Вакуум-насосы.

Отличительной особенностью вакуум-насосов является высокая степень сжатия газа. Повышение степени сжатия связано со снижением объемного к.п.д. и производительности насоса. Для повышения объемного к.п.д. вакуум-насосы изготовляют с возможно меньшим вредным пространством.

Поршневые вакуум-насосы отличаются от поршневых компрессоров двойного действия только устройством органов распределения. Вместо клапанов эти насосы имеют золотник, при помощи которого производится попеременно всасывание и выпуск газа. При золотниковом распределении объем вредного пространства незначителен и отсутствуют потери давления, связанные с открытием клапанов.

Мокрые вакуум-насосы поршневого типа, отсасывающие жидкость вместе с газом, изготовляют с клапанным распределением. Такие вакуум-насосы работают с меньшим числом оборотов и имеют большее, чем сухие вакуум-насосы, вредное пространство, вследствие чего создаваемое мокрыми вакуум-насосами разрежение меньше.

Водокольцевые вакуум-насосы широко распространены в химической промышленности. По устройству они не отличаются от водокольцевых ротационных компрессоров

Пароструйные вакуум-насосы аналогичны струйным насосам. Вакуум, создаваемый одноступенчатым струйным насосом, не превышает 90%. Для достижения более глубокого вакуума применяют многоступенчатые пароструйные вакуум-насосы,

Пароструйный вакуум- насос:

1-пароструйные насосы; 2- барометрические конденсаторы.

состоящие из нескольких последовательно соединенных пароструйных насосов 1, между которыми установлены конденсаторы 2. После каждой ступни производится конденсация пара из парогазовой смеси путем смешения ее с охлаждающей водой. Таким путем устраняется расход энергии на сжатие отработанного пара каждой предыдущей ступени в следующей.

Перемешивание в жидких средах

Перемешивание в жидких средах широко применяется в химической промышленности для приготовления эмульсий, суспензий и получения гомогенных систем (растворов), а также для интенсификации химических, тепловых и диффузионных процессов. В последнем случае перемешивание осуществляют непосредственно в предназначенных для проведения этих процессов аппаратах, снабженных перемешивающими устройствами.

Цель перемешивания определяется назначением процесса. При при­готовлении эмульсий для интенсивного дробления дисперсной фазы не­обходимо создавать в перемешиваемой среде значительные срезающие усилия, зависящие от величины градиента скорости. В тех зонах аппара­та, где градиент скорости жидкости имеет наибольшее значение, проис­ходит наиболее интенсивное дробление диспергируемой фазы.

В случае гомогенизации, приготовления суспензий, нагревания или охлаждения перемешиваемой гомогенной среды целью перемешивания является снижение концентрационных или температурных градиентов в объеме аппарата.

При использовании перемешивания для интенсификации химических, тепловых и диффузионных процессов в гетерогенных системах создаются лучшие условия для подвода, вещества в зону реакции, к границе раздела фаз или к поверхности теплообмена.

Увеличение степени турбулентности системы, достигаемое при пере­мешивании, приводит к уменьшению толщины пограничного слоя, уве­личению и непрерывному обновлению поверхности взаимодействующих фаз. Это вызывает существенное ускорение процессов тепло- и массообмена.

Перемешивание применяют в процессах абсорбции, выпаривания, экстрагирования и других процессах химической технологии.

Типы перемешивающих устройств:

Мешалки лопастного типа. Лопастными мешалками называются уст­ройства, состоящие из двух или большего числа лопастей прямоугольного сечения, закрепленных на вращающемся вертикальном или наклонном валу (рис. 4.1). К лопастным мешалкам относятся также и некоторые мешалки специального назначения: якорные, рамные и листовые.

Основные достоинства лопастных мешалок - простота устройства и невысокая стоимость из­готовления. К недостаткам мешалок этого типа следует отнести низкое насосное действие ме­шалки (слабый осевой поток), не обеспечиваю­щее достаточно полного перемешивания во всем объеме аппарата. Вследствие незначительности осевого потока лопастные мешалки перемешива­ют только те слои жидкости, которые находятся в непосредственной близости от лопастей мешалки. Развитие турбулентности в объеме перемеши­ваемой жидкости происходит медленно, цирку­ляция жидкости невелика. Эти мешалки непригодны для перемешивания в протоке, например в аппаратах непрерывного действия.

