле скоростей в аппаратах с внутренними устройствами
отличается от поля скоростей в гладкостеииых аппаратах.
4 Э. А. Васвльцов. В Г Уст.зков 97
Рис 73. Зависимость коэффициента от отноше-
ний DFJD и D/s для случая движения перемен, неяв-
ной жидкости из кольцевого пространства в трубу
(кривые /) и из тр)бы в кольцевое пространство
(кривые//) |124]
93
На рнс. 74 показано поле меридиональных скоростей {122]. пред-
ставляющее собой линии (правая часть рисунка) Е = const, прн этом
Е ~ «'/(ля dj.
Таблица 15. Зависимость относительного коэффициента
потерь С * оптимального соотношения диаметров (f>£ £>)опт
от формы кромок центральной циркуляционной трубы
На том же рисунке показаны изменение профиля радиальных скоро-
стей W г, а также идеализированный профиль меридиональных скоростей
«'г = f (г). Поле скоростей такого типа имеет место в аппаратах, обору-
дованных отражательными перегородками, геометрические размеры
которых выбраны в пределах, определенных неравен! твом (11) В стан-
дартных аппаратах геометрические размеры отражательных перегоро-
док обычно выбирают, используя верхнее значение этого неравенства,
т. е.
гп8П/О 0.5 (46)
Здесь х, — число перегородок; Ва — их ширина.
Другие внутренние неподвижные устройства, установленные в кор
пусе гладкостенного аппарата, так же как и отражательные перегородки ,
4* 99
оказывают влияние на структуру потока в аппарате. Экспериментальные
данные показывают, что это влияние будет идентичным влиянию отража-
тельных перегородок в тех случаях, когда комплекс
Фп - 2,5 ^fnH >1,0. (47)
Здесь — проекция суммарной площади всех внутренних уст-
ройств на плоскость, перпендикулярную окружному потоку жидкости.
Рнс. 74. Структура потоков в аппарате с отражательными перегород-
ками (правая часть рисунка) и модель этой структуры 5F, = f (г)
(левая часть рисунка)
В те* случаях, когда равенства (46) н (47) выдержаны, окружное движе-
ние жидкости в области мешалкн трансформируется таким образом, что
в остальной части аппарата [126]
W&W, н IF, » BZ,.
Мерой движения жидкости в аппарате с внутренними устройствами
может служить циркуляционная производительность в вертикальной
плоскости
4= [ V'tdr, (48)
100
где W', — текущая скорость жидкости в вертикальной плоскости апла-
рата, г — текущий радиус; г, — радиус, па котором lf ,cO (рнс. 74).
Отметим, «по для аппарата с четырьмя отражательными перегород-
ками 0,7 < < 0.8. Для аппаратов такого типа средняя скорость
может быть определена на основании подстановки зависимости
N = О.Б^лр/г^ср («)
в выражение (2) н при предположении, что 1117]
c/e>0,33Rc“°-2e, (50)
где Re = WcpR/v.
Окончательно получим [2]
Wcp = 0.55ял*и (гиСы)°-ж Я^Г°‘ЖГ^0‘Ы. (51)
Для аппаратов с открытыми турбинными мешалками в работе [137]
приводятся полученные экспериментально зависимости средней скоро-
сти 1ГСр и пульсационной составляющей скорости V
Уср = 1.4л^О-2/3Я-,/я; (52)
Г' = 0.73nd2tfl-2/3H~lf3“ (53)
Подставив зависимости (52) и (53)
в выражение (34) при условии, что
В7/ср = 1₽ср. в Wt = V’, получим ин-
тенсивность турбулентности для аппа-
ратов с отражательными перегородками
Ед, 5,1 = const.
Силы, действующие на лопасти
быстроходных мешалок. Вращение меша-
лок приводит к возникновению радиаль-
ных и осевых сил, действующих на ло-
пасти мешалок. Эти силы вызывают
изгибающий момент, который можно
разложить (рис. 75) на момент Mz. вы-
званный осевой силой Рг, и на мо-
мент Mt, вызванный окружной силой Pt-
При этом
Pt!Pt-.ct&a, (54)
где а — угол наклона лопасти.
Для лопастных, турбинных откры-
тых, турбинных .закрытых и клетьевых
мешалик Ря^0.
В безразмерном виде зависимость (54) определяется формулой
К г/Kt = etg а. в которой Кг = PJtpn* di) и Kt ™ Ptt(pn* di). Сила Pt
связана с моментом вращения МКр и мощностью перемешивания N соот-
ношением Pt - Л1кр/гг = 16.25Л/(ггя), в котором г — радиус приложе-
ния суммарной окружной силы, г — число лопастей мешалки.
Рис. 75. Схема сил, дей-
ствующих на лопасть ме-
101
Экспериментальные исследования {17, 129], обобщенные данные о
которых представлены на рис. 76, показывают, что коэффициент осевой
силы Кг является функцией Рец. Для аппаратов с отражательными
перегородками при Кец 300 коэффициент К, может быть определен
по выражению [129] Kz = A Rc“'-0, для Rcu>300 — по зависимости
Кя = Б = const.
Для винтовых мешалок А = 1.0 и Б 0,2, для шестилопастных—
Б ”0'45" Б—0.4».» Для трехлопастных (а = 24®) А — 8,0 н
Рис 76. Зависимость коэффициента осевой силы Кг от ’крите-
рия Rea для мешалки:
О-« для мешалки винтовой [171: д — шеетилопасткой (а •« 15 ) (21:
• — трехлопастной (а « 21°)
На рнс. 77 представлена номограмма для определения осевой силы.
Осевая сила, действующая на мешалку, работающую в центральной
трубе, приближенно определяется но выражению [81 ]
Кл«э0,08К//. (55)
18. Мощность перемешивания
Одной из главных задач, решаемых при конструировании аппара-
тов для перемешивания жидких сред, является задача нахождения мощ-
ности перемешивания N. Для решения ее необходимо определить диа-
пазоны областей работы мешалок различного типа. В первом приближе-
нии обычно предполагают:
а) ламинарный режим движения жидкости в аппарате существует
при значениях критерия Re4 ниже 80 или 300 (в зависимости от типа
мешалки);
102
Рнс, 77. Номограмма для определения осевой силы, действующей на
вал трсхлспастной мешалки
103
104
б) переходный режим движения
жидкости в аппарате существует при.
значениях критерия Rea от 80 (или 300)
до 103;
в) турбулентный режим движения
жидкости в аппарате имеет место прн
ReB > 10s.
Более точные значения ReB на гра-
ницах отдельных режимов движения
жидкости приведены в табл. 14.
Область кавитационных режимов
определяется неравенством Rea,>Rea,к.
в котором значение RcB. к. соответству-
ющее началу кавитации, выражается
зависимостью
Rea. х — du [До -|- fhui — Ри. п +
+ 4а/(3₽э)1°-в[0.5л2р2рХ
X (гБЬ^Кф-ЬО)]0-’. (56)
Здесь и—динамический коэффициент
вязкости сплошной среды; у — удельный
вес жидкости; рл — давление в газовой
полости аппарата; рн.п— давление на-
сыщенных паров; о — поверхностное
натяжение; Кл — коэффициент формы
лопасти (см. табл- 14); fc, — коэффициент
сопротивления лопасти; р — плотность
жидкости; Sh — критерий Струхаля;
Р3 — радиус кавитационного зародыша,
который изменяется [46, 531 от 3)0"*
до 4- 10*ь м.
В зависимости (56) критерий Rea
определяется по формуле (4), в которой
частота вращения мешалки л соответ-
ствует частоте, при которой в перемеши-
ваемой среде начинается кавитация. Кри-
терий Струхаля, входящий в форму-
лу (56). определяется по зависимости
Sh =A,fcx/(naMn). (57)
в которой ft — частота схода вихрей
с лопастей мешалкн; — ширина ло-
пасти мешалки.
Для плохо обтекаемых тел. к кото-
рым можно отнести и лопасти мешалки,
критерий Струхаля может быть опреде-
лен по выражению
Sh = 0,195(1 —20,1/Re).
в котором критерий Re в первом прибли-
жении может быть заменен на центробеж-
пый критерий Рейнольдса ReB.
105
8
№ кривой Тип мешалки Тал аппарата "7 Го W кривой Тип мешалки ’ Тип аппарата rD
I Двухлопастиая эмалированная ГладкостеивыО 1.2 11 1 Шестилепестная С отражатель* ними перего- родками 3-4
г 1,5 /3 Турбккпвя открытая Гладхостснпый с одной трубой передавливания диаметром <!/• ‘ifr - 0.04 3.33
г 2,0
4 Турбинке» открытая 3,0
К Гладкостей)! мп с дпумЯ)труОамн передавливания дяпматром tf(.. - 0,04
5
6 /5
7 Трсх.топвсткая эмалированная 5.0 16 С отражатеаТь- яымн перегород- ками 3-4
& 1.5 17
3 1,2 IS Шсстилппастиая Гладкоетенный 1.2-4.0
10 lai 11 Турбинная открытая 3.0
19 Двухлопастная i мал ировавиа я 1.2-2.0
4.0
и
s
5й иркаой Тип мешали» Тип корпуса «Ъ 1 1 j* кривой
1 Якорные и ранные эмалированные Гладкостсипый __ 2.0 1.5 а
9
3 1
19
3 1.15 U II
4 Винтовая о профилем ло- пасти упрощен ной формы (см. рис. 23) С отражатель- ными пере- городками 1.5-3.0 1 |
12
'• 3 Гладкоетеивый 3.0
1.5 13
с
1.5-3.0 14
1
Тип мешалки
Якорные
и рамные
эмалированные
Тип корпус*
Гладкостсниый
С отражатель-
ными пере-
городками
Клетьеаыв
Гладкостевный
Лопастные мешалки. Зависимость критерия мощности Ку от
критерия Рейнольдса Ren для лопастных мешалок показана на рис. 78.
Зависимости Ку — f (ReJ для двухлопастной эмалированной мешалки,
работающей в гладкостенном эмалированном корпусе без отражателей,
представлены на рис. 79.
Для ламинарного п переходного режимов графические зависимости
/ (Reu) могут быть заменены аналитическими выражениями:
Ку = З.бКе-1-0; (58)
Кд. = 7,0Reu®-5. (59)
соответственно показанными прямой 7 на рис- 78 п прямой 19 на рис. 79-
Трехлопастные, трехлопастные эмалированные и шестилопастиые
мешалки. Трехлопастные мешалки используются преимущественно для
работы в аппаратах, в которых ранее использовались винтовые мешалки.
Зависимость критерия мощности для этих мешалок представлена кри-
выми 3, 8, 9 и 10 на рис. 80-
Для ламинарного режима зависимость Ку = / (Rett) для трехло-
пастных мешалок может быть представлена выражением
Ку = 40Re-,’°1 (60)
соответствующим прямой 10 па рис. 80,
В отличне от стальных трехлопастпых мешалок трехлопастные эма-
лированные мешалки имеют лопасти, плоскость которых образует угол
90е с плоскостью их вращения. Это отражается на ходе функции Ку ==
— I (RcJ, представленной кривыми 7—9 на рис. 79 для различных зна-
чений симплекса Го-
На этом же рисунке кривой 12 для турбулентного н прямой 18 для
ламинарного режима представлена функция Кц f (Rcj для шесгн-
лопастиой мешалки. Нетрудно надеть, что в области ламинарного ре-
жима указанная функция может быть заменена аналитическим (прямая
18 на рнс. 79) выражением
Кд, = 50ре~1,0. (61)
Винтовые мешалки с лопастямп профилированной формы и с ло-
пастями постоянной толщины. Зависимости Кц — f (Reu) для винто-
вых мешалок с лопас- емн профилированной формы представлены иа
рнс. 80 кривыми 4— 7, причем для ламинарного режима, независимо
от симплекса Гр, графическая зависимость Кц= f (ReJ может быть
заменена аналитическим выражением (60).
Для винтовых мешалок упрощенной формы (см. рнс. 28) зависимости
Ку = f (Кец) представлены кривыми 4—7 иа рнс 81. В области переход-
ного режима зависимость Ку = I (Я₽ц) ДЛЯ мешалок такого типа может
быть представлена (прямая 7) аналитическим выражением
Ку = 10Rc-°'B. (С2)
В тех случаях, когда винтовая мешалка устанавливается в цен-
тральную циркуляционную трубу, для определения мощности перемеши-
вания необходимо использовать значение Ку. представленное кривой 6
на рис. 80, или использовать данные рис. 67,68 и 69, в соответствии с ко-
торыми для выбранного режима работы и для сред, вязкость которых
близка к вязкости воды, знлчеппе Ку определяется формулой Ку =*
= КуКО»г’-0.
112
Турбинные открытые к закрытые мешалки. Зависимости Ку=*
= I (Reu) Для различных областей работы открытых турбинных меша-
лок показаны на рнс. 79, на котором прямой 17 представлена завис имость
для ламинарного режима работы. В аналитическом виде прямая 17
определяется теоретической формулой
KN • (77 + 93) Re“10. (63)
справедливой для гладкостепных аппаратов, нижннй предел которой
определен в работе (1231, а верхний — в работе [78].
В турбулентной области (10s RcQsS 2-10*) для определения
критерия мощности Ку гладкостенных аппаратов может быть использо-
вано выражение [78] (кривая 10 рнс. 79)
Ку = 14,5Вец-эт, (64)
применимость которого ограничена условиями (29) и (30).
Увеличение частоты вращения мешалки, работающей в гладкостей-
ном аппарате, приводит к возникновению воронки, увеличению поступ-
ления воздуха с поверхности в перемешиваемую жидкость и резкому
снижению критерия мощности Ку.
На рис. 79 это снижение показано штриховыми кривыми -1 (Ren «
» 2270 и Ga = 9.65 10е), 5 (Reu « 5820 и Ga= 7,40-107) н 6 (Нец т
«/37 200 и Ga= 4.8010»).
Наличие отражательных перегородок меняет характер движения
жидкости в аппарате, что влияет на изменение функции Ку = f (Ren)
в турбулентной области и ие влияет на ее изменение в ламинарной.
Однако и одной из последних работ [123] показанс. что при ламинарном
режиме движения поле скоростей за перегородками имеет сложную
структуру, приводящую к изменению функции К.у “ f (RcB). в резуль-
тате чего эта функция может быть представлена аналитическим вираже
инем (прямая 16 на рис. 79)
Ку = 145Re-’.°, (65)
отличающимся от зависимости (63). Зависимость (65) ограничивает диа-
пазон предельных значений величины Ку подтвержденных опытными
данными.
В турбулентной области (Reu > 10») для аппаратов с отражатель-
ными перегородками критерий мощности K.V не зависит от критерия
Рейнольдса Re„
Ку = 6,4 const, (66)
что показано прямой 15 на рис. 79.
Клетьевые мешалки. Зависимость Ку f (Reu) для клетьсвых
мешалок представлена на рис. 81 кривыми 10—И. Прн этом в ламинар-
ном режиме работы (прямая 10) эта зависимость может быть представ-
лена аналитически в виде формулы
= 38ORe~1,0, (67)
а в турбулентном (аппарат с перегородками, прямая 7/ на рис. 81) —
выражением
Ку = 16 = const.
Влияние внутренних устройств иа мощность перемешивания.
Введение в поток перемешиваемой жидкости различных элементов изме-
няет значения функции Ку — f (Rej. Эти изменения определяются
113
площадью внутренних устройств. встраиваемых в аппарат. В тех слу-
чаях, когда значение комплекса Фп. зависящего от суммарной поверх-
ности внутренних устройств £fBH [формула (47) J. превышает единицу
или когда зависимость (47) справедлива, величина K.V не зависит ст
Reu (Kv = const) н определяется вишь значением Го Для аппаратов
у которых зависимость (47) нс выполняется, а значения f>Ku.D, ограни-
ченные неравенством (11), оказываются меньше 0,4, функция Кдг—
= f (ReJ располагается между кривой, полученной для глцдкостеиного
аппарата, и прямой, г /лученной для аппарата с отражательными пере-
городками. Эго иллюстрируется кривыми 13 и 14 на рнс- 79. показываю-
щими изменение функции Кл -/ (R^u) прн введении в гладкостсипый
Рнс 82. Зависимость
Кдг =* для ап-
паратов с отражатель-
ными перегородками
аппарат с открытой турбинной мешалкой одной (кривая /3) пли двух
труб диаметром d( <=* 0.04<fM (кривая 14).
Аналитическое определение критерия мощности Кд». Зависимости,
представленные на графиках рнс. 78—81, позволяют определить значе-
ния критерия мощности для аппарата, оборудованною центральным
валом с одной установлен вой на этом палу мешалкой. При этом отноше-
ние диаметра аппарата D к диаметру мешалки должно находиться
в пределах изменения симплекса Гд>. В тех случаях, когда критерий iео-
метрнческого подобия вновь создаваемого аппарата отличается от ана-
логичных критериев экспериментальной установки, величина критерия
Kjy определяется расчетным путем:
K.v = 4kKi. (68)
Здесь коэффициент Си находят по формуле (18) или по данным табл. 14;
безразмерный коэффициент Ki является функцией ф, и (см. рис. 64)
)(ля трехлопастных, винтовых, открытых и закрытых турбинных
шестнлопастных, лопастных стальных и эмалированных мешалок коэф-
фициент Kj равен
К, = 0,1 + 0,222ф,фа 4-0,125ф|;
для клетьевой мешалки
K^Ch+ф»)*. (69)
Значения К! для мешалок быстроходного типа могут быть также
определены по кривой Kt = f (Ф4, представленной на рис. 64. Наличие
кавитации,_ сопровождающейся нарушением сплошности потока пере-
мешиваемой жидкости, приводит к тому, что в аппаратах с отражатель-
ными перегородками зависимость Кдг — ronst (прямая / на рнс. 82) для
Re4l> Req. к преобразуется в функцию Kv = / (₽ец). Это изменение
на кривой Ку= f (Ксц) начинается от точки A((Reaf 1 Reu. к).
Первоначально развитие кавитации не отражается на ходе кривой 2
Kv = f (К₽ц). которая лишь незначительно отличается от зависимости
114
Kjv = const (штриховая линия 3) до тех пор, покв в объеме аппарата не
возникнут условия для лавинообразного возникновения кавитационных
каверн. &ги условия на зависимости Кд< = / (Reu) отмечены точкой А 3,
соответствующей критерию Рейнольдса Reu, м. При значениях Re4i >
> R е0. К1 значения Kv уменьшаются по закону
КЛГ< = 1 .ЗКд, тэтЛ - 0,15К, ^R^Re-M*. (70)
где Клг турб — значение критерия мощности для Рец * Re^
Падение функции Кдгтурб имеет место вплоть до значений Rcu.ki
(точка Ад). При Ксцг>₽ец.|с имеем Kv ==• (0,8-^-0,85) K4vryp6M const
Область, внутри которой возникают, получают развитие и достигают
насыщения кавитационные явления, определяется соотношениями [46]:
Req. к i = 2Reo к и Иец. к 1 — 3Rett. к-
Пример 1. Выполнить расчет характеристик гладкостей кого аппарата
с быстроходным и мешалками.
Данные для расчета: 1. Диаметр аппарата D = 2,4 2- Высота запол-
нения аппарата ff —* 2,8 м. 3. Число мешалок на валу zM — I- 4. Тип мешалки —
турбинная открытая, б Коэффициент «• 8О4 6. Частота пращеиня мешалки
п —’ 2,08 об/с. 7. Диаметр мешалки выбирается из ряда, приведенного в
ОСТ 26-01-1245—75 (671: <fM = 0.8 м. 8. Заглубление мешалки = 2.0 м.
9. Рабочее давление среды — 3,2 МПа. 10. Плотность среды р 1 0е кг/м*.
II. Кинематические вязкость среды V “ 2-10“* м*/с.
Расчет характеристик аппарата:
1. Симплекс геометрического подобия rD == d^/D “ 2.4/0.8 ® 3,0.
2. Центробежный критерий Рейнольдса по формуле (2) Р«ц = 2,08 X
X 0,8*/2-Ю-*а=6.7-10*. Для приближенных расчетов Кец можно определить
по номограмме, представленной на рнс. 83. Так как 6,7- 10а. то аппарат
работает в кавитационном режиме. Найдя PDng по формуле (58), определим,
что Re < ₽ец к- Следовательно, в аппарате существует турбулентный режим
с сохранением сплошности.
3. Параметр высоты заполнения Ф по формуле (20) илп (19) Ф =
= 8- 2,8/(2.4 + 1.0) ‘ ID.3.
4. Параметр гидравлического со проги влеки я по формуле (18) Е «=
= 10.3/18,4 - 6.7-10*)0,25) = 0.0425.
5- Параметр распределения скорости Ф< по кривой Гр“30 для от-
крытых турбинных мешалок не ряс. 63 ф, •— (—0,3)
6. Параметр распределения скорости по формуле (17)^»—0,5—
— 1.25 (-0,3) — —0,125.
7. Параметр глубины воронки по формуле (28) илн по кривой а — / (ф»)
ва рис. 64 В 12.
8. Глубина воронки по формуле (27) te=0.5-2,O8*- 12-0.8/9.8I*3 1.73 м.
9. Условие безопасной работы аппарата выполнено, так как по фор
мулг (29) 1.73 < 2.0 м. В случае невыполнения этого условия необходимо
изменить принятые характеристики аппарата и мешалки, уменьшив, папрн-
меро частоту вращения вяла л или диаметр мешалки rfM. и повторить расчет.
10. Коэффициент определяется по формуле (69) или по графику Ki =
= t <Ф1) на рнс. 64: К, = 0.019,
11 Критерий мощности Кд, находят по формуле (68): Ку «= 4-8,4 X
X 0.019 = 0,64 или по кривым, приведенным на рнс. 79 для значения
определенного в пункте I на стоящего расчета. Для «= 3.0 по кривой 10
для Кец — 6,7-10* значение Ку 0,70.
12. Мощность перемешивания по формуле (2) # = 0,7-1000-2.08*-0,8 »
» 2080 Вт *- 2.06 кВт
Для приближенных расчетов определение мощности перемешивания
по известным значениям Клг, л, <fM н р может быть осуществлено по номо-
грамме, представленной па рис. 84.
115
116
Рис 84. Номограмма для определения мощности перемешивания Л\
Стрелками на рисунке показано определение N для примера 1
117
Для аппаратов с отражательными перегородками (2] критерий мощ-
ности находят по формуле
K.v — 4£ы?мКп> (71)
в которой безразмерный коэффициент мощности КП определяется функ-
цией Кп = I (П), где параметр П выражается зависимостью
П = 2ГолпЛ„См 1,Оай,п D/(D + 2fin). (72)
Функция Кп" / (П) для быстроходных мешалок представлена
Рис. 85. Зависимость коэффициента мощности Кп от параметра п
в формуле (72):
I — для клетъевых рамных мешалок: 2—для лопастных, трех ло-
пастных, шестилоплстяых. открытых закрытых турбинных мешалок.
Стрелками на рисунке показано определение коэффициента мощности к,,
по значению П для примера 2
Пример 2. Выполнить гидродинамический расчет аппарата с отра-
жательными перегородками.
Данные дай расчета по пунктам 1—4 в 6—II аналогичны атам желанным,
приведенным в примере I. 12. Число отражательных перегородок тп •= 4.
13. Высота отражательных перегородок Лп = 2 м. 14. Ширина отражательных
перегородок В„ — 0,24 м.
Р .4 с чет характеристики аппарата с отражательными перегородками.
1. Значения Гр. Re^ и ф принимаются равными аналогичным значениям,
полученным и примере I.
2. Осреднениое значение скорости и* определяется по формуле (51):
«'ср — 0.S5-3.I4-2.08-O.8-|°-36-8,<°-ав 10.3~°-э6(6,7 • IO6)0-09-3.0-®-64 —
1,65 м/с.
3- Параметр П определяют по формуле (72): П««2*3-4.2-В.4”’.О х
X 1.0—,-0-2,4— * °’1п 2,4/12.4 + 2-0.24) = 0.53S.
4. Коэффициент мощности К,., - предсляется по кривой 2 на рнс. 05.
5. Критерий мощности Кд/ определяется по формуле (71): Кд — 4 X
X 8,4-1.0-0.14 4.7.
0. Мощность перемешнявния N » 4,7-1.0. IО’-2.08’- 0.8* = 14 000 Вт «•
— 14 кВт
Для определения критерия мощности аппаратов с внутренними уст-
ройствами с лопастными, винтовыми, турбинными закрывши и турбин-
ными открытыми мешалками следует использовать зависимость
Kv “ Kvo + Кеи (0.7?m?m - K.V.), (73)
118
а для аппаратов с клетьевымн мешалками — выражение
Ку « Ку» -f- Каи (>м?м — Ку«),
в которых Квк •= / (Фп); Ку0 — критерий мощности для гладкостенных
аппаратов, определенный ранее; Квв = f (Фп) — функция, представ-
ленная на рис. 64.
Суммарная проекция площади внутренних устройств £гВя на плос-
кость, перпендикулярную окружному потоку, определяется:
для труб
2 Fан = Гтр^трЛтр, (74)
для пластинчатых элементов, установленных наклонно под углом а
к окружной скорости жидкости Wt.
£ F-ir = 2пл®плйпл cos ОН (75)
для секционных змеевиков
2 Feu = (76)
для концентрических змеевиков и кольцевых барботеров
(77)
В зависимостях (74)—(77) Zyp, гпя z1H—соответственно число
труб, пластин и змеевиков, установленных в корпусе аппарата; dTn и
d3M—диаметр трубы и змеевика; «пл—ширина пластины; йЗЫ1 пгр
и firm — высота змеевика, трубы н пластины, опущенных в перемешивае-
мую среду; Озм — диаметр змеевика (см. рнс 58 и 59)
При расчете площади проекции внутренних устройств необходимо
учитывать наличие конструкционных элементов, крепящих эти устрой-
ства к внутренней поверхности корпуса аппарата
Для случая, когда Фп >1,0, расчет аппарата осуществляется по
зависимостям, справедливым для аппарата с отражательными перего-
родками.
Пример 3. Рассчитать аппарат с внутренними устройствами.
Лунные для расчета по пунктам 1— II аналогичны данным примера 1.
12. Количество тоуб = 3. 13. Диаметр труб d . = 0,05; d—, « 0,06;
d^j -» 0,08 м. 14. Высота труб «• 1.0; — 1,25; A.pJ = 1,5 м. 15. Ко-
личество змеевиков гэн в 2 16. Высота змеевиков ЛЗЫ1 — 1.0 в 5SHJ "" 1.2 м.
17. Диаметр труб змеевика d3KJ » dSMJ « 0.0S м 18. Диаметр змеевика
djmi “ djmi “ °-05 “•
Расчет гидродинамических характеристик
1. Суммарная площадь внутренних устроЛств находится по формулам (75)
(76): £ FB„ = 2 (1,0-0.06 + 1.25 0.06 + l.S-0.08) 4- 2-2 - 0,05-0.5(1.0 4-
+ 1.2) — 0,71 м*.
2. Параметр Фп определяется по формуле (47): Фп = 2,4-0,71/2 4* —
~ 0.308.
3. Параметр К^ч определяете* по графику Квв —• / (Фп> на рис. 64.
Для значения Фп. равного 0,308, елачкнв Кдд равна 0.7.
4 Критерия мощности Ку определяется по формуле (73). При этом
значение Куо рапное 0.64. принимается аналогичным расчету, выполненному
в п. II примера I; значение 0ы «= 8,4 принимается аналогичным значению, при-
веденному в пункте 5 дачных дли расчета примера 1; значение гн = 1,0 при-
нимается аналогичным значению, указанному в пункте 3 давпмх для расчета
примера I Тогда Ку — 0.64 4- 0 7 (0.7- 8.4 1 — 0.441 — 4,3.
5. Мощность леремешкиання определяется по формуле (2): N =* 4,3 х
X lO'-Z.OS’-O 8* — 12 800 Вт *=> 12,8 кВт.
119
Мощность перемешивания дисперсных систем. Под дисперсной си-
стемой в гидродинамике перемешивания понимают жидкую подвижную
среду представляющую собой смесь, состоящую нз двух или трех фаз.
Мощность перемешивания дисперсных систем отличается от мощно-
сти перемешивания гомогенных жидкостей как из-за изменения плот-
ности и вязкости, так и из-за изменения условий обтеканнз Лопастей
мешалок и неподвижных элементов аппарата.
Одной из основных характеристик дисперсных систем является объ-
емная доля дисперсной фазы <р. представляющая собой
ф«Уф/(Уф + ус), (78)
где Уф — объемная доля дисперсной фазы, дискретно распределенной
в сплошной фазе объемом Ус.
Для всех видов дисперсий их плотность р определяется плотностью
дясперсной фазы рф. плотностью сплошной фазы ре и величиной <р
Р = ФРф + (1 -ф)Рс- (79)
Динамическая вязкость дисперсии р дли суспензий (система твер
дое тело—жидкость) для <р^ 1 определяется по формуле
У = Нс (1 + 2,5ф). (80)
дли фЗа 1.0 — по зависимости
Р“РсО+4,Бф), (81)
где р-е — динамическая вязкость сплошной среды
Динамическая вязкость дисперсий р для эмульсий (система жидко-
стей, не растворимых одна в другой) для ф С 0,3 определяется по равен-
ству
P = lk: (82)
для ф > 0,3 и Цс -с: рф
Р~Рс(1 --ф)“1,0(Рс + н>)*1,°(Нс + РФ (1 —6ф)]; (83)
ДЛЯ ф > 0,3 И |к 5^1ф
Р = Ik (I - ф)-,>0 (Ik + Рф)~''° [Ре + РФ (1 - 1 .бф)J. (84)
В приведенных зависимостях рс и рф — соответственно динамиче-
ские вязкости сплошной среды и дисперсной фазы.
Динамическая вязкость р взанмосмешивяемых и взапморастворн-
мых одна в другой жидкостей с динамической вязкостью р t н ра для слу-
чая ра > 2ра определяется по формуле
Р " Pi. (85)
т. е- определяется значением динамической вязкости более вязкой
жидкости. Для случая ра < 2ра динамическая вязкость р опреде-
ляется по формуле
Р = рГ"’,Р?. (86)
в которой ф определяет объемную долю какой-либо нз жидкостей в об-
щем объеме, т. е.
ф-MVi+y,.). (87)
в которой V, и Уа — объемы жидкости-
Плотность взинморастворнмых и вэаимосме шнваемы х жидкостей
будет
Р = ФР1-Ь(1 —Ф) Рз.
120
где ф находят по формуле (87); р, н ра — соответственно плотности
жидкостей.
Представленные здесь выражения для динамической вязкости р и
плотности р рассматриваемых систем позволяют по зависимостям Клг =
*= / (Rcn) и формуле (2) определить мощность перемешивания, так как
значение ф в этих случаях фактически не влияет на гидродинамическую
структуру перемешиваемых сред-
Для случая перемешивания газожидкостных систем мощность пере-
мешивания определяется более сложными зависимостями. Эти зависи-
мости отличаются друг от друга для аппаратов, работающих в лами-
нарном, переходном и турбулентном режимах движения жидкости.
Прн этом учитывают, что каждый режим осложняется наличием газовых
каверн, которые могут существовать в виде мелкодисперсной фазы,
в виде изолированных газовых каверн *, в виде слившихся газовых ка-
Т а блиц а 16. Коэффициенты С, т, Кг1, Кп в уравнении (88)
Л с m «п
<8 От С до 20 >20 (азахлсбы- ванне>) 1,23 0,59 0,42 — 0,7 -0,16 (и. м012 0 (В Рс)0-023 (fv'pe)0-013 0 69 4- 3,23 X , , o.oip/p- ХМ'с) е 0.75+ +27,8Х xio’rj, 0,91 + +33,3 X X о-»гь 1.0
ц — вязкость гяэожндкосткой сметены: Цс — вязкость сплош- ной фазы.
верп и в виде единой газовой каверны, полностью охватывающей пере-
мешивающее устройство. Из-за сложности движения жидкости в аппа-
рате расчет мощности перемешивания газожидкостных систем явлиется
приближенным. Критерий мощности перемешивания Кдгг этих систем
° турбулентной области движения жидкости в соответствии с формулой
(9) может быть определен как
В этой зависимости параметр снижения мощности Е газожидкостных си-
стем в соответствии с данными работ 193, 96) определяется зависимостью
Е = C4mKriKr,. (88)
В зависимости (88)
„ 0.21лД®16 п.
Л = (<?г₽сп/о) ы (Я/О)0-4;
С Кп и Кп — коэффициенты, определяемые по данным, приведенным
в табл. 16; о — поверхностное (межфазное) натяжение.
* Изолированные газовые каверны существуют в аппарате при усло-
вии (124). что Кг= >0,017.
121
На основании данных [93, 96, 124, 1251, касающихся исследова
ния функции Е = / (К,), для случаев Гд > 3,0 можно записать:
Е = ! — 1,2КГ; (89)
Е=0,6—1,4Кг. (90)
Зависимость (89) справедлива в диапазоне 0 < Kr 0,04, а зави-
симость (90) — в диапазоне 0,04 < Кг^ 0,25. Эти зависимости могут
быть использованы в качестве первого приближения при расчете вели-
чины £.
17. Вааимораотвормиые
и вааимосмешиваемые среды
Перемешивающие устройства обычно используются для проведе-
ния различных технологических операций (см. рнс. 1). Одной из них
является перемешивание азаиморастворнмых и взанмосмешнваемых
сред с целью достижения заданной степени относительной неоднород-
ности концентрации вещества илн температуры ту среды > объеме
аппарата V за время т (время гомогенизации) меньшее чем время пребы-
вания среды в аппарате. Предельным состоянием перемешиваемых сред,
достигаемым за время т -* со, является получение гомогенной среды.
Под гомогенной в данном случае понимается среда, имеющая во всех
своих дискретных точках одинаковые физические и химические харак-
теристики. Мерой отклонения перемешиваемой среды от гомогенной
могут служить максимально возможные отклонения местных (локаль
них) концентраций АС или температур АТ от их средних значений Сср и
Ten, причем
АС = |Сср-С|; (91)
АГ = | Тер — Г (92)
В зависимостях (91) н (92) С и Т —дискретные значения концен-
трации н температуры.
Относительная величина неоднородности концентрации вещества
определяется по формуле
t)c — hClCjp - | Сер С |/Сср = 1 — С, Сер,
а относительная величина неоднородности температур — по выражению
Пт = АТ/Тср = | Тер — Г |/Тер = 1 - Т/Тср
илн
1 — t)c = С/Сср Н 1 — ту = Г!Т<ф.
При этом средняя концентрация вещества Сср в аппарате опреде-
ляется по формуле
Сср = С/Уж. (93)
в которой G — масса компонента, введенного в аппарат, заполненный
жидкостью, объем которой равен Уж.
Гомогенизация. Гомогенизация как процесс перемешивания харак-
теризуется изменением концентрации одного вещества в другом. При
этом (рнс. 86) в начале процесса продукт At распределен в продукте As
таким образом, что концентрация продукта постоянна н равна Ct.
В момент времени ти в аппарат загружают дополнительную порцию
продукта А1, в результате чего в точке ввода этого продукта местная
концентрация С< становится максимальной. В результате колебатель-
122
кого процесса концентрация достигает в конце процесса (время тк) зна-
чения, характеризующегося заданной степенью неоднородности Яс-
11 з рнс. 86 буквы А и Б соответствуют максимальному Ct шм и ми
ннмадьному Ct mm локальным значениям массовой концентрации веще-
ства At в аппарате, а В — его среднему^Сср значению, определенному
при т -»оо.
В периодически действующих аппаратах в качестве меры, опреде-
ляющей однородность перемешиваемых сред, может быть использована
эавн. нмость
Ч = Crmin/^cpi
где я — коэффициент однородности; Ct mtn— минимальная концентра-
ция, Со, — средняя концентрация вещества, определяемая по формуле
03)
Рн<. 86. Изменение концентрации С в функции времени т
(ти — начало процесса — ввод веществ в аппарат; тк — ко-
нец процесса)
Для перемешивания взапмораствориыых и взанмосмешнваемых
жидкостей используются различные типы быстроходных и тихоходных
мешалок (табл. 17). flpu выборе мешалок предпочтение отдается мешалче,
обеспечивающей прн минимальных энергетических затратах заданную
степень однородности вещества за меньшее время.
Гомогенизация жидких сред в аппаратах с отражательными, пере,
городками характеризуется временем т выравнивания концентраций,
величина которого пропорциональна объемной мощности перемешивав
ння в и симплексу геометрического подобия ГЬ В общем случае для опре-
деления времени гомогенизации т используют выражение
гп С’ = conit, (94)
в котором постоянная величина Сх определяется типом мешалки.
В более общем виде зависимость (94) имеет вид
«пГд2‘° «= Ст = const. (95)
Значения постоянной С, представлены в табл. 18.
Таблица 17. Рекомендуемые типы мешалок в зависимое)н
от назначения аппарата
Назначение аппарата Рекомендуемы* тип аппарата Рекомендуемы* тап мешалок Гидродкивмя- четкий режим
Смешивание вз анмор ас- ткорнмых жидкостей, в том числе при наличии химической реакции Без отра- жательных перегородок Трех лопаст- ная, шесткло- пастяая. лопаст- ная, клетьевая, турбинная откры- тая, лопастная и трехлопастпая эмалированные с наклонными ло- пастями Турбулентный
С циркуля- ционной гру- бой Трехлопастпая, шестилопастная, винтовая с по- стоянным шагом винтовой линии
Ламинарный
С циркуля- ционной тру- бой млн без нее Ленточная, шнековая, рам- ная, ленточная со скребками *, якорная эмалиро- ванная
Перемеши- вание диспер- сий в системе твердое тело— жидкость, в том числе для растворе- мня или про- ведения ре- акции С отража- тельными пе- регородками или без пих •* Лопастная, шс стилонасшая, клетьевая, ло- пастная. эмалиро- ванная, трсхло- пастная эмалиро- ванная с наклон- ными лопастями Турбулентный
С циркуля- ционной тру- бой Трсхлопастиая, шести л оп зстн ая, винтовая с по- стоянным шагом винтовой линии ♦
Ламинарный
С циркуля- ционной тру- бой нли без нее Ленточная, шнековая, лен- точная со скреб- ками *, якорная эмалированная
124
Продолжений табл. 17
Назначение аппарата Рекомендуемый тип аппарата Рекомендуемый тип мешалок Гидродинами- ческий режим
Перемеши- вание диспер- сий в систем0 жидкость- жидкость (не- смешивающие- ся одна в другой жид- кости). в том числе для ин- тенсификации ыассообмена прн наличии химических реакции С отража- тельными пе- регородками Турбинная от- крытая, шести- лопастная, клетьевая Турбулентный
С отража- телями Трехлопастная эмалированная
С циркуля- ционной тру- бой Трехлопастная, шести л спасти я я, винтовая с по- стоянным шагом винтовой линии
Ламинарный
С циркуля- ционной тру- бой или без нее Ленточная, шнековая, лен- точная со скреб- ками *. якорная эмалированная
Перемеши- вание диспер- сий в системе газ—жид- кость, в том числе для ин- тенсификации массообмена при наличии химических реакции • С отража- тельными пе- регородками Турбиннзя от- крытая н закры- тая клстье- вая 1 Турбулентный
С отража- телями Т рсхлопасткая эмалированная прн 1,5
С циркуля- ционной тру- бой Трехлопастная, шести лопасти ая, винтовая с по- стоянным шагом винтовой лиПИП
Ламинарный
С циркуля- ционной тру- бой Шнековая
Без цирку- ляционной трубы Якорная эма- лированная, лен- точная со скреб- ками
126
Продолжение табл. 17
Назначение аппарата Рекомендуемы? тип аппарлта
Перемешн С стража-
ванне днепер- тельными пе-
снй в системе жидкость- жидкость (не- смешн кающие- ся одна в другой жид- кости), в том числе для ин- тенсификация массообмена при наличии химических реакций рсгородками
Ргком с Вдуем ы й тип мешалок Гидродинами- чески । режим
Трехлопастная, шести л опас п( ая, лопастная, клстьевая, тур- бинная открытая винтовая, винто- вая с постоян- ным шагом вин- товой липни Турбулентный при наличии разрыва сплошности, вызванного кавитацией
Применение рекомендуется только при наличии кхтемсиа-
иого теплообмена.
Применение аппаратов без отражательных перегородок для
суспендирования частиц» плотность которых меньше плотности среды,
хе рекомендуется.
••• Примевенне рекомендуется только составе узлов, исполь-
зуемых для всасывания газа ь жидкость.
В работах [37, 127, 132) на основании анализа значительного
количества опытных данных показано, что зависимость (94) представляет
собой функцию
тл.= /(Нец). <96)
Для винтовых мешалок в диапазоне Rea^ 10* функция (96) может
быть заменена выражением
тл = 2-!0* * 3 *Re^°’8, [(97)
а в диапазоне Rea>210*—'зависимостью (94). в которой Сх =
= 87.7 = const.
В случае применения открытой турбинной мешалки в аппарате с от-
ражательными перегородками нестандартного типа зависимость (95),
п соответствии сданными работы (114 ] для 10s > Reu > 1,0 может
быть заменена выражением
тлГд‘'® ЗР^-’Я^б-0-6 *,
а для 10* sg Rea < 10* — зависимостью ’}
тлГ„'-5 = 3HDe-0«BA^’b-®-JRc-1'0,
в которых а = 0,25 (HD~|-°— 1); hy, — расстояние от осн мешалки до
на аппарата (см. рис. 62,, b — высота лопасти мешалки.
126
Таблица 18. Знамен ня
постоянной Сх
»Т»ш мешалки Ct ДЛЯ аппарата
гх«дкост«ияого | с отражатель- ными перего- родкам я
Т рехлопаст- иая 170 10
Винтовая 170 10
Открытая турбинная 90 6,2
Шестило пасшая 80 12.9
Закрытая турбинная 65 5.1
Лопастная 35 9.2
Клетьевая 18 —
Расчет времени гомогенизации т в аппаратах различного типа целе-
сообразно осуществлять методом последовательных приближений. При
этом в качестве первого приближения для расчета аппаратов, работаю-
щих в турбулентном режиме, можно использовать кривые, приведенные
для некоторых мешалок на рнс. 87. Обработка приведенных на рисунке
данных позволяет связать кривые
единой зависимостью [132]
ЛГтЗр-1.ор-«.о - 300.