Рис. 4.1 Лопастная мешалка

Некоторое увеличение осевого потока жидкости достигается при на­клоне лопастей под углом 30—45° к оси вала. Такая мешалка способна удерживать во взвешенном состоянии частицы, скорость осаждения ко­торых невелика. Лопастные мешалки с наклонными лопастями используют при проведении медленных химических реакций, для которых стадия, определяющая скорость подвода реагентов в зону реакции, не является лимитирующей.

С целью увеличения турбулентности среды при перемешивании ло­пастными мешалками в аппаратах с большим отношением высоты к диа­метру используют многорядные двухлопастные мешалки с уста­новкой на валу нескольких рядов мешалок, повернутых друг относи­тельно друга на 90.

Для перемешивания жидкостей в аппаратах, обогреваемых с помощью рубашки или внутренних змеевиков, в тех случаях, когда возможно выпадение осадка или загрязнение теплопередающей поверхности, при­меняют якорные (рис. 4.2) или рамные (рис. 4.3) мешал­ки. Они имеют форму, соответствующую внутренней форме аппарата, и диаметр, близкий к внутреннему диаметру аппарата или змеевика. При вращении эти мешалки очищают стенки и дно аппарата от на­липающих загрязнений.

Рис. 4.2 Якорная мешалка

Рис. 4.3 Рамная мешалка

Рис. 4.4Листовая мешалка

Листовые мешалки (рис. 4.4) имеют лопасти большей ширины, чем у лопастных мешалок, и относятся к мешалкам, обеспечивающим тангенциальное течение перемешиваемой среды. Кроме чисто танген­циального потока, который является преобладающим, верхние и нижние кромки мешалки создают вихревые потоки, подобные тем, которые воз­никают при обтекании жидкостью плоской пластины с острыми краями. При больших скоростях вращения листовой мешалки на тан­генциальный поток накладывается радиальное течение, вызванное цен­тробежными силами.

Листовые мешалки применяют для перемешивания маловязких жид­костей, интенсификации процессов тепло­обмена, при проведении химических реакций в объеме и растворении. Для процессов растворения используют листовые мешалки с отверстия­ми в лопастях. При вращении такой мешалки на выходе из отверстий образуются струи, способствующие растворению твердых материалов.

Пропеллерные мешалки. Рабочей частью пропеллерной мешалки яв­ляется пропеллер (рис. УХ-8) — устройство с несколькими фасонными лопастями, изогнутыми по профилю гребного винта. Наибольшее распро­странение получили трехлопастные пропеллеры. На валу мешалки, ко­торый может быть расположен вертикально, горизонтально или наклон­но, в зависимости от высоты слоя жидкости устанавливают один или несколько пропеллеров.

К достоинствам пропеллерных мешалок следует отнести также относительно высокую скорость вращения и возможность непосредственного присоединения мешалки к электродви­гателю, что приводит к уменьшению механических потерь.

Пропеллерные мешалки создают преимущественно осевые потоки перемешиваемой среды и, как следствие этого, — большой насосный эффект, что позволяет существенно сократить ,продолжительность пере­мешивания. Вместе с тем пропеллерные мешалки отличаются сложностью конструкции и сравнительно высокой стоимостью изготовления. Их эффективность сильно зависит от формы аппарата и расположения в нем мешалки. Пропеллерные мешалки следует применять в цилиндриче­ских аппаратах с выпуклыми днищами. При установке их в прямоуголь­ных баках или аппаратах с плоскими или вогнутым днищами интенсив­ность перемешивания падает вследствие образования застойных зон.

Рис. 4.5 Пропеллерная мешалка.

Рис. 4.6 Пропеллерная мешалка с диффузором:1- корпус аппарата; 2- вал; 3- пропеллер; 4- диффузор.

Для улучшения перемешивания больших объемов жидкостей и органи­зации направленного течения жидко­сти (при большом отношении высоты к диаметру аппарата) в сосудах устанавливают направляющий аппарат, или диффузор (рис. 4.6). Диффузор представляет собой короткий цилиндрический или конический стакан, внутри которого помещают мешалку. При больших скоростях вращения мешалки в отсут­ствие диффузора в аппарате устанавливают отражательные перегородки.

Турбинные мешалки. Эти мешалки имеют форму колес водяных турбин с плоскими, наклонными или криволинейными лопатками, укреплен­ными, как правило, на вертикальном валу (рис. 4.7). В аппаратах с турбинными мешалками создаются преимущественно радиальные потоки жидкости. При работе турбинных мешалок с большим числом оборотов наряду с радиальным потоком возможно возникновение тангенциального (кругового) течения содержимого аппарата и образование воронки. В этом случае в аппарате устанавливают отражательные перегородки. Закрытые турбинные мешалки (рис. 4.7 г) в отличие от открытых (рис. 4.7 а, б, в) создают более четко выраженный радиальный поток. Закрытые ме­шалки имеют два диска с отверстиями в центре для прохода жидкости; диски сверху и снизу привариваются к плоским лопастям. Жидкость поступает в мешалку параллельно оси вала, выбрасывается мешалкой в ра­диальном направлении и достигает наиболее удаленных точек аппарата. Турбинные мешалки обеспечи­вают интенсивное перемешива­ние во всем объеме аппарата.

При больших значениях от­ношения высоты к диаметру ап­парата применяют многорядные турбинные ме­шалки.

Мощность, потребляемая турбинными мешалками, рабо­тающими в аппаратах с отра­жательными перегородками, при турбулентном режиме пе­ремешивания практически не зависит от вязкости среды. Поэтому мешалки этого типа могут применяться для смесей, вязкость которых во время пе­ремешивания изменяется.

Рис. 4.7 турбинные мешалки:

а- открытая с прямыми лопатками; б- открытая с криволинейными лопатками; в- открытая с наклонными лопатками; г- закрытая с направляющим аппаратом.

Турбинные мешалки широ­ко применяют для образова­ний взвесей, растворения, при проведении химической ре­акции, абсорбции газов и ин­тенсификации теплообмена. Для перемешивания в больших объ­емах турбинные ме­шалки менее пригодны, чем пропеллерные мешалки или сопла.

Специальные мешалки. К этой группе относятся мешалки, имеющие более огра­ниченное применение, чем мешалки рассмотренных выше типов. Некоторые из меша­лок описанных ниже конструкций, предложенные сравнительно недавно (дисковые и вибрационные), приобретают в последнее время все более широкое распространение.

Барабанные мешалки состоят из двух цилиндрических колец, соединенных между собой вертикальными лопастями прямоугольного сечения. Высота мешалки составляет 1,5—1,6 ее диаметра. Мешалки этой конструкции создают значи­тельный осевой поток и применяются (при отношении высоты столба жидкости в аппа­рате к диаметру барабана не менее 10) для проведения газо-жидкостных реакций, по­лучения эмульсий и взмучивания осадков.

Дисковые мешалки представляют собой один или несколько гладких дисков, вращающихся с большой скоростью на вертикальном валу. Тече­ние жидкости в аппарате происходит в тангенциальном направлении за счет трения жидкости о диск, причем сужающиеся диски создают также осевой поток. Иногда края диска делают зубчатыми.

Вибрационные мешалки имеют вал с закрепленными на нем одним или несколькими перфорированными дисками. Диски совершают возвратно-поступательное движение, при котором достигается интенсивное перемешивание содержимого аппарата. Энергия, потребляемая мешалками этого типа, невелика. Они используются для перемешивания жидких смесей и суспензий преимуществен­но в аппаратах, работающих под давлением. Время, необходимое для растворения, гомогенизации, диспергирования при использовании вибрационных мешалок, значительно сокращается. Поверхность жидкости при перемешивании этими мешал­ками остается спокойной, воронки не образуется. Вибрационные мешалки изготов­ляются диаметром до 300 мм и применяются в аппаратах емкостью не более 3 м³