С учетом формулы (2) зта зависи-
мость может быть представлена
выражением
щ = 6,7Г*/3К„ ',3,
позволяющим определить время
гомогенизации т в зависимости от
выбранной конструкции аппарата,
характеризуемой частотой враще-
ния мешалки л, симплексом гео-
метрического подобия Го и крите-
рием мощности Кл/. В первом при-
ближении расчета не определяется
достигаемая степень неоднородности
перемешиваемых сред. Для реше-
ния этой задачи во втором нри-
блнжгиин необходимо выполнить
специальный расчет.
Степень однородности среды
в гладкостенном аппарате с па-
раметрами II 2* D. Определение
времени т достижения заданной
степени однородности среды для
upouccca смешивания двух взаимо-
растворимых жидкостей, плотности
которых отличаются незначительно,
------------------ --------------_ может бить осуществлено на
основаинн решения 2z обыкновенных дифференциальных уравнений,
полученных в работе 120 j на основе зависимости (12):
(Hfj/z) (dQ/dx) - <7 (Си - С,) — D.fjz (С, — Сх)/Я = 0;
(ЯГх/z) (dC>/dT) — q (С^С,) - DjFjZ (Cz_, - 2Q f - 0;
(ШЫг) (dCjdt) - q(Ct_i - CJ - DJtz {Ct_x - Сг)Щ 0;
(WFt/z) (dC„i/dx) - q (Сг - CZfl) - DJ# (C«8 - С,)/Я = 0;
(HF,/z) (dC*/dx)-r/ (C*_1 - C*) - ОД» (C*_x - 2C* + C^H = 0;
(ЯГв/z) (dC^dx) — q (C^.1 — C^) — DtFtz (Cg,_M — C^fH = 0.
(98)
Здссь £1 h_F, — поперечные площади аппарата, разделенные радиусом
гт (см. рис. 62); Н — высота аппарата; г — число ячеек идеального
127
смешения высотой Н/г, на которые разделен аппарат; £>t н Dt — соот
ветственно коэффициенты турбулентной диффузии в центральной
(зона /) и периферийной (зона II) зонах аппарата, (/х и 1Л—соответ-
ственно длина пути перемешивания в эоне I и зоне //); q—циркуляция
жидкости между зонами, определяемая по формулам (31) и (32); С,;
от времени гомогенизации -t*=xpD~2-°р—1-° для гладко-
стенных аппаратов, оборудованных рамной (область //),
лопастной (область /V) и ленточной (область И) мешал
ками, а также для аппаратов с отражательными перегород-
ками с трехлопастной илн винтовой (область I) и лопаст-
ной (область III) мешалками 1132), Кривые на рисунке
шраничнвают оптимальную зону работы мешалок, распо-
ложенную под кривыми, от неоптнмальной, расположен-
ной над кривыми
ках I, I — !. I, I + 1. z — I и г зоны /; Са; С*Ф1; С»; C*_j; Си>1; С„;
Сц Сг+Х н Сг — тоже в ячейках 2, k -f- 1, k, k — 1,2г +!,2г, 2г — 1,
г-т 1 н г зоны И.
Учитывая, что число ячеек г велико, Н'г rm и Н/г R. Поэтому
при решении системы (98) изменением концентрации вещества по радиу-
сам зон / и II можно пренебречь.
В соответствии с формулой (14) обмсп массой между соседними
ячейками зоны I с поперечной площадью
Fl-0,25«£
определяется заиисныостью
dWt/dr. (99)
128
Обмел массой между соседними ячейками юны //с поперечной пло-
щадью
F2 ~ 0,25л (₽2-^)
определяется зависимостью
(100)
В зависимостях (99) и (100) (Г, — окружная скорость г —текущий
радиус.
Для определения длины пути перемешивания в зонах / и 11 исполь-
зуются соответствующие зависимости /t г» ОЛЛтщ и h "=“ 0,45 (R — гт)-
Система дифференциальных уравнений (98) решается с начальными
условиями С| = г (Ft-f- F-jY'Fi и Ct= • • •= С( = • • •= С>я 0 при
т =- 0. При этом Pi •— /F। при 0 г гт и Da = jEa при rm t
т.- 0.5D. где коэффициент / определяется по формуле j 3 l,67n <Jm-
Параметр находят по формуле (17) или по графику на рис. 65,
а параметр с2 — по зависимости
£j = 0,4m In Го (rD — rm) /(Гр — /£,),
в которой т = I + Ф1 + Ф»- Для быстроходных мешалок (ГдЭ» 1,6)
параметр £а может быть найден по кривым на рнс. 65.
Решение системы (98) позволяет определить время перемешивания
т. которое обеспечило бы необходимую степень негомогенностн.
Определение функции С = / (т) рассмотренным методом требует
применения ЭВМ, поэтому в инженерной практике оно может быть за-
менено определением времени тч достижения заданной степени однород-
ности, так как для 0,7^1)^ 1,0 приближенно можно принять (2]
т = т0,техр(2,25г)—1.845). (101)
при этом твЛ, — время достижения неоднородности т) 0,87 — опре-
деляется по зависимости
То.в? = 2,04Уж^, (ri - ?m) Г ^Гд*-0, (102)
в которой Уж — объем жидкости в аппарате; q — производительность,
определяемая по формулам (31) и (32); rm = 2rm/du (см. рнс. 62).
Пример 4. Рассчитать время гомогенизации в гдялкостеином аппарате.
Данные для расчета принимают такими же, как примере 1.
Расчет времени гомогенизации:
1. Объем жидкости в аппарате Уж « 0.2SnDf/f «• С,25*я-2,4*-2,8 «
— 12.63 м«
2. Симплекс Гр « 3.0 определяется в соответствии с пунктом I примера 1
3« Относительный радиус г"т находит по рнс. 65 для значения •— —0,3.
принятого аналогичным рассчитанному в пункте 5 примера 1. гт “ 0.9.
4. Коэффициент К, «0.0013 определяется по данным, крив еденным
в табл 14.
5. Коэффициент т по формуле (33) для значений -0,3 к =*
= —0,125. определенных ранее в пунктах 6кб примера 1, равен т » 1—0,3—
— 0.125 0.375-
6. Критерий расхода К^ определяется по формуле (32): К^»
~ 0.0013-2.726-9 0-673 «= 0,969.
7. Величина циркуляции жидкости о по формуле (31) q =» 0.069.2.08 X
X О.Я* — 0.0733 ы'/с.
8. Время достижения степени неоднородности т) — 0.87 по формуле (1 22)
Т,л-= 2,04- 12.65- 0.9’ (3* — 0.91) O.O73S—1-°-3—28,8 С.
9. Время достижения степени неоднородности t] = 0,99 по формуле (101)
Ч « 0,99 = 2».в’*2’26 Си &0 *°-в7> = 47.5 с.
3 Э. А Василию», В. Г. Ушаков 129
Метод расчета, основанный на решении системы уравнений (98),
был использован для определения времени гомогенизации в стандартных
стальных вертикальных аппаратах, рассмотренных в табл. 3 и 4.
Анализ этих данных показывает, что среднее время гомогенизации не
превышает 45—48 с.
Метод расчета по формулам (98), (101) и (102) основан на экспери-
ментальных данных [2), полученных на основании характеристик
крупномасштабного переноса путем определения коэффициента турбу-
лентной диффузии £>т в зависимости от гидродинамических характери-
стик потока жидкости (18, 20, 211. Учитывая, однако, что этот параметр
получен не непосредственными замерами, а расчетным путем как пара-
метр, замыкающий системы (98), (105). (143)—(147). представляется
целесообразным связать основные гидродинамические характеристики
перемешивания с данными непосредственного расчета и измерения коэф-
фициента турбулентной диффузии £>т. Однако объем информации, имею-
щейся в настоящее время [31 102. 1161, еще недостаточен для количе-
ственного определения таких связей. Тем не менее, в первом приближе-
нии уже в настоящее время для лопастных, открытых турбинных,
закрытых турбинных и клетьевых мешалок можно записать
т = 2,85-10|’е^. (ЮЗ)
Для трехлопастиых, шестилопастных и винтовых мешалок функция
т = f (ew) может быть представлена выражением
т = 6,45 1(Я£,. (104)
В зависимостях (ЮЗ) п (104) ннтенгиппость турбулентности опре-
деляется по теоретическим выражениям (34) и (35).
Степень однородности среды в гладкостенном аппарате с пароме
трами Н D определяется расчетом, для выполнения которого аппарат
условно делится на г конш итрнческих ячеек идеального смешения ши-
риной Лг Ширина всех ячеек Дг одинакова. Концентрация среды в каж-
дой ячейке постоянна, а перенос массы от одной ячейки к другой осуще-
ствляется за счет турбулентной диффузии.
Сделанные предположения позволили (18] представить задачу
о распределении концентрации вещества по радиусу такого аппарата
в виде системы уравнений
dC2 dt ~ Cg — Ci;
dc.l&t = (C/4l - Ci)/(2, - 1) i - (C, - Ci-MU -1) (2« - 1)(;
dC,!d% = (Cz.x -C,)/((x - 1) (2z - 1)],
(105)
в которой Ct, Ct; Ci-i, C,-; Cj+l C2_j и Сг— концентрация вещества
в ячейках 1; 2; i — 1; i; i + 1; г — I; z; т — безразмерное время, равное
т = 2та-oz’znr £, 2-°. (106)
В зависимости (105) т — время перемешивания; ир — коэффициент
длины пути перемешивания по радиусу аппарата,
ар » 0,22 ± 0,04. (107)
130
Решение системы (105) при известных параметрах. определенных за-
висимостями (106) и (107), н при начальных условиях Ct =* R r~2t
Ct = .. •= Ct = • • "• С, = 0 прн т = О (rt — радиус перпой ячейки)
не представляет трудностей, так как в этом случае система (105) оказы-
вается представленной в виде функции безразмерного времени т
Гомогенизация эгидких сред в аппарате с центральной циркуляцион-
ной трубой характеризуется временем перемешивания т величниа
которого определяется расчетом. Для выполнения этого расчета* аппа-
рат (см. рис. 66) условно представляют состоящим из четырех зон:
эоны / с площадью поперечного ссчення Г = 0,25лЛ; зоны II с пло-
щадью поперечного сечения Г2 = 0,25л [D*—(dT-(-2s),|; эоны III
(область от нижнего среза трубы до днища аппарата); зоны IV (область
от верхнего среза трубы до крышки аппарата).
Зоны lull можно рассматривать как ячейки идеального вытесне-
ния, а зоны III н IV— как ячейки идеального смешения. При этом
в зонах II! н /^существуют застойные зоны, приводящие к увеличению
среднего времени пребывания среды в аппарате. Такое допущение для
случая ft„ = Лн позволяет вместо объемов V, = V4 « 0.25nD2A„ =
= 0.25nD*fta этих зон записать k'j = V* = О.гбРлП1^ = 0 25РлП*Ля.
где f — коэффициент, учитывающий наличие застойных son. В соот-
ветствии с экспериментальными данными fj «а 3,0.
Процесс магсопереноса в зонах / и II определяется циркуляцион-
ной производительностью, значение которой может быть получено нз
графиков на рис. 67 —69 влн по выражению (38) Это позволяет процесс
изменения концентрации вещества в этих зонах представить эавненмо-
FidCy'dx = — QdC^dz н FtdCjdx — — QdCt/dz. (108)
в которых dCj/dx и dCtldx — изменение концентрации в зоне / и зоне //
но времени, a dCJdz г dCjdz — градиент изменения этих же концен-
траций по координате г. совпадающей с осью аппарата.
Изменение концентрации dCjdx (эона III) и dCjdx (зона IV) во
времени т может быть выражено зависимостями
Л?3/А=[С2(т)-С3)7о,-п; dC4/dr = (С|(т) — С4]Т^~1,0, (109)
в которых То — O.SSnpD’^Q"1 °.
Зависимости (108) и (109) представляют собой математическое опи-
сание процесса гомогенизации в аппаратах с центральной трубой. Этот
процесс является периодическим, зависящим ат величины 0 так как
в период времени т= kT* (А = I, 2, 3. л) вид функций Сх (т) н С, (т)
изменяется, поскольку
т* ~ (Vt + v2) Q-’-° = 0,25лЛ (D2 + < - (dT + 2s)2] Q-1.
Решение системы уравнений (108) и (109) может быть выполнено
с помощью преобразований, позволяющих для NT* < т С (N -f- I) Т*
записать
ы
ся(г—А7’*)2*“1Г^-2‘](2Л-1)!]-, ре<*г‘-х>/г\ (ПО)
В зависимости (110) Сн= VjVt.
* Расчет выполнен прн участии В • М. Барабаша и А. Р Гурвнча
5» 131
Рнс. 88, Изменение концентрации С в функции х'Т* для аппаратов с центральной циркуляционной
трубой-
— — расчет по формулам <108)—(НО); О — экспериментальные данные
Решение системы (108) и (ЮТ) в сочетании с зависимостью (ПО) и
значением Р — 3.0 позволяет определить закон нзмепеипя относительной
конш нтрацин С = С /Сгр в функции i/Г* (рис. 88)
Степень однородности »] взанмскмешнвземых жидкостей пл основе
анализа функции С = /(Г*/т) может быть предстзвлепа графиком 1]
f (тп). представленным из рис. 89.
Гомоеенимцич жидких сред в аппаратах с отражательными перг-
гародками или в лмалированкых аппаратах с отражателями характери-
Рис. 89. Зависимость степени неравномерности») перемешиваемых сред
в аппарате с центральной циркуляционной трубой от тп
зуется временем т^ достижения заданной степени неоднородности 1) |2]
тп = Fo (W* jP)/Or.p. (!!!)
где Го — критерий Фурье; DT ср—среднее значение коэффициента
турбулентного переноса, определяемое для аппаратов с отражатель-
ными перегородками как
CTfp О.ПГерО; (112)
для эмалированных аппаратов с отражателями
Or.cP = 0.0G67IFtpD. (113)
Средняя скорость И7ср в зависимостях (112) и (113) определяется по
формуле (Б!) а критерий Фурье Fo — по выражению
Fo - -0,43 In (1 — n).
Для случая, когда для аппарата с отражательными перегородками
может быть’определена пульсационная составляющая скорости, значе-
ние коэффициента ту'рбтлентного переноса может быть определено по
эмпирической зависимости
Dj ср= I.251TD.
а которой пульсационная составляющая скорости для открытых турбин-
ных мешалок определяется по формуле (53).
Пример Б. Рассчитать время гомогенизации в аппарате с отражатель-
ными нерегоролкаик.
Данные для расчета принимаю! та ныв же, как в примере 2.
133
Расчет временя гомогенизации.
t. Зн8 |«яие критерия Fo определяем для аначеинв <) — 0.8; 0.88; 0,9
я 0,95:
Fo — - 0.43 In (1 - 0.8) — 0,69:
Fo -= — 0,43 in (1—0.85) « 0,816;
Го =• — 0,43 In (I — 0,90) «= 0.99;
Fo = -0.43 In (1 - 0,95) «= 1.288.
2. среднее значение коэффициента DT c„ no формуле (112) DT e„ =
— 0.1.1.65-2.4 = 0.306 m’/c.
3. Время гомогенизации но формуле (I tl) т^ — 0.09 (2,4* -J- 2.8*)/0.396=
“ 23,6 e Для П » 0.85 время Tq 95 «= 28 с; для n = 0,9 время Tgg «« 34 с;
для г) « 0.95 время 10.95 = 44-3' с-
Теплообмен. Целою теплового расчета аппарата является обеспе-
чение заданного теплового потока через теплообменные поверхности
аппарата. Под тепловым потоком Q понимается поток тепловой энергии,
передаваемой от среды с большей температурой к среде с меньшей. Вели-
чина теплового потока определяется коэффициентом теплопередачи ft.
площадью поверхности теплообмена F и средней разностью температур
А (ср между перемешиваемой средой н теплоносителем:
<2=ftfA/cp; (114)
k 1/а + зДст-г 1 tXf * <l,E^>
В зависимости (115) а — коэффициент теплоотдачи от перемешивае-
мой среды к теплообменным поверхностям; (и — коэффициент теплоот-
дачи от теплоносителя; s — толщина стенки; ЛсТ — коэффициент тепло-
проводности.
Для случая, когда теплообменная поверхность выполнена много-
слойной, значение й~!,0опрсделяют суммированием этих значений для
каждого слоя в отдельности.
При расчете теплового потока следует учитывать направление теп-
лового потока. В тех случаях, когда теплоноситель используется для
нагрева значение теплового потока Q в формуле (114) следует подстав-
лять со знаком плюс, а в тех случаях, когда теплоноситель используется
для охлаждения, — со знаком минус.
Основой расчета теплового потока, подводимого к перемешиваемой
среде или отводимого от нее, является расчет теплоотдачи ст перемеши-
ваемой средыкстенке аппарата или егозмссвнку. При этом динамическая
вязкость среде учетом зависимости (87) определяется по формулам (85) и
(86). Предварительный выбор мешалок осуществляется по данным,
приведенным в табл. 17.
Теплоотдача от перемвшилаемой среды к стенке аппарата опреде-
ляется коэффициентом теплоотдачи а, который может быть представлен
как сумма а = ап аи коэффициентов теплоотдачи ап и аи от потоков,
параллельных стенке аппарата («п) н перпендикулярных ей (aj.
В соответствии с данными [12], коэффициент а может быть опреде-
лен по формуле
a = ajW® ^-0-7’ 4- aX‘ (116)
134
(118)
(П9)
в которой коэффициенты ая и ая определяются по выражениям:
а2 = 0.0237а1ромц_<'-5‘; (117)
о3 = O.9JJ1P"- V
О1 = (сХ7^:
В зависимостях (114)—(119) р, р и с — соответственно плотность,
динамическая вязкость н удельная теплоемкость перемешиваемой среды.
Теплоотдача от перемеши-
ваемой среды к змеевику, встроен-
ному в аппарат, зависит от коэф-
фициента теплоотдачи a Ill, 12]
а = аХ-Ч-,'°О"0-38,
где коэффициент аа определяется
зависимостью
О4 = 0,16а/ Vм,
а коэффициент at — по формуле
(117); — диаметр змеевика.
Теплоотдача от жидкости,
проходящей через гладкую цилин-
дрическую рубашку корпуса к стен-
кам корпуса аппарата, определяет-
ся коэффициентом теплоотдачи
ат cslT(GrPry Н~10, (120)
Таблица 19. Зависимость
коэффициентов с, н f
от произведения
критериев СгРг
GaPr /
До 10"» 0,450 0
От 10 8 до 1.130 0,125
5-i0’
От 5- |0э до 0,5-10 0.250
2-10’
Болес 2-10’ 0,135 0,330
в котором критерии Gt и Рг определяются по зависимостям:
cp)v-= °; (121)
Pr = v(cy)-*•’. (122)
В зависимостях (120). (121) сг и / — коэффициенты (табл. 19);
НТ — высота цилиндрической части рубашки; Хт цт. ст, рт и ]1Т—соот-
ветственно теплопроводность, динамическая низкость, удельная тепло-
емкость, плотность и коэффициент объемного расширения теплоноси-
теля.
Для определения параметра GrPr может быть использовало выра-
жение
GrPr = f/3«T-fT ср)Л. (123)
в котором параметр А для воды определяется по данным, приведенным
в табл. 20, а для других видов теплоносителей — ио формуле
Л=вР1рХ(РтХт)-,,°-
В зависимостях (121)—(123) ter н tT.cp— соответственно темпера-
тура стенки и средняя расчетная температура теплоносителя в рубашке.
В первом приближении этн температуры находят но выражениям
tcr= 0,5 (/-*- /т. Ср) и 1т. ср“ 0,5 (/п -|- /„), в которых 1, 1т1и со-
ответственно температура перемешиваемой среды, теплоносителя на
135
входе в рубашку н выходе из нее. При этом значение /Т2 определяется
заданной величиной н объемным расходом теплоносителя Vr как
't2 = ^±<2(p/X)~,°.
Прн расчете температуры стенки аппарата /ст используют метол последо-
вательных приближений, в соответствии с которым по формуле
‘оЧ.ср^(ЧГ
определяют температуру стенки аппарата /ст во втором приближении н
сравнивают ее с температурой /стстенки аппарата в первом приближении.
Для проверки точности прн-
Таблица 20. Параметр Л веденного расчета следует опреде-
ляя воды, используемой
в качестве теплоносителя
Температура воды. С * «J Температура воды. 'С т <5
0 2,6-1 60 68.0
10 8.00 80 102
20 15.5 100 147
30 27.0 150 290
40 39.0 200 49.3
лить параметр
е=|/ст —*ст 1/Рст-*т. ср I»
(124)
характеризующий степень прибли-
жения температуры /ст в первом
приближении к расчетной темпера-
туре /ст во втором приближении.
При е^0.05 приближение
считается удовлетворительным.
Тогда средняя разность темпера-
тур Л/ср будет
Д/ср-|/-/т.гр|. (125)
В зависимости (125) / — темпера-
тура среды (заданная величина);
/т. ср—расчетная средняя температура, определяемая как /г. сп =
“ 0,5 (/Ti+ /та).
В том случае, когда е > 0,05, температура стопчи принимается
равной значению /ст и расчет повторяется.
Теплоотдача от пара, конденсирующегося в гладкой цилиндрической
рубашке, зависит от величины коэффициента теплоотдачи
at = 1,15 [ фт (Рт - pi) ‘/<т]0-2В [Ит (/, - Q ЯТР “, (,2е)
в которой /т — температура конденсации; р, рт, X,. — плотность, дина-
мическая вязкость и теплопроводность конденсата; рт — плотность,
гт — удельная теплота парообразования насыщенного пара.
При этом значение /ст в первом приближении определяется как
/ст = 0,5 (/ + /т).
Величина теплового потока, площадь поверхности теплообмена F
и коэффициента теплоотдачи <хт позволяют по формуле
определить температуру стенки аппарата во втором приближении и по
зависимое гн
е Ост ^стХ'От ^ет)
136
найт» степень приближения расчетной темпера гуры стенки к ее реаль-
ному значению. Если в0,25, то принятое и первом приближении зна-
чение tcr — 0,5 (/ 4- <т) считается удовлетворительным, что позволяет
определить среднюю разность температур перемешиваемой среды и теп-
лоносителя н, следовательно, при использовании зависимостей (11'1) и
(115) определить фактический тепловой поток Q.
Теплоотдача от жидкости. движущейся в рубашке из полутруб или
во встроенном в аппарат змеевике, характеризуется величиной коэффи-
циента теплоотдачи
ат = 0 O23XlP"' %Re 0 RPr0 Md“’-0 и, (127)
где критерии Re. Ргп коэффициент е^ определяются по формулам:
Re=pTVTdltUi7,-°; (128)
Рг = стИтА7,°; (129)
Вт = 1 4- З.Ызы/0. (130)
В зависимостях (127)—(130) рт. Хт. рт и ст — теплопроводность, ди-
намическая вязкость, плотность н удельная теплоемкость теплоносителя
при температуре
0.5 (/„ + /„). (131)
прячем
/т2 = /П-<г(р/Лт)_,°. (,32)
В зависимостях (131) и (132) /Т1 н ZT3—температура теплоносителя
на входе в теплообменные элементы н выходе и» них.
Скорость движения среды 1FT через каналы теплообменных уст-
ройств определяется расходом теплона ителя VT и площадью % проход-
ного сечения как W'T = V-rS-r. причем для змеевика х,— 0,25л Ли.
а для рубашки нз полутруб площадь канала полутрубы определяется
в зависимости от длины хорды сегмента lt, длины дуги 1( н радиуса RT
ио формуле
sT — 0,5RT f/i — 1з (1 — ^i)]-
Здесь
I, = RT |Л8Л, + 5,34^ — 1;
la = 2R-, К2ЛХ — Г. At = h,/RT.
где йт — высота сегмента (рнс. 90)
Входящий в завиенмхти (127)—(130) эквивалентный диаметр d>K3
для змеевика определяется как 4^»“ Ф,м. а для рубашки из иолутруб—
по формуле
<U. = 4st/n, (133)
причем периметр П канала полутрубы зависит от и lt и определяется
как
II = It 4-
Приведенные зависимости позволяют по формуле
137
определить температуру стенки /ст во втором приближении. Площадь
поверхности теплообмена для рубашки из полутруб определяется по
формуле F — nDH-t, а для змеевика — по зависимости
F — nz/Tpf)3MaSMn3U,
в которой 0зм — диаметр змеевика; </7р — диаметр трубы змеевики;
гзк — число витков змеевика; — количество змеевиков, устанавлн-
Рис. 90. Теплообменная
рубашка из полутрубы:
I — цилиндрический кор-
пус аппарата: ? — рубашки
из полутрубы
ваемых в аппарат.
Величина /ст во втором приближении
позволяет при использовании зависимости
* I (Иг ст Рт ст) I Рт ст
определить степень приближения расчет-
ной температуры /ст к действительной
температуре стенки. Здесь ртстнртст—
динамическая вязкость теплоноси-
теля соответственно при температуре /гт
и /ст-
В случае, когда коэффициент е ока-
жется меньше 0,30, степень приближе-
ния считают достаточной. Если е>0,30,
то температура стенки принимается
равной /ст и расчет коэффициента ат
повторяется.
Отметим, что средняя разность тем-
ператур Д/сР зависят от соотношений
разности температур A/j на входе тепло-
носителя в теплообменные устройства и А/,
на выходе из них.
При этом Д/| = |/ — /Т11, а А/,=
»=| / — /Tt где / — температура пере-
мешиваемой среды; /TJ и /п — темпера-
туры теплоносителя на входе в тепло-
обменные устройства и выходе из них.
Для случая, кома (Л/, — A/J >0 и Д/1/А/1 2s 1,7, средняя раз-
ность температур ДГср определяется по формуле
"ср - - "2) (2.31g A/j/A/j)-10.
Для случая, когда (\/t — А/,) > 0 и AZ/A^ > 1.7, среднюю раз-
ность температур находят из выражения Л/Ср = (А/, — A/J X
X (2.3 lg A/s/A/J'10-Для случая, когда AZ/A/,^ 1,7 нлп когда
Д/2 Л/, 1,7. средняя разность температур А/Ср равна полусумме
температур А/, ч A/t.
Теплоотдача от пара, конденсирующегося в рубашке аз полутруб или
во встроенном змеевике, характеризуется значением коэффициента тепло-
отдачи
а, = 2.5^ |AQpi₽‘'-
138
ГДе Хт, Рт, цт, вг — соответственно теплопроводность, плотность, дина*
мпческая вязкость и коэффициент поверхностного натяжения конден-
сата; Q — тепловой поток; р — плотность перемешиваемой среды; F —
площадь поверхности теплообмена; гт — удельная теплота парообразо-
вания теплоносителя при fT; g— ускорение силы тяжести; (>т — плот-
ность насыщенного пара; dsxa — эквивалентный диаметр; 1Г — общая
длина теплообменного канала, определяемая для рубашки из полутруб
по выражению /т “ Л2т (О + 2s), для змеевика— /г = Л2ЗИОЗМ. (Здесь
s — толщина стенки аппарата.)
Величина фактического теплового потока определяется но формуле
(114), в которой средняя разность температур между перемешиваемой
средой и теплоносителем будет
Для определения по формуле (115) коэффициента теплопередачи к
необходимо найти термическое сопротивление стенки аЛст- Для аппарата,
оборудованного рубашками, в качестве толщины s принимают эквива-
лентную толщину
*эхв = 4" /t)/Ks/(2s) + 1ч р].
где 1г— длина хорды cci мента полутрубы, 1а — 2/?т УГ2Л1 — 1; р —
параметр, р (fcT + &)!s; Ьг — половина расстояния между
краями соседних полутруб, Ьт = 0,5 (г, — Z.); гт — расстояние между
центрами двух соседних полутруб; Л, = Лт//?т; /*г — высота сегмента
полутрубы, Ят — радиус полутрубы (рис. 90).
Пример 6. Тепловой расчет гладкостслеппого аппарата с гладкой
цилиндрической рубашкой при подаче в нее конденсирующего пара.
Данные для расчета: 1. Диаметр аппарата D =з 2,4 м. 2. Высота заполне-
ния аппарата средой Н = 2,3 м. 3 толщина сггпкИ 5 = 0.018 м. 4. Теплопро-
водность материала стоики лгТ “ «6.5 ВтДм-К). 5. Мощность перемешивании
определяется поданным примера I (пункт 12): N 2080 Вт, 6. Высота рубашки
Нт «= 2.3 м. 7. Тепловой поток Q » 1,2-10* Вт. 8. Плотность, дннамичсскам
вязкость» теплопроводность, удельная теплоемкость н температур? перемешн*
веемой среды соответственно равны: <>«=•!• 10’ кг/м’: u 2-1U”* Па-с: ? =
— 0,66 Вт/(м« К), с = 4.19 10* Дж/(кг* К); t = 7 (Г С. 9. Температура конден-
сации /т « 136° С. 10. Плотность, динамическая вязкость н теплопроводность
конденсата: рт = Ы0| кг/м*; цг «= 0.21 • IО”’ Па-с; Ц. — 0.68 Вт/(м-К).
И. Плотность насыщенного пара рт 1.715 кг/м1. 12. Удельная теплота
парообразования теплоносителя г =2,15-10е Дж/кг.
Расчет теплоотдачи от перемешиваемой среды:
I. Коэффициент а, определяется по формуле (117): at *=* (4,19-10* X
X О.бв2)0-3^- 11.8;
2. Коэффициента,определяетсяпоформуле(Ив):с,=О.О237-(1-IOV ®®Х
X 11.8 (2- IO-З)-°-М — 46,0.
3. Коэффициент в, определяется по формуле (119): ал — 0,93-11,8 X
X (I- Ю3)0»36^- = 480.
4. Коэффициент теплоотдачи а от перемешиваемой сведи опреде-
ляется по формуле (116): а=460-2080®-29-2.4~°-п+430-20800-‘в-2.4-°-а =
— 3220 Вт/(м". К).
Расчет теплоотдачи от теплоисентмя:
I. Температура <^т стенки аппарата определяется по формуле fCT **
«= 0,5 (t 4- ft) — 0.5 (70 4- 135) 103° С_
2. Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя ат определяется по фор-
муле (126): ат = I.I610.6S1-I 10* (|.10«— 1,715) 9.81-2.15-10*I0 25 (0.21 X
X IO"’(135 — 103) 2.31—°-2S=5250 Вт/(м"-К).
3 Площадь теплообменной поверхности определяется по формуле F =
-= Я (Р -f- 2s) нт = я (2.4 + 2-0,018) 2.3 = 17,46 М».
139
4. Температура стевкв аппарата *о втором приближении определяется
по формуле <сТ <= 1т — Q/lFo,) = 135 — 1.2- 10*/(11.46 6260) — 141,9е С.
5. Параметр « определяется по формуле е — (^ст — 4^T)/(fT
«х (103 — 121,9)/(135— 103) -• 0.69. Степень приближения и < 0,25 ве вы-
полнена. Дли последующего расиста принимаем во втором приближения тем-
пературу стейка а= fcr и повторяем расчет, начиная с определении коэффи-
циент ат до тех нор, пока условие е < 0.26 не будет выполнено. В настоящем
расчете это условие выполняется в четвертом приближении. На основании этого
приближения получаем ат = 6710 Вт/(м’-К).
V
6. Температура стенки аппарата в пятом приближении /ст = 13$ — 1,2 х
X 10*7(17,46-6710) = 124.’5е С.
?. Параметре » I 123,2 124.75 1Д135 — 123.2 1 -» 0.1316 Степень при-
ближения г-г, 0,1316 с 0,25, т. ». приближение удовлетворительное.
8. Средняя разность температур перемешиваемо* среды в теплоносителя
ДГср - tr - I - 135 - 'О «= 65е С.
9. Коэффициент теплопередачи к по формуле (115) к = (3220_ ,-®+
+ 0,016/46,6 + 6710—1-°) = 1250 Вт/(м’-Kl-
10. Фактический тепловой поток по формиле (III) О — 1250-17 46 X
X 65 - 1 415-1 D«Pt
Максимальные перепад температуры и концентрации в протон-
ных аппаратах зависят от производительности аппарата. Для непре-
рывно действующих проточных аппаратов максимальный перепад
AC'tnax массовых концентраций среды может быть определен по
выражению
АСп.эх = С pQ.. q. (1 >4'
максимальный перепад температур А/Пш
*= Д/щхх (G. ср—I»)- (I3SJ
Здесь Сср — средняя концентрация среды, определяемая по фор-
муле (93); Л (щах — относительный перепад температур
А^шах ~ (<?л4 0“,,0(т(гРЮлЯ+т)ГМ’, (136)
где Т — параметр, Т = kFFt ((?« -f- q), с — удельная теплоемкость
перемешиваемой среды; р — плотность перемешиваемой среды; g —
ускорение свободного падения; Qa — производительность аппарата;
q — циркуляция среды, определяемая по формулам (31) н (32); /7 — вы-
сота аппарата; k — коэффициент теплопередачи; F — площадь поверх-
ности теплообмена; Ft — площадь поперечного сечения периферийной
зоны аппарата, Ft = 0,25л (D* — гт<7м)
Пример 7. Рассчитать максимальный перепад температур проточ-
ного гладкостеиного аппарата
Данные для расчета I Диаметр аппарата D — 2.4 м. 2 Диаметр ме-
шалки Ди а- 0.6 м. 3. Высота та пол нения аппарата Н — 2,6 м. 4. Частота вра-
щения мешалки п — 2.68 об/с. 5. Расход перемешиваемой среды Од =•
= 0.0066 м*/с. 6. Площадь пож рхиости теплообмена (см. пункт 3 примера 6)
F — 17,46 м*. 7. Плотиость. удельная Теплоемкость и начальная температура
перемешиваемой греям: Р ' 1-10» кг/м"; с = 4.19-10* Дж/(кг-К): f •= 1<r С-
8. Средняя температура теплоносителя /т гр — 135е С. 9. Коэффициент тепло-
передачи (принниаося по пункту 9 примера 61 к = 1250 Вт/(м*-К).
Максима энный перепад температуры в аппарате определяют следующим
обра пом -
I. Параметры рвспределевяя скорости ф, и ф, по пунктам 5 я 6 примера I
ф, « —0.1 и V. = —0,126.
2. Параметр т по формуле (33), т » I — 0,3 — 0,125 «а 0.676.
3. Коэффициент К, по данным, приведенным в табл. 14, К, -- 0,0013.
4. Интенсивность циркуляции </ по формуле (32) , = 0.0013 х
X 2.7l8C-s’0-575-2.0B- D.8’ = 0.073 м’/с.
140
8 Симплекс геоис’Р“чсекогг лодобич Гр «• Ь!<1Ы = 5.4/0,8 » 8.6.
6. Радиус гт по кривой и* гпс. 65. Для Г/} = 3,0 г#| •» O.BS.
7. Площадь сечеиня периферийной зоны. F, •- 0,25п (dj — rj^
= 0.26* л (2.4* — 6,85*0,8’) = 4.15 и*.
8. Суммарный расход Q. = Сд + fl — О.*056-р 0,073 = 0,078 м’/с.
9. Параметр Т-» *FF,<2, "= 1’50-17,41 - 4.15-0.078 «-7.07-10*.
10. Относительный перепад температуры в аппарате по формуле (136)
Д,щах =0.0056.7,07.10* 10,078 (*,19.I О’-1 • 10*-9.81 • 0.0056-2.8-f-6.62.10*)] —
— 0.1’8.
II. Максимальный перепад температуры аппарате по формуле (1351
Лгпих - °.las <135 _ 70> ” 8132* С~
18. Дисперсии
Одной из характеристик дисперсий является крупность дискретной
фазы. Размеры этой фазы являются не. фи шческой, а физико-гидродина-
мической характеристикой среды, так как деление дискретной фазы на
мелкую, среднюю н крупную основано на понятии о гомогенной диспер-
сии. При этом под гомогенной дисперсией понимается дисперсия, кото-
рая в гидродинамическом отношении ведет себя как чистая жидкость
Такое состояние возможно при одновременном выполнении (1131 мера
венств;
1 IO"3; Fr = 0.3; 1 }
((Рф/р—l)|°-sRe05<f*/D«O.2; ((Рф/р-ШУ^е’^фРсгД )
где 1'ф — плотность дисперсной фазы, определяемая по формуле (79);
Re — критерий Рейнольдса параметры дисперсии в котором определя-
ются по формулам (79) (84), с учетом выражения (78) Re = W dv~l )
IF — скорость дисперсии при ее движении в трубе диаметром <1.
Крупной считается дисперсия, размеры которой удовлетворяют
неравенству
4/ф/О> 10Rc-2/3I(P^P-1)1,/3. (138)
Для аппаратов с мешалками и перьом приближении можно принять
Re = Ксц. d = D.
Одной из важных характеристик дисперсной среды является ско-
рость осаждения W'oc дисперсной фаз Рф> р или скорость всплывания
Рф < р. Для обоих этих случаев скорость осаждении (всплывания) опре-
деляется по одним и тем же зависимостям.
Скорость осаждения может быть определена по выражению
- K[|0.666d4g(P*-P)]/{PCx)). (139)
где с* — коэффициент сопротивления движению частнп размером сГф
в сплошной фазе, зависящий от критерия Рейнольдса Reoc,= <i$U:’W;V_'1'' .
Для Reoc^g 100 коэффициент сх может быть определен ио выраже-
нию (113, 117( сл-Т,Т2 (0,95- 10-4Rc3c — 0.01 IRc^.), в котором
Ti = 34) R₽«. а Т, = (1 + 0,1877Reoc).
Для 10J< Re<x,< Юа:сх= 12;Re^5.
Скорость осаждения определяется методом последовательных при-
ближений. В качестве первого приближения [2] принимают сх ян 1.0.
тогда
1,17[<1ф(рф - p)fi/pl°-6.
141
Далее по величине №«: вычисляется значение Reoc и по зависимостям
Сх = / iReoc) рассчитывается значение коэффициента сх, величина кото-
рого позволяет по формуле (139) определить (Рос во втором приближе-
нии. Зависимость (139) справедлива для малых значений ф. В случае
перемешивания дисперсии с большой долей дисперсной фазы в указан-
ные зависимости следует вводить коррективы. Эти корректней могут
Рис. 91. Зависимость
от коэффициента ф
быть получены нз денных,
приведенных па рис. 91, на
котором показано изменение
функции и^ре/^фЫ) 7(ф)-
Здесь Woc — значение
скорости осаждения, опреде-
ляемое по формуле (139).
а 1Гос — значение скорости
осаждения для ф > 0,1
Суспендирование. Прн
перемешивании суспензии
в аппарате различаются сле-
дующие режимы:
суспензия сплошной фа-
зой лежит па дне аппарата
(рис. 92, а),
суспензия располагается
в нижней части аппарата,
однако все частицы нахо-
дятся в движении, причем
ин одна из них не лежит па
дне более чем 1 с (рнс. 92, б);
суспензия неравномерно
распределена во всем объе-
ме аппарата (рнс. 92. е);
суспензия равномерно
распределена во всем объе-
ме аппарата (рнс- 92- а).
Под степенью неравно-
мерности АС понимается
величина
АС — (Стах СиЛп)Д-ср.
в которой Сщах, CmlD п Сер — максимальное, минимальное и среднее
значение концентрации суспензии.
При проектировании аппаратов-суспензаторов необходимо обеспе-
чить подвижность всех частиц суспензии а аппарате. В этом случае ско-
рость движения жидкости в аппарате равна W7, — (Foe 1g (8,8Я/Лф),
• Де Wot подсчитывается по формуле (139)
Скорость движения жидкости, превышающал ВР», может быть полу-
чена в аппаратах, объемная мощность перемешивания е = f (Аг) кото-
рых находится в пределах, определенных полем, ограниченным на
рис. 93 кривыми 1 и 2. Для этой области критерий Архимеда будет
Аг1£4ф(рф — p)v 2 р ’-°.
(140)
142
Кривая / (рис. 93) построена для случая оптимального расположе-
ния мешалки в корпусе
(Ч1^)оПт = 0.8-1.6ГК,°,
а кривая 2 — для случая йщ = 4м
Одной из характеристик аппарата является определяющая частота
вращения Поп. представляющая собой такую частоту, при которой на-
Рис. 92. Режимы работы аппарата прн перемешивании суспензии
блюдастся практически равномерное распределение суспензии по объему
аппарата. Для нахождения иоп может быть использована [7] зависи-
мость
Ксц = Кс1Агв-вГ^Г£’Р°-V0-6, (141)
в которой частота крашения, входящая в Rctt, заменена на п^; Гогв
» 4ф/^и; рс н р — соответственно плотности смеси и жидкости; Kci
и — постоянные (табл. 21).
Н кВг
Рнс. 93- Зависимость объемной мощности перемешивания A V
от критерия Архимеда Аг и диаметра дисперсной фазы 4ф
Зависимость (141) может быть также представлена в виде
«on = Кс2 Ар0Я4;5По>р-0Б4^, (142)
где Ар— разность плотностей суспензии и жидкости; Кс»; <4 и а, —
постоянные (табл. 21).
Уравнения (141) и (142) используют в следующих пределах изме-
нения параметров:
5 10» < Re„ < 10»; Ю’ -'Аг <5 101», 2.33-10"» < Гдг < 1,2-10"».
143
Таблица 21. Постоянные, «ходящие в формулы (141). (142),
(161) и (162)
Тип мешллхн кч >4 1 КС| а» а. о» «4
Лопастная 14,8 46,4 1.47 3,02 0 1,0 1,30 2.17
Шестилоиастнэя 8,8 27.5 1,50 3,08 1,0 2,0 1,55 2,42
Турбинная закры- тая 4.7 14,7 2,3 4,72 0,67 1.54
Винтовая 6,6 20,6 2,95 6,05
Трехлопастиая
Радиальное распределение суспензии в гладкостенном аппарате ха-
рактеризуется относительной степенью неравномерности АС по радиусу
аппарата, величина которой определяется путем решения систем ураа
пенни [21 [:
d [2пг// (WrC, - D^dC^'dr) - 2Чгс-^ (С2ср - С,) dr] = 0;
d [ 2лгЯ ( V"rC2 — dC ’dr) —
- 2« (R? - r2m)-'.° (CIcp - C2) dr j 0;
«7 ^a>7-0-3e-0’3(l + ^f+ti^ 1
Z)rl-<«p‘orm(,+3’h?+4’t173); j
(113)
(144)
»>^Гое“(7'05в_<:'-5(' |-’МгУ4*1(')3)/й (145)
nT, = a’o (K - rm)2 (I + Зф/3) + 4ф,г3;
" ’V'M1 4 Ф, 4 ’p2)'~l’s4ro,6'ir0-6; |
> _ „ I (>46)
DT - ap«> (7? — rm)- (1 -| if, 4- ф2) r—. j
В зависимостях (113)—(146) г — текущий радиус; Н — высота
) ровня жидкости в аппарате; U7r — радиальная скорость ж'ндкосги;
7\i. P>rt< *>т— коэффициенты турбулентной диффузии соответственно
в диапазонах:
0 г С/л',
(147)
Ггп^г<Сгм; (148)
гн<гС/?; (149)
вР — 0.22; С, и С2 — текущие значения концентрации суспензии
в эонах / н // (см. рис. 62); гт—радиус, определяемый но
рнс. 65; г„ — радиус мешалки; К — радиус аппарата; W'TC — ско-
144
рсхть осаждения по 4Х'РМУЛС (139), q — циркуляция по формуле (32)
Ч1 11 Фз — параметры, получаемые нз гидродинамического расчета;
С,сп и Скр — средняя концентрация суспензии в зоне I (см. рис. 62)
и зоне II аппарата:
Я R
С1 ср^'-т2 ° Р> = 2 (*?- ^~10 J
гт гт
Решение системы (1-13) (146) возможно при использовании гра-
ничных условий:
при г = 0:
2л1Г,гЛ,С1 = q (Cg ср - Ct Ср); С± = С,; dCj/rfr = 0;
при г = R:
dCtfdr = dCtidr, d^Ct/dr^ = d*Ct/dr*-, С=Ст.
Этч системы могут Сыть записаны в конечно-разностной форме н
решены итеративным методом.
Для инженерных расчетов определение изменения степени нерав-
номерности суспензии по ра: нусу аппарата может быть заменено опрс
делением максимальной относительной разности концентраций сус-
пензии —С )С~1>0. Здесь С и С -макси-
мальиое и минимальное значение концентрации суспензии, а Сер—сред-
нее значение концентрации в аппарате.
В качестве ix uounoro параметра, определяющего ЛСпих, исполь-
зуется критерий Пекле
Ре V\HD~' -°, (150)
в котором ЙГ,- — характерная скорость жидкости. Для аппаратов перио-
дическою действия U'£— Woe’. Для аппаратов непрерывного действия
Wt — Я^ос + й7 при рс < р, при подводе среды к крышке аппарата
и отводе ее от днища, а также при рс < р подводе среды к днищу аппа-
рата и отвода ее от крышки. Для случая, когда рг > р и жидкость под-
водится к днищу аппарата, а отводится от его крышки или koi да рс •<
< р н жидкость подводится к крышке аппарата а отводится от его днища,
»। - W-
Коэффициент турбулентной диффузии DT в формуле (146) находят
из равенства £>r - Dyi. причем значение Dr определяют ио фоомуле
(14) для значений lt — 0,22rm в зоне I н I, — 0,22 (К — гт} в зоне II
(см. рис- 62)-
Скорость жидкости W в аппарате производительностью Q-i опреде-
ляется как Uz =* 1 27К2лО—2,°.
Следует иметь винду, что минимально допустимая интенсивность
перемешивания определяется значением Ре >« 0,45; если Рс 3> 0,45,
ТО АСпзах —и 1 — е 1
Одной из характеристик аппаратов для перемешивания жидких сред
является среднее время пребывания суспензии в аппарате Тф. а также
функция распределения времени пр, бывания С (т), которая может быть
использована для расчета проточных аппаратов. При этом среднее время
пребывания дисперсии в аппарате тс определяется его объемом V и
производительностью Qa по выражению т^ — У/(?д, а среднее время
145
пребывания твердой фазы тф
Сер В ПОТОКе. ИрН ЭТОМ
Сер —7
В
зависимости от значения
концентрация суспензии в аппарате с
Рис. 94. Зависимость относи-
тельной концентрации частиц
в аппарате от кратности цирку-
ляции Кц и симплекса геометри-
ческого подобии Гд
в аппарате — ее средней концентрацией
0,5 (Cjcp — Cjcp).
критерия Ре средняя относительная
отражательными перегородками /
при рс > Р и отводе среды от
крышки аппарата, а также при
рс < р н отводе среды от днища
аппарата определяется по выраже-
нию
X = «ер/Свы* = (ерс - 1,о) Ре-10.
(151)
В случае Рс> р н отводе среды от
крышки аппарата
х = Сср/Сьых = Ре (еРе — 1,0)~,-°.
(152)
Зависимости (151) и (152) позво-
ляют определить Тф я С (х) в аппа-
ратах с отражательными перего
(Кдякямн:
Тф = Тех. Ifi Ci = — 0.434 (т/тф)
Прн вычислении среднего вре-
мени пребывания в гладкостенных
аппаратах средняя 'относительная
концентрация суспензии х опредс
ляется зависимостью:
х(о,5 (Г2О -?т) + ^(0,667Хц)лХ
I
X (г!)®" 12 4- г^+2) ((1.5л -1 2) п !Г 2-°|, (153)
в которой Кц - 28.3 (Гр - r*m) 0 Sd-O B и 7,„ = 7п1г„.
Зависимость (153), представленная на рис. 94 функцией х"
= /(Кд) может быть использована прн расчете функции времени пре-
быьатия суспензии в аппарате.
Эмульгирование. Под эмульсией понимается дисперсия, состоящая
нз двух нерастворимых одна в другой жидких сред. Одна нз этих жидко-
стей, имеющая динамическую вязкость рц-. плотность Рс и удельную
теплоемкость сс, называется сплошной фазой. Вторая, эмульгируемая
жидкость, имеющая динамическую вязкость рф. плотность рф н удель
иую теплоемкость Сф, равномерно распределена в сплошной фазе-
Для определения физических характеристик эмульсий используют
146
мвисимости (82)—(84). При этом плотность р, удельная теплоемкость с
я коэффициент теплопроводности X эмульсии определятся по формулам
для суспензии.
Эмульсия, распределенная в сплошной фазе в виде сфер радиусом
Лф находится в равновесном состоянии до тех пор, пока не будут вы-
полняться неравенства [113]
C,125Apg<£r-'-° « 1,0 н 0.5p^,-np7,-£lT-,-cRe « 1,0,
в которых Др — разность плотностей сплошной и дисперсной фазы;
Т — сила, действующая со стороны сплошной фазы на дисперсную,
7 = 3npcd4,W;
Re — критерий Рейнольдса
Re = 11^^’Л
где W — скорость движения жидкой среды в аппярате-
В соответствии с данными работы [113], эмульгирование одной
жидкости в другой имеет место при W > W'np Предельная скорость
определяется но формуле
’рг.р = 0.4сф(1-л-,-°)Иф1-0. (154)
Здесь Оф — коэффициент поверхностного натяжения на границе раз-
дела фаз. рф—динамическая вязкость эмульгируемой жидкости.
Необходимо отметить, что при турбулентном движении жидкости
получается эмульсия зншг определенных размеров В соответствии
с теорией Колмогорова [77], размер эмульсии может быть определен
но формуле
Йф~о3/5Г-6'5.
В соответствия с опытными данными [21, размеры эмульсин меня-
ются от максимальной величины
до минимальной
^пйп-е2(-^) "’(e)-0*, (155)
где О,, в, —постоянные, определяемые экспериментально; по данным
[113] 0, = 3.77 а но данным [2] 0» — 0,13; а — поверхностное натя-
жение; Др — разность плотностей эмульгируемой я эмульгирующей
жидкостей; е — объемная мощность перемешивания по формуле (I).
Отметим, что ь ряде расчетов используются не абсолютные размеры
эмульсии, а удельная площадь поверхности раздела фаз,
а = 6ХСр/аф mjn. (156)
Здесь ХСр — средняя концентрация эмульсин в аппарате, ХСр«- / (Ре).
Критерий Пекле можно записать в виде
Ре = ГЛЯ£)^.
(157)
147
«де /7 — высота аппарата; DT. <р— коэффициент Турбулентной диффу-
зии, определяемый но формуле (112); W* — средний скорость осаждения
или всплывании эмульсин
IF* = U.lM^nun ДРЯ(НФ + Ис)1,Г,,’’(21»ф +3ис)-10. (158)
Для случая рф > р< (срс а подводится к днищу аппарата п отво-
дится от его крышки), тик же как н для случат |>ф< рс (среда подво-
дится к крышке аппарата > отводится от его днища),
X/Xtp = (е~ре— 1,0) Ре”1-0, (159)
где X—текущая концентрация эмульсии.
Для случая Рф> рс (среда иода спится к крышке аппарата и отио-
дится от его днища) и рф < рс (среда поводится к днищу аппарата и
отводится (/г его крышки
Х/Хср = Ре (еРе - 1.0) , 0. (160)
Для этих условий максимальная относительная разность концен-
тр ami и эмульсин н аппарате
АСпмх = I — е~р*. (161)
Характеристики эмульсин, определяемые зависимостями (15.6),
(156), (158)—-(160) с точностью ±34У%, могут быть использованы ври
расчете аппаратов со средним объемным содержанием дисперсной
фазы, не превышающим 25%. Минимальная питешнпшить перемеши-
вания, ври которой достигается практически равномерное распределение
эмульсии по объему аппарата, соответствует зпачещп» Ре — 0,3.
В качестве первого приближения, которое может быть использо-
вано при расчете аппарата-эмульгатора, обычно находят оиределякхцы
число оборотов «опр (77]. Этот параметр характеризует режим работы
аппарата, и котором эмульсия практически равномерно распределена
н объеме аппарата. В соответствии с данными |7|. лопр может быть
найдена по формуле
Reu = Kc3Ar0315Rep-37\Ve-°”’5r“* (162)
или по зависимости
Попр = Кс4 Лр0'31^0-^^-0'5^-. (163)
Здесь Ке3, Кед — постоянные коэффициенты (табл. 21); а3 и а4 — пока-
затели степени (табл. 21), Аг — критерий Архимеда, определяемый
по формуле (140) Reu—критерий Рейнольдса, при вычисление кото-
рого по формуле (31 в качестве частоты вращения принято ЛопР: Wc„ —
критерий Вебера,
Wcu = PnonprfL°-1,0-
Зависимости (162) -(163) могут использоваться прп изменении кри-
териев Ren, Лг н Re,./Wen и пределах: 2-10asg RCu"C Юв; 8-10а
ArsS 2-Ю'®; 6д5< Reu/wC1;^ 1.18-10’.
Пример 8. Рассчитать максимальную относительную рл шесть коп-
центрацвм эмульсин о кппарата.
Данкыедяя расчета: 1. Обым исрсмгшчппсмой среды V = II,7 м1. 2. Плот-
ность сплошной фазм Рс » 1,2* 10® кг/м*. 3. Плотность дисперсной фаш рф =
==0,8- Ю* кг/м®. 4 Объемное соотношение фзя ш < 0,25 5- Динамическая вяз-
кость сплошной фазы ft -• 2,4* 1Сг1 I hi-с. (i. Дянвмнческая вязкссть дмсперс-
148
иоА фазы Па-с. 7 Коэффициент поверхностного натяженйЯ
на границе раздела фаз О «• 25-10“* и/м.
В качестве аппарата, в котором осуществляется эмульгирование, примем
аппарат с четырьмя отражательными перегородками, оборудованнып откры*
той турбинной мешалкой диаметром rfM « 2,4 м. высотой заполнения жид-
костью Я 2,8 м. ГидроднпамдчсскиП расчет такою аппарата выполнен
в примере 2. В спптвстствни с пунктом 6 этого расчета мощность перемешива-
ния N <- 14 ОШ) Вт, а осреднении* коэффициент турбулентного переноса
в cootвететвнн с пунктом 2 примера 5 будет Dr Ср •• 0,396 м/с.
Расчет нромэподмтсн но зависимостям.
1. Средний диаметр капель эмульсин по формуле (155), d^ *» 0.13 (25 X
X KI -3/1.2-1О3)0-6 (14 OeO/l.S-llP.ll.T)-®-1-» 1.15-10-Зм.
2. Средняя скорость есплыиаиия капель по формуле (1F.8), 1Г4« 0,167 X
X 1,92 • 10 '* (1,2- 10s + 0,8. 10*) 9,81 (15- 10~л4- 2.1- ID — 3) (2,4 X
X IO-3)-1-0 (2J5- 10 3 -J- 3-2.4-10—’)—10 = 0,47-10—- м/с.
3. Критерий Пекле по формуле (157) Ре ~ 0.47-10“*- 2,15/0,396 = 0,0332.
4. Средняя относительная концентрация дисперсной фазы в аппарате по
формуле (159). х/х = о.оззгдг.тг0-0932 — I) — 0.977.
5. Максимальная относительная разность концентрации эмульсии в ап-
парате определяется по формуле (160), ЛС^ — I — 2.72_°-0333 =0,033.
Эмулмировапие жидких сред в аппаратах, работающих а рагвитом
турбулентном режиме с разрывом сплошности, обычно осуществляется
путем создания в области мешалки кавитационных явлений- Основой
расчета таких аппаратов является определение оптимальных режимов
его работы. При этом используется выражение (2), в котором частота
вращения п заменена на и„11т, тогда
Re„. oirr = ~ /2(pn+YcW)IPc(2 Sh G/Кф- 1.0)1 ‘-° - (Ю4)
лр
Здесь Рец. опт—оптимальная величина критерия Рейнольдса, при
которой имеет место максимальная эффективность кавитационного
Рнс. 95. Уменьшение времени
достижения заданной сте-
пени дисперсности эмульсии
в зависимости от режима ра-
боты аппарата. Размер эмуль-
сии </ф = 100 мкм. т — вре-
мя эмульгирования, т„пг —
время эмульгирования при
Рецопт = 1.2-105
эмульгирования; рА — абсолютное давление среды'в'аппарате; ус —
удельный вес сплошной фазы; // — высота заполнения аппарата жидко-
стью; ре — плотность сплошной фазы; tlu — диаметр мешалки; р —
динамическая вязкость жидкости; и Кф — коэффициенты, определяе-
мые ио табл. 14; Sh — критерий Струхаля, определяется пофермуле (57).
Расчет по выражению (161) для tlu = 75 мм показывает, что быстро-
ходные мешалки но своему воздействию (но Rett.опт) на эмульгируемую
жидкость могут быть расположены в следующий ряд [30, 46):
Турбинная открытия........................... 8,8-10*
Лопастная ...................................1,19-10е
Турбинная закрытая......................... . , 1.39-10*
цкстнлопастиая ........................... 1,52-10*
Трех лопастная .............................2,27-19»
149
Моделирование кавитационных явлений в аппарате осуществляется
по кавитационному числу х. причем
X = 2 (РЛ + Гся- Р„. „) (рпЧ)"1'0- (165)
Здесь Рп.п — давление насыщенных паров перемешиваемой жидкостг.
Для открытых турбинных н лопастных мешалок, применение кото-
рых наиболее предпочтительно в аппаратах, используемых для кави-
тационного эмульгирования, кавитационное число определяется по
выражениям:
для открытых турбинных мешалок
х = 0,7-Н4 lO-’d-1-0—БбО Ю-3^2;
для лопастных мешалок
х = 0.55 + 12.5 10-3<C10 — 100 10GdH
Для оптимальных условий работы, соответствующих условию
(164), размер эмульсий, полученный в кавитационном режиме, будет
*1ф. к mln = Фк^ф mln > (166)
в котором величина «Ду, ,П1П определяется по формуле (1551.
Коэффициент Фк уменьшения размеров эмульсин в кавитационном
pt-жиме находят по выражениям:
для открытых турбинных мешалок
фк = [70,6 -збл^-33(Ч.)-1'0 + 4-4(£67(ЧЙ)-2] ~12; (,67>
для лопастных мцша.юк
Фк= [61,6-34,6^®«)-’ ° 4-6.11°ст(ш£)-2]-'-2; (1681
для закрытых турбинных мешалок
Фк = [50 - 34,6</2'33 ("О-1'0 4- 6,4<£бт («^)“2Г12 • (169)
Использование зависимостей (166)—(169) позволяет по формуле
(156) при замене в ней <1ф т1в на с/ф.к ^„определить площадь удельной
поверхн ктн раздела фаз, а по формулам (157)—(160) — все характери-
стики получаемой эмульсии. В аппаратах такого типа в диапазоне
(0,9-е 1,1) Кед. опт за меньшее время работы (рис- 95) получают эмуль-
сию с ыеньши ин размерами частиц.
Глава IV
РАСЧЕТ ТИХОХОДНЫХ
ПЕРЕМЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Тихоходные перемешивающие устройства исполь-
зуются как правило, для перемен ивания высоковязких сред. Делен не
жидкс~гей в процессах перемешивания иа маловязкие н высоковязкие
имеет весьма условные границы, кот >рые при выборе перемешивании' го
устройства уточняются размерами аппарата, реологическими i вой-
ствами жидкостей и особенностями технологических npoueci ов. На-
пример в малообъемных эффективных смесителях для выгоковятких
сред 1 достигаются достаточно высокие скорости и >ысокая степень
турбулизации жидкости, а пооие""Ы эмульгирования и диспергирования
даже в весьма вязких средах требуют i рнменеиня специальных быстро-
ходных перемени.ван щих устройств 1'13. 102]. Однако для наибо. «
часто встречающихся тиноиых перемешивающих устройств [8, 65]
в технической литературе даются рекомендации но вполне конкретным
границам их эффективного использования 1102, 116] по значениям
вязкостей рабоч ix сред.
Характерной а □беинос’ъю при i “ремешиваинн высоковязких
сред является ламинарный характ< р течения жидкостей в аппарате.
Мощность- г отребляемая мешалкой в зтом режиме работы, пропор-
циональная коэффициенту динамический вязкост» и квадрату частоты
вращения мешалки.
N ~рч2
Так как практический диапазон вязкостей рабочих сред в процессах
перемешивания изменяется в 1-10* раз, то очевидно, что для пслучення
присмл?мых мощностей привода при перемешивании ьысоковчзкнх
сред необходимо применять тихоходные перемешивающие устройства.
Следует иметь в виду, что мешалки рекомендуемые для перемеши-
вания высоковязкнх сред, являются эффективными также и'при пере-
мешивании маловязкнх сред [102, 112, 116]. Это обстоятельство сле-
дует учитывать, например при рыборс перемешивающего устройства
для аппаратов периодического 1ействня. когда в»экость среды оезко
увеличивается к концу процесса. В этом случае определяющим типом
переме"ч.ьающего устройства обычно является тихоходная мешалка,
которая практически всегда обеспечивает условие начальной стадии
процесса для маловязких сред при той же «эстоте вращения. Ис пол ь-
зивачне двухскоростиых электродвигателей или раздельных приводов
дли таких процессов вбольшгнетве случаев нецелесообразно. Использо-
вание же тихоходных мешалок только для перемешивания маловязких
сред экономически невыгодно ввиду сложност11 их конструкции, утя-
желения привода и аппарата в целом по сравнению с б .троходнымн
перемешивающими устрсйствами-
* Авт. с»яд. № 393112.
151
Таблица 22. Основные характеристики тихоходных мешалок
Тип мешалки Рекомендации по применению
преимущественному ограниченному
Якорная При низкой интенсивно- сти перемешивания Г ’змеры суспен- зий не боле- вели- чины зазора 5
Рамная При низкой интенсивно- сти перемешивания —
Шнековая При наличии а рабочем обтсМс внутренних уст ройств Барботаж, кипе- ние
Шнековая г. направляющей трубе П< ремешпвапис суспен- зий, ТСПЛООбМсИ Размер суспензий не б„лсс С = — 0,5 (dT -
Ленточная Для аппаратов болыин размеров для гомогениза- ции, Су>'1К’Идир<*11Л1|11Я — •
Ленточная со скребками Прн интенсивном тепло- обмене, при зарастании внутренних поверхностей теплообмена Наличие абразив- ных частиц
152
Рекомендуемые пределы применения Расчетные зависимости для стандартных конструкций аппаратов
р. Па-с Rc1( V. м» *1 в в/ь
0.1 10 10-80 0,1-5 — - — —
1—100 10-80 0,1—10 — я k. D-d„ —
42 Ья 20п
10-100 0,1 .40 0.25- 50 «(-£) ^-<1ы О,57£> + 1 n.:wB
10—500 0.1 № 1—20
Ч-(йЛ 2лш
10—1000 I—8.0 0,25— ИХ) СЧ 17 я kt D-rfM 0.57D+ 0.3W»
«5»я 2дл
5 100 0,1—300 2-32 0.57D
153
Процессы гидродинамики и теплообмена при перемешивании высо-
говязкнх сред имеют характерные особенности структуры потоков
и режима течения жидкости в аппаратах, поэтому выбор и расчет тихо-
ходных перемешивающих устройств в технической литературе, как
правило, рассматривается отдельно [2, 64, 102].
19. Гидродинамика перемешивания
в аппаратах о тихоходными мешалками
При перемешивании маловязких сред, имеющих сравнительно не-
большие силы внутреннего трения, передача и распределение энергии
в объеме аппарата может производиться при больших градиентах ско-
рости от высокооборотиых перемешивающих устройств. При этом
в центральной зоне аппарата в ламинарном режиме перемешивания
также сохраняется область высоких скоростей потока, существенно
отличающаяся но характеру режима течения от периферийной области.
В центре аппарата в районе мешалки, как правило, наблюдается тур-
булентный режим перемешниаиня.
При перемешивании высоковязких сред, обладающих большими
силами внутреннего трения, такой способ передачи энергии экономиче-
ски невыгоден, а часто и практически неосуществим. В аппаратах для
перемешивания этих сред необходимо обеспечивать более равномерное
распределение скоростей потоков жидкости, преимущественно с лами
парным режимом течения в объеме всего яппарата. Для большинства
конструкций аппаратов, предназначенных для перемешивания высоко-
вязких сред, характерно наличие замкнутых осеных циркуляционных
контуров с движением жидкости в одном направлении по центральной
части аппарата н в противоположном направлении по кольцевой пери-
ферийной области. Отличительными особенностями тихоходных пере-
мешивающих устройств являются большие размеры мешалок по диа-
метру н высоте аппарата. Основные типы тихоходных мешалок, рекомен-
дации по их использованию, пределы применения расчетных зависимо-
стей для нормализованных мешалок и некоторые расчетные параметры
приведены втабл. 22. Приведенные в табл. 22 обозначения соответствуют:
со — радиальные зазоры между корпусом н мешалкой или между
направляющей трубой и шнеком; t — шаг винтовой линии; Вп — ши-
рина витка ленты или ширина лопасти рамной вешалки, Вш — ширина
(высота) витка шнека; 4* (1,05-s- 1,15) с!и — диаметр направляющей
трубы шнека; — диаметр центральной зоны циркуляции.
В таблице не приведены и далее не рассматриваются специальные
типы быстроходных мешалок, предназначенные для диспергирования
в высоковязкнх средах твердых частиц и образование эмуль-
сий (43. 102].
Распределение скоростей. Вопросам распределения скоростей
в аппаратах с мешалками посвящено много теоретических и экспери-
ментальных работ. Однако большинство из них носят частный характер,
и какие-либо обобщающие зависимости и расчетные формулы в техни-
ческой литературе отсутствуют.
Наибольшей по абсолютному значению составляющей скорости по-
токов жидкости при перемешивании иысоконязких сред является окруж-
ная (тангенциальная) составляющая vt-
Прн определении окружной составляющей скорости по радиусу ап-
парата для якорной и рамных мешалок используют зависимости:
154
Pq? < H HZ г - 3
Ч
(170)
о мм
для Оа^ dH/2
ш, = 2ши [1 + ф(2r/dH)S-° - (О.7Г58-0 +
+ 1.15фГ®»8)(2г/<1м)2’®];
для D/2
te, =• nndM(l -4-ф— ЫбфГр6 —
- О,7Гд2,0 ) [(D - 2r)/(D -
~ 63 5
Zn (171)
. <P
где ф=/(Ф; Гр)—находят из графика на рис- рг,» = " р о 2Б ~
’ * »м"Н, Ц.
параметр гидродинамического истока в аппарате; ф = 8//. t)-| 2 —
для целиком заполненных аппаратов; ф = 8Н J>- 1 —для аппаратов
со свободной поверхностью жидкости; £м — 1,28 — коэффициент со-
противления для якорной и рампой мешалок-
Глубину воронкн (от уровня спокойной поверхности) при переме-
шивании якорной и рамной мешалками определяют по формуле
h, = (П +0.7^.
Экспериментальных данных по распределению скоростей в аппара-
тах со шнековыми и леиточнымя мешалками в технической литературе
мало 113, 102). и универсальные расчетные зависимости по ним отсут-
ствуют.
В приближенных расчетах для определения тангенциальной со-
ставляющей скорости потока жидкости можно пользоваться зависи-
мостью,
| 2ягп 2лг dr
откуда, для значения диаметра вала tIB = 0,06dM
в/ср= 0,68nrfMn. (172)
Принимая соотношение составляющих скоростей потоков по ана-
логии с данными, полученными для пропеллерных и шнековых меша-
лок (531
И7 « 2ш, « 10в?в,
из выражения (172) можно получить зависимости тля определения сред-
них составляющих скоростей потоков в том числе аксиального потока
щд = 0.063л <?мЛ
и радиального патока
» 0,20л dun.
Более точно значения аксиальных составляющих скоростей по-
токов для нормализованных типов тихоходных мешалок, приведенных
в табл. 22, будут даны ниже.
155
Структура потока в аппаратах с лепгочишыи и шнековыми мешал
ками нос) т выраженный характер единого циркуляционного кон-
тура [13, 135]. При этом центральный поток, двигающийся вверх или
вниз по осн аппарата, занимает в поперечном сечении аппарата зону
с du — (0,56 0.6) D. При исследовании циркуляционного контура при
гомогенизации в аппарате с ленточной мешалкой в процессе переме-
шивания и охлаждения высоновязкнх сред по усреднению температур-
ных полей экспериментально [13] подтверждено наличие заторможен-
ного (по осевой составляющей скор«хти) слоя между нейтральной и пе-
риферийной зонами осевой циркуляции в интервале (0.56-1-0,6) О
Исключением из мешалок этого типа является шнековая мешалка
в направляющей трубе, для которой естественно, средняя зон цирку-
ляции равна диаметру трубы dn = rfr.
Такое распределение поперечных площадей по осевым потокам
соответствует максимальному расходу жидкости, устанавливающемуся
в результате естественного распределения потоков в зависимости
от гидравлического сопротивления контура [13]. В соответствии с этим
распределением осевая составляющая скорости потока жидко~ги в
централ! ной зоне циркуляпчя к?а. ц будет u 1 5—2 раза больше, чем
в периферийной зоне а?а. п
^'я.ц«(15-ь2,0)Юа.п-
Время перемешивавня. Время перемезливания (гомогенизации)
жидкости и аппарате находят при необходимости усреднения темпера-
турных полей однородных жидкостей или гомогенизации взаимора-
с творимых и смешивающихся сред
Время гомогенизации определяется временем, необходимым для
достижения заданной степени равномерности концентрации вещества
или температуры средин объеме аппарата. Степень равномерности среды
определяется максимально возможным отклонением местных (локаль-
ных) концентраций С или температур Т от средних значений концен-
трации Cq, или температур Тср, т. е.
АС = Сер —С и ДГ = Тср—Г.
Относительная степень неравномерности распределения концен-
траций или Температур определяется .тиачоыиям -
АС __ Сер — С
Сер Сер
АТ Тср - Т !
^ср ?ср
-'-ъ
т
Тер
. АС С
алв!
ьср
. АТ Т
или 1--=— = -=
‘ ср ‘ ср
В общем случае время гомогенизации зависит от способа замера
концентрации пли темчературы.
Обычно степень однородности перемешиваемой среды задают по
условиям технологического процесса. Время гомогенизации определя-
ется временем, необходимым для достижения заданной степени одно-
родности с момента натвла неремешниаиня неоднородной среды или
с момента подачи в аппарат (при работающей мешалке) жидкого ком-
понента .отл я чающегося от находящейся в аппарате среды.
Степень однородности перемет ипаемой среды и конечном счете
зависит от кратности (С ее циркуляции в аппарате. Теоретическая за-
висимость ДС/ССр=/ (Кц) для аппаратов периодического значения пред-
ставлена на рис. 96. Кратностью циркуляции А'ц называется число пол-
156
пых рабочих объемов среды Vo. проходящих через поперечное сечение
аппарата (в одном направлении) год действием насосного эффекта r.epi-
мешк чающего уст ройства.
Из рнс 96 видно, что досшючио высокая степень однородности
ДС/Сср « 0,9-е-0,9й достигается уже при четырех пяти циркуляциях
сйъема жидкости в аппарате (Хц 4-^-5). Следует иметь в виду, что
теоретическая однородность среды ДС/Сср = I достигается при числе
циркуляций, стремящихся к бесконечности (Хц -» оо). Для достиже-
ния же на практике необходимей степени идеальности перемешивания
необходимо ссуишспшть не
менее 1U циркуляций в объе-
ме аппарата (Хц 5s 10).
В а..дарате непрерыв-
ного действия с рабочим
обы мом V при объемном
расходе жидкости Vq время
пребывания частиц жидкости
неодинаково. Часть жид-
кости пребывает в аппарате
больше среднего (относитель-
ного) времени пребывания
TcP = V/Vq,
а часть — меньше этого
времени.
Рассмотрим аппарат иде-
ального перемешивания, под
которым будем понимать
аппарат, обеспечивающий за
время пребывания в нем Тср
кратность циркуляции жид-
кости Хц^ 10. Для аппа-
рата идеального перемешива-
ния, заполненного в началь-
ный момент работы чистой
жидкостью (Сr__Q = 0). при г гктуплеиин в него жидкости с постоянной
концентрацией вещества Со и при выходе из него жидкости со средней
концентр алией С — Сср условн i материального баланса можно за-
писать в виде
Vq (Со — С) dr — V dC
или
rfC/(C0-C)-dT/Tcp.
Рнс. 96. Зависимость степени однород-
ности перемешнв темой среды от крат-
ности циркуляции в аппарате перио-
дического действия ДС/Сср — I (Кц) и
Д Т ;ТСр = f (Хн) (кривая /); завпен-
моегь распределения жидкости от вре-
мени пребывания в аппарате непрерыв-
ного действия при 1’лсалыюы Переме-
шивании С/Со = / (г/гср) (кривая 2)
Тогда зависимость распределения времени пребывания жидкости
и аппарате имеет вид
С (>73)
Сср \ с /
гдети С — текущие значения времени я средней концентрации жидкости
в объеме аппарата; т/тгр — относительное время пребывания и аппа-
рате; е = 2.72 — основание натурального логарифма.
Доля ш игества, выходящего из аппарата за время Тср и находя-
щегося в аппарате меньше среднего времени пребывания, составит
х « С С, = 1 — I е « 6,632.
157
Зависимость CJC = I (т/тср), определяющая динамику распреде-
ления времени пребывания жидкости в аппарате при идеальном пере-
мешивании представлена на рнс. 96 кривой 2.
Для расчета времени перемешивания в аппарате с . абочим объемом
жидкости V псобходнмо знать заданную степень гомогенизации среды
ЛС'Сср и объемный расход циркуляции (?ц-
При этом кратность циркуляции в аппарате периодического дей-
ствия будет
Кц = <?цТ/У, (174)
а в аппарате непрерывного действия
K^QuIVq (175)
Объем перемешиваемой жидкости (рабочий объем) в аппарате
периодического действия с эллиптическим днищем определяют по
формуле
v=2t-(w«-4)- (|7б)
Объемный циркуляционный расход жидкости создаваемый ме-
шалками в аппарате, определяют по формуле
Qu = 077)
Значение Лц находят для шпековых мешалок и шнековых мешалок i на-
правляющей трубе из зависимости
4.-=ж‘.м[‘Ц£)а]. (|ге>
для ленточных мешалок н ленточных мешалок со скребками нз зави-
симости
^=-^М2ф(1-^-)2. (179)
В формуле (177) гп — число лопастей для рамной или число заходов
вктков винтовой линии шнековой и ленточных мешалок; Нг — высота
рабочей части мешалки.
В формулах (178) и (179) коэффициенты Л, н kt учитывают геометри-
ческие соотношения перемешивающих устройств, а коэффициент <р —
распределение осевого потока жидкости по зонам циркуляции (централь-
ной и периодической)
Значение коэффициента <р определяют по формуле
(l+a<)lnJ--(l-a;)a
(|_0’)]nJ_
(180)
158
где ar - d^D — относительный диаметр центральной зоны циркуля-
ции, принимают по табл. 22; а0 =» dBD — относительный диаметр
вала.
Значения коэффициента At принимают по табл 22 а коэффициента
ks но графику kt = f на рис. 97.
Расчет времени перемешивания по формулам (173)—(180) может
вестись по двум вариантам. Из графика &CIC = / (К j (см. рнс. 96)
по требуемой степени гомогенизации ЛСС находят кратность циркуля-
ции Хц. Затем по формуле (174) н (175) для данного значения Кц^ и за-
данного времени процесса определяют объемный циркуляционный рас-
ход Q„ и по формуле (I 77) нахо-
дят необходимую частоту вра-
щения мешал к н Или, определив
значение Qu по формуле (177),
находят необходимое время
перемешнвання (пребывания в
аппарате) по формуле (174)
н (175). Для реакторов непре-
рывного действия рекомендуется
иметь значения кратности цнр-
кул.цнн Хц^ 10
В технической литерату-
ре [37, 102. 119] уравнение вре-
мени перемешивания часто пре-
дставляют в критериальном виде
-
(181)
Рнс. 97. Коэффициенты, учитываю-
кхцие влияние заэоров между стен
кой н вращающимися элементами
перемешивающих устройств
где значения показателен степеней / и Л находятся в пределах значе-
ний [102. 119] /= 0-ь (—0,8); Л=2+26.
Уравнение (181) вполне удовлетворительно согласуется с зависи-
мое! «мн (174) н (177).
В переходных н турбулентных режимах течения влияние центро-
бежного критерия Рейнольдса Рец весьма незначительно мн отсут-
ствует.
В работе Нагата [136] приведена зависимость тл = 33 для ленточ-
ной мешалки с шагом витков 1= О и H/D = 1 н зависимость тп = 45
для шнековой мешалки в направляющей трубе при значениях dJD =
— 0.7 и HID = 1; 0, которые при значениях Reu > .00 неплохо согла-
суются с данными Г луза н Павлушенко [37]. Они могут быть исполь-
зованы для ориентировочных расчетов при вышеуказанных значениях
Reu для шнековой мешалки в виде
тя = 33H/D; (182)
для ленточной мешалки
tn=.45ff'D (183)
В связи с тем, что коэффициенты уравнений (182) и (183) были по-
лучены [136] для степени гомогенизации, сооветствующей кратности
циркуляции Хц= 3+4, при необходимости изменения степени гомоге-
низации АС/С (см. рис. 96) коэффициенты этих уравнений необходимо
также изменить в соответствующее число раз.
159
Прн определении времени перемешивания для якорных и рамных
мешалок можно пользоваться зависимостью, полученной в работе [136),
для значений Reu <. 80
тн = 2100 Re~°-7///D;
для значений Rcu > 200
тл - 90 Re^°-15 Н 'D.
Условия суспендирования. Условия образования взвеси твердой
фазы (в системах жидкость—твердое тело) в вертикальных аппаратах
с перемешивающими устройствами целиком определяются аксиальными
составляющими скоростей потоков жидкости о>а.
Для аппаратов со шнековыми и ленточными мешалками, как было
показано выше, средняя аксиальная составляющая скорости в пери
ферийной кольцевой зоне существенно ниже, чем в центральной зоне
циркуляции. Очевидно, что осевая скорость в периферийной зоне в^р
и будет определять условия суспендирования в этих аппаратах.
Определив объемный расход циркуляции Qu по формуле (177).
находят значение средней аксиальной скорости потока в периферийной
зоне для нормализованных типов аппаратов
,1й1
где значение диаметра митральной зоны циркуляции dK принимают
но данным табл. 22.
Из экспериментальных данных [13|. минимальное значение диа-
метра центральной зоны циркуляции « 0.56Z?. Подставка это зна-
чение в формулу (184), для ленточных мешалок получим
Wcp it ЬЯбСц/Я’. (185)
Скорость осаждения твердых частиц и у находят но формуле 5L
w-r-’gd^ (рт — р)/( 18р) (186)
или
»т = 0,545 (рт — р d^ii, (187)
где 1* и р — вязкость и плотность жидкой (сплошной) среды; рг — плот-
ность дисперсной фазы.
Условие образования устойчивой двухфазной системы жидкость —
твердое тело с равномерным распределением твердой фазы н объеме аппа-
рата следующее:
ШгСО.Зо'ср- (188)
В этих условиях суспензия может рассматриваться и рассчиты-
ваться как однофазная жидкость.
Дли приближенных расчетов суспендирования в аппаратах с якор-
ными и рамными мешалками среднюю аксиальную составляющую ско-
рости потока жидкости в аппарате можно принять равной оеСр 0.05 wt,
где wt определяют по формулам (170) н (171).
Суспензия по высоте аппарата в общем случае при перемешивании
распределяется неравномерно. Максимальную относительную разность
концентраций (по отношению к средней концентрации) в аппарате
определяют по формуле
АС _ С —Ctr Ц'т (189)
Сер б р 1- Ц'ср
1С0
Пример 9. Определить время перемешивимия для аппарата непре-
рывного действия со стандартной ленточной мешалкой, необходимое для
усреднения Двух вэакмкорастворнмых жидкостей с достижением степени одно-
родности ЛС/ССр — 0.99 при частоте вращения мешалки п = 0.333 1/с.
Аппарат имеет рабочий объем V = 12.S н* при высоте уровня жидкости
2.8 м. Диаметр аппарата D =• 2,4 м; диаметр мешалки <fM — 2.21 н; высота ме-
шалки Нх = 1 Я5 м; диаметр вала d8 =0.133 м; шлрина автка ленты (лопасти)
од = 0.22 м, число лопастей (заходов пинтовой лилии) Z, = 2.
По зависимости ДС/Сср = f (Кц) для ЛС/С^р = 0,99 (см. рне. 96) на-
ходим необходимую кратность циркуляции Дц .-'в.
Из уравнения (174) определим необходимое время псрсмешнваввя T =
= КцУ/Оц. Для этого найдем объемный расход циркуляции (?ц по фор-
муле (177)
’ 2 Я / 2 4 \2
«ц " V ТК5 (^4 ) °>3а3 2-24’ “ 13Лц-
Значение коэффициента Ац определим из формулы (179), в которой коэф-
фициент 4, находим по формуле в т <бл. 22.
2-2 24
3.14-2,24 '
— 0.78
Коэффициент й, — 30 находим но рис. 97 для
D — <(ы 2 4 — 2 24
в/6л-------ТО------------------°-363-
2»л
Зне 1енпе ф определим из формулы (180) при af == d^D н af
Из тлбл. 22 d — 0.57D + 0,36<f. ------
откуда
dB/D.
0 CTD + r.aflrf* • о 47-2.4 -)- О,Тб-0.333 р Ру.
D
Следовательно,
5
°й“ D
0.1ЭД
-я—=0.055.
ф «3
(0,69* - 0,055*) in — (0.59’ - '..ОМ
(0.59’-0.С65’)1пЛ^-
(1 - 0.59‘) 1П — - (1 - 0.59s)1
-------------------------=----------- - 0.0625;
(-0.59») in —
<?ц- 13Иг-13-^-0.78-30-0,
0.374.
200 с.
6-12.5
Т Ы ... -
0,374
Необходимое дли усреднения время неремс-шмхынмл т 200 с. Прмбли*
жен ное значение х может быть вычислено нз зависимости <1НЭ) с введением
коэффициента увеличения Кц/Ки = = 1»5 для обеспечения заданной крат-
ности цирк ул яппи = 6.
С = 46
Н I
О п
2.8
2.4 0.333 "*2Э6 С
4> Э. А. Васнльцов. В Г Ушаков
1G1
Пример 10. Определить условия суспендирования в аппарате с лен-
точной мешалкой (см. пример 9) для твердой взвеси размером <Тт — 0,003 ы,
плотностью >т •= 1300 кг/м* при вязкости жидкости (гплошвой среды) |1 —
= 6 П.1-с н плотностью р =* 8<Х) кг/м*.
Скорость осаждения твердых частиц по формуле (166)
9,81 0.013 (1300 — 800)
— — --------------------= 0.0154 м/с.
“т ” 18-66
Средняя скорость рабочей среды в периферийной зоне циркуляция опре-
деляют по формуле (186)
»<₽= '.8®-^--0.120 м/с.
tn 0.01Т4
Пэ отношения -— = р х 0.105 < 0,3, видно, что условие (186) одно-
родности эаспределения суспензии в аппарате соблюдается.
Максимальную относительную разность концентрации суспензии в ап-
парате определяем по формуле (189)
nC O.OI26
Сср “ 0,0126+0.120
Максимальная разность концентрации суспензии в аппарате не пре-
вышает 9.5%.
20. Мощность перемешивания
тихоходных перемешивающих устройств
В общем заде мощность, расходуемая на перемешивание зависит
от частоты вращения мешалки, физических свойств перемешиваемой
среды, ускорения свободного падения н геометрических характеристик
аппарата н мешалки
N *=f(n. р, р, g, D, d„ . . .),
Для вькоковязквх жидкостей при ламинарном режиме перемеши-
вания силы тяжести весьма незначительны и в расчетах не учитываются.
Из многочисленных экспериментальных данных видно, что при ла-
минарном Режиме перемешивания для подобных геометрических систем
(аппаратов) уравнение мощности имеет вид
(W0)
где С — коэффициент, учитывающий геометрические соотиошсиня раз-
меров корпуса аппарата и перемешивающего устройства.
В расчетном виде уравнение мощности для ламинарного режима
перемешивания при т •= 1 имеет вид
W-Cjiu’d’, (191)
где коэффициент С для каждого типа и конструкции аппарата имеет
свое значение.
В результате экспериментального и теоретического исследования [2.
61 ] для нормализованных типов перемешивающих устройств, пере шс-
ленных в табл. 22 получены расчетные зависимости для определения
коэффициента С уравнения (191):
для рамной п ленточной мешалок
<“>
162
для шнековой и шнековой в направляющей труГю
для ленточной со скребками
В формулах (192)—(194) ге — число вертикальных штанг ?ля лен-
точкой мешалки со скребками илн число горнзеягтальных траверз для
рамной мешалки; Хс — число скребков (в горн юнталыгом сечении аппг
рата)- Рв—днам< гр окружности осей вертикальных штанг ленточной
мешалки со скребками.
Значения коэффициентов ks, kt н А* в этих формулах, учитываю-
щих влияние относительных зазоров б, выбирают по зависимостям
kt = f представленным па рис. 97, где по кривой / принимают
значения коэффициентов для рамной, ленточной н ленточной со скреб-
ками мешалок, а по кривой 2 — для шнековой и ш сковой в направля-
ющей трубе мешалок.
Прн определении коэффициента kt в формулах (178), (179) н (192) —
(194) значения относительных размеров радиальных зазоров вы-
числяют го формулам:
для рамной, ленточной и ленточной со скребками мешалок
6/^ = (D-du)/(2An);
для шнековой
6/Ьш = (П-аи)/(2Ьшу.
для шнековой в направляющей тру5е
б/8га = |dT — <1м)/(2бш).
При определении коэффгпнектз 1гя для вертикальной трубы в фор-
муле (194) принимать &bt = (!) — Ро).'(2Ь0), где Ьо — ширина проек-
ции вертикальной штанги ленточкой мешалки со скребками па радиаль-
ную плоскость. При определении коэффициента kt для скребков по фор-
муле (194) принимать 6 — 0, где \ — ширина проекции скребка
на радиальную плоскость.
Множители 'и о”~* в<)-срму.те (194) учитываются только при
еремешнваннн пеньютоновскнх жидкостей (см. п. 28). Для обычных
жидкостей т — 1 и ' л^-1 = 1.
Формулы (192)—(194) не охватывают в полной мере возможные кок
структнвиыс исполнения тихоходных перемешивающих устройств н
не являются универсальными, но позволяют с достаточной для инженер-
ных расчетов точностью определить мощность, потребляемую в лами-
нарном режиме перемешивания стандартными типами мешалок [8.
65], используемых в отечественном аппаратостроенин-
Нормалнзованные перемешивающие устройства имеют следующие
пределы изменений основных геометрических параметров:
для шнековых мешалок
d*,/D ст 0,4 ч- 0.44; = 0.6 -=- 2.5; d„/dM - 0.18 -*- 0.22;
ЦП => 1,0; Н/О = 0,3 -е- 3.5;
6'
163
для ленточных мешалок
du/D = 0,92 + 0.97; Я1/«/и= 0,8 = 5,5; = 0,07 + 0,12;
t/D «= 1,0; Н/D 0,9 + 2,5; Ья/аи = 0,10;
для Ленточных мешалок со скребками
du/D = 1,0; Hjdu = 1.5 ч- 2,7; t/D = 1,0;
bsfdM = 0,095; D'/D = 0,85
В технической литературе опубликовано » кого экспериментальных
работ но исследованию мощности, расходуемой ча перемешивание шне-
ковыми и ленточными мешалками [75. 102, ! 16 ] Работы о влиянии шага
винтовой линии, относительной величины диаметра мешалок, высоты
заполнения аппарата и т- д. в силу разрозненности нс позволяют по-
лучить достоверных обобщенных зависимостей для определения по-
требляемой мощности.
Вместе с тем, эти работы позволяют назвать некоторые оптимальные
соотношения геометрических размеров аппаратов и мешалок, а также
обобщенные значения показателя степени и коэффициента уравнения
мощности (190) для некоторых типов мешалок.
Из обюров, посвященных процессам перемешивания в аппаратах
с мешалкой [102, 116], следует, что показатель степени т в уравнении
(190). характеризующий наклон кривых мощности (рис. 86—89) в ла-
минарной области перем шивання, находится в пределах от —0,9 до
—1,0 и для инженерных методов расчета ысжет быть принят равным
т = —1,0.
Относительные размеры шнековых меш шок в пределах d„/D л
» 0 4ч-0.6 и шаговых отношений винтовых линий в шнековых и ленточ-
ных мешалках в пределах 1 » 0,6-*-1,2 существенного влияния па
значения коэффициента С в уравнении (190) не оказывают. Средине из
значений геометрических параметров близки к оптимальным соотно-
шениям размеров конструкций.
Влияние величины зазоров между мешалкой н стенкой аппарата
(стенкой направляющей трубы) иа потребляемую мощность для ленточ-
ных н шнековых мешалок в технической литературе представлено не-
достаточно. В исследуемых конструкциях значения относительных
размеров зазоров находится обычно в пределах-^- = —» 0,05 ч-
=0,02.
Большинство экспериментальных данных прнвод|гтся для случая
полностью погруженной ыешалкн и при высоте заполнения аппарата
HID 1,0-5-1,67, что соответствует для ленточных мешалок Н^а*^
0,8-5-1,0 и для шнековых мешалок H^/du « 2.0-5-2.S. Имея в виду,
что мощность, потребляемая мешалкой, пропорциональна ее высоте
N.^ H^ld*, при обобщении опытных данных целесообразно ввести этот
параметр в уравнения (190) н (191).
Обобщая вышеприведенный анализ к используя значения коэффи-
циентов С уравнения (190) нч <£зорных данных, приведенных в рабо-
тах [102, 116 J, можно рекомендовать для ориентировочных инженер-
ных расчетов в пределах перечисленных выше параметров следующие
формулы для расчета мощности, которые вполне удовлетворительно
согласуются с зависимостями (192)—(194):
для ленточных мешалок
A'=34O(l/i/dM) Ич’<; (195)
164
для шнечсвых мешалок
У= 70(//1/dM)Mn2<;
для шнековых мешалок в направляющей трубе
V = 240 (Н^и)
При нспользопшшн л< нточных и шнековых мешалок п переходных
н турбулентных режимах работы при Ren > ИЮ для приближенных
расчетов потребляемся мещтостп можно пользоваться следующими
критериальными зависимостями:
для ленточных мешалок
К„ = 7.0(//,/аы) Re^ 33;
для шнеков 1х мешалок
Kyy-^OfW^Re^13;
для шнековых мешгюк в направляющей трубе
1
K№1.8(W1/dM)Ren 6.
Дня стандартных эм'ълкрсвяниых якорных мешалок (с геометриче-
скими параметрами D/dM *= 1,15. Ht/dM — 0,6 и b.'d* — 0.1) потребля
смую мощность в ламннар'.ом режиме перемешивания опредслтют из
уравнения
KN J 245Rcn10.
По данным Ула н Вознига [1311. для якорных меш 1лок с псб хль-
шнми зазорами между стенкой н лопастями мешалки в пределах б —
== Ю — </м)/2£= (9-J-73) «Г8 (при HD - 0.51; Я/D 0.50 п Ьл/О —
= У-75-10”2) мощность в ламинарной области перемешивания можно
определить из уравнения
Яд, = 1,3-КГ5 ( — 2dg ) RC j О
л <
Пример И. Определить мощность, потребляемую при перемешнвэ-
пнн, и осевое усилие, передаваемое на вал. в апиарите с ленточкой мешалкой
с размерами, аналогичным» принятым в примере I. с числом вертикальных
штанг Ze * в. Вязкость перемешиваемой среды |1 •* 65 11ч-с, плотность р •
= 800 кг/м»’
Определим режимы перемешивания, вычислив значение центробежного
числа Рейнольдса
.2
ря4#м RQn-0.333-2.24»
Re »-----— = ---20.6
U 05
Режим течения жидкости в аппарате ламинарный.
Потребляемую мощность вычисляем по формуле (1BI)
N -=212.65.0,333«-2.24» «21 100 Вт = 21.1 кВт
Коэффициент С определяем по формуле (192)
165
Коэффициент ft» рэссштыввют таи же, или в примере 9.
Мощность, потребляем дм на перемешивание рабочей среды в аппарате.
N = 21.1 кВт. Мощность» определяемая при ориентировочных расчетах по
формуле (195), получается несколько завышенной
Л' — 340 -Щ. 65 0,333"-2.24« = 22 630 Вт> 22.6 кВт.
21. Теплообмен при перемешивании
в аппаратах о тихоходными мешалками
Прн расчете теплопередачи в аппаратах с перемешьвакицимн устрой-
ствам!" основной задачей является определение коэффициентов тепло-
отдачи от внутренних поверхностен теплообменных устройств (от сте-
нок аппарата, змеевиков и т. д.) к смывающей их перемешиваемой среде.
Прн теплообмене в высоковязкнх средах коэффициенты теплоотдачи а
к жидкости обычно невысокие, поэтому прн определении основного тер-
(196)
Nu = Д
(197)
Nu = A Rc° Pr*
где l.'a+W^T-l-l/аа *
В литературе уравнения теплоотдачи приводят обычно в критери-
альном виде
мпческого сопротивления всего процесса теплопередачи часто лимити-
руют отводимый или подводимый к рабочей среде тепловой поток
Q га чГ St,
1
где коэффициент Д учитывает влияние геометрических параметров,
число Ре“ - влияние режима перемешивания н сил вязкого трення:
— влияние физических свойств перемешиваемой среды; (]г/рст)г—
влияние направления и интенсивности теплового потока.
Особенностью перемешивания вьи оконязкнх сред в аппаратах со
шнековыми н лепточнымп мешал к л ми в ламинарном режиме является
четко выраженный циркуляционный характер течения жидкости (13].
в том числе вдоль поверхностен теплообмена. Сходство характера
течения среды в этих аппаратах с течением жидкостей в трубах н ка-
налах оказало влияние на форму расчетных зависимостей для определе-
ния коэффициентов теплоотдачи. Общие виды уравнения теплоотдачи
н значения показателей степеней этих уравнений для шнековых н лен-
точных мешалок (47, 49. 641 соответствуют уравнению теплообмена
для длинных труб прн вязком ламинарном течении жидкости [821
0.14
Для случая теплообмена в аппаратах со шнековыми П ленточными
гешалкама число Пекле определяют по формуле
Рс = RePr = 'р®с,Ак«'>..
Среднюю скорость потока в пе[ нфернйных кольцевых зонах цир-
куляции определяют по формулам (184) н (185) а в центральной трубе
166
аппарата со шнековой мешалкой с теплообменной направляющей тру-
бой —
“’c₽-7d?
где (?ц — объемный расход циркуляции, который определяют по фор-
муле (177).
Эквивалентный диаметр для периферийной зоны циркуляции
</экВ — D — (1ц,
где d. — диаметр центральной зоны циркуляции, принимается по
табл 22.
Прн определении коэффициентов теплоотдачи внутренней поверх-
ности направляющей трубы шнекоиой мешалки = dT.
Уравнения для расчета теплообмена в периферийной (кольцевой)
зоне циркуляции прн ламинарном течении жидкости имеют вид:
а) для определения коэффициента теплоотдачи между рабочей
средой и корпусом аппарата с ленточной мешалкой при Ре ама!Н<.21
при Ре d3KB/ll 21
Nu-
Nu —7,б(ц/рст)°'и;
(198)
(199)
б) для определения коэффициентов теплоотдачи между рабочей
средой н корпусом аппарата или наружной поверхностью направляющей
трубы для аппаратов со шнековой мешалкой н шнековой мешалкой
в направляющей трубе прн Ре 4эка 'Н < 70
при PedmB/^2>70
Nu =
Nu = 7,6 (Мкт)0,
*{**№'
(200)
(201)
в) для определения коэффициента теплоотдачи между рабочей
средой и внутренней поверхностью направляющей трубы аппарата со
шнековой мешалкой в направляющей трубе прн Ре d^jH < 21
Nu = 3,6 (—V М; (202)
' |*ст /
прн PedMBfH > 21
Nu = 2,4
(203)
Все коэффициенты теплоотдачи Д'! я аппаратов с перечисленными
выше типами мешалок на основании формул (198)—(203) определяют
по формуле
a- NiiX/tf^B. (204)
Коэффициент теплоотдачи между корпусом и рабочей средой в ап
парате с Ленточной мешалкой со скребками будет
a = 0.8 КерХигс, (205)
|де с, р н X — соответственно удельная теплоемкость (прн постоянном
давлен ин), плотность н теплопроводность рабочей среды.
167
Для поверхности, Непрерывно очищаемой плотно прилегающими
скребками, значение коэффициента теплоотдачи, как видно яз уравне-
ния (205), зависит только от физических свойств рабочей среды н ча-
стоты сметан и я (nzj тенлонередающсй поверхности движущимися скреб-
ками
Действительно, условия теплообмена на этих поверхностях отли-
чаются от условий теплообмена в обычных аппаратах с мешалками илн
в трубах. Устойчивый гидродинамический (тепловой) пограничный слой,
образующийся обычно у поверхности теплообмена, в этом случае не-
прерывно (с частотой nzj срезается н отбрасывается в ядро потока.
Установившееся течение с характерными для пограничного слоя рас-
пределением скоростей dzt’idr н температур dTIdr в потоке, на поверх-
ностях, сметаемых скребками, отсутствуют. Эффективность теплооб-
мена в аппаратах со скребковыми мешалками, исследовалась в ряде
экспериментальных работ [57, 102, 116]. В них были получены более
высокие значения показателя степени а прн Ре, чем в уравнении (202);
влияния направления теплового потока (показатель степени с = 6)
практически отсутствовало.
В общем виде уравнение теплообмена (205) для аппаратов со скреб-
ковыми ленточными мешалками можно записать так:
Ки=аРД = ЛРе°-Б,
где Ре — cpwDiX, ш = uDn — скорость скребка относительно стенки;
А - 0,8 (Zc/л)016.
По данным, полученным при изучении теплоотдачи корпуса аппа-
рата с якорной мешалкой 1131 ] для значений Reu = lO^-lO’ можно
рекомендовать уравнение
Nu=-^— = l,ORe°5Pro-M(-b-\O“.
* “ \ Нет /
Уравнение (206) справедливо для аппаратов с якорными мешалками,
имеющими относительные размеры, близкие к соотношениям d„!D =
- 0,96; HID - 1.26; H^D = 1,06; Ьл/«1и = 0,09; гл = 2 для аппара-
тов с эллиптическими днищами.
На основе полуэмннрнческой теории теплообмена для аппаратов
с мешалками для ламинарного режима перемешивания жидких сред
с Рг> 1 получено обобщенное уравнение теплообмена между корну
сом аппарата н рабочей средой |17, 49]. Оно может использоиятъся для
ориентировочных расчетов коэффициентов теплообмена в аппаратах
с любыми перемешивающими устройствами, кроме аппаратов с выра-
женными контурами циркуляции (с ленточными и шнековыми мешал-
ками):
где Рец = срл/)а/Х — центробежное число Пекле.
Пример 12, Определить коэффициент теплоотдачи от робочей среды
к стенке корпуса ониа рати со стандартной ленточной мешалкой- Размеры ап-
парата принять такими. кгк и примере 9; ц=65 Па-С; g>-=-.»)0 кг/мв
€•-2900 Дж/кг-К; X. 0.3 Вт/м- К: вязкость рабочей среды при температуре
стенки рст = 70 Па-С.
Определим значение числа Пекле
Ре - e a.a-w-aw.ti.iao.o.ss = 9 еня
168
.Чхаивалептный диаметр периферийной эоны циркуляции d-iKK = Г> — Пц —
-= 2,4 — I.1S = 0,95 ы, среднюю скорость в периферийной зоне циркуляции
по формуле (I84)
________4-0,374
“СР 3.14(2.4* —1.45») /ф
Диаметр центральной зоны циркуляции по табл. 22
du — 0 67D +0,362 dB — 0.57 2.4 + 0.362 0.22.--» 1.45 м
Значение Оц примем по данным из примера 9. Режим течения жидкости
определим из выражения
-9.6.10» (.0^-)=»3.26-Ю».
/» \ *.0 /
Т»к к*к полученное значение больше 21, расчет произведем по уравнению тепло-
обмена (199) J
Na — 2,7в(3.2в. lO5)0-^ -Н-1 ' -190.
Коэффициент теплоотдачи по формуле (104) равен
100 — 60 ВтДм’-К).
0,90
22» Оптимальные условия работы
реакторов с перемешивающими
устройствами
Оптимальные условия работы определяют для апчаратов, выбор
основных конструктивных элементов которых произведен по заданным
условиям технологического процесса с учетом параметров рабочей
среды (вязкости. давления, температуры), времени протекания процесса,
степени заполнения аппарата, особых технологических условий (тепло-
выделения, степени гомогенизации, размеров частиц суспензии) н т. д.
Оптнма.тьным режимом работы аппарата с перемешивающим устрой-
ством называют такой, при котором прн минимальных затратах мощно-
сти достигаются оптимальные условия ведения процесса. Прн выборе
оптимального оежима работы 'аппарата для процесса гомогенизации
необходимо по заданной степени однородности среды ДС/ССр или
aTZTcp (см. рнс. 96) определить необходимую кратность циркуляции
Кц- Приравнивая объемные расходы циркуляции Qa. полученные но
формулам (174) и (177), находят оптимальную частоту вращения МС-
иМЛКИ
KUV I Н, /</ч\2
Яо11г_—— — .
Оптимальные условия работы аппарата с мешалкой для достижения
однородного распределения двухфазной среды прн суспендировании
соответствуют усл шню (188) aim О.Зссср- 11анример, для шнековой
мешалки, исходя нз этого условия и используя уравнения скорости
осаждения твердой взвести (187), скорости среды в периферийной
зоне циркуляции аппарата (184) и объемного расхода циркуляции через
эту зону (177), определяют оптимальную частоту вращения мешалки для
этого процесса
Попу = О,455л
(Р2-^)(р,-р) Hi / du \2
/ г d-.u 11 \ D ) ‘
Особую сложность представляет определение оптимальных усло-
вий перемешивания при экзотермических процессах. В этих процессах
интенсификация теплоотвода за счет увеличения частоты вращения
мешалки целесообразна до тех пор, пока прирост общего теплового по-
тока, отводимого нз аппарата, будет существенно превышалъ необхо-
димый для этого прирост . отребляемой мешалкой мощности
В работах, посвященных исследованию таких процессов [48
50, 57[, обычно рассматривают оптимальные условия работы того нлн
иного аппарата при заданных геометрических размерах и постоянных
параметрах рабочей среды. Условия перемешивания при этом рассма-
тривают как оптимальные только для случая, когда теплосъем в аппа-
рате является единственным определяющим условием технологического
процесса. При наличии дополнительных гидродинамических условий
протекания процессов, в том числе гомогени >ацни суспендирования
и т д., последние также должны проверяться по полученным оптималь-
ным значениям частоты мешалки для основного условия теплоотвода.
Для аппаратов, работающих в ламинарном режиме при перемеши-
вании высоковязких сред, определяющей величиной термического со-
противления в процессе теплопередачи, как правило является коэффи-
UHeirr теплоотдачи а от стенки внутренних теплопередающих поверх-
ностей (стейка корпуса аппарата, змеевик и т. д.) к рабочей среде. В этом
случае уравнение теплопередачи можно записать так:
Qi = kFM^aFM. (206)
На основе анализа оптимальных условий отвода реакционного
тепла в шнековых аппаратах [481 может быть предложена методика
определения оптимального режима работы аппаратов, для которых
справедлива зависимость (206). Основные уравнения гидродинамики
н теплообмепз для этих условий процесса в ламинарной области пере-
мешивания имеют вид:
(2о?)
Об»
Для процесса с выделением реакционного тепла общая мощность
теплового потока через теплопередающне поверхности, равна:
Qi = aF М -1Q + N. (209)
В уравнениях (207)—(209) для данного аппарата и конкретных усло-
вий процесса величины Сг С3, т, s; dM'. F; tit; с; X н р имеют постоянные
значения Для этих условий а= С3п1{т из уравнения (207), nC<N',‘
из урзвнення (208) и <?+ N “ Cta нз уравнения (209), поэтому тепло-
вой лоток реакции равен
Q = CN^” — N.
Тогда
I -2л»
— 1 C1V ~т
dN 2m
170
н оптимальное значение потребляемой мощности
2т
о р,0)
Сооп.оиенне между оптимальным отводом тепла реакции и потре-
бляемой при этом мощности находят из зависимости
п CMll2m — N
-gglLBL"cnT onT=2m-l. (211)
“опт “опт
Для уравнения теплообмена (207) значения показателя степени
при ReB нлн Реа, встречающиеся в технической литературе для лами-
нарного режима перемешивания равны: l//n=Vt ’/э; 1 , откуда со-
ответственно:
при Nu = с । Re^* Рг’'• Л'о„--1-<20ПТ;
при Nu - С, Ре,/3 NonT = ~|~ ^оп’:
при Ыц = С, Ре,/В Л/Опт = -у- <?опт-
Последнее уравнение отвечает условиям теплоотдачи при переме-
шивании весьма вязких жидкостей в аппаратах шнекового типа при
Rea = 10’ •+-10* [ 111] Для этих условий мощность в оптимальных усло-
виях теплообмена должна составлять примерно V» отводимого тепло-
вого потока реакции.
Зависимость (211) показывает, что для аппаратов, где влияние
чисел Rea н Рев на теплообмен больше (существенно меньшие значе-
ния т). в оптимальных условиях теплообмена в общем потоке отводимого
тепла дол я мощности, затрачиваемой на перемешивание рабочей среды,
повышается.
Для нахождения зависимости относительного значения отвода тепла
реатцян (по отношению к оптимальному) от относительного значения
потребляемой мощности используют уравнение
Q CN1/(2т> — Д'
<2опт CN™m>-NmT '
Подставив в него С из уравнения (210), получают
Q 2m(W/Went)1'<2,">- ЛРЛ’0ПТ
<2опт " 2m-1 ' '
нлн
<2 2т(л/лопт),/'"—(п/Тспт)2
<2опт = <-
Графические зависимости уравнений (212) н (213) для различных
значений т приведены на рнс. 98 и 99. Из рисунков видно, что изменение
частоты вращения перемешивающего устройства в интервале значений
(0,5-^ 1,5) n/nonr несущественно уменьшает значение отводимого тепла
171
реакции по сравнению с оптимальным режимом работы. Это облегчает
использование приведенных зависимостей н всего метода определения
оптимальных условий работы аппаратов при пе[ смешивании высоко-
вязких сред.
Рассмотренный метод может быть перенесен н иа турбулентный ре-
жим перемешивания вязких жидкостей для случая, когда сохраняется
условие й м а. На практике это может быть применено, например, при
использовании кипящих хладе носителей в рубашке аппарата и т- д
Для условий теплообмена в аппарате, описываемых уравнениями:
Nu = -^- = C,Re«.Pr"”; *N = CS=-^;
Qi = aF Ы =Q + N,
па основании предыдущего анализа зависимость между оптимальным
отводом тепла реакции н потребляемой мощнхтн можно записать в виде
Оопг/^опт = З.1 nij — 1, (214)
Для Nn -т C1Pe,J,Pr"/‘ уравнение (214) примет вид
Л^опт = (2/7) ОоПТ-
Зависимости QIQom = I {N/NOtjt) и Q'Qout- I (""от) для турбу
леитного режима перемешивания будет:
<2 3 - mt (NjlN^ .
Qoht 3 — ’
__Q _ = 3 (njnonjytmi/a — mt (л/Лрпт)2
Qodt 3 — ГГЦ
В соответствии с изложенным методом определения оптималь-
ных условий работы аппарата в процессе его выбора нлн расчета на ос-
новании зависимости Сопт^о.-гт = / (и) но известным для данного типа
мешалки уравнениям теплообм, на (207) п (206) и по заданному потоку
тепла реакции находят минимальную мощность А/6Пт обеспечивают ю
проведение данного процесса. Для этой мощности нз зависимости (191)
находят оптимальную частоту вращения мешалки Пог1т
В процессе выбора или разработки аппарата значение л уточняется
(например, при выборе мотор-редуктора). По зависимости QiQom—
= [ (п/Лопт) оценивают правильность выбранного привода. После про-
ведения окончательного теплового расчета аппарата по расчетной по-
требляемой мощности нз зависимости Q Qnnr — f (Л'/А^мтг) можно опре-
делить уровень тепловой ззгрузки аппарата.
Пример 13. Произвести выбор оптимального теплового режк ш ра
боты реактора непрерывного действия в изотермическом процессе лолнмсриэя
цин, определить расход хлздонот ителя и проверить уело >вя перемешивания
рабе 1еИ среды
В качество реактора принят аппарат с ленточной мешалкой объемом V “
а 12,5 м* с размерами, с ютветствующьмв аппарату, pai -ыотреииому в гри
мере S. Объемный рвсход полимеризатора Vq = 6 95 10~* ы"/с: производи-
тельность по полимеру 0=01 кг/с: удельное выделение тепла в процессе по-
лимеризация с — 10.6-10* Дж/кг: температура рабочей среды t — 80е С;
вязкость ц = 65 Па-c; плотность р = 810 кг/м"; удельная теплоемкость
С — 2900 ДжДкг-К); коэффициент теплопроводности X —0,3 Вт/(кг-К).
Температура хладоноентеля на входе в рубашку tRX — —20" С; удельная
теплоемкость Сд — 2850 ДжДкг- К); коэффициент теплоотдачи от рабочей
174
среды к стопке корпуса аппарата определяет основное термическое сопроти-
вление в процессе теплопередачи к численно приравнивается коэффициенту
теплопередачи, a ss k.
Мощность теплового потока реакции равна
Q = =Ю.б-10*-0.1 =х Ю,б'Ю* Вт.
По формуле (211) определяй оптимальное аначеиие
кости для отводя тепла реакции через стенку аппарата
- Ре'/‘ (т - 3)
ц
потребляемой мощ-
прк услоояк Q ~
10. В- го4
"out--ГСТ-2'1^ Вт-
Из формулы мощности (195) при N =» ^отт нвЯДем оптимальное значе-
ние частоты вращения мешнлкн
/ 21000 \0«i
"опт — [ МО-65.2,24*-1.85 ) 0,32 I,с.
По ОГ.Т 26 011226—78 [86] принимаем значение п = 0,333 1/с —
= 20 об/мин
Проверим соответствие п явятоео значения п условиям е-гтимальиоети
по графику Q.Qonr ” f ("/"опт* на Рис- "• При "/"опт ” 0,333/0.32 =» 1,04
отклонение от оптимальных условий по теплосъему не превышает 1%.
В соответствии с тепловым расчетом аппарата в примере 18 найдем зна-
чение коэффициента теплоотдачи
а= Nil Х/</жв= 190-0,3/0,95 — 60 Вт/(м« К).
Из уравнения теплового потока через тепло передающую поверхность Р
(при » — a) Q — аР At определим необходимый для отвода тепла температур-
ный напор
ar-JEJ**4 ю10У с.
«21.1 *
Общий тепловой поток равен
<?, — Q + N — 10.5 -10*4-2.26 -10* — 12,8-Ю* Вт,
уточненное значение мощности перемешивания по формуле (195)
N = 340 (1.85/2,24) 65-0.333’-2.24* — 2.26- КН Вт;
площадь теплопередающей поверхности корпуса аппарата
Р —MDH —8.14-2,4-2,8 — 21.1 м*;
Средин» температура хлэдрноентели
/ — / — А' — 85—100 — — 15*С.
Имея в виду, что / — (»пХ 4- 7яих)/2. найдем температуру хладсноси-
теля на выходе нз рубашки аппарата
'вых “ «ср- 'вх =2 <-“> - <~20> -
Затем определим расход хладриосителя
~ _ Q Ы.76 10* . ,
* ех С вых- 'вх) ~ 2’to-ю’ I- 20 - <- ,0>] " 4,48 *Г/С "Л"
V, — 16 м«/ч;
кратность циркуляции рабочей среды в аппарате по формуле (175)
лц“Т5бло!'”Бг-8-
Объемный расход циркуляции Q — 0.374 м’/с принят иа основании
расчета в примере 15
Кратность циркуляции в аппарате Кц > 10. следовательно, аппарат
работает п режиме, близком к идеальному перемешиванию (см. рис. 96), что
удовлетворнет условию работы аппарата непрерывною действия.
175
23. Перемешивание
неныотоновокнх жидкостей
Вязкостью называют свойство жидкости оказывать за счет сил вну-
треннего трепня сопротивление движению. Вязкость является основным
физическим параметром, определяющим гидродинамический характер
течения жидкости. Чаще всего прн перемешивании приходится встре-
чаться с жидкостями, вязкость которых зависит только от температуры
и давления. Такне жидкости прн ламинарном течении подчиняются
закону Ньютона (215) и их принято называть ньютоновскими жидко-
стями.
По закону Ньютона сила внутреннего трення F между слоями жид-
кости прямо пропорциональна относительной скорости перемещения
между этими слоями н площади поверхности их соприкосновения S
F = р5 dw/dr. (215)
Здесь dw.dr — градиент скорости (скорость сдвига), хара сгеризующий
изменение скорости на единицу расстояния по нормали к вектору ско-
рости; р — коэфх] нциент пропорциональности. называемый динзмиче-
ским коэфф, циентсм вязкости.
Уравнение Ньютона обычно записывается в виде
тсд ц dw/dr, (216)
где тсд т- PiS — касательное напряжение сдвига.
Наряду с ньютоновски мн жидкостями существует большой класс
жидкостей, течение которых имеет заметное отклонение от закона Нью-
тона. Такне жидкости носят название иеньютоновских жидкостей.
Вязкость иеньютоновских жидкостей может зависеть от скорости сдвига,
от начального напряжения сдвига, от времени течения или от проявле-
ния при течении упруго-восстановнтельиых деформаций.
Особенно часто не ньютоновские жидкости нспАльэуются в процес-
сах химической технологии. Это растворы н расплавы высокомолекуляр-
ных полимеров, коллоидные суспензии, концентрированные суспензии
различных твердых нлн пластичных материалов и т. п.
Жидкости, реологические характеристики которых зависят от
времени, н жидкости с визко-упругнмн свойствами встречаются в прак-
тике перемешивания реже, а проявление иеньютоновских свойств этих
жидкостей (увеличение вязкости во времени для реонектнческих жидко-
стей или снижение вязкости во времени для тиксотропных и вязко-
упругих жидклгп.й) обычно действует па весьма ограниченный пуско-
вой и начальный периоды процесса перемешивания.
Жидкости, имеющие начальный предел текучести то ниже которого
они ведут себя как твердые тела (не текут), называют бингамовскими
пластичными жщ-костям i (бингамовскими пластиками). Прн наг.ряже-
нни сдвига тг. > т0 эти жидкости начинают течь, лодчнняясь закону
Ньютона (216)
*сд= *0 -H'ndti'/dr-
Пластическую вязкость бингамовских пластиков цп измеряют обыч-
ным с юсобом на любых типах вискозиметров
Значение рп подставляют вместо динамического коэффициента
вязкости р во все уравнения при определении времени перемешивания,
176
мощности и коэффициентов теплоотдачи прн перемешивании этих
сред.
Основную группу иеньютоновских жидкостей составляют жидкости,
изменение вязкости которых в пределах весьма большого практического
диапазона (451 скоростей сдвига dw'dr подчиняется степенному закону
Оствальда,
тсд= K(dw/dr)m, (217)
где X н т — постоянные величины для данной жидкости-
Коэффициент К называют коэффициентом консистенции. он за-
висит от температуры и давления жидкости. Показатель степени т
называют индексом течения (показателем текучести), он характеризует
степень отличия данной жидкости от ньютоновской, при значении т = 1
уравнение (217) превращается в уравнение Ньютона (216), где К = 11-
Вязкость жидкости, вычисленную нз зависимости (217). называют
кажущейся (эффективной) вязкостью
= = <2,8)
Для большинства жидкостей, подчиняющихся степенному закону
(217), при увеличении cKopodji сдвига dw'dr значение кажущейся вяз-
кости уменьшается Такие жидкости называются нсевдопластнчиымн
(псевдопластнками) Значение показателя текучести нсевдопллстичных
жидкостей m < 1. К псевдопластмкам относятся большинство растворов
н расплавов высокочолнмсров.
Жидкости с т > 1, проявляющие увеличение кажущейся вязкости
с увеличением скорости сдвига, называют дилатантными жидкостям!.
Влияние свойств иеньютоновских жидкостей прн перемешивании
на характер расчетных зависимостей для нахождения времени переме-
шивания, потребляемой мощности и коэффициентов теплоотдачи изу-
чалось многими исследователями (47,49, 51,57, 79,111]. Основной слож-
ностью этих исследований явилось изыскание метода определения ка-
жущейся пли. как се принято называть для аппаратов с мешалками,
эффективной ВЯЗКОСТИ |1э.
Распределение скоростей жидкости по радиусу и высоте аппарата
с мешалкой при ламинарном режиме перевешивания весьма неравно-
мерно. Линейная скорссть потоков жидкости в аппарате уменьшается
с удалением от лопастей перемешивающих устройств, градиенты ско-
рости достигают своих максимальных значении в непосредственной бли-
зости от мешалки и у стенок корпуса. Распределение скоростей потоков
и градиентов скорости в них для различных конструкций аппаратов
различны. Структура [.стоков, например, в аппаратах с быстроходными
мгшалками ирчпци11налы1|. отличается от структуры потоков и аппара-
тах с тихоходными лсрещнн'вающими устройствами, лопасти мешалок
в которых приближены к стенкам аппарата, н т. д.
Безусловно, что при пешепин инженерных задач можно говорить
только об определении усредненной эффективной вязкости н усреднен-
ном градиенте скорости потоков перемешиваемой жидкости в аппарате.
Метод определения такой вязкости ц» через усредненный градиент ско-
рости для аппарата с мешалкой с использованием зависимости (218)
впервые предложили Мецнер и Отто (133(. Этот метод, позволяющий
определить рэ прн ламинарном режиме перемешивания, основан на
ряде допущений:
а) эффективная вязкоегь неньютоновской жидкости эквивалентна
низкости ньютоновской жидкости, требующей тех же затрат мощности
177
для данной конструкции аппарата при тех же скоростях вращения
мешалки;
б) вязкость и аппарате с мешалкой равна вязкости, измеренной в ро-
тационном (или капиллярном) вискозиметре прн той же скорости сдвига,
в) зависимость усредненного градиента скорости в аппарате с ме-
шалкой пропорциональна частоте вращения мешалки
dat'd г = Вп. (219)
Этот метод позволяет определить усредненное значение скорости
сдвига в аппарате данной конструкции для любых скоростей вращения
перемешивающего устройства на основании известных эксперименталь-
ных зависимостей (190) или (191)-
Oi рсделнв экспериментально усрелпенный градпент скорости
(dei/dr), (на модели или натуриомобраэпе данной конструкции аппарата),
соответстьующий выбранному значению частоты вращения мешалки Пр
находят постоянный коэффициент В в уравнении (219).
Эксперпменталь юе определение значения (daJdr)t сводится к из-
мерению мощности Nt прн перемешивании любой неныотоиовской жид-
кости с известным законом течения (213) при частоте вращения пр
к вычислению значения эффективной вязкости жидкости из известного
для данной конструкции аппарата уравнения мощности (191) для
ньютоновской жидкости
Nt
^~Cn\d-
и нахождению частного значения усредненного градиента скорости для
уравнения (220) из уравнения (218)
Прн гидродинамическом и тепловом расчете натурного нлн разраба-
тываемого промышленного аппарата нз уравнения (219) для заданной
частоты вращения мешалки находят значение усредненного градиента
скорости в аппарате н по нему нз известного для натурной среды урав-
нения (218) течения жидкости определяют расчетную эффективную вяз-
кость
Реологический степенной закон течения жидкости часто предста-
вляют -рафиком =» / (dte/dr) в логьрифмнческнх координатах, где
зависимость имеет вид прямой линяя с тангенсом угла наклона равным
индексу течения т, н ординатой |Нэ!^в = К.
~аг“х
На рис. 100 н 101 в интервале рабочих аиаченнй представлены
графнчесние зависимости (218) для некоторых нетоксичных н негорючих
модельных сред и некоторых натурных i севдопластических жидкостей,
характеристики которых даны в табл. 23 и 24.
Из уравнений (218) и (219) для данной натурной среды мол но полу-
чить зависимость эффективной вязкости в аппарате от частоты вращения
мешалки
р, = К (Вп)т~ 1. (221)
178
Полученные в процессе расчета значения усредненной эффективной
л pnd* . -
вязкости в аппарате подставляют в выражения Rett == ——; Рг =*
1*э
51L. и (-JM
Л \Р».ет/
соответственно прн определении времени пере-
Рис. 100, Зависимости
ji= f (dwtdr) для водных
и водоглнцернновых рас-
творов полимеров. Кри-
вые /—7 соответствуют
средам, характеристики
которых приведены в
табл. 23
Рис. 101. Зависимости
щ = f (dui/dr) для угле-
водородных растворов и
багплавов полимеров,
кривые 1—7 соответ-
ствуют средам, характе-
ристики которых приве-
дены в табл. 24
мешнвания. потребляемой мощности н коэффициентов теплоотдачи
Из зависимости (218) видно, что в уравнениях теплообмена симплекс
вязкостей будет заменен отношением коэффициентов консистенции,
взятыми при средней температуре среды я прн температуре стенки
Рт К
И», ст Кп
179
Таблица 23. Мо-.елы ые волны и водно-глнцериножые негорючие
я нетоксичные жидкости (прн / = 20° С)
.Номер кояво! кд рис. 100 По «мер Массовая ком* | центрацик, % Растворитель к. Н/ы> т
/ Полпэгнлснокснд (11ОЭ): полиакрил- амид (ПАА) С. В<це 200 0,30
2 Карбоксн.тмет ил- иеллюлсиа (KMUJ 23 Вода & X) и.28
3 Подиви нплеюый спирт (ПВГ) 20 Вода | I.HI- церин (I : 1) 800 0.1:5
4 Карбокснлмстил* целлюлоза (КМЦ; 20 Вода )- гли- церин (1:1) 1530 0.50
5 Поли виниловый спирт (11ВС) 30 Вода 140 0.75
6 1 (олиметилснлоксан (ИМО 1 ЭО — 1900 0.98
7 98.С Глицерин 1.1 1.0
К н m — коэфсгИ! неит к показатель степ-пн формулы (217).
Экспериментально най.тенны" на модельных аппаратах значения В
позволяют производить гидродинамический и тепловой расчет разраба
тываемых конструкций апларатои с мешалками объемом до 100 м3
п более 1108). Для стандартных конструкций аппаратов с тихоходными
перемен, тающими устройствами значение коэффициентов В при >едены
в таб.' 22.
При определении потребляемой мощности н аппаратах с нормали-
зованными ленточными мешалками со скребками [см тмбл. 22, ny jkt 6)
по формулам 1191) и (194) прн перемешивании неиьюгоиовских жидко*
стей для учета влияния на усредненный градиент скорости наличия
вертикальных штанг и скрсбкж в уравнение (191) наедены соответству-
ющие множители nJ1-1 и
а = *3 *" п - —-2.
* ‘ С *2 •
где kt, ka н — находят по графику на рис. 97; 1>я, Ъв н Ъс — размеры
лопасти мешалки, штат и скребков.
180
Таблица 24 У|леводороднье растворы (прн I = 30° С)
и расплавы полимеров
Номер криво! кл рнс, W! Полимер Массовая кон* И S ХЛ S. н § Растворитель к. Н,ы« Я1
9 1 3 4 5 6 7 Этилен-пропилено- вый СК ЧСКЭП1 Изопреновый СК v -КИ-3) Днниннл-стироль- ный блочный СК ОТС-3’1) Диви инл-сти роль- ный СК (ДССК) Дивнинльиый СК (СКАЛ; Г Io. к net т аномер- ный СК (СКППМ) Расплав полиэти- лена при 250° С 2! 20 26 25 25 20 100 Бснзни Гсцтан > > Толуол 7,0 50 130 42 45 700 18и0 0,92 0,58 0,52 0,91 0,97 0.47 0,65
СК — 'яктвтячесчяЯ каучук
Для других тнпоя перемешивающих yi тройств могут быть исполь-
зованы значении коэффициентов В уравнения (219) полученные экспе-
риментальном путем в процессе разработки конструкции илн занмство-
ваииье нз тех luqecKoii литературы.
Для быстр «о, ых т' рбннпых и винтовых мешалок ноже г быт ис-
пользовано значение В = 4л из работ Павлушегко н Глуза [79].
Уравнения (219) и (22!) для этих значений В будут иметь вит:
dw/dr = 4пл; (222)
Н» - К(4.тл)т“|. (223)
Для якорных мешалок ко фф.щиепт £ . формулах (219) н (221)
можно получить [37] из зависимости
/ 9Го \
В - 1,15 9.5 4 — ~ .
\ ГО ‘
Для мешалок с днгмстрамн, близкими к диаметру аппарата, можно
рекимендов< гь зависимое!i полученные в работах [50, 78. Ill J за ос-
нове предположения, что мощность (191), по ребляемая мешалкой, пол-
> оегьл расходуется на диссипацию механической энергии силачи вяз-
косо трении в ж.|дкости
181
Для этих мешалок зависимости (219) я (222) имеют вид:
(С24)
где V — объем перемешиваемой среди; С — киэффициект уравнения
(191).
В пяде работ [49, 791 на основе полученных зависимостей [I» =
= f (da>sdr) предлагается ввести в обычные критериальные уравнения
и< ньютонова »х жидкостей обобщ< иные (м< д|.фондированные) выраже-
ния чисел Рейнольдса Кем н Прандтля Ргм. 7 ак, например в работах
[37, 791 и уравнепнн времени перемешивания (181). потрсбл 'ею'ий мощ
ностн ('90 (91) и тегш хЛмсна (196) на oci-оьанин полученных зависи-
мостей (222) н (223) авторами вгелены обобщенные критерии;
ReM = (4я),-'п; Ргм = (Ни)’”-1.
Л Л
Обобще* ные выражения для чисел Кем и Ргм прн значениях т = 1
для ньютоновских жидко тьй превращаются в обь чные высажения для
чисел Кец и Ргц. Уравнения с использованием сбобщен шх выражений
чисел ReM н Р'м улобны для теоретического анализа про leccoe переме-
шивания.
Для расчетов в инженерной .фактике удобна пользоваться уравне-
ниями в[ вмени перемешивания мощности и теплообмена в обычном виде
(181) (191) и (196), подстзяляг в них при перемешивании неньютонов-
скнх жидкостей значенье из зависимостей (221). (223) (2241
Пример 14. Определить мощность, потребляемую на 1еремепзнвзнне
коэффициент теплоотдачи от рабочей среды и стейке корпуса в аппарате
с геликоидальной мешалкой прн ггеремешяввнян 20% раствора синтетического
каучука СКИ 3 и бензине при температуре Г 20* С. Конструкция в размеры
аппарата приняты в соответствии с аппаратом. рассмотренным в примере 9.
Частота вращения мешалки л •• 0.333 1/с.
Усредненный градиент скорости сдвига определяем по формуле (221)
при значении коэффициента Lf, принятому из табл. 23.
И» зави, нчости ** / (Ла'Ш) на рас. К11 определим значение усреднен,
во! вязкости в аппарате. ц, « 22 Па с.
Мп цн>ть, потпебляемую мешалнов, определим >>а урлянеивя (191) прн
аначеним С. вь. исле.шим в примере 11.
N«*212-22-0.333,-2,2<« — 7t30 Вт.
Коэффициент теплоотда < определим из уравнения (199). мм« ив сим-
плекс Р'1-e-f ла симплекс K'Kci
f V 33 ( к у.и
Nu»2.re(Pe^L) (-J .
В связи с тем. что Для ламинарного режима перемешивания число Нус-
сельта ие зависит от вязкости среды, л значение (K/KctjP-1^ » 1 принимаем
значение Nu на i соответствии с расчетом в примере 18:
Nu =190; а = Nu -Д— —60 Вт (м« К).
Глава V
ВЫБОР И РАСЧЕТ
ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
В этсй главе приводятся методы выбора и pre tera
осногных шементов к -чструкций. наиболее характерных для аппара-
тов с перемешивающими устройствами. Предложенные методы расчета
дополняются р. комендацнями по использованию стандартов, руководя-
щих технических материалов и доугнх г “матнвно-техпичепкнх доку-
ментов. применяемых в отечественном химическом н нефтяном машнно-
стрьеп 1н- Для наиболее сложных элементов конструкций «пптрэпв при-
ведены примеры нх расчета.
Для ста! дартяых элементов конструкций общего назначения, н том
чнсле для фланцев, патрубков, б>штсвых я других неподвижных со-
единений методы нх выбора н расчета не приводятся ввиду достаточно
полного изложения их в государственных стандартах я ci ециальиой
технической литературе.
24. Расчет ыла
перемешивающего устройства
Расчет вал/ nept исшивающего устройства является наиболее тру
доемкой и ответственной частью ншпеиерного расчета при выборе и
конструировании аппарата с мешалкой. При расчете этого элемента i он-
струицин необходимо знать я учитывать идродинамическую обстановку
.“.шараге, схемы расиоложе..ия и конструкции опорных узлов н уплот-
нений силы реакции рабочей среды, силы инерции присоединенных масс
н особенности конструкции аппарата в целом-
Осн 1ьиые условия, обес, ечи ающяе рвботэс~особностъ вала, опре-
деляются расчетом его ни ьнброу. гойчивость. хлесткость н прочность.
Расчет вала на внброустойчнвость сводится к определению условий
работы, при которых угло! ая скорость вынужденного вращения вала ч>
находится з определенном оотнзшенни с частотой его собственных кру-
тильных колебаний <о,, соответствующей критической частоте вращения
вал;
Вал, вращаюцц йся с частотой, м< ньшей, чем первая критическая
скорость (ш < называется жестким. Если же его частоты вращ шия
превышает nepej ю критическую сю .рость (<о > uj, то вал называется
*нбкьм 163].
Прн вращения вала с частотой ранной нль близкий к критической
CKw^vCTH (со Qj), прогиб вал у ->оо. Очевидно, что так й режим
рсб< ты недопустим.
На основания теоретнчсск! к н экспериментальных работ [69]
' словня виброустойчнвостн ва/Уов длл аппаратов с мешалками прн ра-
бо., на разли шых средах н с ~азлнчными тяпами ле* умешивающих
устройств о-отделяются значениями отношения w'w,. привслегными
в табл. 25 [25].
183
Т а бл и ц а 25. Условия виброусгойчнвостн валов
Перемешиваемая среда Условия вмброусто 1ч в воете для валов
жестких гибких
с мешалками всех типов по ГОСТ 2U6S0-»75 кроме лопастных с лопастными мешьлкамы с мешалками быстроходным»
Газ — ^0,7 со, — ^0,7 “i 11с реко- мендуется
Жидкость— жидкость; жид- кость—твердое тело — =<0,7 и (0,45+0,55) — = 1,3+1,6 <0,
Ж|.дкос1ь — газ — ^0.6 со, (1) — 5^0.4 “1 Не реко- мендуется
В принятых вперезонансных областях работы палов влияние сил
сопротивления рабочей среды незначительно. Эти силы несколько
демпфируют амплитуды колебаний и практически не влияют на изме-
нение критической частоты вращения |63, 69, 80). В инженерной прак-
тике расчет на виброустойчнвость обычно сводится либо к определению
диаметра вала, либо к его проверке па условия внброустойчнвости.
Расчет валов по условиям жесткости сводится к определению и
ограничению динамических смещений вала в опасных по жесткости
ссчсппях (в местах установки уплотнительных устройств, в небольших
заторах между вращающимися я неподвижными деталями).
Расчет вала по условиям прочности предусматривает определение
эквивалентных напряжений вал? в опасных но прочности сечениях
(в местах с наибольшими изгибающими и крутящими моментами, в ме-
стах с концентраторами напряжений и т. п.).
Рекомендуемые ниже методы расчета валов распространяются
на вертикальные палы аппаратов объемом до 100 м3, конструируемых
на основании ГОСТ 20680—75 [8], для перемешивания жидких сред
плотностью до 2000 кг/м3 с динамической вязкостью до 5011а с (5000 сП).
В пособии рассмотрен расчет жестких я гибких валов постоянного
сечения для аппаратов с отражательными перегородками н для
аппаратов без отражательных перегородок с внутренними устройст-
вами (трубами иередавливанпя, уровнемерами, гильзами термометров
и т. л-).
По предлагаемой методике расчета вертикальных валов в аппаратах
с отражательными перегородками допускается также расчет жестких
вертикальных валов для горизонтальных аппаратог Рассматрнва* мые
методы расчета не распространяются на валы из неметаллических ма-
териалов, эмалированные я в мы с другими видами покрытий
Метод расчета жестких к энСольных валов переменного сечения и
комбинированных налов (с использованием труб) несколько отлн-
184
чаются от рассматриваемых методов расчета и подробно изложен
в РТ.М26-01-72—75 [25J. В рассматриваемых методах расчета валов
принят ряд допущений.
1. Разъемный вал. соединенный жесткой муфтой, принят экви-
валентным целому.
2. Силовое воздействие на вал уплотнительного устройства и подат-
ливость опор не учитываются.
3. Точки приложения масс, инерционных и гидродинамических сил
от мешалок н других деталей, установленных га валу, приняты распо-
ложенными на серединах ступнц этих деталей. При наличии нескольких
ступиц массу детали следует делить на число ступнц
4 Участки вала, расположенные выше верхней опоры, в расчете
не учитываются. При этом верхний консольный вылет нала не должен
превышать 30% от длины пролета одиопролетиого вала нлн 30% от
длины консоли консольного вала. Масса установленной на нем детали
не должна превышать наибольшую из масс, установленную соответ-
ственно ь пролете или на консоли.
5. Соединительные муфты и изменения диаметра вала в пределах
привода, предусмотренные ОСТ 26-01-1225—75 186], ие учнтываются-
6. При жестком соединении вала мешалки с тихоходным валом
стандартного планетарного редуктора заделка подшипника редуктора,
используемого в качестве опоры вала мешалки, принимается жесткой.
7. Шпоночные пазы шириной до 0 1 d, где d — диаметр вала, н
местные кольцевые канавки диаметром <*ол е 0,9 d при расчетах на
виброустойчнность н жесткость не учитываются.
8. На жестких валах (постоянного сечения) допускаются участки,
отлнчакнцнеси но диаметру ие более чем на 5%. При этом расчет ведется
по диаметру наибольшей протяженности.
При выборе, проектировании и расчете аппарата с использованием
гибкого вала необходимо учитывать ряд ограничений:
а) применяются только гибкие консольные валы постоянного се-
чения;
б) ие допускается использование при работе на средах газ -жид-
кость;
в) высота заполнения аппарата должна быть не менее половины
его диаметра;
г) глубина центральной воронки не должна превышать половины
высоты заполнения аппарата перемешиваемой средой;
д) на валу допускается установка только следующих видов меша-
лок: тгехлонастной с углом наклона лопасти 2Г. шестнлопастной с уг-
лом заклона лопасти 45°; винтовой; открытой турбинной; закрытой
турбинной, клетьевой;
е) направление вращения мешалок, имеющих лопасти, должно
обеспечивать поток жидкости в зоне мешалки снизу вверх;
ж) симплекс геометрического подобия должен находиться в пре-
делах Го « 3^-4
и) в аппаратах без отражательных перегородок не допускается
установка внутренних устройств;
к) в пределах расчетной длины вала не должно быть разъемных
муфтовых соединений.
В качестве принципиальных схем (рис. 102) для расчета валов
вертикальных аппаратов с механическими перемешивающими устрой-
ствами [81 приняты наиболее распространенные в практике апнарьто-
строеннй схемы типовых конструкций одиопролетпых и двухпролетных
консольных вален [25, 69), имеющих по одной шарнирно-неподвижной
185
5; Таблица 26. Исходные данные для расчета валов
О — .___ ______________
п/п Величине Пример IJ Пример 16 Пример 17 Пример 18
1 Длина вала L, м 3,6 2,95 2,95 2,95
2 Длина консоли Ц, м — 2,45 2,45 2,45
3 Длина пролета L» м 3,6 0,50 0,50 0,50
4 Координата ограничителя L, м — — .— 2,0
Б Координата центра тяжеста деталей //, 1/ Л-2.1 1, = 3,0 2,45 2,45 2,45
6 Массы деталей тг, т/ mt = 10,0 13,6 13,6 3,7
т-_ 10,0 — —
7 Координаты опасных по жесткости и прочности ?! — 0.32 ?1 = 0,41 ?! 0,41 ?! = 0.41
сечений ц; г/, и г2 = 1.8 2,= 2,1 ?2 = 0 2, = 0 ?!-0
8 Допускаемые смещения вала в опасных по жест- кости сечениях * Лд/; Иду, и 0,25-10’» 0,25-10"» 0,25-10"» 0,15-10’’
9 Коэффициент сопротивления мешалки (по табл. 29) — — 0,08 —
10 Коэффициент концентрации напряжений в опас- 1 3,0 3,0 3,0
пых по прочности сечениях kgt кд/ *S«2
И Начальная изогнутость вала в точке приведе- ния Вд 0,5-10 3 1.5-10"» 1,5-10"» 0,75-10"»
12 Радиальные зазоры в опорах* Дд. &в, м 0.026-10'’ 0,03-10’’ 0,03-10"» 0 04-10"»
0,03.10'3 0,037-Ю’-* 0,037-10"» 0,04-10»
13 Предел выносливости материала вала <r_j, Па 26-10’ 26-10» 26-10» 26-10’
I
14 Предел текучести материала вала Па — — — 32-103
15 Модуль предельной упругости материала ва- ла £, Па 2,2-10й 2.2-10й 2,2-104 2,2-104
16 Коэффициент запаса прочности 2,0 2,0 2,0 2,0
17 Масштабный коэффициент k* 0.85 0.77 0,77 0,77
18 Плотность материала вала р, кг/м* 7,85-10» 7,85-10» 7,85-10’ 7.85-10»
19 Плотность псремешнеаемой среды рср. кг/м* 10’
20 Коэффициент динамической вязкости переме- шиваемой среды Щр, Па-с 10’
21 Диаметр аппарата D, м 2.0
22 23 Диаметр мешалки du, м Число мешалок на валу ли, шт. 2 0,63 1
91 Частота вращения вала л, об/мин 125 1С0 160 720
23 Мощность, потребляемая одной мешалкой N(, Вт Л\ = 0.36-10’ ,V2 =0.36.10» 0,72-10’ 0.57-10» 3,5-10»
23 Площадь лобового сопротивления внутреннего устройства F, м» — 0,24
• Исходные данные принимаются ял и уточняются в процессе расчете после определения диаметра вала (в про-
цессе расчета вала ил ввброустойчнврсть, см. табл. 27).
00
опоре А (подшипник качения одиночный, сдвоенный или двухрядный,
воспринимающий осевую и радиальную нагрузки) и по одной шарнприо-
подвнжной опоре'В’(подшипник качения или скольжения, восприни-
мающий радиальную нагрузку).
Концевой подшипник скольжения считается шарнирно-подвижной
опорой, еслнТего рабочвя’длина меньше или равна диаметру вала.
Длины втулок’подшипников скольжения более диаметра вала при коп-
струиронапнн принимать не рекомендуется.
В пролете вала АН и на консоли Б В (рис 102) может располагаться
одна мешалка или несколько мешалок и других геталей.
Рис 102. Принципиальные ^хсмы валон аппаратов:
а — одпопролетчый: б — дчухпргхлетпый
Исходные данные- Исходные данные, необходимые для расчета
вала перемешивающего устройства приведены ч табл. 26. Кроме того,
в таблнце приведены исходные данные для примеров расчета валов,
изложенных ниже в соответствующих табл. 27—<32 н па стр. 231. в ко-
торых в табличной форме даны основные мсто-ы расчета валов на вибро-
у гойчнвость. жесткость и прочность и приведены примеры расчета.
Прн расчете суммарных величин в табл. 28—32 для обозначения
л
при знаке предельных значений одночленов приняты следующие
обозначения: па — число деталей, закрепленных на валу; пд.п — число
деталей в пролете; Пд.к — число деталей на консоли; пгк — число де-
талей на консоли между точкой приведения н опасным по прочности
сечением, — число детален между опорой Л н опасным по прочности
сечением; пг — число мешалок на палу между опорой А и опасным по
прочности сечением; nM л — число мешалок на валу ниже опасного по
прочности сечення. Значения этих величин в табл. 26 не приводятся.
Если величина отмечена в табл 26 индексом I. то это означает, что
рассмат риваемая деталь нли сечение находится в пролете, а если ин-
дексом / — в консольной части вала Значения величин в пи. 10—20
в табл 26 принимаются по справочным данным.
За точку'прнве 1ения В (рис. 102) приняты дли одпопролетиых ва-
лов середина пролета «• 0,5 / а для коне зльнчх валов — конец
консоли zfi = L, где г — текущая координата по оси вала с началом
отсчета в центре верхней опоры.
188
В расчете динамических прогибов вала учитываются начальные
смещения ег сечений вала н эксцентриситет е/ сосредоточенных масс
относительно осп пала. Значения приведенных смещений и эксцентри-
ситетов, эквивалентных по влиянию на динамические прогибы действи-
тельным смещением вала 'и эксцентриситетам закрепленных на валу
масс приняты па основании понятия о приведенной массе [117].
Собственный дебаланс мешалки в зависимости от частоты вращения
и начальная неупругая изогнутость вала гв, определяемая допусками на
его изготовление, принимаются по ОСТ 26-01-1244— 75 [3].
Для определения радиальных зазоров и ДБ в опорах рекомен-
дуется использовать стандарты на подшипники качения,
ОСТ 26-01-1244—75 |3. 14 | и Др
Расчет вала на внброустойчивость. Расчетные зависимости для
определения внброустойчивости палов перемешивающих устройств [69|.
используемые в настоящей методике, основаны на известном методе
расчета критических угловых скоростей вращения вала разработанном
А. Н. Крыловым [56]. Точные решения этой задачи для принятых рас-
четных схем весьма трудоемки и требуют применения ЭВМ. Для
инженерных расчетов принят [69] приближенный способ оценки дина-
мических прогибов ротороп, основанный на методике приведения. Сущ-
ность этого метода заключается в замене вяла, нагруженного распреде-
ленными и сосредоточенными массами, колебательной системой с не-
весомым валом, обладающей одной степенью свободы, приведенной
массой тК[> и приведенной жесткостью £пр
Метод расчета жестких и гибких валов постоянного сечения на
виброустойчивость для принятых расчетных схем приведен в удобной
для инженерных расчетов форме в табл 27
Для расчета вала перемешивающего устройства необходимо его
принципиальную схему привести к одной из расчетных схем, указанных
на рис. 102. Расчет вала на виброустойчпшхть производятся методом
последовательных приближений. Задача сводится к определению
пр нблнженпого значения диаметра внброустойчивого вала, расчету
круговых частот его собственных поперечных колебаний в воздухе
и проверке полученного результата на условия внброустойчивостн,
приведенные в табл. 25.
Практически для нахождения значения диаметра вала, удовлетво-
ряющего условию его внброустойчивости по предлагаемой методике,
требуется не более одногодпух приближений при определении крити-
ческой УГЛОВОЙ CKOpOCTH Oj.
Общий вид диффс рснииальногп уравнения равновесия весомого
вала с сосредоточенными иагрузкгмп имеет вид [56, 69]:
El dtfjdz — т^у = Г, (mz), (225)
где Fi — сосредоточенные нагрузки, заданные через массы деталей т,
и прогибы вала щ в месте нх закрепления, тв — масса единицы длины
вала.
Частные решения дифференциального уравнения (225) приводят
к громоздким трансцендентным частотным уравнениям [69], весьма
неудобным для практического использования. Однако решение этих
У! авиений на ЭВМ [69] для рассматриваемых принципиальных схем
валов при значениях входящих в них параметров (относительных длин
участков вала между опорами и сосредоточенными массами, относи-
тельных масс деталей), соответствующих пределам их основных соот-
ношений для широкого крута современных аппаратов с лсремешиваю-
189
Таблица 27. Расчет валов iu внброустойчивость
м в/в Определяемая величина Расчетные формулы
Жестки! оде о про- летный вал Жестки! я гибки! консольные валы
1 Относительная длина консоли — L* а*-—
2 Относительная длина пролета —
3 Относительные координаты центра тяжести деталей: _ в пролете о{ - Ij/L
на консоли — ‘l - уГ
Безразмерный ди- намический прогиб вала в центре тя- жести детали: в пролете f V = l,al> (см= рис. 105) ayj ”* *|“п‘ где *, — f (а,: (см. рис. 106)
на консоли — %- -Ну в„)
ь Угловая скорость вала, рад/с ш — яп/30
6 Коэффициент, учитывающий усло- вия закрепления вала Т] "• 48 ч = звп
7 Ксчффяояеит, учитывающий усло- вия внброустойчк- БОСТ1! (СМ. табл. 38)
8 Бгзрзтмерйый ко- эффициент ерш"/.»
Числовые зил чей м я
Пример 1В Пример 16 и 17 Пример 18
— 2.45 „ „ °к“£®“003
— 0.8 л » а — = 02 ч 2.45 •
2.1 _ fll = Te = ora О| — —0,84 3 6 — —
— 2.45 . “•“Ms’1 2 46 . „
а - 0.9В »И = 0.48 — —
— Оу, = 1.0 °1/1 ° ‘-о
-^ = 13., 3 14 160 _ О= =16.7 3.14 720 “° 30 °78-3
Т) — 48 4 = 3.0.83 = 3.6 Т] — 3.0,83 — 2.6
tj = 0.7 td = 0.7 Cj “ 1.6
. _ 8.7.35. 10». 13,1-3 6* (1 7*-4S-2.8-1011 “ — 0,27- to-* 8-7.86 10'. 16.7* X , X2.4S* ' <i.7*-I.5-MO>* — 3,8 I0-* 8.0-7.66 1 1.5* 2,5 J0"'76-3*'2»45* Х 2,0-10» — 1,9.10-»
190
191
№ п/n Определяем.-! я величина Расчетные формулы
Жесткий одпопро- лстный вал Жесткий и гибкий консольные палы
9 Приведенная мас- са детвлеП. кг: в пролете т,В ~ mi°Vl
яа консоли —
10 Сумма припедем- ных масс детален, кг яд. п тВ 2 т/Я 4—1 э & + 1 W -w? “ х i. ЪЭ 3 = te +
11 Коэффициент при- ведения массы «зла q — 0.S в = / <«„> с«- ?«< ><>3
12 Подкоренные од- по*! левы Л, = qfL*. М> м. Пр
13 Расчетиы Л див- метр нала, м -
14 Принятий диа- метр пала rf ></р
192
Продолжение табл. 27
Числовые эначеявя
Пример 16 Пример 16 н 17 Пример 18
10-0.96*-S.2 10-0.48*-2.3 — —
— т в «= 13,6-1,0* =* = 13.6 mjB - 3.7 I* = 3.7
тв — 9.2 + 2.3 = 11.5 " 13.6 гпв — 3,7
« — 0.5 « = 0.2S « — 0,25
Л, — 0.5-0.27.10-*-3.6* = — 1,78-10-* , _ 8-11,5 0,27.10-*-З.С А, = 0.25 X 3.8 X X 10-* X 2.45" — = 5.68 X ИГ* 6-13.63,8.10*-2.45 А, — 0.26 X 1.9 X X ttr* X 2,45* = - 2.84 X КГ* 8-3,7-|.9-Ю-*х _ Х2.45 *“ 3.14-7.86-10* — 5,6-10”*
3.14-7.86-10* -3.61 !о-» А* 3,14-7.85 10» — 0.41 10”*
«р-]/1.75-ИГ* х ’ rfp - У 5.68-10-* + * dp - у 2.8 Ю-* + ’ /(2.8-10-*)* +
Х/ПГ7в-10-«)*+ ' * + j/’(5.63-10-*)< +
+ 3.61-10~» —0,028 ’ +0,41-10-* —0.052 + 5,6- 1С-* — 0.030
d = 0.040 d = 0.065 d г- 0,080
‘ Э. А. Васильков. В. Г Ушаков
193
n/п Определяемая величина Расчетные формулы
Жесткий од и пиро- летный вал Жестки Я м гибкий консольные валы
IS Масса единицы длины веля, м/м
16 Относительная массе деталей “т “ тв/(ЛиМ НЛ .У «с М< Д 11 F
17 Корень частотного уравнения (см. рис 103) а « f (Л) (см рис. 104) а = f (*: а,.)
18 Момент инерции сечения вала, и* 64 —
19 Первая критиче- ская угловая ско росте ptfjc "=1 № м *
20 Условия вибро* устойчивости я ® . (проверить соответствие “• табл, 2Б)
194
Продолжение тзбл 27
Числовые значения
Пример 1Б Пример 16 и 17 Пример В
mB = ^0.MO*-7,1f 10*- т„ = ^0.06Б« х то = ЦУ 0.080’-7.85 X
— 5.88 X 7,88-10*—26 а X 10» — 39,4
о_. - —0.325 9.6б-3«6 в™>“ 2в 1.45 “Ч1' а — - г - - — 0 СВЯ и“ $э“4-_.45 •
а » 2.8 а — 1.50 а = 1.74
7 =^,0.04*.-. 12,6-Ю"* 1 = < 065* = СИ 7-^0.«*-
— 87,6'10-* = 2С0-Ю-’
—(Я)’* — (Й'х
ч/ 2.2 10” -12.6-10—• Х Г 9.66 .,l/"2 2100-87 6 10-* 7/ 2.2 10” -*00-i0~*
Хк ‘ 26 V &.4
— 31,8 -.32,0 ^62.6
td“^, = t-a<0-7 г 76 8 , «. ^“йл” М3:
1.3 < 1.43 < 1,6
7*
195
щимп устройствами [8], позволило найти зависимости для определения
корней а этих частотных уравнений.
Зависимость а = / (от) для однопролетиого вала и а= f (а„; в*)
для консольного вала представлены в виде расчетных графиков на
рис. 103 и 104. Здесь ат — относительная масса деталей.
ат = (226)
Значение корней частотных уравнений, принятых прн решении,
определяется выражением
Рис. 103. Зависимости для определения коэффи-
циента приведения массы консольного вала q —
— I (гл) (кривая /); корня частотного уравнения
однопролетиого вала a f (ат) (кривая 2); поправоч-
ного коэффициента увеличения мощности для ап-
паратов с внутренними устройствами aF f (cf)
(кривая 3)
Зная а/ из зависимости (226) можно < гределнть первую и вторую
критические угловые скорости вращения нала
Для определения ти и тв. входящих в выражения (226)- (228).
необходимо знать диаметр вала d. Приближенное значение d можно
получить, используя метод приведения. Прн этом для рассматриваемых
расчетных схем общая приведенная масса невесомого ротора Л1д скла-
дывается из суммы приведенных масс деталей ть. закрепленных на
валу, и приведенной массы вала:
Мв = гпв + qmtL.
Значение коэффициента приведения д распределенной массы вала
к сосредоточенной массе в точке приведения В можно найтн из условия
равенства критических скоростей весомого и невесомого валов [35, 691.
196
Рис. 104. Корень частотного уравнения а f (ат
ок) для консольного вала
Рис. 105. Безразмерные динамические прогибы (и табл. 41
и 42):
! — для однопролетаого вела o„j = ! (о) ““и = / (a,,); 3 — Для
консольного вал» — f <<у, ап) я — f (а^; ап)
197
Этот коэффициент для рассматриваемых схем вала соответственно
равен:
для однопролетного пала
(229)
32/
для консольного вала
____________________________3
’ “0-2.2^/^ ’
где Ij и tt — соответственно расстояния от опоры Л п от опоры Б до
точки приведения В.
Рис. 106. Зависимость для определения коэффициентов А| =
= / (РБ Лп) к Тгйл. 41 и kt= f (asi\ а„) к табл. 42
Для принятой точки приведения однопролетн ого вала G = lj =
= L/2. Подставив это выражение в уравнение (229;, получим <? = 0,5.
Значение коэффициента q для консольного вала определяют нз
графика q = / (зд. приведенного на рис. 103.
Приведенные массы деталей (к точке приведения В) определяют
из выражения
/Л;в = tniOyi,
где яи — безразмерный прогиб вала в центре тяжести детали
Значения аи; определяются с помощью графических зависимостей
aai = f (о;); ki—fla/; а^) и aJ = / (о.-; оп), представленных на
рис. 105 и 106.
Определяя критическую скорость невесомого вала и приравнивая
ее скорости, полученной из условий виброустойчивости, имеем
-| / £/«] _ <> (230)
1 V m^L* [д + твЦтлВ}1 ь ’
198
где td — коэффициент. учитывающий условия внброустойчивости
валов, принимаемое из табл. 2ё; »] — безразмерный коэффициент, учи-
тывающий условии закрепления вала (69], прн — (3 - - L/2. для
ЗД1
однопролетиого вала ц = - r^- = 48; для консольного вала i| = Зн„.
Рассматривая правую часть уравнения (230) и имея в виду, что
масса единицы длины вала mB == aJpn/4, после несложных преобразо-
ваний получим формулу расчетного диаметра вала
rfp = |gfL* + -
Здесь f — безразмерный коэффициент, учитывающий условия вибро-
устойчивости вала
По расчетному значению диаметра вала dp принимается конструк-
тивный размер диаметра нала d^ dp — ближайший большой размер
нз нормализованного ряда диаметров для аппаратов с перемешиваю-
щими устройствами (24].
Из выражения (228) при принятом значении d определяется крити-
ческая скорость вала со, Дзлее по заданному значению скорости вала со
производится проверка иа условия внброустойчивости в соответствии
с табл. 25.
Расчет вала на жесткость. Метод н порядок расчета сплошных
и полых налов постоянного сечения для аппаратов с перемешивающими
устройствами представлены в табл. 28—30. Расчет заключается в оп-
ределении суммарных динамических смещений вала и закрепленных
на нем деталей в опасных по жесткости сечениях пли в определении
для этих сечений минимальных допускаемых зазоров можду вращающи-
мися и неподвижными деталями.
Для аппарате в с отражательными перегорел сами и для гладко-
стенных аппаратов (без внутренних устройств) динамическое смещение
вала в опасном по жесткости сечении
Лц’ = Ав»; 4- Дж,-
где &Bii ~ У ffiii — смещение осн вала от осн вращения за счет динами-
ЧсСКО1 о прогиба; Д3< — смещение оси вала за счет зазоров в опорах;
е2г — смещение осн вала за счет начальной изогнутости вала.
Прн определении динамического смещения закрепленной на налу
детали к динамическому смещению вала добавляется эксцентриситет
детали
= + //•
Для .аппарата без отражательных персюродок (с гладкими стен-
ками) со встроенными внутренними устройствами, имеющими существен-
ные площади лобового сопротивления, учитывается составляющая
динамического прогиба вала Д^ = Увс^гВ возникающая за счет
воздействия на лопасти мешалки поперечной гидродинамической силы Q,
Агф = Д<?« + ^ii-
Расчет поперечной гидродинамической силы Q (п. 15—27, табл. 29)
является составной частью гидродинамическою расчета аппарата (2)
и приводится здесь для полноты расчета вала мешалки.
199
Таблица 28. Расчет на жесткость сплошных и полых валов
перегородками и аппаратов с гладкими стенками
№ п/п Определяемая ьелмчмма Расчетная формула
Жесткий одкопро- летный аал Жестки* консольный вал
1 Эксцентриситет массы деталей, м г — КГ"»-’
2 Относительные координаты опасных по жесткости сече- ний: в пролета ».( “ *i'L
на консоли —
3 Безразмерный ди- намический прогиб аала п опасных ле- чениях в пролете аг1 “ 1 (аИ> (см. ряс 108) аг1 “ *ian’ где >, = / (вг1 л„) (см. рис. 106)
на консоли — ал> (см. рис. 106)
4 Приведенные экс- центриситеты масс деталей, ы: в пролете '(В — •l/Oyl
на консоли — */В -
5 Приведенная мас- са ьала твВ — 0.5mBL твВ “ 1,тв1-
200
постоянного поперечного сечения для аппаратов с отражательными
Численные 5нвченмя
Пример 15 Пример 16 Пример 18
10~» ” И>зй °'28 "° 10-* /1 — - . _ --0.24-10"* F 16.7 10~• G =« — о. 115-10"» V73.3
вп“^в0И9 — —
— 0.41 Л “.1“2Л5-°-,Г Л«“5Тб’0’К7
orf — 0.26 — *-«
— Ад « 0.06 Од - 0,07
0.2Я '1В 0.96 = 0,29-10-* 0,28 10-* <bB 0,43 = 0.58-10-* — — ।
— 0.24 10“» е1й" 1 = 0,24-10-» 0.115 I0-* '1В " - 1 — 0,115* 10~»
m»4 “ 0.5-9,86-3,6 = — 17.6 тлВ “ °»2«-2€’2.45 — — 16 '•'аВ “ 0.25-39,4-2,45 — — 24,2
201
Продолжение тебл. 28
К п/п Определяемая величина Расчетная формуле Численные значения
Жестхяв однопро- летный вал Жесткий консольный вал
Пример 15 Пример 16 Пример 18
6 Смещение оси ва- да относительно осн вращения за счет зазоров в опорах (в точках крепления деталей и в опас- ных точках). м: в пролете Д,(-(Д£-Дд)Х х °i + Ал
Ли ” (Лл + Лд’ х Аи — (0.03-10-» — 2 1 -0.026-10»)-у^4- 4- 0.026- КГ» — 0.028-10“» ДЛ —(0.03-10-*- -0.026 10"») + 4-0.026 10-» = 0,029-10- • — —
дг/= <ле—лл* “«<+ + дл дг1- <дл + М*
лп = (0.03-10-»- -0,026-10-») + 4- 0,026-10-» =. 0.Ю7-1О-» — —
на консоли — Д,/ — *—“ (Ад + Ад) х ' '-п Х^ + Д^-Дд
— ^^-Гб^0310” <- + 0.037-10-») (2.45t-o.5) — —0.63 Ю-» — 0 3(5 ’О'» рс <М Ю“») (2,484*0 5) — — 0,04-10“» = 0.43-10-»
— Дд/ = ~~ (Ад + Дд) X Х^ + Д^-Ад — Ал“-01<0Ы-,°',+ + 0.4М7 Ю-») (0 414-0 5) — -0,03-10-» » 0,092-10“» д«-4ё,0<ч 1а” + 4-0.04-10-») (0.414- 4- 0.6) —о.мш-»~ — 0.106-Ю-»
7 Смещение оси ва- ла относительно осн вращения за счет начальной изо» ну- тост и вала (в точках крепления деталей и в опасных сечени- ях). м: в пролете 8И ~ *Вау1 е(1 = °-5 10-’-0,96 — — 0.48-10-• */4 — 0,6 НГ»-0.4В = = 0,24-10“» — —
еН " *Bail и •= 0,5-10*»-0.26 — = 0,13-10“» — —
202
203
№ п/n Определяемая величина Расчетная формула
Жесткий одиопро- летный вал Жесткий консольный вал
а консоли — *t,l “ TBayi
— *lj “ eB°zJ
8 Смещение оси ва- ла относительно осн вращении в точке приведения В за счет зазоров а опорах, м 4 а + &Б &В 2 ~ <Ал + Ag> 1 . ДВ ДЛ
в Приведенный (к точке В) зксцея- трнсмтет детелей, м: ж пролете "д У rntBtiB Е = f=± 1В тд + твВ
а консоли — "л-к Л mjB*!B Е .-!=* ув ШВ + тъВ
10 Приведенный (к точке В) эксцентри- ситет вала с дета- лями, м *В = EiB + ЛЛ + ев *b“eib + Е,в+ + ЕВ + ЙВ
II Динамический прогиб оси жала в точке приведения. м • _ *в
204
Продолжение табл. $8
Числгп«1ыс значения
Пример 15 Пример 16 Пример 18
_ efI — 1,5- IO-1-1 « = 1.5- 1(Г» еп = 0.75-10-*-1 — — 0.78 10-*
• t — 1,5- 1(Г*-0,06 — о 0.09-10-1 ez| = °'75, ,(Г’• °*07 — 0.052 10“ •
_ 0,326 10-Ч-0ДВ-10-»Ч дв = (0,03- LQ-* 4- 2 95 4-0.037.10-*)^- — 0,03-10-» = 0,36-10- &в " (0.04-10-« 4. 2 ® 4-0.04-10-*) —0.04 10-»=0,47-10-*
2 — 0.028- Ю-«
9.2-0,2s< 1и~* 4- _ -4-2 3 3 53-15-* elB"“ 11.54-17 6 “ — 0 14 1О-" ж —
— Е _ 13,6-0.24 10~* _ 13.6 Ь16 «0.1110-* _ 3 7 0,115 IO-* _ t'l} 3.74-24.2 = 0,0163 ю-*
ев — 0.14-10-* 4- 4- 0,028-10Г* 4- 4- 0,5-10~* — 0,67-1<Г* fB = 0Л1-10-* 4- 4- О.ЗЛ-10Г* 4- 4- I.5-1J- * — 2-I0-* Далее см. табл 30 пункты 10—31
0.67-IO-* ' й- — 0,И 1О-» 2-Ю”1 — 0,56 10-*
206
м n/n слредедяемая величина Г ас.стлан формула
Жесткие одропро- ЛСТИЫ11 вал Жесткий консольный вал
12 Динамические смени ним центра тяжести деталей, м: в пролете Х/> + *1
в консоли -г Ai “ fBaIt + + Azl + *zl
13 Динамические смещенив вала в опасных по жестко- сти сечениях, м: в пролете Ail “ вВаг1 + ЛЯ + еИ
на консоли — ^/ = *'Bez/ + + Az/ + *11
14 Дииаммческве смещении вала в точ- ке приведения В. м лв “ *в + дв + ев
15 Условия жестко- сти ю пролете Аг1 ^доп! (см. табл. 26)
иа консоли Л£1 ^AOCl / (см. табл. 26)
I
206
Продолжение тайл. 28
Численные эиатения
И*— Пример 15 Пример 16 Пример Ш
А, = 0.14 10-’-0,96 + 4- 0.034- 1 0~« + 0,48 10-1 + + 0.28-10"’ — 0, J3 10-’ Л, — 0.14 10-’-0.48 4- + 0.038-10-’+ 0.24-10-’ + + 0.28-10-’ •= 0,62- tO-’ — Далее см. твбл. 30. пункты 10—31.
— Л, «=- 0.56 to-’-1 + + 0.365- IO-’ + + 1.6- JO-’ + + 0,24-10-* — — 2.66-10-’
Atf = 0,14 10“’-0.26 + + й027-10-*+ 0.13 10-’ • — 0.1В 1 >-•
— А = 0.56-10-’-а06 + + 0.092-10-’ + + 0.00- io-’ — -= 0.22-10-’
Ав «. 0.14- Ю-* + + 0.028- ю-’ + 0,5-10-’ — - 0,67-10-’ Ад = 0.Б6-1О-’ + + 0.36-10-’ + + 1.6- 10-’ — • 2.42-10-’
— —
0.19- 10-’ < Щ28-10*’ 0.22-10-’ <0.25-10-*
207
g Таблица 29. Расчет ха жесткость сплошных и палых валов постоянного поперечного сечения
й для аппаратов без отражательных перегородок с внутренними устройствами
Xi IT/П Определяемая величина Расчетная формула Числовое авачепие
Жесткий о&юлролетиыЯ Жесткий кол со яви ый вал вал Пример 17
1-14 Наименование величин и расчетные формулы соответствуют пунктам 1—14 табл. 28
15 Критерий Рейнольдса Re-^-^ Нсо D 10».160-0,63* КСц“ 6O-1 10-» = 1,04-10»
16 Критерий мощности для аппарата с перего- родками K,Vn - / (Reu) (см. рис. 80) Кл'п ’ 0.38
17 Критерий мощности для аппарата без пере- городок К№ / (Ron) Kw = 0,20
18 Симплекс геометриче- ского подобия г D Гй ” йо7 = 3,18
19 Коэффициент сопротив- ления мешалки ч Кхп Сй--^^0,55 J
20 Безразмерный комп- лекс, характеризующий гидродинамический ре- жим потока и аппарате 0,36Го 0,36-318 _ ~ 0,55-1-(1,05-1О6)0'^ = 0,063
21 Гидродинамический параметр Ф. = /(Ф, Го) (см. рис. 107) ф0 - 0,9
22 Коэффициент площади лобового сопротивления 2,5? CF~ D3 2,5-0,24 п еР~ 2» "°-13
23 Поправочный коэффи- циент ар = j [ср\ (см. рпс. 103) аР •* 0,5
24 Коэффициент увеличе- ния мощности U+* + 1-1,45
25 Относительное смеще- ние центра эпюры окруж- ной скорости от оси ме- шалки Ч>= / (‘Л/, фо) (см Р«с> 108) s0= 0,44
Продолжение тевл 29
210
Определяемая величина Ресяетвея ф< рмула Числовое значение
Жесткий одкопролегный вал Жесткий консольный вал Пример П
26 Безразмерная попереч- ная гидродинамическая сила Ч’<? = f (> (« рис. 108J = 0.08
27 Поперечная гидроди намическая силл, действу- ющая на одну мешалку, < 1 Q == 0,015 ^Q^QfcdcPcpto ^ы (Icq см. на стр. ООО) Q— 0,015 0,96 0,08 X X 0.55 • Ю3 • 16,73 X X 16,7» • 0,64* = 28,5
28 Приведенная гидро- динамическая сила, Н в пролете Qib= —
на консоли — Q/в = Qi:# QiB = 28.5-1 = 28,5
2Э- Суммарная приведен- ная гидродинамическая сила, Н: в пролете "к Qb = У Qib i-i —
иа консоли — "м Qb= Xi Q/В Qb = 28,5
30 Динамический прогиб валя а точке приведения В от ((пр, м и 48£/ уво 3EI 28,5-2,$5-2,4Ь» \ yBQ ~ 3-2,2 15” 87.5Х. Х10-» = 0,8-10’
31 Динамическое' смешение центра тяжести мешалок (с учетом сил Qi), м: в пролете = Al + —
на консоли — aQI ^Af+ Увцащ Л01- 2.66-юэ + + 0/8-10‘.l - 3,46-!0’
32 Динамические cxcme-fr ния вала (с учетом сил Q() в опасных по жест- кости сечениях, м; В пролете —
на консоли — At}!/ — Аг/ + VBQai! Aft =- 0,20- Ю'а -г 1 0.8-10-’-0,06 = • 0.25-10"»
33 Динамическое смеще- ние вала (с учетом сил Q;) в точке приведения, м Дэдк Ав -VI/bq Аво = 2,42-10-’4- + 0,8 • (О-3 - 3,22-10"’
34 Условия жесткости (с учетом сил Qt): в пролете Aqtl < Ai доп
на консоли — Aqi/^Aj дп11 0,25-10-» « 0,25-10-’
Таблица 30. Расчет и* жесткость гибких консольных валов
№ п/п On; еделя« <л аел» i*ne Расчетная формула Числовое SHLHeiriie
Пример 1S
1-9 Наименование величин и пуню ам 1 —9 табл. 28 для ж расчетные формулы соответствуют есткого консольного вала । См. табл. 28, пример 18, пункты
10 Приведенный эксцентри- ситет вала с деталями, м ев “ е1В + Ед сл - 0,0153- IO"3 -4- 0,75-Ю"’ = = 0.77--10”3
1. Критерий Рейнольдса центробежный 5..-^ Мер _ I 1Са 720 0.4’ Re“ 60-1-10"3 = 1'92-10
12 Критерий мощности мешал- ки в агларате с перегород- ками К1Ч = / (ReJ или кл. = — — п п ргх<£ ч тйо€ °>2 «)-<w
13 Симплекс геометрического подобия г ° Fd=jH- Ом Г 11 а Гг*="ол-4
14 Коэффициент сопротивле- ния мешалки Ку, 0,7 « 0,2 ,л- tM- -JJS =0,29/ 1 /
15 Безразмерный комплекс, характеризующий гидроди- намический режим потока в аппарате О.ЗбГр ф - 0 -1 j 4 . = л и
0597-1 (1,92-10е)’"
16 Гидродинамический пара- метр % = /(ФГо)(сы. рис. 107) % = 1,45
17 Присоединительная масса жидкости мешалки для ап- парата, кг: с отражательными пе- регородками — 0|02иурср^м —
без отражательных пе- регородок тх(. 0,03 (0,5 + 0,25%/ Емрер<4 ти = 0 03 (0,5 + 0,25 • 1,451s X X 0,297 - ) - 10s • 0.4s 0,33
18 Приведенная присоедини- тельная масса жидкости Ме- IU АТ КИ, KI mxiB = 0,33-1.0 —0.33
19 Суммарная приведенная присоединительная масса жидкости мешалок, кг % '”тВ = У mxBt /-1 Л1тв = 0,33
20 Относительная приведен' ная присоединительная мас- са жидкости . ЦтВ m тВ + глав зЛш-с°118
КЗ ;> Продолжение ибл 30
.4 п/п Определяемая вслн«ии1 Рясчеткея формула Чяелояое значение
Пг-имер Is
21 Максимальный динамиче- ский прогиб вала в точке приведения при переходе чс* рои реэоиаже м Св — ПдаДа ^Btnax” >° У В пах = 0,77-10-»-0,0118 0,43-10-» 0,0118 - 0,065
22 Динамический прогиб ьала а точке приведения при уста- новившемся режиме, ы ев _ 0,77.10” |й1П.а
‘ ш-' > 1 1 7 оо «30 JCO 11/3 «ок-, 1 cq
23 Относительная коорднна- i та ограничителя 1 2.0 а’-ТТ“°’в2
24 Максимально допустимый зазор в ограничителе (из условия прочности), ы С,2от£? . , вдов- 3£d 12 а ,0g + 3au o0j ( 2' -.200. io1 2,45* Пдоп— з.2,2-ю11-80 Ю » Х X (2-0,2 0,82 + 3 0 82» - 0,82», = = 13,6-10-’
25 Принятый зазор в огра- ничителе, м 6 g бдоп 6 = 0,01
ьэ СП
26 Безразмерный динамиче- ски ft npoi иб вала в месте установки ограничителя о* - f О’ (см. рис. 105) сг» «= 0,75
27 Динамический прогиб ва- ла в точке приведший при переходе через резонанс, м 6 . !/0{~б при 1 < о0< 1,1 Увб-^вмх “₽« Увб>Ув™ ^s« = S^13'3•,0,
28 Динамическое смещение вала в центре тяжести де- талей, м в пролете Ai = Ува1,1 + + еп + ei —
на ког.сояи Al^yBaUi+sti^Ru+ti Л<= 1.6-10”. 1 -г ),43-10»4- + 0,75-Н”-г 0,115-10-’ = = 2,9-10”
29 Динамические смешения вала в опасных по жест, кости сечениях, м: в пролеге = Узаг1 + \f + гг1 —
на консоли Аг/ *= УBart + S/ + Аа= 1 fi-io”-o,7 -J- 0,1%. ю” + + 0,052-10” = J.22-10”
Поперечная гидродинамическая сила зависит от тппа мешалки,
коэффициентов лобового сопротивления мешалки т]м и внутреннего
устройства ф'^. от режима перемешивания и геометрических размеров
аппарата,
<2 =
Здесь — коэффициент, учитывающий тип мешалки, — 1 —
для лопастной, якорной и рамной мешалок, kg — 0 96 — для трехло-
пастной и винтовой мешалок, kg = 1,73 — для шестилопастиой и тур-
бинной мешалок.
Безразмерная поперечная гидродинамическая сила ф^ действую-
щая на мешалку, зависит от лобового сопротивления внутреннего
устройства. Значение ф^ определяют по графику ф^ = / (sv; ф^) на
рис. 108, а значения s_ и ф. соответственно по графикам з„ “ / (с..; ф.)
на рис. 108 и фо =/°(Ф; Гр) на рнс. 107 ’ * °
В табл. 28—30 используются обозначения величин, принятые
з табл. 26 и 27, а также значения этих величии.
Расчет вала на прочность. Метод и порядок расчета на прочность
сплошных и полых валов постоянного сечения, рекомендуемый для
аппаратов с перемешивающими устройствами, изложен в табл. 31 н 32.
Сущность этого метода заключается в определении опасных по проч-
ности сечений вала и нахождения и этих сечениях эквивалентных на-
пряжений ______
1/ ^з(тХРг
°*' г
где Мчз (—изгибающий момент; Л<цр/—крутящий момент; —
момент сопротпнлеппя вала в опасном сечении.
217
Р,5 О 0,5 10 f.5 % \0 '0,5 0 0.5 1.0 1.5 ft
Рнс. !0в. Зависимости для определения относительного смещении центра эпюры окружной скорости
от оси мешалки Sy = f (су; Ф() и относите.пной поперечной гидродинамической силы, действующей
на мешалку, 4’0 Hs,v: 1абл-
Для опасных по прочности сечений находят допускаемые напря-
жения с учетом частных зна гений к 13ффициеггов запаса прозгости,
коэффициентов концентрации напряжений и механических свойств
материала
_ ^iruO-i
РдгТ1'
и определяют соответстния напряжений в этих сечениях условию проч
HOCTH О» / Одоп t
Днаме’р Влла, его длина, расстояние Между опорами и расположе-
ние вращающихся масс деталей для аппаратов с перемешпвающи 4
устройствами обычно принимают па конструктивных соображений или
по результатам расчета иа ввброу* тойчивость, поэтому расчет па проч-
ност: чипе является поверочным расчетом и производи-! _я по у рошен-
ной мего;,ихе с использованием рекомендуемых коэффицие стов за-
паса (94. 95].
Выбор опасных по прочности ссчстшй может быть произведен на
основании .эпюр результирующих из! ибающ..х н крутящих моче itob
с учетом местных концентраций напряжений. Наиболее харькте[ пыми
опасными по прочности сечениями для сплошных и полых H3J.OB по-
стоянного сечения являются:
для одиопролетного вала — середина пролета н место закрепле-
ния верхней массивной детали (например, мешалки):
длч консольного пала — мест расположения нижней опоры
(при верхнем расположении привода) и место закрелленчя верхней
мае :ивпой детали
При выбор,: опасных сечений следует учитывать, что участок втла,
охватываемый закр< пленной па пей деталью (и„пример. ступицей ме-
шалки), передающей нагрузку, менее напряжен вечедствне '-овме^тчой
деформации вяла и детали.
В качестве возможных о.:асгых по наличию коццеитрс торов на-
пряжений еечгннА обь чпо выбивают сечения; проходящие по галте-
лям, отверстиям в валу, местам выхода шпоночи-их кгпавок ц шлицов,
ио краю насаженной детали и т. д. Значения коэффициентов концентра-
ции напряжений ko[ для этих мест независимо от материала вала moi ут
быть приняты следующими:
Для плтелсР с r/<f > 0.1 I.B
> nc.iep-.jHbX отвепстнй .2,1
> шпоночных коне* ж а скользящих насадок сту-
пицы иги подшипника............................... 2,0
Для шлицов , ..................................... 2,6
> прессовых по вдох ступицы колы, подшипник. 3.0
Для более сложных слуаев коэффициенты концентраций напряже-
ний могут быть приняты из '< пецналчной лнтратуры.
При расчете валов на проч тость, когда число кг®ткопр< меня.)
ноктэряющнХся нагрузок за период эксплуатации аппарата не пре-
вышает 10s циклов и не вызывает опасных усталостных разрушений
материала, обычно используются условия статической несущей спо-
собности вала.
Однако при ра< чете валов аппаратов с перемешивающими устрой-
ствами число циклов обычно су ществеино превышают 10s, а характер
передачи постоянного крутящего момента в условиях перемешивании
Хоидких гетерогенных сред следует считать пульсирующим. Таким об-
рядом, нал аппарата с мешалкой подвержен воздействию переменных
напряжений и должен рассчитываться с учетом возможного ра рушения
219
Таблица 31. Расчет ва прочность сплошных и полых валов ц0
перегородками и с гладкими стенками
м п/п Определяем»» величина Расчетная формула
Жесткие одиопролетнм* вал Жестки А и гибкий консольные валы
I Сосредоточенная центробеж кая сила, действующая иа де- таль (в том числе на мешалку), 11. “f в пролете 1 Pt — nyi>M(
ва консолв —
2 ’ Приведенная цен тробежнам силе, Н
3 Сумма моментов еял относ мтел ьно опори Б, Н • м: а пролете "д 4=1 «Сп- 2 р/(^п-'.1 4=1
на консоли "д «Ьк- £ Pj,l
4 Реакция опоры Л, н рл=«£п/Ь+реЛ /?4»1/Ьг(ЛТВп + + мВк + рВ'к)
6 Сумма моментов сил относительно опоры Л, Нм: и пролете "д МЛп = 2 pi'l <=1
ва консоли — ”д «Дк= £
220
iHHoro поперечного сечения в аппаратах с отражательным*
Числовые значении
I .«мер 16 Пример 16 Пример 18
р, 10-13, !• 0,93-10"* — Г — '-58 р. = 10-13.1" 0.62-1(Г* — - 1.07 — —
7“ 1 Pt = 13Л X 16.7* X X 2.66 X ЦТ» = 10.0 Р, = 3,7 X 75,3" X X 2.9 X 10-* = 60.8
Г р « 17,6- 13,|«.<М»7Ч(Г»-= = 2,01 Рв = 16 X 16.7* X X 2.42 X 10"’ = 10.8 Рп - 24.2 X 76.3" X X 2.8 X 1<Г« — 380
МНп — 1.68 (3.6 - 2.1) + + 1 07 (3,6 — 3.0) = 3.1 — —
X. — Л|£к - )<>•?.« = г<з МЬк —60,8.2,46- 148
» = 3-’ 1 2-"Г 1 »у RA - т.6- + — - ‘-“г «Л--0Т5 <м-® + 410.8-2.45) — 102 <М8 + + 38С-2.45) —2100
«Лп — 1.58*2.1 + 1.07-3 = = 6.53 —
— лМк = 10(0.5+2.46)— = 29,5 = 60,8 (0,6 + + 2.46) « 179
221
м n/п Определяемая неличивж Расчегиаа формула
Жесткий однопролетный вал Жесткий и гибкий консольные валы
6 Реакция опоры Б, 11 «2. -Мдп/^ + Рв/2 ЯБ-1Д-п(«Лп4
7 Изгибающий мо* мент в опасных по прочности сечени- ях. Н-м: п пролетах: между точка* ми А м Б Л,Я “ fyz/ — "»г - 2 pi (»<-м 1 1 ТМ=а хг “•в В ? £ £ ~ : ..
между точка* мн В и Б - S *<(«<-М~ Х(-,-4)
на консоли — пкг
8 Крутящий момент в опасных по проч- ности сечениях. Н-м: в пролете "м М{ = а-‘ J] Nt i=\ пыг М/=Ь)_’ 2j i=i
на консоли — nwi mz = <»-*
9 Момент сопроти- вления вала в опас- ных по прочности сечениях, м1: в пролете V —— г? i 32 ft
222
Продолжение табл. 31
Числовые значения
Пример 16 Пример 16 Пример 18
с.м г.01 /?5=’^-(M-S + + 10,8-2.95) = 123 «5-ojs <17в + + 380-2,45) = М»
Ж— Мп— I.M 1,8 = 3,32 — —
Мя=> 1,81 2.1° - 2.0! X X ^2.10-Лр) =3,28
— М„- 10,8(2.45-0) + + 10 (2,46 - 0) -« 51 Мп- 3.80 (2.46- 0) + + 00.8(2-45— )=1О80
и 0.38 10" + 0.30-10» м,= 131 -33 — —
— _ 0.72-10» 1 10,7 Л,—2££-46.8
«’,-r.^ll4. (io ю)*-в.зх X 10"» — ——
223
№ п/n Определяемая иелмчкна Расчетная формула
Жесткий однопролетный вал Жесткий и гибкий консольные валы
иа консоли — ^1*' Wi 32 *1
10 Эквивалентное на- пряжение п опасных по прочности сече- ниях, Па: в пролете +Л,‘
на консоли — »э/ = "71 х хул^+лг!
II Допускаемое на- пряженке на проч несть. Па: о пролете *Лап
на консоли — *м°-1 °Д'’=*сЛ™
12 Условие прочно- сти: в пролете G*i '"’з. п —
на консоли — a.j < °* п
224
Продолжение табл 31
1 Числовые значения
Приме" 15 Прахер 16 Пример 18
Я 14 - ту (65-1O-*)» . = 27. 10-» V, “ <»“>-> - ол = 50.2-10-»
’’и 6.3-10-« * X ЙМ2‘+'бЗ«=в.71О’ °м 6.3- IO-" х х /4,23» + 27.6* — 5.8.10» — —
— И I1 -» 1з» °э! = 2,1-10- • — 2,6-10* \/ F-8Q* >- 46,6» _ 56,2-10-" в «21,5-10*
0.65-26-10’ -и wi* 0,85.26 ~ ~ °ДЭ 2,0-2 “ — 65.0-10» — —
0,77.28-10» 0Д1“ — 33.1 10» 0.’4-2000 10»’ Д1 ” 3.6-2 “ — 27,6-10»
8,7-10» < 110.10» 2,8. 1С« < 66.0-10» — —
— 2.5.10» <33.4-10» 21.5 10» <27.6 10»
о
° Э. А. Васвльцоа, В. Г. Ушакоа 226
*26
Таблица .32. Расчет на прочность сплошных и полых жестких валов постоянного сечения для аппаратов
без отражательных перегородок с внутренними устройствами
№ п/п 1 Определяемая вела чина Сосредоточенная цен- тробежная сила, действу- ющая на Деталь (кроме мешалок), Н: в пролете Расчетная формула Однопролет |ыЯ вал Консольный аал Pi = mitiPAi Числовое яначенве Пример 17
на консоли — Pi = Т-
2 Сосредоточенная цен- тробежная сила, действу- ющая на мешалку. Н: в пролете PQi = Q + Я1<<ВМ(
на консоли — P(Jy = Q -f- ГПуО’Лу Рщ = 28,5 + + 13,6-16,7»-2,66-10'’--- = 38,5
3 I Приведенная центро- бежная сила, действую- щая на вал в точке приведения, 11 РВО~ 16 X 16,7* X X 3,22 X 10"» = 14.3 у
4 Сумма моментов сил от- носительно опоры Б, Н-м. в пролете "д "и. п Мгп = У Р( (1 - h) + Д PQI (1 - h)
на консоли — пд ”м.к мы - 2 р‘1>+ ₽<2Л /-1 /-1 ЛГ&с- 38,5-2,45 = 94,3
Б Реакция опоры А, Н Лл = -г-(М5п + Ьп + Afftt + PbqLic) D 94.3 + 14,3-2.45 Ла“ о,ъ = 258
6 Сумма моментов сил от носительноопоры А, Н-м' в пролете Млп’» Pih+ "^PqIi <-i <»i —
на хонсолн пд Мм,e Pj (^-п + //) + пм + Ъ ^41 ^а + 1/) (=1 Л<Лм я 38,5 (0,6 + + 2,45)= 114
Продолжение табл 32
м Расчетная формула Числовое мачеяяе
п/п Одкопролвтиый вал Консольный вал Пример 17
7 Реакция опоры £, 11 4 Л,Лп L Рв« рБ = -у— (ЛЦП 4- МАк + „ 114 4- и,3-2,95 RE~ 0,5 =312
*' f L 2 \pbqL)
8 Изгибающий момент в опасных по прочности сечениях, Н-м: в пролете Между А » В М21 = Razi — ппа -£ Pl (?/-П) + + 2 PQ< fa — h) Mti = Razi 4- ппг 2 Pi^-h) + i-\ "г 4- 2 pQi to ~ i-i —
Между В и Б M2i * Razi — - 2 Pi(zi-h) + i-i ПП2 + 2 PQ‘ (ч-h)- l-l -Pqb^-4) /
• на консоли — = Pqb — г/) 4- nkz 4-2рД0-г/) + 4- 2 р<?/ (О-2/1 i=i Мг) => >4,3 (2,45—0) + 1 38,5 (2,45 - 0) «= 129
9 Крутящий момент в опасных по прочности се- чениях, Н-м: в пролете 1—1 "ма "<-4-S'" i-l —
на консоли — "мх „ 0,57-10» Л1«- 16,7 “34Л
10 Момент сопротивления в опасных по прочности сечениях, ыа: в пролете —
на консоли ^-=•^-0,065» = .
от усталости. При этом полученные по расчету запасы прочности в опас-
ных сечениях не должны быть меньше минимально допустимых запа-
сов прочности на выносливость.
Значения минимально допустимых коэффициентов запаса прочности
на выносливость выбирают, исходя из следующих условий:
£аап = 1,3+1.5—при высокой однородности условий изготовле-
ния валов, наличии точных данных о механических характеристиках
и высокой достоверности определения напряжений;
Лзап — 1.5+1,8 — прн приближенной расчетной схеме я отсутствии
точных данных о механических характеристиках материала, но прн
достаточной достоверности определения усилий н напряжений;
£зап = 1.8+2.5 — прн пониженной точности расчета и ориентиро-
вочной оценке механических свойств, а также прн пониженной одно-
родности металла и больших размерах вала (d >• 250 мм).
Рис. 109. Коэффи-
циент масштабного
уменьшения преде-
ла усталости jb =
-Hd):
1 — ДЛЯ ВЯЛОВ КЗ
углеродистой стаяв;
3 — для валов кэ лс«
гировавжой стали;
----. — — предлоло-
жвтельыы^ значения
При небольших диаметрах вала (д° 50 мм) значения ко (ффициентов
концентрации напряжений возрастают с увеличением диаметра (941.
Абсолютная величина размеров опасных сечений (в том числе без
концентраторов напряжения) влияет на предел усталости материала
в этих сечсинях — с увеличением диаметра вала предел усталости умень-
шается Зависимости масштабного коэффициента уменьшения предела
усталости от диаметра для валов нз углеродистой н из легированной
сталей представлены на рис- 109.
После определения опасных по прочности сечений для всех дета-
лей. закрепленных на валу, находят действующие на них центробеж-
ные силы
Pt = miaPAi,
а для мешалок в гладкостенных аппаратах с внутренними устройствами
(см. табл. 32) — суммарные усилия с учетом гидродинамических сил Q
Pt — mivPAi 4- Qt.
Затем, последовательно рассчитывая и приравнивая нулю суммы
моментов всех сил относительно опор Б и А, определяют реакции опор Л
и Б, находят крутящие моменты н изгибающие моменты в опасных
по прочности сечениях. Для этих сечений вычисляют эквивалентные
напряжения а31 и сравнивают их с рассчитанными допускаемыми па
пряжениями Од
В табл. 31 и 32 используются обозначения и значения величин
нз табл. 26—30.
Примеры расчета валов. В табл. 26—32 параллельно с изложе-
нием методов и порядка расчетов приведены четыре примера расчета
231
вала в аппаратах с перемешивающими устройствами па виброусгойчи-
вость, жесткость и прочность, охватывающие основные типовые кон-
струкции, рассмотренные в настоящем пособии.
Во всех примерах рассмотрен вертикальный стальной аппарат
с механическим перемешивающим устройством, с верхним приводом
и с сальниковым уплотнением вала в крышке корпуса аппарата. Ос-
новные элементы конструкции аппаратов соответствуют
ГОСТ 20680—75(8].
Аппараты предназначены для процесса гомогенизации системы
жидкость—жидкость с физическими свойствами (по плотности и вяз-
кости) соответствующими физическим свойствам воды. Материал вала
перемешивающего устройства — сталь 45 (ГОСТ 1050—74).
Пример 15. Аппарат с отражательными перегородками с даухопор-
IIым однопролетным жестким валом. Верхняя опора вала — радиально упор-
ные подшипник качении, инжнпя опора — радиальный подшипник скольже-
ния (внутри корпуса аппарата) Расчетяпя схема одяонролетного нала соот-
ветствует схеме на рис. 102, а. Тип мешалки — шести лопасти ая. число мешалок
«а валу — две Основные конструктивные размеры и исходные данные приве-
дены в табл. 26.
Опасным по жесткости сечением принято сечение zt по внутреннему дня-
метру нвжимной втулки сальникового уплотнения. Допускаемое смещение
ипяа в атом сечении Лдпп (га^л. 26) выбрано после определения диаметра вала
из условии виброустойчкности (табл. 27) по ОСТ 26-01-1244 —76 [3).
Опасными по прочности сечениями приняты сечение z> по середине
пролета вала и сечение по верхней кромке ступицы верхней мешалки с кон-
центратором напряжения по шпоночному пазу.
Диаметр вала мешалки d =* 40 ми принят по ОСТ 26-01-1225—76 [86]
ва основании расчетных значений (табл. 27).
Рлдиальные зазоры в опорах Дд и Дд (табл. 26) выбраны по принятому
диаметру вала d из (14].
Расчет вала па виброустойчквость приведен в табл. 27, на жесткость—
а табл. 28. на прочность — в табл. 3!
Пример 18. Аппарат с отражательными перегородками с жестким
консольным налом. Верхняя опора — радиально-упорный подшипник каче-
ния, нижняя опора — радиальный подшипник качения. Расчетной схема кон-
сольного вала соответствует схеме, приведенной на рис. 102, б. На конце кон-
соли закреплена одна трехлопастиая мешалка. Основные конструктивные
размеры н исходные данные приведены в табл. 26. Мощность, потребляемая
мешллкой при работе аппарата, принят» яз гидродинамического расчета ап-
парата.
Опасное по жесткости сечение принято по нижнему концу полностью
поджатой втулки сальникового уплотнения. Допускаемое смещение выла
и этом сечении Адоп (табл. 26) принято по внутреннему диаметру нажимной
втулки [69] после олределецкя диаметра аала из у с лопни внброустойчивости
(табл. 27).
Опасное по жесткости сечение za принято по нижнему радиальному под-
шипнику с концентратором ш пряжения по посадке Подшипнике на вал.
Диаметр вала чеша л км d 65 мм принят равным выходному диаметру
вала привода из ОСТ 26-01-1225—75(86] по полученному расчетному значению
d » 62 мм (табл. 27). Радиальные зазоры и опорах Ад и Дд (табл. 26) примяты
ДЛЯ d — 65 мм по (141
Расчет аала на виброустойчивость приведен в табл. 27, на жесткость —
в табл 28, на прочность — и табл. 31.
Пример 17. Аппарат без отражательных перегородок с размещенной
внутри рзбочего объема трубой дсредзвлмвлипя (dTp « 0,150 мм1тр = 1.6 м)
и с жестким консольным валом. Расположение опор. расчетная схема, выбор
опасных сечений и расчета вала и» виброустойчнвость полностью соответствуют
примеру 16.
Расчет вала на жесткость и прочность с учетом воздействия на лопасти
ыешалкн неуравпопешенной поперечной гидродинамической силы Q приведен
соответственно в табл 29 и 32.
Пример 18. Аппарат без перегородок и ин утренних устройств с гиб-
ким консольном валом. Расчетная схема вала соответствует схеме, приведен-
ной м« рис. 182, б. Н.з конце консоли вала закреплена одна трехлопастная
мешалка. Основные конструктивные размеры и исходные данные приведены
в табл. 26. Мощность, потребляемая мешалкой при перемешивании, принята
232
вз гидродинамического рисчста аппарата объемом V ~ 3,2 к и висотов за-
полнения Н =• D. Опасные по жесткости и прочности ссчеяия соответствуют
[фииятыы а примере 16.
Г Диаметр аала мешалки d — 80 мм принят по результатам расчета ня
, аиброустойчнвостъ (табл. 27) и соответствует диаметру выходного нала мотор-
редуктора [86]. Радиальные злзоры в опорах прениты по справочнику [141.
|КооРАината ограничителя колебаний гибкого консольного вала при переходе
«;-ез резонанс L, =» 2 м принята из конструктивных соображений.
Расчет пала на виброустойчивость приведен в табл. 27, ва жесткость —•
в табл. 28 и 30, ва прочность — в табл. 31,
2Б. Расчет корпуса аппарата
Корпус вертикальных цилиндрических аппаратов с вращающи-
мнея механическими перемешивающими устройствами [8] состоит
из цилиндрической обечайки, днища и крышки.
Днища и крышки аппарата могут быть плоскими, эллиптические
я сферические. Днища аппарата могут быть выполнены также в виде
конуса (обычно 90 или 120’).
Крышки аппарата могут быть приварными (неразъемными) и
отъемными, присоединяемыми к цилиндрической части фланцем.
Корпус аппарата может иметь приварную или реже съемную ру-
башку. На корпус аппарата (на цилиндрической части ялн на днище
приваривают опоры в виде лам или стоек.
В обечайках, днищах н крышках обычно выполняют отверстия,
под фланцы или патрубки.
Размеры и соотношения всех элементов корпуса аппарата при кон-
струировании выбираются по действующим стандартам 13. 8, 24. 65,
68, 92). Нормы и методы расчета на прочность элементов конструкций
корпусов аппаратов с перемешивающими устройствами установлены
ГОСТ Л249—73’‘ (991
При конструировании аппарата основной задачей прочностного
расчета является определение толщин стенок, воспринимающих на-
грузки от элементов конструкций.
Цилиндрические обечайки. На цилиндрическую обечайку корпуса
аппарата прн работе могут воздействовать внутреннее и наружное
^'избыточные давления, масса корпуса аппарата и расположенных на
нем конструкций, масс рабочей среды в аппарате, ветровая нагрузка
H другие силы. ь» «
Для стандартных конструкций корпусов аппаратов [8] расчеты
цилиндрической обечайки на местную устойчивость от ветровой на-
грузки н общую продольную устойчивость от сжимающих сил обычно
не выполняют ввиду незначительности этих сил. Такие расчеты не-
обходимо производить прн конструировании колонных аппаратов
с отношением НЮ > 5-
Толщину цилиндрической обечайки, работающей под внутренним
давлением, определяют по формуле
Рр£>
s= -------------
2фСдоп — Рр
прн ~~с <0,1,
где D — внутренний диаметр корпуса; рр — расчетное давление;
° доп — допускаемое напряжение; <р — коэффициент прочности про-
дольного сварного шив обечайки; с — прибавка на коррозию; —
Дополнительная прибавка.
(231)
233
Коэффициенты прочности кольцевых сварных швов в расчетные
уравнения не вводятся. Прибавка с на коррозию добавляется к расчет-
ным толщинам конструктивных элементов для компенсации коррозии;
величина этой прибавки зависит от срока службы аппарата и скорости
коррозии в эксплуатационных условиях.
Дополнительная прибавкасг может приниматься из конструктивных
соображений в соответствии с сортаментом проката или размерами стан-
дартных элементов конструкций (днищ, переходов и т. Д-). Прибавка сх
для аппаратов с малым избыточным давлением может существенно пре
вышатъ расчетную толщину стенки
sp = s —с —сг
Допускаемое напряжение Одоп для данной марки стали принимается
по справочным материалам при температуре, равной расчетной тем-
пературе стенки. Расчетную температуру стенки, в свою очередь, при-
нимают равной наибольшей температуре среды, соприкасающейся со
стенкой, нли определяют на основании тепловых расчетов. Расчетное
давление рр для аппаратов с мешалкой обычно равно рабочему дав
лению.
Коэффициент прочности сварного шва <р характеризует отношение
прочности сварного шва к прочности основного металла. Дтя стыковых
и тавровых сварных швов с двухсторонним проваром, выполненных ав
тематической сваркой, допускается применять ф = 1. а прн ручной
сварке 0,95. Для односторонних сварных швов <р ag 0,9-
Толщину цилиндрической обечайки, работающей под наружным
давлением, определяют по формуле
D { Ро L\°*
4=0,47nsU4-zr) +*+*• (232)
которая справедлива для двух условий:
0,052 1/ Ю=*£ 7Г 7,68; (233)
s с j ।. io-» ТЛ—______——
£> ’ ‘ V D 10~*Е '
Если условие (233) не выполняется н обе чайка удовлетворяет
условию
10°/:
' Pt>
то толщину ее стенки рассчитывают из условия продольной устойчи-
вости по формуле _____
*=',О61Го1/тДг + с-‘*- (231)
Для гладкостепиых цилиндрических обечаек (без бандажей и ореб
рения), работающих под наружным давлением, в расчетные зависимости
(232) и (234) введены коэффициенты запаса устойчивости = 2,6
по отношению к нижним значениям критических давлений
Расчетную длину L для гладких обечаек в зависимости от испол-
нения корпуса врипимают в соответствии с обозначением размера на
234
вис- 1Ю. где Л — эллиптическая часть днища; а — цилиндрическая
вдеть эллиптического днища.
Расчетные значения модуля продольной упругости £ для углероди-
стых и легированных сталей при расчетной температуре стенки опре-
деляют по справочным данным или из графика на рис. 111
Цилиндрическую обечайку при наличии осевой сжимающей силы Q
.Проверяют на местную устойчивость из условия Qsg Одоп Значение
допускаемой сжимающей силы определяют по формуле
Сдоп = 2,09<pcD (s — с) <гт,
где *Рс — коэффициент уменьшения напряжения. который для значе-
D Е
вий ------ > 0.36 — принимают равным
S ““ С Gy
(235)
_ с. S — С
<рс 2.5Д
or D
Рис. 110. Расчетные схемы корпусов аппаратов- а — с эл-
липтическим днищем и крышкой; б — со съемной кр ыш-
кой. эллиптическим днищем и рубашкой; в — с привар-
ными эллиптической крышкой и коническим днищем; г —
со съемной крышкой и коническим днищем
Здесь коэффициент kc— 1 4 для значения,- &
D <—п
-=-500.
а для значений > 5°° коэффициент Лс = f принима-
ют по кривой 1, представленной иа рнс. 112.
D Е
При значениях-------> 0,36 —
s — с от
I
^с— /<Т, О \2 *
*+5'75(тт=т)
Цилиндрические обечайки, подверженные одновременному воздей-
ствию наружного давления и осевой силы, проверяют па устойчивость
Do формуле
-гг-+-^<>.
удоп Рдоп
Значения допускаемого давления рдоп можно получить из формул
(231), (232) и (234), решив их относительно рдоп при рр =* рлоа и Cj = 0
235
Конические элементы. Для коническихвмментов корпуса, работа»
щих под внутренним давлением, для случая, когда угол при верили <
конуса днища (нлн перехода) 2а 140®, толщину утолщенной части
Рис. 111. Зависимость модуля продольной упру-
гости от расчетной температуры стеикн-
I — для углеродистых сталей; 2 — для легврованных
сталей
Рис. 112. Зависимость для определения коэффициенте!,
уравнений (180), (184) и (186):
' - ): » МУ етот-
аетственно для значений hJD = 0,5; 0.4; 0,35; 0,3; 0,25 а 0.2
стенки .«! для конического элемента /к п для цилиндрической стбур-
товкн /ц (см. рнс. НО) принимают большей из значений, получеипь'Х
по формулам:
РпОц
S1 = l?^ + C + C1 (236'
236
Bl = —+ с+а, (237>
2ч’<т*оп — Рр cos а
Lge у — коэффициент формы днища, который в зависимости от угла
Конуса 2а = 60 90; 120 н 140° принимают соответственно равным 2,7;
4 1; 6,4; 9,4.
При этом во всех случаях принимают Sj $•
Значение длин элемс нтов сопряжения конического днища с цилин-
дрическим принимают равными:
/к = 0.5 ]/D(*~c); 1Л = 0.5
Толщина нижней части корпуса за пределами утолщенного пере-
ходного элемента 1К будет
Рр DP ,
Sv = «------------------г с г с.,
2<роД0П—рр cos а
где расчетный диаметр принимают равным £)р = 2 (1 — /к sin а).
Конические элементы днища со сварным переходным соединеньем
(рнс. 110, г) должны удовлетворять условаю
2<р<Тдоп (si — с)
Рр ОУо + («1 —С) ’
где yt = 0,5-f- 0,4
D tg a l^cos а
si — с I + JAcos а
Конические влементы, работающие под совместным воздействием
гружноео давления и осевой сжимающей силы, проверяют на устойчи-
<ть по формуле
Одоп Рдоп
Допускаемую сжимающую силу Qfton определяют из условия мест-
ной устойчивости стенки конического элемента
Г . <2доп = 2,09фсОр (St — с) cos» а,
где Ос находят по формуле (235), в которой D Dp
Расчетный диаметр равен
р _ О.ОДтдс + 0. l^min 1
р сова
где Dmax и Dmt0 — соответственно максимальный и минимальный дна-
жя конусного перехода.
Допускаемое наружное давление рмп определяют по формуле
_ 2Е (sK — с)
₽яол--------------1
, 1.5Е , , „ <Гт dp
А от +1,63 £ «к —с
перехода (конусной части днища),
Д» — высота конусного
237
Расчет на прочность конических переходов других конструкции
а также расчет эллиптических и сферических переходов следует проц ?
водить no OCT 26-1207—75 1101] '
Днища. Толщину стенки эллиптического днища, работающего под
внутренним давлением, определяют по формуле
РрЯ»
t*®)
Радиус кривизны в вершине эллиптического днища принимают рав-
ным
р - Dt
Ra~~4h‘
Для стандартных дннщ при высоте выпуклой части днища Н = 0,25 1)
радиус кривизны R* — D.
Формула (236) применима для условий
-ЗСр:<0,1 и h>0,2D.
Толщину стенки млиптического днища, работающего под пару*,
ним давлением, принимают большим нз двух расчетных давлений, полу-
ченных по формулам:
51 = ‘зоо’10-«£ + с + с1; (239)
Ро^э _
= P+c+ei. (240)
">доп
Здесь коэффициент k3 определяют по графику, представленному на
рнс. 112, в зависимости от значений величии hiD и D/(st — с), а коэф-
фициент Р — по формуле
р = 0,5-ф 0,25 4- 12А^ . (241)
Формулы (239) — (241) справедливы при отношении высоты вы-
пуклой части днища к диаметру в пределах 0,2 с; hJD ^0,5.
Сферическое днище является частным случаем эллиптического
днища при равных значениях обеих образующих полуосей эллипса
н h/D = 0,5.
Толщину плоских круглых днищ и крышек аппаратов, работающих
под внутренним давлением, рассчитывают по формуле
*’г°р1Лг-+е+‘»> <242)
К» У °доп
Значение коэффициента k н расчетного диаметра Dv принимает
в зависимости от конструкции соединения в соответствии с табл. 33.
Значение коэффициента ослабления k9 для дннщ и крышек, имею-
щих одно центральное отверстие диаметром, равно:
kQ = I + 0,43d,'D при d/D < 0,35;
£, = 0,85 при 0,35 < d/D <0,75.
238
Таблица 33. Коэффициенты k уравнения (242) н расчетные
диаметры Ор для нормализованных плоских сварных дкнщ и крышек
Эскиз соединения k °Р
5 L_ г/ Г^Д / 0.55 D
1 -й Д A2L т / s / При (s — с) 0,45 (1 — 0,25 Пр 1 < V L) (s — с) 0,47 (1 — 0.23&'s,)^ 0,40 D — r
5г *•« | В / 0,40 D — г
X 0,45 D
к V 0,40 D6
239
Для днищ имеющих одно или несколько произиольио расположен
пых отверстий, величину коэффициента ослабления определяют по
формуле
*о= j/ J
D
Плоские круглые сварные днища для аппаратов, работающих
под давлением, с О> 500 мм применять не рекомендуется.
Рубашки для корпусов аппаратов. Обычно рубашки для корпусов
аппаратов с мешалками выполняют неразъемными н приваривают ие-
Таблица 34.
Применяемость различных
типов рубашек
Тип рубашка t, *С р. мп* (кгс/см*)
Гладко- СТОПНАЯ 350 300 0.6 (6) 1.6 (16)
Из по- лу труб 280 1.0 (10)— 6,4 (64)
С вмя- тин я ми 250 2,5 (25) 4.0 (40)
посредственно к корпусу аппа-
рата.
На заводах химического и неф-
тяного машиностроения применяют-
ся обычные глддкостенныс рубашки
для корпусов с эллиптическими
н коническими днищами. Кроме
того, используются специальные
виды рубашек, в том числе руба-
шек из приварных лолутруб.
навиваемых на корпус и днище
аппарата по спирали, и рубашек
с вмятниамн (отверстиями с ото-
гнутыми внутрь и приваренными
к корпусу краями), расположен-
ными равномерно по корпусу и
днищу аппарата с одинаковым по
окружности н высоте аппарата
шагом [921.
В табл. 34 приведены параметры, при которых используются раз-
личные типы рубашек.
В рассмотренном методе расчета тол щи п стенок корпуса аппарата
не учитываются температурные напряжения, возникающие прн значи-
тельных повышениях температур стенок корпуса в процессе эксплуа-
тации аппарата. Инженерные методы расчета, позволяющие учитывать
эти напряжения, в технической литературе отсутствуют. Результаты
экспериментальных работ показывают, что температурные напряжения
могут существенно влиять на расчетные толщины стенок корпуса.
Особенно это следует учитывать при определении толщин стенок ап-
паратов. работающих прн низких давлениях.
Для указанных выше рабочих температур для нормализованных
конструкций корпусов аппаратов температурные напряжении могут
не учитываться.
Если не произведен специальный расчет температурных напряже-
ний. то скорость нагревания или охлаждения в рубашке аппарата не
должна превышать 50° С в час.
Расчет толщин стенок гладкостенных рубашек производят по со-
ответствующим расчетным зависимостям для обечаек и днищ корпусов
аппаратов (232), (234), (236) — (238). Расчет на прочность элементов
узла крепления приварных гладких рубашек к корпусам производят
по РТМ 26-01- 83-76 [101].
Съемные рубашки обычно присоединяют к корпусу аппарата прн
помощи фланцевого соединения. Конструкция и расчет толщин сте-
нок съемных рубашек полностью соответствуют конструкции и расчету
корпуса аппарата.
240
Конструктивные особенности рубашек из полутруб и рубашек
с вмятинами требуют специальных расчетов толщин элементов этих
инструкций 192].
Толщину стенки полутрубы определяют по формуле
sT = + <4. (243)
Ч'т°дои
•де гт — внутренний радиус трубы; <рт » 0.8 — коэффициент проч-
ности сварного шва; рт — условное давление в трубе.
Толщину стенки обечайки аппарата из условия прочности на дей-
ствие давления н трубе рубашки н с учетом напряжений изгиба онреде-
^ляют по формуле ______________
„ 1/ Рг— , -5РРр- + С 4 с,, (244)
s = 2гг г 2чьЛдоп 8чстЛО11
где D — внутренний диаметр аппарата; рр — расчетное давление в ап-
парате.
Толщину стенки обечайки аппарата из условия продольной устойчн-
I востн на действие наружного давления в трубе находят из выражения
I 1 = w[Рт (1 + ’V’) ь Ур2 (1 + -?)2+°’,8^‘] • <245)
где 1.25-g- (1+-^) (*+¥') 6 ’ 2 (гт+%)-шири-
на привариваемой к обечайке полутрубы.
Исполнительная толщина обечайки принимается равной большему
значению, полученному из формул (244) н (245).
Толщину стенки обечайки и днища корпуса аппарата с использо-
ванием рубашки с вмятинами определяют по формуле
S — 0,15
<Р<Гдоп
I
0,2рр. р
фОдоп
с + «Ч-
где Рр. р — расчетное давление в рубашке; t — шаг между вмятинами.
Расчетная толщина стенки обечайки и днища рубашки.
sp =0,7(з —с)-1-е'4-е».
где с* — прибавка к толщине стенки рабушкн на коррозию.
Укрепление отверстий. В корпусе каждого аппарата с мешалкой
прн изготовлении обязательно предусматривают несколько отверстий
различных диаметров и назначений в том числе под люкн н лазы,
под патрубки и штуцеры, для крепления уплотнительного устройства
узла ввода вала мешалки в аппарат, для установки нижней внутрен-
ней опоры вала п т. д. Метод расчета н укрепления отверстий в обечай-
ках. переходах и днищах изложены в ОСТ 26-771—73 (681.
Наибольший допустимый диаметр отверстия в элементах конструк-
ции корпуса аппарата (за исключением плоских крышек и днищ) при
работе под внутренним избыточным давлением определяют по выраже-
нию ____________
da =• 21(s — c)/sp - 0,875 КРр (s - с) — с],
где Sp = s — c — ev
Расчетный диаметр обечайки £>р принимают:
для цилиндрических обечаек Dp = D;
9 э Л Васильцоа. В Г. Ушаков
241
для конических днищ н переходов Dv — DK/cos и. где DK — вну-
тренний диаметр конического днища пли перехода по центру отверстия,
для эллиптических днищ Dp * D2i(2!i).
Укрепление отверстий производится путем утолщения стенки
обечайки с помощью накладного кольца, привариваемого соосно от
перстню пли путем отбуртовки стейки корпуса по краю отверстия.
Отверстия не рекомендуется располагать в непосредственной близо-
сти от несущих нагрузки конструктивных элементов (фланцев, опор,
конических переходов и т. д.). Кроме того, края отверстии не должны
касаться сварных шзов. Для отверстий 4, > 25 мм расстояние от его
кромки до ближайшего несущего элемента не должно превышать 0,5 X
Xj/£>p(s—с). Если расстояние между кромками двух соседних отпер
стин менее 2 VzPp (s — г), то отверстия взаимно ослабляют друг друга,
что требует применения специальной конструкции совместного укреп-
ления.
Существующие стандартные конструктивные решения и методы
расчета укрепления отверстий в элементах корпусов аппаратов |68]
распространяются на аппараты, изготавливаемые из пластичных
в условиях эксплуатации металлов н работающие прн статических на-
грузках
Применение стандартных методов расчета укрепления отверстий
ограничено значениями геометрических параметров, приведенными
в табл. 35- При отступлении от указанных ограничений рекомендуется
использовать специальные методы укрепления н расчета отверстий
Т а б л н ц а 35. Соотношения параметров к расчетным
зависимостям укрепления отверстий [68] для значений Ds ^0,4 м3
Цилиндрические обечайки Конические дмищд и переходы Эллиптические и сферические днища
dD<0,6 si'D 0,1 d'DK ^0,6 s.’DK 0,1. cos а d'D < 0.5 s.'Dr^O.l
Укрепление стенки в местах приварки опор. Опоры обычно при-
варивают к корпусу или рубашке аппарата. По своему расположению
па аппарате опоры делятся на лапы, привариваемые непосредственно
илн через накладной лист к цилиндрической части корпуса (или ру-
башки), и на стойки, привариваемые к эллиптическому или кониче-
скому днищу.
IfcnojHemie и количество опор в каждом конкретном случае опре-
деляют нз конструктивных соображений и проверяют расчетом. Ос-
новные типы, конструкции и размеры опор для типовых вертикальных
аппаратов с перемешивающими устройствами [8] приведены в отрасле-
вом стандарте химического и нефтяного машиностроения ОСТ 26-665—72
(<3 ] Правильность выбора размеров и числа опор проверяют расчетом
на прочность стенки корпуса аппарата в местах приварки опор.
Стандартные конструкции опор допускают нагрузки от рабочей
массы аппарата на одну опору от Q = 16,0 Н (при минимальном диа-
метре корпуса Ога|п = 200 мм) до Q ~ 2500 Н (при й>гаю = 2800 мм).
Для вертикальных цилиндрических аппаратов с мешалками, когда от-
сутствует опрокидывающий момент от действия внешних поперечных
242
сил, Q ™ \G/n, где G — суммарная масса аппарата и содержащейся
в нем среды; л — число опор; X — коэффициент, учитывающий не-
равномерность работы опор (X •= 1, прн л = 2 и л — 3; X “ 2 при «= 4).
Прн расчете стенки корпуса аппарата [731 н местах приварки ог.ор
учитываются как основные нагрузки, действующие на стенку, так н
реакции опор.
26. Расчет привода
Пол приводом перемешивающего устройства принято подразуме-
вать конструктивный узел, включающий в себя: электродвигатель,
механическую передачу, служащую для передачи энергии и преобразо-
вания частоты вращения, соединительные устройства, промежуточный
вал и опорные конструкции. Из-за сложности расчета валов мешалок
этот элемент конструкции привода в справочном пособии рассматри-
вается отдельно.
Выбор типа и мощности привода для аппаратов с перемешиваю-
щими устройствами производится на основании гидродинамического
расчета, в ходе которого определяется тип мешалки, частота вращения
вала и мощность, потребляемая при перемешивания рабочей среды.
В зависимости от частоты вращения х-ешалкн привод перемешиваю-
щего устройства выбирают быстроходным и тихоходным. Тихоходные
приводы более сложны, имеют большие габариты и массу. Например,
если для быстроходных перемешивающих устройств с частотой враще-
ния вала л = 750-j- I5C0 об/мнн прн номинальной мощности в пределах
N = 0,25-i-11 кВт [8) применяют безредукторные приводы с непосред-
ственным соединением вала мешалки и вала электродвигателя, то для
тихоходных перемешивающих устройств с л «= 5-ь6,3 об/мин и N =
= 22-J-S5 кВт (8[ требуются специальные нестандартные тяжелые
планетарные редукторы, размещенные на отдельных металлоконструк-
циях.
ГОСТ 20680—75 [8] и ССТ 26-01-1225—75 [86] предусматривают
ступенчатое использование полей мощности приводов (от0,25 до 132 кВт)
и частоты вращения перемешивающего устройства (от 5 до 1500 об/мин)
для аппаратов объемом от 0,01 до 100 м8, что перекрывает в этих пре-
делах требования основных химнко технологических процессов, проте-
кающих в различных рабочих средах.
Стандартные типы приводов, предназначенные для аппаратов с пере-
мешивающими устройствами [86], делятся на шесть основных типов
(см. п. 9). В зависимости от назначения и места установки привода
каждый тип (кроме четвертого — клнноременного) имеет несколько
вариантов исполнения- В зависимости от исполнения и типоразмера
электродвигателя илн мотор-редуктора приводы делятся на несколько
габаритов, отличающихся конструктивными решениями и диаметрами
валов, соединительных муфт, опорных стоек и подшипниковых узлов.
Приводы аппаратов могут комплектоваться электродвигателями
общего назначения (А), взрывоэащищенными (В) и хнмоэащищеипымн
(X), которые должны выбираться с учетом условий эксплуатации, кате-
гории производства и класса помещений по взрывобезопасности в со-
ответствии с «Правилами устройства электроустановок (ПУЭ)>-
Прнводы для аппаратов с мешалкой, выбранные в соответствии
с ОСТ 26-01-1225—75 [86], имеют условные обозначения, содержащие
тип, исполнение и габариты привода, диаметр вала, мощность и ча-
стоту вращения вала и исполнение электродвигателя. Например, при-
вод типа I, исполнения 2, габарита 4, с,диаметром выходного вала 130 мы.
9* 213
мощностью 90 кВт. с частотой вращения выходного вала 50 об/мин,
комплектуемый взрывозащнщенным электродвигателем, имеет обозна-
чение: 12-4-130-90/50 В ОСТ 26 01-1225—75.
Стандартные приводы [86] комплектуются нормализованным:!
стойками нз чугунного литья (с подшипниковыми узлами или без них),
имеющими для каждого габарита спои присоединительные н исполни-
тельные размеры- Допускается также применение сварных п сборных
стоек, выполненных в строгом соответствии с конструктивными раз
мерами соответствующн с нормализованных стоек.
В соответствии с ОС! [86], приводы комплектуют тремя типами
соединительных муфг: фланцевыми на диаметры вала d « 40-5-130 мм.
продольно-разъемными на d = 30-5-125 мм н зубчатыми на d = 404-180
Присоединительные вылеты валов аппаратов для стыковки со стандарт-
ными приводами должны выполняться no ОСТ 26-01-1299—75 [24].
Предпочтитель-о устанавливать приводы перемеипшакхцнх уст-
ройств на крышке аппарата. Однако допускается |8, 86] размещение
прнгодов под днищем аппарата и установка нх на отдельных металле
конструкциях.
Установленные государственным стандартом [8] поле применяе-
мости приводов по номинальным мощностям и угловым скоростям ва-
лов для аппаратов с » «палками далеко не полностью (примерно на54%)
перекрывается стандартными приводами [86]. Таким образом, для це-
лого ряда аппаратов может возникнуть необходимость разработки спе-
циального привода. Из табл. 20 видно, что в основном оригинальным
разработкам подлежат тихоходные приводы л^с50 об/мин большой
мощности .V 22 кВт. При разработке специального привода иа эти
параметры необходимо максимально использовать конструкции при-
водов общетехнического назначения. При необходимости разработки
оригинальной конструкции следует отдать предпочтение конструктив
ному решению второю приводу тина 2 1Ю ОСТ 26-01-1225—75 [86].
обладающему большей компактностью н удобством в обслуживании.
Каждый стандартный привод по условиям работы быстроходных
подшипников н наиболее слабых элементов конструкции рассчитан
на определенное допустимое осевое усилие <?доп. значение которого
приводится в стандарте 186 |.
Действующее осевое усилие па вал привода аппарата определяют
по формуле
<2 = ± Р + Гупл) - G ± (246)
где d — диаметр вала в зоне уплотнения; Гупл — дополнительная пло-
щадь уплотнения, воспринимающая давление р и передающая его нз
вал; G — масса вращающихся частей привода; QK — осевая составляю-
щая силы взаимодействия мешалки с рабочей средой.
В формуле (246) значения со знаком плюс берутся при направлении
силы вверх и со знаком минус — при направлении вниз.
Нормальная работа привода соответствует условию
Q Одоп-
Выбор мощности привода аппарата с перемешивающим устройством
производят по результатам гидродинамического расчета с учетом меха-
нического коэффициента полезного действия привода- Расчетная мощ-
ность привода равна
», N
(247)
244
где Чпр — коэффициент полезного действия (к. п. д.) привода, f]np =
= ЛредПпадш’кю Пупл — « п- А- уплотнения; »)р«д — к. п. д. редуктора;
Чподш — к. п д. подшипников опорных узлов вала мешалки- —
к. п. д. соединительной муфты вала мешалки и вала приводя
В зависимости от конструкции уплотнения, исполнения и мощности
привода т)пр^ 0,75+0.95, т)упл « 0,9+0.98.
По значению расчетной мощности привода (247) из пара-
метрического ряда мощностей (см. табл 9) для принятой в результате
гидродинамического расчета частоты вращения мешалки п (также на
основании нормализованного параметрического ряда частот вращения
мешалок) по ближайшему большему значению мощности определяют
тип, исполнение и габарит стандартного привода [86) или номиналь-
ную мощность электродвигателя [8].
В ряде случаев при выборе мощности привода необходимо учиты-
вать увеличение мощности в пусковой период. По сравнению с уста-
новившимся режимом работы в период пуска электродвигатель испыты-
вает дополнительную нагрузку, которая расходуется на преодоление
сил инерции жидкости и вращающейся части привода Для аппаратов
без отражательных перегородок (с гладкими стенками) пусковая мощ-
ность может существенно превышать рас ютную, так как установившийся
режим работы в этих аппаратах характеризуется высокими окружными
скоростями жидкости.
Для аппаратов с отражательными перегородками пусковая мо<ц
иостъ значительно меньше отличается от расчетной, так как в них пре-
обладает вихревой характер потоков жидкости как в период пуска, так
и в период стабильной работы. В этом случае при существенно большей
расчетной мощности (чем для аппаратов без перегородок) основная энер-
гия в оба периода работы аппарата расходуется на преодоление сил
впутр< инего трепня и ие требуется пускового периода раскручивания
потока.
В приводах для^аппаратон с перемешивающими устройствами
применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым
ротором. В пусковой период при сильных перегрузках электродвига-
телей вследствие увеличения силы тока происходит интенсивное тепло-
выделение в обмотках. При длительном пусковом периоде в этом случае
может выйти из строя изоляция и перегореть обмотка двигателя. До-
пускаемое время пускового периода зависит от типа двигателя, класса
изоляции и теплового состояния двигателя перед пуском. Для трех
фазных асинхронных двигателей серин АО2 и ВАО мощностью от 0.6
до 100 кВт при классе изоляции не ниже В для пуска двигателя в иа
гретом состоянии (или при двукратном пуске в холодном состоянии)
допускаемая продолжительность пускового периода тЯоп = 10 с [61-
Для расчета фактической продолжительности пускового периода
необходимо знать характеристики электродвигателя, привода, аппарата
и рабочей среды, позволяющие определить момент инерции вращаю-
щихся частей привода J, момент инерции массы жидкости, протекающей
через мешалку, </е, зависимость крутящего момента от частоты вращения
для двигателя Л1д — / (л) и для мешалки М = f (л).
Расчетное время пуска двигателя, необходимое для достижения
заданной частоты вращения двигателя л. можно определить по формуле
245
где величина (Mg — Л1) = f (л) определяет уравновешивающий момент
от углового ускорения мешалки в каждый момент времени- Более
подробно метод учета пусковых нагрузок при выборе электродвига-
теля рассмотрен в РТМ 26-01-46—71 [6].
Если в результате расчета оказалось т > тдоп> то необходимо
либо увеличить номинальную мощность привода (электродвигателя),
либо предусмотреть мероприятия, обеспечивающие облегчение усло-
вий пуска (применение ограничительных муфт, специальных пуска-
телей и т. д.).
В случае, когда фактический пусковой период электродвигателя
определить не представляется возможным, расчетную мощность привода
для аппаратов без отражательных перегородок следует вычислять так:
/’рзст *= —— ---•
ЧнрЧупл
где kn — 2,0+2,5 — коэффициент, учитывающий увеличение мощности
в период пуска, или производить расчет мощности, как для аппарата
с отражательными перегородками.
27. Расчет уплотнительных устройств
В аппаратах с мешалками для герметизации места ввода валя
в корпус аппарата применяют специальные конструкции уплотняю-
щих устройств в том числе гидрозатворы, манжеты, сальниковые
и торцовые уплотнения.
Основные типы н конструкции уплотнительных устройств рассмо-
трены в гл. II. Вид уплотнительного устройства выбирают исходя из
условий работы аппарата. Прн этом определяющим условием может
быть давление, температура и физические свойства рабочей среды, диа-
метр и частота вращения вала, допускаемые перетечкн между окружаю-
щей и рабочей средой.
Гидравлические затворы- Гидрозатворы служат для зашиты ра-
бочей среды от попадания пыли и грязи, а также от контакта с окружаю-
щей средой внутренней полости корпуса аппарата. Применяются гидро-
затворы для аппаратов, работающих при атмосферном давлении с не-
полным заполнением, при переья шиваиии неагрессивных, нетоксич-
ных и невзрывоиожароопасных сред. В качестве запирающей жидкости
может служить перемешиваемая или любая нейтральная жидкость.
Внутренняя полость аппарата с гндрозатвором должна быть соеди-
нена через трубопровод с атмосферой. Размеры подвижных и неподвиж-
ных деталей гидрозатвора и величина зазоров между ними принимаются
конструктивно в зависимости от размеров аппарата, диаметра и частоты
вращения вала мешалки [ 104].
В химическом машиностроении приняты гндроззтворы двух тисов:
гидрозатвор I типа предназначен для аппаратов объемом V >
> 0.63 ы® с частотой вращения вала л 5.3 1/с (320 об-мин) на диа-
метры валов от 40 до 130 мм.
гндроззтвир II типа предназначен для аппаратов объемом Vej
sc 0 63 м® с частотой вращения вала л •< 25 1/с (1500 об/мин) на диа-
метры валов 25 и 40 мм.
Гидрозатпоры используются при работе с температурой среды
в аппаратах от —20® С до -j-60° С.
Манжетные уплотнения. Стандартные манжетные уплотнения
[55, 107] применяют для герметизации зазора между валом и корпусом
246
при полном или частичном заполнении аппарата жидкой, неагрессив-
ной, нетоксичной, невзрывоопасной н пспожароопасной средой, нс
включающей абразивных н полимеризующих частиц.
Типовые конструкции манжетных уплотнений, в том числе па-
кетные с числом манжет от 2 до 6 штук (манжетные сальники), приме-
няют для давлений от 0,04 остаточного до 0.6 Мн/м* избыточного, для
температур от —30 до -|-120о С. для частот вращения вала до 50 1/с
Рис. 113« Элементы конструкций уплотнения вала ме-
шалки: а — манжетное; б — сальниковое; в — торцо-
вое уплотнения
(3000 обмин) н для диаметров вала от 20 до 160 мм. Манжетные уплот-
нения обеспечивают время безотказной работы до 2000 ч.
Мощность трения, потребляемая одной манжетой, составляет
- 3,02-10° (Др 4- 0.2) fa,dv,
где Др — перепад лавлеипя на манжете; d — диаметр валя или втулки
вала (рис. 113); —ширина зоны контакта манжеты с валом, для
стандартных манжет аа — (0,5-5-3) 10 1 м; и— окружная скорость
вала; / — коэффициент трения. и зависимости от рабочей среды его
принимают следующим:
Мясло 0,03—О 05
Вод» и другие жидкости ..................... 0.08 0.12
Парогазояан среда........................... 0.Ю—0.15
247
Для стандартных манжет, установленных в нормализованные ка-
меры |107], производить расчет рабочей температуры в зоне контакта
не требуется. При разработке н использовании специальных ман-
жетных уплотнений расчет необходимого контактного давления можно
найти в специальной литературе (55].
Как показывает опыт эксплуатации, утечка жидкости через ман-
жетные уплотнения (ГОСТ 8752—70). установленные на вал с расчет-
ным натягом, при неподвижной мешалке практически отсутствуй.
При работе аппарата имеют место небольшие утечкн, которые увеличи-
ваются по мере износа трущихся поверхностей, не превышая 10 см’.'ч
для установленного времени безотказной работы.
Возможные аварийные утечкн жидкости qm, возникающие вслед-
ствие большого износа, неправильной сборки, эксцентриситета вала
ит. п., могут быть ориентировочно рассчитаны из условия, что течение
жидкости в узкой щели между манжетой н валом иоент заведомо ламп
парный характер (551. Для этого режима расход жидкости через одну
манжету можно определить по одной из следующих формул 128 р.
(248)
(249)
Здесь 60 — радиальный зазор принимается в пределах от высоты не-
ровности поверхности вала до максимального значения биения вала;
е — эксцентриситет пала; р и р — динамический коэффициент вязкости
и плотность среды; X — коэффициент сопротивления щели.
В формулах (248) и (249) величина ndf>t представляет собой пло-
3 / е X 2
щадь живого сечения потока жидкости в щели. Множитель НтН I
2 X. б, /
в формуле (248) учитывает влияние эксцентриситета вала н в пределах
от ещах = бц До втю О изменяет свое значение от 1 до 2.5.
Коэффициент сопротивления щели в формуле (249) равен X"•
“ e/Re, где Re = — критерий Рейнольдса для осевого тс
чення в щели со средней скоростью и0; с = 38,4-ь96 (в пределах от е =
= бо до е = 0).
Сальниковые уплотнения. Сальниковые уплотнения в зависимости
от типе н исполнения применяют для остаточного давления до 0,04 МН м
(300 мм рт. ст.), избыточного давления до 0,6 МНм* (6 кгс/смг). тем
пературы от —30 до +200* С, окружной скорости вала до 3 м/с, диа-
метров вала от 20 до 160 мм. Сальниковые уплотнения применяются
прн возможности их периодического обслуживания (поджатия). При
этом время безотказной работы уплотнения до перебивки сальника со-
ставляет 800 ч. Сальники обеспечивают нормальную работу ирн бие-
ниях пала я зоне уплотнения до 0,1 мм и прн несоосностн установки
уплотнения до 0,3 мм.
Стандартные сальниковые уплотнения |106] имеют конструкции
с подводом смазки или уплотняющей жидкости к валу (без циркуля-
ции или с циркуляцией) и конструкции с охлаждаемым корпусом.
Поджатие набивки в сальнике может осуществляться автоматически
1106].
Имеются специальные типы уплотнения (107], которые допускается
применять для взрывоопасных и токсичных сред, а также до давлений
248
3,0 Mil si* (30 кгс/см*), температуры до ЗОО'С н окружной скорости
вала до 10 м/с.
В отечественном химическом и нефтяном машиностроении основные
конструктивные размеры сальниковых уплотнений находят по заинсн-
мостям (см. рнс- 113):
ширина камеры под набивки
6 =(0,04-4- 0,05)/>Б;
выход сальниковой набивки без учета промежуточного кольца
(фонаря)
h= (4 + 10)6;
высота промежуточного кольца (фонаря) для подачи смазки илн
охлаждающей жидкости к валу
Л(«(1,5-г-2)6;
высота сальниковой камеры
//=.* + ^ + (1 =2)6;
высота кольцевой нажимной втулки
L = (0.4 + 0,5) (Л +26):
угол скоса набивной втулки
а = 15 + 30е.
Зазоры между валом и нажимной втулкой, а также между валом и
упорным кольцом б= (4 + 5) 10 *, но не более 6 0.06-10'3 м. Для
нормализованных сальниковых уплотнений значения 6 и Л принимают
но табл. 36.
Усилие, необходимое для сжатия набивки, вычисляют но формуле
Q = фрГ,
где <р — коэффициент сопротивления набивки, выбираемый по табл. 36;
F — площадь торца нажимной втулки, а по значению Q определяют коли-
чество болтов для затяжки сальникового уплотнения.
Ввиду того, что коэффициент трения для вращающегося в саль-
нике вала зависит от многих факторов в том числе от типа набивки,
перепада давления, усилия затяжки, наличия смазки и т. Д.. мощность
потребляемую на преодоление сил трения в сальнике, с достаточной
степенью приближения можно найти по выражению
)7с=4-10М*йл.
В зависимости от значения Л'с по условиям теплоотвода выбирают
таи сальникового уплотнения.
Торцовые уплотнения. Торцовые уплотнения обеспечивают повы-
шенную герметичность по сравнению с манжетными и сальниковыми
уплотнениями. Двойные торцовые уплотнения с подводом уплотняю-
щей жидкости исключают возможность утечкн среды в атмосферу или
попадания воздуха в аппарат.
Стандартные торцовые уплотнения [105] выпускаются восьми
типов, в том числе в зависимости от назначения одинарные, двойные,
с внутренними подшипниками и с защитными фторопластовыми силь-
фонами.
I
249
Таблица 36. Высота набивки А
и коэффициент сопротивления
набивки <р сальниковых уплотнений
р, МПа h ч>
0.1 4b 6,0
0,6 е>ь 3.0
1.6 2.2
3,0 10b 1.8
Время безотказной [ аботы стандартных торцовых уплотнений [ [07]
2000 ч- Торцовые уплотнения обеспечивают нормальную работу при
радиальных биениях вала в зоне уплотнения до 0,5 мм и при иесоос-
ностн установки уплотнения до I мы.
Стандартные торцовые уплотнения применяются для остаточного
давления до 1.3-10'4 МН/м1 (I мы рт. ст.), избыточного давления до
3 МН/м1 (30 ксг/см1), температуры от —30 до 350° С, частот вращения
вала до 50 1/с (3000 об/мнк).
диаметров вала от 20 до
160 мм.
Торцовые уплотнения
используются для парогазо-
вых, жидкостных, агрессив-
ных и взрывопожароопасных
сред, а также для сред, со-
держащих абразивные и по-
лимеризующиеся частицы.
Специальные торцовые уплот-
нения применяются на давле-
ние до 6,4 МН/м1 (64 кгс/см1).
Основными условиями,
определяющими нормальную
работу торцовых уплотнений,
яцдяются:
а) обеспечение необходи-
мой шероховатости рабочи х
поверхностей (класс 9—10);
б) обеспечение плоско-
стности рабочих поверхно-
стей (неплоскостность не
более 0,9 мкм),
пленки между трущимися по-
Значение Ь принимают в завн-
снмости от диаметра вала d сле- дующим:
d. мм . .30 40— 60— 90—
50 Ю ко
Ъ, мм . . 8 10 125 15
в) наличие устойчивой жидкостной
верхностями.
Удельное контактное давление пары трения без учета раскрываю-
щего усилия рабочей среды н силы трения уплотняющего упругого
элемента (рнс. 113, в) находят по формуле (107):
Рк = *рАр+Рн.
где Ар = SrJSrp — коэффициент гидравлической разгрузки; $г —
площадь гидравлического давления; Sjp — площадь поверхности тре-
ния; р„ = Гц/Srp — предельное давление, создаваемое элементом
нагружения (пружиной, сильфоном); F„ —сила, создаваемая элемен-
том нагружения; Др — перепад давления на паре трения.
Для конструкции пары торцового уплотнения, представленного
на рнс. ИЗ, в:
pf-d2
По степени разгрузки торцовые уплотнения называются: Ар^» 1 —
неразгруженными; 0 С Ар < I — частично разгруженными; Ар = 0 —
полностью разгруженными; Ар <; 0 — отрицательно разгруженными.
260
Удельное давление с учетом раскрывающего усилия в паре трения,
создаваемого давлением среды с распределением перепада давлении но
закону треугольника, определяют по формуле
Рул = (% — 0>5) + Гн-
Усилие сжимающего элемента нагружения FH принимают таким, чтобы
удельное давление, создаваемое этим элементом в паре трения, находи-
лось в пределах
Ри = 0,005т-0,3 мн/м* (0,5ч-3 кгс/см*).
Характеристика элемента нагружения (жесткость пружины)
должна сбескечить снижение нагрузки ирп полном износе пар трепня
в пределах, ие превышающих 10—26%.
Относительным показателем образования устойчивой жидкостной
плевки в паре трепня является соблюдение условия
Л..— кр + ~^~< *•
В табл. 37 приведены рекомендуемые значения основных пара-
метров работы блока (пары) торцового уплотнения в зависимости от
вида жидкости в rape трения.
Для значений Др, ие превышающих значений Дрпшх, J казанных
в табл. 37, могут применяться торцовые уплотнения без гидравличе-
ской нагрузки.
Значение параметров kv и ka при использовании неразгруженных
блоков уплотнения принимают по возможности меньшими.
Для разгруженных блоков минимальные значения параметров >р
и ku (табл. 37) соответствуют более высоким перепадам давления на них
(Ар > 1.5+2.0 МП/м2)
Мощность, расходуемая иа преодоление сил трения в парс трения,
равна
Л’т = /Ъд«трП/о (250)
где f—коэффициент трения, принимают но табл. 37; ту- « л (О, -J-
-| />х) п/2 — окружная скорость, соответствующая среднему диаметру
пары трения.
Фактическая мощность, потребляемая торцовым уплотнением
с учетом гидр авлнчег кого сопротивления внутренних устройств, значи-
тельно больше, чем определяемая по форме (250).
Для стандартных торцовых уплотнений в зависимости от диаметра
вала при максимальных допустимых частотах вращения приближенно
потребляемая мощность для двойных торцовых уплотнений равна
N, -= 7,2-103d12;
для одинарных торцовых уплотнений
A\-4,0-I0V2.
Мощность, потребляемая торцовыми уплотнениями, относительно
невелика и составляет 1—5% от мощности, потребляемой мешалкой
на перемешивание рабочей среды; для быстроходных мешалок с диа-
метром вала d <; 50 мм она может достигать 10%.
Работоспособность торцового уплотнения оценивается степенью
его герметизации в период гарантированного ресурса работы. Величина
251
Таблица 37. Значения основных параметров торцовом
уплотнен ня
Невмеяоивие уплотняемых (смыыеаюцях) сред Неразгруженные уплотнения Разгруженные Уплотнения /
МН / «гс \ *р *«пих
Минеральное масло, глицерин и другие жидкости с высокими смазывающими свой- ствами 1.2(12) 0,6-0.8 0,9 1,0 0.08
Вода, слабые раство- ры кислот н щелочей, керосин 0.8 (80) 0,8—0,9 0.10
Кислоты, щелочи, уг- леводороды и друше жидкости с плохими смазывающими свой ствами и плотностью р < 600 кг/сы’ 0.5 (5) 0,7-0.8 0,12
Парогазовые смеси 0.3 (3) 0,75- 1.0 —
Консистентные смаз- ки, высоковязкие сре- ды — 0,4—0,7 0,6—0.8 —
утечки через пару трепня, характеризующая степень герметизации тор-
цового уплотнения, зависит от контактного давления, шероховатости
поверхисстн пары трения, геометрических размеров н физических
свойств уплотняющей (смазывающей) среды.
Расчет у гечкн через пару трения для случая жидкостного режима
трения определяют по формулам (55):
’ - friXtw I“A,76f“’ <“’ - D’“> - M
или
в которых h — средний зазор между контактными поверхностями,
определяется высотой неровностей обработанных поверхностей; ы —
угловая скорость вращения вала.
252
Формула (251) справедлива при условии, чТо значение Показателя ф
близко к нулю
СП] Ри 4- Рвн .. .
t= 2руд U»-D„<<L
При герметизации парогазовых сред расход газа через пару тре-
ния определяют по формуле [55)
ngka(/%— p"i)
,г“ Чг«Г In (D„/Den) ’
где т]г — кинематический коэффициент вязкости газа; R — газовая
постоянная; Т — абсолютная температура газа.
Выбор конструкций торцовых уплотнений и вспомогательного
оборудования к ним следует производить по [103. 105, 107J.
28. Расчет внутренних устройств
К внутренним устройствам аппарата с мешалкой относят не-
подвижные элементы конструкции, расположенные внутри корпуса
аппарата, в том числе теплообменники, отражательные перегородки,
трубы передавливания, трубы подачи рабочих компонентов в область
интенсивного смешения, барботеры и т. д.
На все внутренние устройства в аппарате действ ют гидродинами-
ческие силы потока жидкости. Прн наличии в перемешиваемой среде
турбулентных пульсаций, особенно в системах газ—жидкость, возможно
также возникновение вибраций консольных элементов конструкций
внутренних устройств.
Для правильного крепления или ужесточения консольных частей
внутренних устройств необходимо знать действующие на них силы.
Эти силы зависят от скоростей и направлений потоков жидкости в ап-
парате, поперечных площадей и коэффициентов лобового сопротивле-
ния обтекаемых тел.
Пренмсществсшю внутренние устройства, за исключение отража-
тельных перегородок, имеют форму цилиндров (труб) различных диа-
метров, пространственных конфигураций и длин. Поэтому задача опре-
деления действующих на внутренние устройства сил сводится в основ-
ном к задаче определения гидродинамического сопротивления попереч-
ного обтекаемого цилиндра.
Сила лобового сопротивления цилиндра обтекающей его жидкости
равна
/7. = /ЛАР^Р/21 (252)
где dB и — диаметр и длина погруженной в жидкость ннутрспией
трубы; licp—средняя скорость набегающего па внутреннее устройство
потока; /с — коэффициент лобового сопротивления цилиндра.
Коэффициент лобового сопротивления цилиндра учитывает сопро-
тивление формы тела, определяемое разностью давления на лобовой
и тыльной стороне трубы но отношению к набегающему потоку, и со-
противление трению, определяемое напряжением сдвига у поверх-
ности цилиндра, и зависит от режима обтекания (41, 120].
Значение коэффициента лобового сопротивления fc = <р (Re) оп-
ределяют по графику- на рис. 114, где I — длина; d — диаметр цилиндра;
253
b — ширина пластины. Значение числа Рейнольдса определяют по
формул
Re - pr»vp<f/p. (253)
Наиболее сложным в этой задаче является вычисление скорости
набегающего потока.
Распределение скоростей в аппаратах с мешалками изучено еще
недостаточно. Опубликованные в технической литературе работы
касаются в основном частных экспериментальных исследований тан-
генциальных составляющих скоростей потоков в аппаратах без отража-
тельных перегородок н изучения общих закономерностей соотношении
аксиальных, радиальных н тангенциальных составляющих скоростей
потоков 1102].
Рнс. 111. Коэффициент сопротивления цилиндра
н пластины:
1 — цилиндр При l/d -» <»; 2 — пластина пра ЦЛ -»
— пяяиядр при l/d - 1.0; 1 — плпстява при
l/d -= 1.0
Для случаев, когда распределение скоростей потоков в аппарате
с мешалками неизвестно, можно использовать приближенные методы
нх определенна.
В первом приближении структуру потока жидкости в аппарате
с мешалкой можно разделить на две зоны: зону I центрального вихри
радиусом гю н зону II потенциального движения в координатах гаС
<r<R- Здесь г — текущая координата, a R = D/2 -внутренний
радиус корпуса аппарата (рис. 115).
Значение предельного радиуса зоны I ориентировочно можно при-
нять равным га = 0,75 г„, где гы — радиус мешалки. В этой зоне уг-
ловая скорость вращения вертикального цилиндра жидкости радиусом га
постоянна и равна угловой скорости мешалки
ц 2яи.
Таким образом, для первой зоны тангенциальную составляющую
потока можно принять о । =<иг, а значение скорости потока, набегающего
на внутреннее устройство, расположенное на радиусе г, равным
и, — 2зи/г. (254)
Однако в центральную зону 1 внутренние устройства устанавли-
ваются крайне редко. Исключение составляют только трубы подачи
быстпореагнрующих рабочих компонентов.
Значение же тангенциальной составляющей скорости в зоне II
аппарата может быть определено только экспериментально для каж
254
дого конкретного случая [102 1 Эмпирические зависимости для опреде-
ления и / [102) в общем виде можно записать так
J — определяется экспериментально.
где с
Имен в виду, что резкое падение wi в
срсдственной близости у стеикн аппарата
чений wt в зоне гш с г < D/2 носит
плавный убывающий характер, для
весьма приближенных расчетов при
определении действующих на внутрен-
ние. устройства усилий в этой эоне
можно принять вблизи стенки a>t =
а япга. Тогда распределение скоростей
трннять вблизи стеикн wi r=l
_ Тогда распределение скоростей
в зоне И будет определяться выра-
жением
и^р == == 0»75п^/цЛХ
2г — 0,75dM
2(Р — 0,75dM)
] . (255)
X
При использовании зависимостей
(252); (254) и (255) необходимо пра-
вильно выбирать нагруженные участки
внутренних устройств (труб), сообразуя
их расположение с направлением
набегающего потока.
Несмотря на то, что определя-
ющей по величине скорости потока
в аппарате с мешалкой является ее
тангенциальная составляющая ат,
в некоторых случаях для эоны II
в аппарате с мешалкой целесообразно
учитывать также н влияние радиальной
wr н аксиальш.й и'а составляющих
потока, соотношение между скаляр-
ными величинами которых приближен»
но [53] можно принять таким:
1 ы'г I 21 ю, | »=< 101 ша [-
При использовании в формуле (253) средней скорости набегающего
потока с учетом влияния wr и ®а
«ср = [|«/Р+|5/|*+|5а|’]0Б
необходимо правильно определять направление действия па трубу аск-
тора силы FB.
Другой метод расчета сил, действующих на внутренние устройства,
заключается в использовании известных значений критерия мощ-
ности Kn (см. п. 16).
Зная коэффициенты мощности для данного аппарата с внутренними
устройствами K.vB и без внутренних устройств K.v. по известным коэф-
фициентам лобового сопротивления внутренних устройств можно
255
определить скорость набегающего потока UcP и гидродинамическую
силу FB, действующие на эти внутренние устройства.
Принимая приращение мощвостн в аппарате с внутренними устрой-
ствамн (по сравнению с гладкостенными) только за счет их гндравлн
четкого сопротивления (без учета перераспределения скоростей пото-
ков в аппарате), имеем:
ДЛГ„ =
Тогда, обозначая разность коэффициентов мощности KjyB и Ку
через ЛК.у. т. е.
ДА\ = K/jn — Кц,
&N* => ДК.ур/АР. (256)
Силу лобового сопротивления внутреннего устройства можно
определить двумя выражениями
Fu = AVn/UcpI (257)
f в = 4\Р</2. (258)
где SB — площадь лобового сопротивления внутреннего устройства.
Приравнивая выражение (257) и (258) н решая их относительно
с учетом (256), получаем:
/2ДК,ул»а‘\’/3
“'Н-йН '
НМеем
(259)
Подставляя (259) в (258), имеем
F, = Р"2 (0.5/А ДЛ^,0),/3. (260)
Значение коэффициента сопротивления fc определяют по графику
на рис. 114. Прн этом сначала берут /с для турбулентного режима обте-
кания и далее уточняют его методом последовательного приближения,
определяя значение иср в формуле (253) по выражению (259).
Для отражательных перегородок выражения (259) и (260) прнпи
мают вид:
“с₽ = : F=(°-Д«^),/3.
Здесь Zn, bn, zn — соответственно высота погружной части, ширина
и число перегородок-
В выражение (255) при определении Re вместо определяющего
размера <4 прн расчете усилий, действующих на отражательные пере-
городки, следует подстаглять 6П.
Значение fc определяется также методом последовательных при-
ближений по графику на рис. Ill для случая поперечного обтекания
бесконечно длинной пластины (11]
Глава VI
ИЗГОТОВЛЕНИЕ,
МОНТАЖ И ИСПЫТАНИЯ
АППАРАТОВ
В отличие от крупнотоннажной емкостной колон-
ной и теплообменной аппаратуры, широко используемой для разно-
образных технологических процессов в различных отраслях промыш-
ленности, аппараты с мешалками помимо стационарных элементов кон-
струкции имеют весьма отличающийся по своему назначению, условиям
изготовления и эксплуатации электромеханический привод переме-
шивающего устройства.
Правильность выбора и расчета конструкции привода, качества
его изготовления, консервации, упаковки и транспортировки, а также
проверки и испытания перед вводом в эксплуатацию практически оп-
ределяют работоспособность всего аппарата.
Подавляющее большинство аппаратов с мешалкой, работающих
под давлением, подведомственны Котлонадзору. Многие аппараты,
предназначенные для работы с взрывоопасными, токсичными н пожаро-
опасными продуктами, ра (мешаются во взрывоопасных помещениях
н работают в составе крупных непрерывно действующих технологиче-
ских Линий. Именно по этим причинам каждой действующий на про-
изводстве аппарат с перемешивающим устройством, обеспечивается
комплектом необходимой технической документации, в том числе пас-
портом. чертежами инструкциями по монтажу испытаниям, обслужи-
ванию. ремонту и эксплуатации.
Разработка, изготовление и поставка аппаратов на промышленные
предприятия осуществляется в строгом соответствии с действующими
в стране стандартами и нормативно-техническими документами.
29. Разработка к ияготовленме
Основное количество аппаратов с перемешивающими устройствами,
выпускаемых отечественной промышленностью, изготавливается на
заводах химического и нефтяного маши построения, поэтому выбор
аппаратов в проектных и технологических организациях, разрабаты
вакнцих тот или иной технологический процесс, в первую очередь,
должен производиться на основании действующих отраслевых катало-
гов [36. 115, 1211 н стандартов [I 81 на аппараты с перемешивающими
устройствами, насчитывающих более 1500 типоразмеров аппаратов
объемом от 0,01 до 100 № (на различные давления и нз различных ма-
териалов) Выбранные по отраслевым каталогам аппараты не требуют
разработки технических проектов, что существенно сокращает сроки
нх поставки, а также повышает серийность изготовления на заводах
химического машиностроения.
Разработка индивидуальных технических проектов аппаратов
производится на основании технического задания, о соответствие с дей-
257
ствующей в стране «Единой системой конструкторской докумопацип»
(ЕСКД) 138]. Технические задания на аппараты с перемешивающими
устройствами разрабатывают по исходным данным заказчика с учетом
действующих стандартов на аппараты (8) н на основные элементы кон-
струкции (24 , 65, 72. 92, 104, 105, 106].
Разработка технической документации н изготовление аппаратов
с мешалками производится в строгом соответствии с ЕСКД, действую-
щими отраслевыми н государственными стандартами, «Правилами уст-
ройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давле-
нием» и «Правилами техники безопасности труда н охраны здоровья».
Аппараты с перемешивающими устройствами должны удовлетво-
рять следующим показателям надежности н долговечности1
а) наработка на отказ от 800 до 8000 ч (определяется видом уплот-
нительного устройства вала);
б) ресурс до первого капитального ремонта не менее 17 200 ч;
в) срок службы не менее 10 лет;
г) коэффициент технического использования не менее 0.93.
Аппараты с мешалками в сборе должны быть транспортабельны,
их габаритные рвзыеры должны соогветстиовать габаритам подвижного
железнодорожного состава МПС (ГОСТ 92.38—73). Если аппарат в со-
бранном виде нетранспортабелен, его транспортируют по частям, в мини-
мальном количестве и с минимальной степенью негабаритности. Любая
степень негабаритности прн перевозке железной дорогой согласуется
с Главным управлением движения МПС.
В состав рабочей документации обязательно должен входить проект
установки аппарата гри транспортировке, включающий чертежи за-
крепления и защиты вала мешалки внутри корпуса аппарата от возмож-
ных наружных ударов и вибрации, закрепления корпуса аппарата на
платформе и т. л.
Прн невозможности выполнения закрепления вала мешалки внутри
корпуса аппарата илн необходимости поставки привода отдельно до-
пускается ра щельиая поставка корпуса, привода и внутренних устройств
аппарата. Сборка аппарата в этом случае производится на предприятии
заказчика заводом-изготовителем.
Как показывает опыт работы, качество консервации н упаковки
аппаратов, обеспечивающих нх защиту от повреждений и атмосферных
влияний в период транспортировки н хранения, оказывает весьма серь-
езное влияние на сохранение технического состояния н работоспособ-
ность аппарата, поступающего на монтажную площадку. Правиль-
ность упаковки и крепления аппарата должна подтверждаться соответ-
ствующей записью в свидетельстве об упаковке.
Особая требовательность должна предъявляться к качеству изго-
товления привода аппарата, в том числе к изготовлению вала н корпу-
сов подшипников, а также к качеству проверки и сборки комплектую-
щих узлов — привода и уплотнения.
Валы, состоящие нз частей, соединенных при помощи продольно-
разъемной муфты, в собранном виде должны удовлетворять требова-
ниям. предъявляемым к неразрезиым валам. Проверка сборных валов
должна производиться в центрах.
Отклонения вала от вертикали прн установке в аппарате не должно
быть более 0,3 мм на 1 м длины. Прн центровке вала реду ктора с про-
межуточным валом или валом ыешалкн с помощью продольно-разъем-
ной или фланцевой муфгы несоосность не должна превышать вследствие
смещения осей 0,05 мм н вследствие излома осей 0.05 мм на 1 м длины
вала.
258
Радиальное биение поверхности вата в Месте установки уплотни-
тельного устройства и зависимости от типа уплотнения и диаметра вала
не должно превышать 0,1—0,25 мм:
Все гх(чмешнваюшие устройства, работающие прн частоте вра-
щения вала более 1,33 1/с (30 об'мин), должны быть статически отбалан-
сированы.
Каждый изготовленный аппарат с мешалкой должен подвергаться
на заводе-изготовителе испытаниям с пенью проверки качества его из-
готовления, выявления н устранения дефектов н неполадок в работе.
Испытания проводятся на стенде, укомплектованном необходимым
<Хх>рудованпем н приборами, по специально разработанной программе
13], включающей испытание на холостом ходу и испытание под на-
грузкой.
Подготовка к пуску н обслуживание аппарата во время испытаний
производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации аппарата
и действующими инструкциями по технике безопасности на заводе-
изготовителе.
При испытаниях на холостом ходу производится проверка правиль-
ности сборки, нормальной । аботы я обкатки прнвода перемешиваю-
щего устройства на воздухе в составе полностью укомплектованного
и собранного аппарата 11родолжигельностьобктгки на холостом ходу —
не менее 30 мни. После остановки электродвигателя производят осмотр
всех доступных вращай щихся частей аппарата и устраняют выявлен-
ные дефекты.
Испытания под нагрузкой производят: 1) тэлько после удовлетвори-
тельных испытаний иг холостом х ду 2) при рабочем давлении в ап-
парате н за.толненнн его водой до рабочего уровня.
В процессе испытания под нагрузкой должна быть достигнута
спокойная плавная работа аппарата без ударов н посторонних шумов,
выявлены и устранены причины заедания и задевания движущихся
частей, утечки смазывающих и охлаждаемых жидкостей, проверен
у ровень шума (уровень звукового давления и звука) и уровень вибрации
па соответста><« «Санитарным нормам проектирования промышленных
предприятий» (СН 245—71).
Измерение шумовых хграктеристнк производится но
ГОСТ 8.055—73 на расстояп.п 1 м от наружного контура аппарата,
а измерение вибрации — по ГОСТ 13731—68 пв головке болта, крепя-
щего аппарат к фундаменту в направлении, перпендикулярном опор-
ной плоскости.
В процессе проведения испытаний производится замер мощности
холостого хода и мощности, потребляемой перемешивающим устрой-
ством при рабочей на, руэке. Зам -ры производятся измерительным ком-
плексом 1<-50 или другими приборами, предназначенными для замера
мощности
Продолжительность испытаний под нагрузкой, в соответствии
с отраслевыми техническими условиями составляет 13] 4 ч — для
к.гждого десятого аппарата н 1 ч —для остальных аппаратов.
По результатам испытаний оформляется акт который приклады-
вается к паспорту аппарата; он содержит результаты испытаний н вы-
воды о соответствии аппарата конструкторской технической докумеи
тации н техническим условиям на изготовление и иоставку.
К каждому аппарату на видном месте должна быть прикреплена
фирменная табличка, а соответствии с ГОСТ 12971—67 содержащая:
а) надпись: СССР;
б) наименование завода-изготовителя и его товарный знак;
259
в) индекс аппарата;
г) заводской номер аппарата;
д) год изготовления;
с) номинальный объем аппарата, м’;
ж) рабочее избыточное давление в корпусе аппарата в в рубашке
МПа (кгс/см*);
н) пробное избыточное давление в корпусе аппарата и в рубашке
МПа (кгс/с№);
к) расчетную температуру стеикн аппарата, °C;
л) массу аппарата, кг;
м) клеймо технического контроля
На стойке привода должна быть прикреплена (илн отлита) стрелка,
окрашенная в красный цвет. указывающая направление вращения
мешалки.
Аппарат поставляется заказчику в законсервированном виде.
Консервации подлежат все обработанные к неокрашенные поверхности,
подверженные коррозии в атмосферных условиях. Консервации под-
лежат также приборы, запасные части и приспособления, входящие
в объем комплектной поставки.
После консериацни все отверстия, патрубки, штуцеры аппарата,
поставляемого в собранном виде илн блоками, закрывают пробками
или заглушками, наиболее ответственные отверстия (разъемы, люки,
патрубки □ могор редукторе и торцевых уплотнениях и т. д.) опломби-
руют. Места установки пломб указывают па сборочных чертежах.
Погрузка и крепление аппаратов па железнодорожные платформы
производится в соответствии с требованиями МПС. Все вопросы транс-
портировки аппаратов на предприятие заказчика речным, морским и
автомобильным транспортом также решаются заводом-изготовителем.
Завод-изготовитель песет ответственность за изготовление аппарата
в соответствии с утвержденной заказчиком конструкторской докумен-
тацией и отраслевыми ТУ на поставку (3 J в течение гарантийного срока
(18 мес. со дня виода в эксплуатацию в пределах 24 мес с момента от
грузки) при условии правильной эксплуатации аппарата м соблюдении
условий хранения и монтажа в соответствии с инструкцией, разработан-
ной заводом-изготовителем.
30. Хранение и монтаж
После поступления оборудования на склад или монтажную пло-
щадку предприятия заказчика ответственность за сохранение и соблю-
дение правил хранения, расконсервации, монтажа и эксплуатации несет
заказчик. Основные правила и требования на этн этапы работ содержатся
в ТУ на поставку и в специальных инструкциях, разработанных за-
водом-изготовителем и поставляемых заказчику совместно с изделием
в объеме технической документации.
Дг> начала монтажа и расконсервации аппараты должны храниться
в упаковке завода-изготовителя в условиях, исключающих механиче-
ские повреждения н воздействие атмосферных осадков.
По истечении гарантийного срока поставки (через 24 мес. с момента
отгрузки) необходимо произвести проверку состояния консервации
аппарата Метод нанесения консервации должен обеспечить воэжжпость
расконсервации оборудования без его разборки. По результатам про-
верки консервации устанавливается срок последующей проверки или
новой консервации.
260
Прн освидетельствовании состояния коИбрйаЦии или при подго-
товке аппарата к монтажу заказчик обязан произнести осмотр оборудо-
вания, убедиться в отсутствии повреждений прв транспортировке,
проверить по упаковочно-отгрузочной ведомости комплектность по-
ставки аппарат* ц запасных частей и в случае обнаружения поврежде-
нии или недостлтка деталей состзнигь акт. один экземпляр которою
направить па заеод-изготовнтель.
В период монтажа аппарата все подъемно-транспортные операции
производятся в соответствии со схемами стройки, указанными в ин-
струкции по монтажу и эксплуатации и на общих видах аппаратов
или отдельных их блоков в рабочих чертежах. Устройства для креп-
ления стропов и схемы строгки согласуются разработчиком аппарата
с Гнирохиммоитажом на стадии технического проекта.
Монтаж аппаратов производится н соответствии с монтажными
и рабочими чертежами проекта установки, разработанного специали-
зированной проектной организацией. При этом обвязка трубопроводами,
установка площадок обслуживания, нанесение теплоизоляции выпол-
няются в соответствии с действующими государственными нормами
н техническими условиями на поставку аппаратов с соблюдением тре-
бований безопасности.
Все наружные движущиеся и вращающиеся части перемешивающих
устройств аппарата, расположенных на высоте менее 2 м от площадок
обслуживания, должны эащищатьсн падежными легкораэбориыми съем-
ными ограждениями.
При обвязке аппарата технологическими трубопроводами перед
их присоединением до удаления заглушки соответствующего
патрубка на аппарате должна производиться промывка и продувка
труб с контролем удаления грязи, окалины н металлической
стружки.
Аппараты, работающие под избыточным давлением выше 0,07 МПа
(0,7 кгс/с№) в соответствии с «Правилами устройства и безопасной экс-
плуатации сосудов, работающих под давлением», должны снабжаться
предохранительными устройствами, как правило, предохранительными
клапанами с вертикальным расположением штока н с рычагом для про-
дувки. Если по технологическим условиям эксплуатации аппарата
предохранительный клапан не может надежно работать, то дополни-
тельно устанавливается предохранительная разрывная мембрана.
Между пластиной и клапаном должно быть предусмотрено
устройство, позволяющее периодически контролировать исправность
мембраны.
Корпуса аппаратов, электродвигатели и трубопроводы, которые
могут оказаться под напряжением, должны быть оснащены устройст-
вами для заземления в соответствии с «Правилами устройства электро-
установок» пли «Инструкцией по монтажу электрооборудования взрыво-
опасных установок» МСН 84—65 ГМСС СССР.
Внешний вид и конфигурация аппаратов после нанесения тепло-
изоляционных покрытий, установки ограждений н обвязки трубопро-
водами должны отвечать требованиям промышленной экстетнки и эрго-
номики. Трубопроводы, электропроводы другие детали не должны за-
труднять обслуживание и ремонт аппаратов.
Окраска, предупредительные надписи и знаки безопасности должны
coonететве вить требованию ГОСТ 15548—70 «Цвета сигнальные и
знаки безопасности для промышленных предприятий».
31. Промышленные испытания
и эксплуатация
llpbiii-iii.'itiiiiue испытания оборудования в производственных и-
довнях проводятся с целью проверки соответствия технике-экепдх а
таинонных параметров н надежности работы аппарата его паспортным
данным н предшествуют промышленной эксплуатации.
Обслуживание аппаратов во время промышленных испытаний
производится в соответствии с технологическим регламентом и рабочей
инструкцией но эксплуатации.
Аппараты, разработанные по индивидуальным проектам, проходит
промышленные (приемочные) испытания по специальной программе,
утвержденной организацией-разработчиком и предприятием заказчи-
ком. По результатам этих испытаний комиссия, утверждаемая мини-
стерством к которому откосится завод-изготовитель. с участием пред
ставнтелей организации-разработчика, завода-изготовителя, предпрня
тий министерства заказчика, а также местных представителей гостех-
надзора и санитарно-эпидемиологической станции, составляет акт. в ко-
тором устанавливает соответствие аппарата его проектным технические
характеристикам и дает рекомендацию для его серийного производства.
Перед началом промышленных испытаний аппарат подготавливают
к условиям его производственной эксплуатации.
В соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуата-
ции сосудов, работающих под давлением» производится техническое
освидетельствование и регистрации аппарата, оформляется разреше-
ние на пуск его в эксплуатацию.
Перед подключением электродвигателя аппарата к электросети
проводится замер сопротивления изоляции обмотки статора (при
Ясопр < 0,5 МОм производится просушка обмотки).
Направление вращения вала проверяется кратковременным вклю-
чением электродвигателя.
Перед началом испытаний проверяют
а) наличие и исправность контрольно-измерительных приборов,
арматуры н предохранительных устройств;
б) надежность крепления аппарата, привода, трубопровода, ар-
матуры и контрольно измерительных приборов;
в) готовность к работе мотор-редуктора и вспомогательных систем
смазки и охлаждения узлов уплотнения.
Акт промышленных испытаний и прикладываемый к нему прото-
кол, констатирующий все основные технические н технологические
показатели работы аппарата, а также замечания и неполадки, выявлен-
ные в процессе испытаний, являются завершающими документами этапа
работ по внедрению аппарата с участием завода-изготовителя и пред-
приятия-разработчика. документы лают необходимые рекомендации
для отработки рабочих чертежей па серийное производство и разрешают
промышленную эксплуатацию аппарата.
Комплект конструкторской и эксплуатационной документации,
включающий пат порт, сборочные чертежи со спецификациями, чертежи
сменных н быстроизнашиваемых деталей, инструкцию по эксплуатации
и другие документы, поставляемые заводом-изготовителем с изделием,
позволяют правильно, с учетом требований машиностроителей соста-
вить рабочие инструкции но эксплуатации, обслуживанию н ремонту
аппаратов с перемешивающими устройствами.
Поставляемая заводом-изготовителем документация дает рекомен
дацкн по контролю за работой и обслуживанию основных элементов
конструкций аппарата (привода, узлов уплотнений и систем нк обслу-
живания. внутренних подшипников, вала с мешалкой, внутренних
теплообменных устройств и т. д.), устанавливает сроки и методы профи-
лактических ремонтов н чистки аппарата, определяет порядок и последо-
вательность сборки я разборки аппарата и его комплектующих изделий,
рекомендует форму журнала наблюдений, даст перечень характерных
неисправностей и методов нх устранения, определяет правила консер-
вации и хранения аппарата.
Устранение всех возникающих прн эксплуатации аппарата в пе-
риод гарантийного срока дефектов и неполадок, замену деталей, вы-
шедших из строя по причине поломки или преждевременного износа,
являющимися следствием использования некачественных материалов
или дефектов изготовления, завод-изготовитель производит за свой
счет на предприятии заказчика в кратчайший технически возможный
срок. По истечении гарантийного срока в период срока службы аппа-
рата завод-пзготовитель по отдельным договорам поставляет на пред-
приятия. эксплуатирующие аппараты, новые детали и сборочные еди-
ницы, необходимые для замены вышедших нз строя.
32. Повышение качества аппаратов
с перемешивающими уотройетвами
Вся серийная продукция, выпускаемая заводами отрасли химиче-
ского и нефтяного машиностроения, в тбм числе и аппараты с перемеши-
вающими устройствами, проходит аттестачию качества.
Аппара-ы, изготавливаемые по индивидуальным проектам при
повторном производстве в последующие годы также проходят аттеста-
цию. Таким образом, более 90% аппаратов с перемешивающими устрой-
ствами ежегодно поставляемых в народное хозяйство, аттестованы и
имеют ту или иную категорию качества.
Самая низкая категория качества — категория II — присваивается
аппаратам, технический уровень которых оказался ниже современного
уровня аппаратов этого типа. Они имеют более низкие экономические,
технические или эксплуатационные показатели. Такне апппараты уже
на следующий год снимают с производстве и заменяются аппаратами
белее высокой категории качества.
Основной объем товарной продукции, выпускаемой заводами, имеет
категорию качества 1, соответствующую мировому техническому уровню
аппаратов по своим основным показателям. С середины 70-х годов все
большее значение и развитие приобретает в отрасли химического и неф-
тяного машиностроения аттестация аппаратов на Знак качества. Эта
высшая категория качества изделия присваивается аппаратам, выпускае-
мым заводами на уровне изобретений с высокими показателями эсте-
тического и эргономического исполнения, находящимся на уровне и
выше уровня лучших мировых достижений по своим экономическим
и техническим показателям.
Таким образом, аттестация продукции дала серьезный импульс
к непрерывному повышению технического уровня и качества отечест-
венного оборудования химической, нефтехимической и других отраслей
промышленности. При аттестации аппаратов иа высшую или катего-
рию качества 1 завод-изготовитель и ведущий по виду' продукции ин-
ститут отрасли химического и нефтяного машиностроения уделяет
большое внимание отработке технической документации и совершенство-
ванию выпускаемой продукции по внешнему виду и удобству обслужи
Г63
вания аппаратов наряду с повышением их общего технического уровня
снижением удельных весов и энергетических показателей, увеличению
процента выпуска аппаратов на уровне изобретений.
На всех стадиях разработки технической документации неотъем-
лемой ее частью стали карты технического уровня и качества изделия,
позволяющие уже с момента разработки технического задания сравнить
создаваемый аппарат по всем его основным техническим н экономит-
скпм показателям с существующими лучшими зарубежными и отечест-
венными образцами.
Важным этапом работы по повышению технического уровня н ка-
чества данного типа оборудования является изучение работы этого
оборудования в промышленной эксплуатации. Именно поэтому обяза-
тельным требованием прн аттестации серийной продукции на апак ка-
чества является представление заключения потребителей продукции
о ее работоспособности.
Результаты обследования работы аппаратов с перемешивающими
устройствами на действующих заводях и комбинатах страны показали
возможность и необходимость улучшения качества этих изделий, повы-
шение технического уровня стандартов и каталогов на аппараты, при-
воды и узлы уплотнений к ним, от которых существенным образом за-
висит общий уровень и надежность аппаратов в целом.
Серьезным образом на повышение качества изделий влияет уровень
их стандартизации и унификации, а также специализация заводов-
изготовителей- Это необходимые атрибуты повышения серийности вы-
пуска продукции, снижения ее себестоимости, улучшения технологии
изготовления, повышения общих технических показателей и надеж-
ности.
Совершенствование и развитие стандартов на аппараты с перемеши-
вающими устройствами вдет по пути освоения новых конструкционных
материалов, в том числе титана, алюминия, низколегированных сталеп
и других материалов, по пути увеличения рабочих объемов аппаратов,
оптимизации и интенсификации процессов перемешивания в них, по
пути усовершенствования конструкций приводов, торцовых уплотис
ннй и других ответственных узлов аппаратов, а также увеличение ас-
сортимента аппаратов с герметическими приводами. Одновременно ре-
шается важнейшая з.адача по обеспечению всех типов конструкций ап-
паратов с мешалками прогрессивными стандартными методами расчета
(прочности, гидродинамики тепломассообмен и и т. д.).
Большое значение в развитии и совершенствовании аппаратов
с перемешивающими устройствами играет сотрудничество в этой об-
ласти стран участников (ЭВ, в том числе широкая информация о до-
стижениях в теории и практике перемешивания, проведение совместных
научно-исследовательских работ по ряду важнейших проблем, созда-
ние и расширение области применения унифицированных и единых
стандартов СЭВ па аппараты с мешалками, развитие взаимных комплек-
тующих нос ганок по ответственным узлам аппаратов. Активное участие
в стандартизации в рамках СЭВ аппаратов с мешалками принимают
СССР, ЧССР, ГДР, ВНР и ПНР.
Необходимым требованием для аппаратов с перемешчвающимн
устройствами, аттестуемых на категорию I и Знак качества, явзястся
соответствие нх действующим стандартам СЭВ. которые, в свою очередь,
учитывают основные требования международных стандартов иа эту
продукцию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I. Аппараты герметичные с механическим перемешивающим устрой-
ством, с экранированным электроприводом. Общие технические условия.
ОСГ 26-01-1422 — 76. Введ. с 01 01.1378 г.
2. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами, верти-
кальные. Метод расчета РТМ 26 01 90—76. Введ. с 01.07.1977 г.
3. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами, верти-
кальные. стальные. Общие технические условия. ОСТ 26-01-1244—75. Внед,
с 01.01.1977 г.
4. Аппараты с перемет (веющими устройствами, вертикальные малога-
баритные. Перемешивающие устройства механические. Типы, параметры, кон-
струкции и исполнительные размеры. Технические требования. МП 5854—60
Введ. с 01.01.1970 г.
5 Аппараты с перемешивающими устройствами вертикальные. Пере-
мешивающие устройства механические. Типы, параметры, конструкции и ис-
полнительные размеры. Технические требования. МН 5874 —66. Введ.
с 01.01 1970 г.
6. Аппараты с перемешивающими устройствами вертикальные. Метод
учета пусковых Нагрузок при выборе электропривода. РТМ 26-01-46—71.
Введ. с 01 07.1972 г.
7. Аппараты с перемешивающими устройствами вертикальные. Пере-
мешивающие устройства механические. Области применения, методика расчета.
РТМ 144 —66. Введ. с 01.01.1970 г.
8 Аппараты с механическими перемешивающими устройствами верти-
кальные. Типы н основные параметры ГОСТ 20680—75. Нвед. с 01 01.1977 г.
9 Барабаш 8. М. и др. Зависимость насосной производительности пере-
мешивающего устройства от высоты его установки в объеме аппарата без огра*
жптельных перегородок. — В трудах 1 Всесоюзной конференции по процес-
сам и аппаратам хим. производств. Чимкент. 1977, 85—87.
10. Бегачев В- И. и др. О циркуляции в аппаратах с винтовыми и шнеко-
выми мешалками прн турбулентном режиме. — Хим и нефт. машиностроение.
1978, 7» 3 с. 18-19.
11. Бегачев В. И. и др. О теплоотдаче в аппаратах с механическим пере-
мешиванием. — В кн.: Процессы химической технологии*. Л., 1965 с. 120—127.
12 Бегачев В. И. н др. О выборе оптимальных условий проведения про-
цесса теплообмена а аппаратах с мешалками. — В кн.: Гидравлические н тепло-
массообмснные процессы в химической аппаратуре. Л., Машиностроение 1967.
с. 66—65.
13. Бегачев В И- и др. Об одной задаче теплообмена в полимеризаторе
для синтетических каучуков. — В кц.: Теория н практика перемешивания
в жидких средах М-. НИИТЭхим., 1976 е. 181 — 183.
14. Бейзельмаи Р. Д.. Пипкин Б. И., Перель Л. Я. Подшипники качен ни.
Справочник. — М : Машиностроение. 1967. 583 с.
15. Белинский В. В., Васильков Э. А.. Ушаков В. Г. Оценка технического
уровня аппаратов с перемешивающими устройствами, — Хим. и иефт машино-
строение. 1976. 7й 7, с. 27—29.
16. Белынскиб В. В. и др. Отраслевой каталог на вертикальные аппараты
с перемешивающими устройствами. — Хим. к нефт машиностроение, 1975,
№ 4 с. 28-29.
17. Бонтонков И И , Пвадушенко И. С. Расчет осевых сил, возникающих
при работе вращающихся мешалок.—Хим. и нефт машиностроение. 1975-
К« 3. с. 10-11.
265
18. Брагинский Л. Н. н др Исследование турбулентной диффузии и цНр.
куляцин в гладкостенных аппаратах с мешалками. В ки.: Теория и практ> »;э
перемешивания в жидких средах. М, НИИТЭхпм, 1973, с. 39—74
>9. Брагинский Л. И. О распределении окружных скоростей жидкости и
глубине воровки в аппаратах с мешалками,—ТОХТ. 1967, т. I. М 3, с. 675— бы
20, Брагинский Л. Н. и др. О расчете времени гомогенизации в гладко-
стенных аппаратах с мешалками на основе диффузионной модели.—ТОХ1
1971, т. VIII, М 4, е. 690—597.
21. Брагинский Л. И , Кофмаи Г. 3.. Бегачев В. И. Распределение твер-
дых частиц при механическом перемешивании.—ТОХТ. 1988. т II. К»
с. ББ—64.
22. Брагинский Л. И., Глухов В П-, Волчкова Л Н О влиянии вязкости
на окружную скорость жидкости в аппаратах. — ТОХТ, 1971. г V, М 3
с. 325-331.
23. Брагинский л. И Бегачеа В. Н. О взаимосвязи между окружной
скоростью жидкости и мощности при перемешивании.—ТОХТ. 1972, т. VI.
№ 2. с. 260-268.
24. Валы вертикальные аппаратов с перемешивающими устройствами
Типы, конструкции и основные размеры. ОСТ 26-01-1299—75. Ввсд. с
01.01. 1977 г.
25. Валы вертикальных аппаратов с перемешивающими устройств» и
Методы расчета. РТМ 26-01-72—76. Ваед. с 01 01.1977 г
26. Баснльцов Э. А., Шихорин В. М. Исследование локальных скорост» п
потока с помощью лазерного измерителя скорости.— В кн.: Теории н прак-
тика перемешивания в жидких средах. М. НИИТЭхпм. 1973. с. 53—58.
27. Васвльцов Э. А.. Шихормн В. М. Элементы осевых васосов химических
реакторов, —В ки.: Лопастные иасосы. Л.. «Машиностроение». 1976, с. 93—99.
28. Васильцов Э. А Бесконтактные уплотнения. — Л.: Машиностроение,
1974. 160 С.
29. Васильцов Э. А.. Ушаков В. Г. Вопросы оптимального проектирова-
ний турбин ио-всасывающвх аэраторов для биологической очистки сточных
вод в аэрируемых прудах —В кв . Химачсское машиностроение. М. НИИхим-
маш, 1974. вып. 66. е. 110—115
30. Васильцов Э. А., Исаков А. Я- Кавитационное эмульгирование в пере*
мешнвающих устройствах Дальневосточный межвузовской акустический сбор
ни, Владивосток, 1975. вып. I, с. 88—94.
31. Васильцов Э. А., Майоров А. С. О некоторых характеристиках тур-
булентности в аппаратах с мешалками.—В кн. Теория практика перемеши-
вания в жидких средах, М. НИИ'ГЭхнм. 1976. е. 30—32
32. Васильцов Э. А.. Исаков А. Я- Особенности перемешивании в разви-
том турбулентном режиме н их использование в химической технологии.—
В км.: Создание и внедрение соверсменвых аппаратов с активными гддродвна»
ыическнми режимами дли технологических процессов, М. 1977, с. 198 -202
33. Васильцов Э. А.. Исаков А. Я.. Ушаков В Г О взаимосвязи акусти-
ческих характеристик обтекания и модифицированного критерия Эйлера прн
гидродинамической кавитации на плохо обтекаемых телах. —В кн.: Акусти-
ческие средства освоения оксаив. Владивосток. 1976, с. 104—10В.
34. Васильцов Э. А.. Кудра И. С„ Максимовский В. Б О комплексном
учете технологических требований в особенностей эксплуатации прн стандарти-
зации химического оборудования. — Стандарты и качество, 1976. М 12. с. 21—25.
35. Вейэ Б. Л., Лондошаискнй в. К-> Мирнее В. И. Вынужденные коле-
бания в металлорежущих стянкех. — М. — Л .: Машгнз, 1958, 288 с.
36. Вертикальные аппараты с перемешивающими устройствами. Каталог.
М.. ЦИНТИхимиефтсивш. 1977, 38 с.
37. Глуз М. Д.. Памушенко Н С. Время гомогенизации прн псрсмешква-
266
мии пенъюгоновских жидкостей. — Приял, химия, I9G6. г. 39, вып. 12, с. 2719—
3724.
38. Государственный стандарт СССР. Комплекс стандартов единой си-
стемы конструкторской документации. ГОСТ 2.001—70—ГОСТ 2.787—71,
Изд-во ком. стандартов, 1971 с.
39. Гуммированное химическое оборудование. Каталог.— М_: ЦИНТИ-
химнефтемаш. 1976, 4В с.
40- Гусева Т- П- и др. Исследование работы промышленного горизонталь,
кого автоклава емкостью 15 м1 с аэрирующими устройствами —В мн.: Теория
и практика псремсшиасния в жидких средах. М.0 НИИТЭхмм. 1973. с. 297—303
41. Девкин С. Н Аэродинамический расчет ллохообтекасмых судовых кон-
струкций .—Л.: Судостроение. 1967, 224 с.
42. Жаворонков И. М. Ромамков Л Г Актуальные зддвчп химической
технологии. —Иза. Вузов. Хим. и хим. технологии. 1976, т. VIV вып. 2. с. 179—
IS9.
43 Жгун Г. Г.. Ушаков В. Г.. Брагинский Л. И. Расчет мощности в ап-
п аратах с фрезерными мешалками.—В кн.: Создание и внедренна соврсмен*
кых аппаратов с активными гидродинамическими режимами дли технологи-
ческих процессов, 1977. с. 185 — 190.
44. Иделъчик Н Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям.—
М. — Л.: Гос’нсргомздет, I960, 464 с.
45. Иванов И. П Ушаков В. Г. Особенности рсодииамического повеле-
ния концентрированных растворов и дисперсий каучука.—В кн. Реофизнка
и реоднядмяка текущих систем. Минск, 1970. с. 156 — 162.
46. Исаков А. Я. Исследование гидродинамических особенностей кави-
тации в аппаратах с быстроходными перемешивающими устройствами —Авто*
реф. канд. дисс. ЛТИ. 1977. 18 с.
47. Консетов В. В.= Ушаков В. Г. Теплообмен прн перемешивалнп вяэннх
жидкостей в аппаратах со шисхолыми устройствами.—В кн Теория я прак-
тика перемешивания и жидких средах М. ВИИТЭХим, 1967, с. 161 —163,
48. Консетов В В.. Ушаков Б. Г. Оптимальные условия отвода реакцией-
ого тепла в шнековых аппаратах. —В кн: Теория и практика перемеши-
вании в жидких средах. М.. НИИТЭХкм. 1976, с. 167 — 168.
49. Консетов В. D-. Ушаков В. Г. К теории конвективного теплообмеяа
при перемешивании исиьютоговеких жидкостей. Материалы V ВсссоюпоЙ
конференции по тепломассообмену, т. VII>. Минск. 14ТМО АН БССР, 1976.
50. Консетов В. в.. Ушаков В. Г. Исследование гидродинамики тепло-
обмена на двух шнековых полимеризаторах. — В ки.: Процессы я аппараты про-
иэводстла полимеров, методы и оборудование для переработки их и взделял.
М. МИХМ. 1970. с 27-29.
51. Капустин А. С. Исследование теплообмена в аппарате с мешалкой при
работе на растворах синтетического каучука.—В сб. трудов НИИхнммаша,
М.. 1964, вып. 46. с. 29—41.
52. Кафаров В. Б. Основы масс о передачи. — М. , Высшая школа. 197?.
494 с.
53. Костин Н. В.. Павлуш емко К. С. Изучение процесса перемешивания.
Определение скорости движения жидкости в аппаратах с пропеллерной ме-
шалкой.—В сб. трудов ЛТИ. вып XLI. Госхнмиздат 1957, с. 131—144.
54. Корпуса стальные сварные верти к ильных аппаратов с механическими
перемешивающим и устройеткамм. Типы, параметры, конструкции основана
размеры. ОСТ 26-01-1246—75- Вагд. с 01.01.1978 г.
65. Контактные уплотнения вращающихся млод/А. И. Голубея,
Г. М. Кукнн. Т. Б. Лазарев. Т. В. Чнчпнадзс. — М.: Машиностроен яг, 1976.
264
267
_ IЦС4, , А
86. Крылов А. Н. Вибрация судов. Т. X. —М . АН СССР, 19«я. «р, f
VT. Ластовцев А. М.. Никитки А. К-. Крам 3. К. Новые нпнструкп,,,,
скребка для аппаратов со скребковыми перемешивающими устройствами. — Хи»
и нефт машиностроение. 1968, № 8. е. 8—9.
58. Лойиянскнй Л. Г. Механика жидкости и газа. —М.: Наука. 1970. Ро ।
89. Логик В. И ндр Герметн>ные аппараты с пинтовыми переыешмп Nf.
щнме устройствами. иИНТИхимиефтсмаш. Сер. ХМ-1. 1976. 28 с.
60. Логик В. И., Неаелич Я В. Некоторые вопросы выбора лопастных
перемешивающих устройств для аппаратов с циркуляционным контуром _
Теория я практика перемешивания в'жидких средах. НИИТЭХим. В кц -
1973, с. 45-47.
61. Максимова С. С., Ламкина Л Л . Бнкмаев Р. И. Аппчржт для про-
ведения процессов непрерывного суспендирования.—В сб. трудов ПИНТНхн,,-
иефтсывша. 1976, № 3, с. 3—4.
62. Максимова С. С. Промышленные аппараты колонного типа с много-
рядиымв перемешивающими устройствами.— В сб. трудов ПИНТИхнмпефтг
маша. сер. ХМ-1. 7й I. 1976. 4 е.
63. Маслов Г, С. Расчеты колебаний валов Справочное пособие. -М:
Машиностроение, 1968. 271 с.
64. Мешалки для высоковязкнх и неныотоновских сред. Области приме
непия я метод расиста. РТ.М 26-01-59—73. Веед. с 01.07.74 г
65 Мешалки для высоковязкнх и вгяъютоиовеких сред. Типы, параметры
конструкции, основные размеры и технические требования. ОСТ 26-01-806—73
Введ. с 01.07.1974 г.
64 Мешалки переносные. Типы, параметры конструкции к основные
размеры. ОСТ 26—01—343—71 Овед, с 01.01. 1974 г.
67. Мешалки. Типы, параметры, конструкция н осиевные размеры.
ОСТ 26-01-1245—78. Овед, с 01.01.1978 г.
68. Методы расчета укрепления отверстий в обечайках, переходах и дни
щах. ОСТ 26-01-771—73. Ввел, с 01 01.1974 г.
69. Мильчеико А Н Исследование, расчет и конструирование мсхапичс
скнх перемешивающих устройств для обработки жидкофазных сред —Авторе^
докт. диес.. ЛТИ, 1974. 43 с.
70. Муфты зубчатые. Конструкция ц основные размеры
ОСТ 26-01-1228—76. Введ. с 01.01.1978 г.
71. Муфты продольяо-разъемные. Конструкция и основные размеры
ОСТ 26-01-1227-75. Ввод, с 01 01 1978 г.
72. Муфты упругие втулочно-пальцевые. МН 2096 - 64. Введ. с 01.01.1965
73. Опоры (лапы, стойки) вертикальных аппаратов. Типы, конструкции
размеры. ОСТ 26-01-665—72. Ввел с 01.01.1974 г.
74. Орлов В. А. Исследование структуры и скоростей потоков жидкости
• аппаратах с радиально-лопастными мешалками при наличии отрежитсльны.ч
перегородок. —Авторсф. каид. днсс., МИХМ, 1972. 24 с.
75. Осиное О. С., Ушаков В. Г. Полимеризаторы колонного типа для про-
изводства синтетического каучука.—В сб. трудов ЛевНИИхпымаша, Л-. I960.
№ 3. с. 56—58.
76. Основные процессы химической технологии. Классификация и терми-
нология. Справочные материалы CM S-7I.—М.: Изд-во института СЭВ по стан-
дартизации, 1971.
77. Павлу шеях Я. С., Копылева Б. Б. Время гомогенизация к затраты
мощности прн перемешивании высоковязких неныотоновских жидкостей —
В кн.! Теория и практика перемешивания в жидких средах. М . НИИТЭХим,
1973, с. 15^,19.
268
78. Паалушеико Н. С. Теплообмен в аппаратах с мешалками. —В кп-1 Тео-
рая и практика церсмешнвапня жидких сред. М.. НИИТЭХим. 1971, с. 63—73.
79. Павлушенио И. С., Г луз М. Л. Критериальные уравнения процессов
переноса при перемешивании и «ньютоновских жидкости*. — Прнкл. химия,
19М.Т . 34. ВЫП. 10. с- 2285—2288.
80. Паповко Я. Г. Основы прикладное теории упругих колебаний. —М I
Машиностроение, 1967, 316 с.
81. Папир А. И. Водометные движителя малых судов.—Л.: Судострое»
нас. 1970. 258 с.
82. Петухов Б. С. Теплообмен и сопротивление прн ламннарпом течении
жидкости в трубах —М.: Энергия. 1967. 412 с.
83. Перемешивающие устройства для жидких неоднородных сред. Тер-
мины определен ня. ГОСТ 22677—77 Введ. 01.01.1978 г.
84. Плаиовский А- Н. Поте скоростей давлений в гладкостеиных аппа-
ратах с радиально-лопастными мешалками,—В кн.; Теория в практика пере-
мешивания в жидких средах —М., НИИТЭХим. 1971. о. 3—21.
85. ПрандтльЛ. Гидромеханика. Пер. екем.—М.: Иад-во Иностр, лит. 1949.
86. Приводы вертикальные для аппаратов с перемешивающими
устройствами. Типы, параметры, конструкции и основные размеры.
ОСТ 26-01 1228—75 — ОСТ 26-01-1228—76.
87. Прочность устойчивость, колебании: Справояннк/Под ред. И А. Бир-
гера, Я Г. Паипвко. Т, 3 -М : Машиностроение. 1968. 567 с.
88. Разделение жидких неоднородных систем методами фильтровании
я центрифугирования Термины и определения ГОСТ 16887—71.
Введ. с 01.01 1972.
ВВ Редукторы ПО-2. Мотор-редукторы МПО2 в МПО1. Каталог-справоч-
ннк.—Тамбов. 1970. с. 32.
90. Романнов П Г Гидравлические процессы химической технология.—
м.: Госхимнадат, 1948. с. 312.
91. ромаикоа П. Г.. Курочкина М. И. Классификации и терминология
основных процессов химической технология.—ТОХТ т. VIII. 1974. ТА 3,
с. 28-34.
92. Рубашки перг вечные для стальных сварных сосудов и аппаратов.
Типы, конструкции U размеры. ОСТ 26-01-983—74 — ОСТ 26-01-988—74.
93. Сейфер Р. Л-. Кафаров В. В. Гаэосодержаине аэрируемой жидкости
в аппарате с мешалкой —Хим. я нефт машиностроение, 1967. ТА 3, с. 16—18.
04. Сервисен С. В. я др. Валы и оси. Конструкция я расчет. —М : Машино-
строение. 1970. 318 е.
96. Серснсен С В н др. Несущая способность и расчет деталей машин па
прочность.—М. Машгнз. 1960. 451 е.
96. Соколов В. Н-, Доманскнй И. В. Га: ожнльостные реакторы—Л.;
Машиностроение, 1976, 214 с.
87. Сосуды и аппараты. Методы расчета иа прочность эллиптических я
сферических переходов. ОСТ 28-01-1207—75. Ввод. 01.07.1976 г.
98. Сосуды и аппараты. Методика расчета укрепления отверстий в обе-
чайках, переходах и днищах. ОСТ 26-01-771—73. Введ. 01 01.1974 г.
99 Сосуды в аппараты. Нормы расчета иа прочность. ГОСТ 14249—73,
Введ. 01.01.1974 г.
100. Сосуды и аппараты. Нормы расчета иа прочность. Поправочные коэф-
фициенты к нормативным напряжениям- ОСТ 26-01-102—70- Введ. 01 01.1972 г.
101. Сосуды п аппараты стальные сварные с неразъемными рубашками.
Нормы и методы расчета иа прочность. РТМ 26-01-83—76. Введ. с 01 10.1977 г.
102. Стреик Ф. Псрсмешин.зиие н аппараты с мешалками. Пер.
с поЛьск. под. ред. И. А. Шупляка-—Л.: Химия. 1975. 881 с.
269
103. Торцовые уплотнен ня вращающихся валов аппарате» Каталог.—м ,
ЦМНТИХиыяефтемаш, 1973. 24 с.
104. Уплотнения валов для аппаратов с персмешнаающнмн устройствами.
Гидрозатаорм. Параметры, конструкция и основные размеры. Технические
требования. ОСТ 26-01-1242 — 7S. Введ 01.01.1977 г.
105. Уплотнении валов терновые для аппаратов с переыешнвакикнмн
устройствами. Типы, параметры, конструкции и основные размеры. Техниче-
ские требовачнн. ОСТ 26-01-1243—70. Введ. с 01 01.1977 г.
106. Уплотнения ввловдля аппаратов с перемешивающими устройствами.
Уплотнения сальниковые. Типы, параметры, конструкции ч основные размеры.
Технические требования ОСТ 26-01 1247—75. Введ. 01 01.77 г.
107. Уплотнения ВаЛоа контактные для аппаратов с перемешивающими
устройствами. Область применения, типы и выбор. РТМ 26 01-32—70. Введ.
в 01.01 70 г.
108. Урлашов В. А. и др. Усреднитель объемом 100 м> для Гомогенизации
высоковязких сред.—Хим. и нефт. млшниостросиис. 1970 № 11, с. S—6.
109. Ушаков В. Г.. Невелич в. В., ВасильдовЭ. А Смесктельио-реакцнон-
иое оборудование для проваводств нефтехимической промышленности —В кн.:
Теория я практика перемешивании а жидких средах, М., НИНТЭхим, 1975,
с. 265—285.
НО. Ушаков В Г , Урлашов В. Г , Вишняков В. А. Аппараты с переме-
шивающими устройствами для вяакнх сред. —В сб. трудов ЦИНТИхнмиефтс-
маша. сер. ХМ-1. № 20. 1973. 2 с.
111. Ушаков В. Г. Консетов Б. В. Тплообмен п аппаратах шнековою
типа.—Пластические массы. 1972, № 10. с. 18—20.
112. Ушаков В. Г. Выбор и расчет мешалок для перемешивания высоко-
вязких сред, согласно ОСТ в РТМ. —Хим. и иефт. машиностроение 1975. М 8,
с. 31—32.
113. Фортье А. Механика суспензий. Пер. с фраиц./Под ред. 3. П. Шуль-
мана —М.: Мир. 1971. с. 264
114 Хараяаш В. П Исследование времени гомогенизация и анергстнче-
сквх затрат при перемешивании одноярусными и многоярусными мешалками
в оребренных аппаратах.—Автореф. канд. днее. МИХМ. 1970. 22 с.
115 Химическая типовая малогабаритная аппаратура. Каталог-спра-
вочник.—М: иИНТИхвмнефтжаш. 1970, 43 с.
116. Холанд Ф.. Чанмеи Ф. Химические реакторы и смесители для жидко-
фазных процессов. Пер. с вигл./Псд ред. Ю. М. Жорова — М.: Химии, 1974.
117. Шлнхтнпг Г. Теория пограничного слои. Пер. с нем./Под ред.
Л. Г. Лойцянсхого. —М.: Наука, 1969. 742 с.
118. Шиманский Ю. А. Динамический расчет судовых гонструкцнй. —Л.:
Судпромгяз. 1948. 408 с.
И9 . Штербачек 3 . Та у си П. Перемешивание в химической промышлен-
ности Пер. с чеш. лсд ред. И. С. Павлушеиво. -Л : ГСНТХ. 1963. 416 с.
120. Эккерт Э. Р Дрейк Р М. Теория тепло- и массообыена.— М. — Л-1
Госэяергоичдлт, 1961. 680 с.
121. Эмалированная аппаратура. Каталог. —М.: ЦИНТИХимнефте-
маш. 1974. II! с.
122. Bamea Е-* Mizrahi J. On the «effective» viscoally о! liquid-liquid
dispersions. — Ind. and Eng- Chcm. Pnndam., 1976, 15, M 2, p. 120—125.
123. Brauer H.. Мемы D Einfluss von Slrombcrchcrn aul die RObrer-
lelstung. — Chcmlo. — Ing. — Techn.. 1973. V 45. № 7. S. 461—467.
124. Blenke H.. Buhner K-> Plelller W Hydrodynamlschc Bcrechnung
von Slaulenreaktoren 10г Etnphasenaystcme.—Chem.—Ing.—Techn.. 1971, 43,
M 1-2. S. 10—17.
270
IJ5. Calderbank P. II Physical rate processes In Industrial fermentation.
Part. I. Incrfacial area In gas liquid contacting with mechanical agitation. —
Trans. Insin. Chcm. Engrs.. 1958, v. 38. № 6, p. 443—463.
126. Cooper R- G. Well D. Velocity profiles and pumping capacities
lor turbine type Impellers.—Canad J. Chcm. Eng.. 46. № 2, 1968, p. 94 — 109.
127. Dickey David S.. Fenlc John C. Dimensional anallsls on fluid agita-
tion systems.—Chem. Eng., 1976» 83. № I. p. 139 — 146. *
128. Huggins F. F Effect of scrapers on heating, cooling and mixing —
Ind.—Ing —Chem., 1931. 23. № 7. p. 749—753.
129. Hryby m.. Zalodtk P. Aksialnl Silova s lozka michadel.— Chcmlcky
Prymysl. 1965. 15 (40). № 8. S. 469-472.
130. Kaglhi Bernd. Taw^el Adel. An man d Noor. Konflguretlon und Sink*
gcsrhwindigkell von hydrodynamlschen Komplexen kiigclformlgcr Parllkein.—
Chem — lug. — Teclm., 1976, 46, № 6. 5. 557—564.
131. Uhl V. W „ Vox nick H. P. The anchor agitator.—Chem. Engng Prog-
ress. i960, v 56. № 3, p- 72—77.
132. Mersmann A.. Einenkel W. D. Kappel M. AuMcgung und MasHabs-
vergrds-scrung von Runrapparatcn.— Chem Ing. — Techn , 47 Jahr., № 23,
S. 933—964.
133. Metiner А. в., Olto. Agitation of non—Newtonian fluids.— American
Inst, of Chem. Engineers. 1957, 3, 16 I, p. 3—10.
131. Mixing Theory and Practice.— NJ. Academic Press. 1966, p. 340.
135. Zlokarnlk M. ROhrleistung In be«aslcn Pldaslgkelt. — Chem.—Ing.—
Techn.. 1973 V. 45. Л’ч 10a. S. 689 592.
136. Na^ala S.t Janogimoto M.. Joko Jam в T. A sludle on the mixing of
highviscons liquid- —Kagaky Kognky, 1957, v. 21, N 5. p. 278—266.
137. Schwarsrberg II. G. and Treybal R. E. Fluid and Parllcat Motion
n Turbulent Slirred Tanks. Fluid Motion. —Industrial and Chem., v 7. № I,
Febr. 1968. p. 1-6.